기어 연삭 균열: 원인 및 예방 조치

I. 최신 경질 치아 표면 기어 연삭을 위한 공정 요구 사항

1. 기어 연삭의 연삭 영역 - 인볼류트 치아 프로파일 섹션

최신 경질 치아 표면 기어 연삭에서 연삭 영역은 인벌루트의 시작 원 위와 종단 원 아래에 있는 인벌루트 치아 프로파일의 일부만 연삭합니다.

2. 기어 연삭의 비연삭 영역 - 기어 루트

최신 경화 기어 표면은 기어 연삭 공정에서 기어 루트를 연삭하지 않을 때 다음과 같은 이점이 있습니다:

(1) 열처리 후 기어 루트 경도의 감소를 방지하여 침탄, 담금질 및 샷 피닝 후 기어 표면과 루트에 형성된 음의 응력 층을 유지합니다. 이는 기어의 굽힘 피로와 하중 지지력에 대한 저항력을 크게 향상시킵니다.

(2) 기어 루트 홈의 좁은 바닥, 열 방출 불량 및 과도한 곡선에서 남은 재료의 상당한 변화는 그라인딩 휠의 작업 조건에 큰 영향을 미칩니다. 이로 인해 기어 연삭 중 연삭 화상 및 균열이 쉽게 발생할 수 있습니다.

(3) 기어 루트 홈 하단의 연삭 조건이 좋지 않으면 연삭 휠 외부 원의 연삭 입자가 떨어지고 마모되기 쉬워 기어 연삭 품질에 영향을 미칩니다.

(4) 치아 파손 저항 측면에서 기어 루트에는 일정량의 루트 절단이 있어야합니다. 일정량의 루트 절단이 없으면 기어 연삭 중에 기어 루트에서 불가피한 돌출이 발생합니다. 이는 심각한 응력 집중으로 이어져 치아 파손 저항에 큰 영향을 미칩니다. 이러한 돌출부의 발생은 절대 용납할 수 없습니다.

결론적으로, 기어 홈의 루트를 연삭하지 않으면 기어의 하중 지지력을 향상시키고 기어 연삭 중 손상을 방지하며 기어 연삭 품질을 개선하고 연삭 공정의 부하를 줄이며 생산성을 향상시킬 수 있습니다.

3. 예비 치아 모양을 위해 호브로 사전 연마하기 3.

(1) 프리 그라인딩 호브 소개

전통 기어 호브 는 더 이상 앞서 언급한 공정의 요구 사항을 충족하지 못합니다. 따라서 호빙 단계에서 접촉각이 장착된 프리 그라인딩 호브를 사용하는 것이 매우 중요해졌습니다. 표준 호브와 비교하여 프리 그라인딩 호브의 차별화 요소는 아래 그림과 같이 접촉각이 있는 절삭 날을 사용하는 절삭 톱니 상단에 있습니다.

기어 톱니의 루트에서 일정량의 루트 언더컷이 수행됩니다. 이는 가공 중인 기어의 뿌리 부분을 미리 형성하고 치아 표면에서 대부분의 잉여물을 제거하여 치아 두께에서 정밀 가공을 위한 균일한 여유를 남겨두기 위한 것입니다. 침탄 및 담금질 후에는 더 이상 치아 뿌리를 연마할 필요가 없습니다.

(2) 연삭 전 기어 톱니 모양에 대한 요구 사항:

• 기어의 연삭 마진은 균일해야 합니다;

• 연마하기 전에 기어의 루트에 확실한 루트 언더컷이 있어야 합니다;

• 연삭 후 기어의 인벌 류트 곡선은 충분히 길어야 합니다.

(3) 사전 연삭 호빙 커터 개선 사항

초기에 사전 연삭 호빙 커터를 사용했을 때 다음과 같은 문제가 발생했습니다:

• 치아 뿌리의 아크 엔벨로프 형성 불충분, 평균 이하의 부드러움, 눈에 보이는 툴링 자국 및 이상적이지 않은 경우 표면 거칠기.

• 치아 연마 과정에서 인벌루트의 시작 원 근처에 돌출이 나타나는 문제는 상당히 심각했습니다.

장기간에 걸친 연구와 분석을 통해 다음과 같은 문제점을 파악했습니다:

• 연삭 수당 금액이 증가합니다;

• 열처리 후 상당한 변형이 발생합니다;

• 사전 연삭 호빙 커터에 내재된 결함.

원래의 프리 그라인딩 호빙 커터의 봉투 라인 형성이 불충분했기 때문에 다음과 같은 측면에서 접근하여 재설계하는 아이디어를 제안했습니다:

• 사전 연삭 호빙 커터의 외경을 늘립니다;

• 호빙 커터의 공구 행 수를 늘립니다;

• 가변 압력 각도로 설계;

• 기어 강도를 확보하면서 뿌리 파는 양을 적절히 늘립니다.

위의 요구사항은 국내 기술력이 뛰어난 도구 제조업체와 공동으로 중장비 기어 가공에 적합한 새로운 유형의 프리 그라인딩 호빙 커터를 개발 및 생산했습니다. 새로운 프리 그라인딩 호빙 커터는 이전의 문제를 완전히 해결했을 뿐만 아니라 가공된 기어의 뿌리 부분이 매우 매끄러워져 우수한 결과를 얻을 수 있었습니다.

(4) 기어 연삭 시 연삭 균열 및 화상 자국은 허용되지 않습니다.

기어 톱니 파손의 과정은 일반적으로 미세한 피로 균열이 형성되는 것으로 시작하여 점차 확대됩니다. 따라서 국내 및 국제 기어 표준에서는 기어 연삭 후 경화된 기어 표면에 연삭 균열이나 화상 자국이 허용되지 않는다고 명시하고 있습니다.

II. 단단한 치아 표면 기어의 연삭 균열의 특성 및 원인

1. 단단한 치아 표면 기어의 연삭 균열의 특성

그라인딩 크랙은 가장 일반적인 표면 크랙입니다. 수직 깊이는 일반적으로 0.5mm를 넘지 않으며, 얕은 균열은 0.010~0.020mm에 불과합니다. 간혹 1mm를 초과하는 경우도 있지만 이는 비교적 드문 경우입니다.

2. 단단한 치아 표면 기어에 균열이 생기는 원인

연삭 균열은 연삭 인장 응력이 재료의 파괴 강도를 초과할 때 발생한다는 것이 국내외의 공통된 의견입니다. 연삭 인장 응력에 직접적인 영향을 미치는 요인은 다음과 같습니다:

(1) 열처리:

단단한 톱니 표면 기어의 연삭 균열은 주로 침탄, 담금질 및 저온 템퍼링을 거친 부품에서 발생합니다. 따라서 열처리 품질은 연삭 균열과 밀접한 관련이 있으며 매우 중요한 요소입니다.

• 과도한 잔여물 오스테나이트 는 국소 인장 응력을 증가시킵니다.

• 불충분한 템퍼링, 너무 낮은 템퍼링 온도 또는 불충분한 템퍼링 시간은 다음과 같은 탄소 함량에 영향을 미칩니다. 마텐사이트 마르텐사이트 미세 균열의 용접 또는 크기 감소는 마르텐사이트의 파단 인성에 영향을 미칩니다. 연삭 시 발생하는 연삭 열은 큰 열적 및 구조적 응력을 발생시켜 연삭 균열을 일으킵니다.

• 침탄 및 담금질 열처리 중 변형이 크면 연삭 허용치가 고르지 않거나 치아 연삭 허용치가 증가합니다.

(2) 연삭 과정:

연삭 공정 중에 연삭 균열이 발생하기 때문에 연삭 기술은 무시할 수 없는 필수 요소입니다.

• 연삭 여유량이 크면 과도한 연삭 열이 발생하여 열 및 구조적 응력이 발생할 수 있습니다. 이러한 응력은 연삭 인장 응력과 결합하여 균열 형성의 경향을 증가시킵니다.

• 절단 금액의 불합리한 페어링.

• 그라인딩 휠을 잘못 선택했습니다.

• 냉각 오일 온도가 너무 높거나 오일 양이 부족합니다.

III. 단단한 치아 표면 기어의 연삭 균열을 방지하는 기술적 조치

1. 열처리 조치

연삭 균열에 더 민감한 재료는 연삭 중 균열이 발생하기 쉽습니다. 연삭 균열에 대한 재료의 민감도를 낮추면 균열 발생 가능성이 줄어듭니다.

20CrMnTi 및 20Cr2Ni4A와 같은 소재는 연삭 균열에 더 민감하며, 이 민감도는 침탄 열처리 사양에 따라 달라집니다.

따라서 침탄, 담금질 및 템퍼링 공정을 변경하여 적절하게 조절하고 줄일 수 있습니다. 이러한 이유로 다음과 같은 조치를 취하고 있습니다:

(1) 침탄 부품의 담금질 온도를 낮추십시오: 20CrMnTi로 만든 기어의 경우 930°C에서 침탄하고 침탄 후 바로 담금질하고 담금질 온도를 860°C에서 830°C로 낮추면 연삭 조건을 변경하지 않고도 심각한 연삭 균열을 제거할 수 있습니다.

(2) 표면 탄소 농도는 0.7% ~ 0.9% 범위 내에서 적절하게 제어되어야 합니다. 탄소 농도 구배는 점진적이어야 하며, 표면 강도와 응력 분포가 양호해야 합니다.

그리고 탄소 함량 중장비 기어는 하한에서 제어해야 탄화물의 크기와 모양을 쉽게 제어할 수 있습니다. 탄소 함량이 상한에서 제어되면 잔류물을 형성하는 경향이 향상됩니다. 오스테나이트를 섭취하면 탄화물, 표면 산화, 치아 뿌리 강도 감소 경향이 증가합니다.

관련 데이터에 따르면, 미국은 중장비 기어의 표면 탄소 농도를 약 0.65%로 관리하고 있습니다.

(3) 템퍼링이 충분하지 않을수록 연삭 균열에 대한 민감도가 높아집니다. 따라서 침탄 경화 표면의 연성을 향상시켜 잔류 응력이 균형을 이루거나 감소하고 표면 응력 분포를 개선하려면 철저한 템퍼링이 필수적입니다. 이는 결과적으로 연삭 균열의 발생 가능성을 낮춥니다.

(4) 기어 연삭 중 구조적 변형을 방지하기 위해 잔류 오스테나이트의 양을 제어하여 상당한 구조적 응력을 유발합니다. 잔류 오스테나이트는 25% 이내로 엄격하게 제한하고, 중요한 기어의 경우 20% 이내로 제어해야 합니다.

(5) 탄화물의 크기, 양, 모양 및 분포를 제어하여 미세 입자 탄화물의 분산 분포를 달성하는 데 중점을 둡니다. 이를 통해 재료의 파단 강도를 높이고 취성을 줄입니다.

(6) 마르텐사이트의 수준을 제어하여 거친 바늘 모양의 마르텐사이트의 형성을 피하여 결정질 및 미세 바늘 모양의 마르텐사이트를 얻어 균열의 원인을 줄이고 재료의 파단 강도를 향상시킵니다. 최적의 마르텐사이트 레벨은 3입니다.

(7) 열처리 변형을 제어하기 위해 필요한 공정 조치를 구현하여 연삭 허용치를 줄입니다.

2. 가공의 기술적 조치

문헌에 따르면 연삭 휠과 기어 표면 사이의 접촉 영역의 평균 온도는 일반적으로 500-800°C이며, 연삭 지점의 온도는 최대 1000°C에 달합니다.

또한 이 열 중 80% 이상이 기어에 전달됩니다. 기어 연삭 중에 발생하는 상당한 열은 기어 표면의 연삭 영역에서 상당한 열 응력과 열에 의한 팽창 및 수축을 유발합니다.

이 열을 효과적으로 제어하지 않으면 기어 표면에 연마 균열과 화상이 쉽게 발생할 수 있습니다.

따라서 가공의 기술적 조치의 초점은 연삭에서 발생하는 열을 최소화하고 제어하는 데 중점을 둡니다.

(1) 러프 호빙 단계에서 표면 거칠기를 낮추어 Ra3.2와 Ra3.6 사이에서 제어합니다.

(2) 거친 호빙 중 남은 공칭 크기를 엄격하게 규제하며, 연삭 허용치를 임의로 늘리는 것은 허용되지 않습니다.

(3) 열처리 후 정해진 위치와 허용 범위에 따라 엄격하게 조정하여 열 왜곡으로 인한 오차를 최대한 최소화합니다.

(4) 연마하기 전에 치아 스크래핑을 위해 경화된 치아 표면에 롤 커팅 기술을 사용하는 것이 필수적입니다. 이렇게 하면 균일한 연삭 허용치를 보장하여 연삭 열을 최대한 줄임으로써 연삭 열을 최소화할 수 있습니다.

(5) 절단 수량을 합리적으로 선택하고 일치시킵니다. 가이드 원칙은 더 빠른 휠 속도, 더 빠른 스트로크, 적절한 이송이어야 합니다. 외국 데이터에 따르면 치아 표면의 거친 연삭 단계는 연삭 균열이 형성되는 결정적인 순간입니다. 대부분의 연삭 균열은 이 단계에서 발생합니다. 이 단계에서 특별한 주의를 기울여야 합니다.

(6) 연삭 휠을 선택하는 것은 치아 연삭 공정에서 중요한 단계입니다. 연삭 휠의 적절한 선택은 치아 연삭의 정밀도와 효율성에 큰 영향을 미칩니다. 휠의 경도, 입자 크기 또는 구조를 잘못 선택하면 표면 화상과 연삭 균열이 쉽게 발생할 수 있습니다. 따라서 다음과 같은 측면을 고려하여 휠을 선택해야 합니다:

• 연마성: PA라고도 하는 적색 커런덤은 경도는 백색 커런덤(WA)과 비슷하지만 인성이 더 뛰어납니다. 인성이 높은 강철을 커런덤으로 연삭할 때 효율성이 백커런덤보다 높습니다. 연삭 휠의 내구성과 연삭 표면의 거칠기 또한 우수하여 PA를 선호합니다.

• 본드: 모래 입자를 서로 결합하여 그라인딩 휠을 형성하는 재료. 현재 기어 연삭기에 사용되는 연삭 휠 바인더는 주로 세라믹 접착제(코드 V)를 사용하는데, 이는 안정적인 특성을 가지고 있으며 물과 열에 분해되지 않고 다양한 냉각수 연삭에 적응하며 비용 효율적입니다.

• 경도: 그라인딩 휠이 단단할수록 다공성이 떨어집니다. 연삭하는 동안 휠 입자 사이의 틈새는 연삭 입자에 의해 빠르게 막힙니다. 단단한 휠의 자체 연마 성능이 떨어지면 무딘 입자가 쉽게 떨어지지 않아 휠과 공작물 표면 사이에 버니싱이 발생할 수 있습니다. 이는 열 방출에 영향을 미치고 연삭 열을 증가시켜 화상과 균열을 쉽게 유발할 수 있습니다. 부드러운 휠은 빨리 마모되며 부적절하게 사용하면 기어 정밀도에 직접적인 영향을 줄 수 있습니다. 따라서 휠 경도를 선택하는 원칙은 부드러운 소재를 가공할 때는 더 단단한 휠을, 단단한 소재를 가공할 때는 더 부드러운 휠을 선택하는 것입니다. 단단한 재료를 연삭할 때는 저탄소 합금강를 누르면 K~J 휠을 선택해야 합니다. (신구 모델 비교: K-미디엄 소프트 1, J-소프트 3).

• 조직: 일반적인 다공성 구조를 가진 그라인딩 휠에 우선순위가 부여됩니다. 그라인딩 휠의 조직은 주로 5가지 등급으로 나뉩니다.

• 입자 크기: 입자 크기가 작을수록 단위 면적당 더 많은 연삭 입자가 연삭에 참여하며, 이에 따라 절삭력과 연삭 열이 증가하여 쉽게 마모될 수 있습니다. 기어 표면 연삭의 정밀도를 보장하기 위해 일반적인 입자 크기는 46#에서 60# 사이입니다. 모듈 크기가 작은 기어의 경우 입자 크기가 큰 연삭 휠을 선택해야 하며, 기어 모듈이 큰 경우 입자 크기가 작은 연삭 휠을 사용해야 합니다. (입자 크기는 숫자로 표시되며, 숫자가 클수록 입자 크기가 작아집니다.)

• 모양과 크기: 기어 연삭기의 모델은 이중 원추형 연삭 휠(코드 PSX1)을 사용하는 Y7163A입니다. 치수는 Ф350×Ф127×32입니다.

• 연삭 휠 드레서에 있는 다이아몬드의 선명도 상태를 간과해서는 안 됩니다. 다이아몬드 팁의 무뎌짐으로 인해 드레싱 후 연삭 휠이 무뎌져 연삭 열이 크게 증가합니다. 따라서 다이아몬드가 무뎌지면 즉시 연마하여 날카로운 작업 상태를 회복해야 하며, 이는 연삭숫돌을 올바르게 드레싱하기 위한 전제 조건이자 보증입니다.

• 절삭유는 연삭 공정에서 중요한 역할을 하므로 충분한 주의를 기울여야 합니다. 기어 연삭기는 연삭 공정 중에 연삭 휠과 톱니 표면이 점 접촉하여 연삭을 생성하는 원리로 작동합니다. 그 결과 발생하는 연삭 열은 연삭 휠과 톱니 표면 위로 흐르는 강력한 냉각수에 의해 제거됩니다. 이 연삭 방식은 연삭 균열의 형성을 방지하고 연삭 휠이 막히는 것을 방지하며 연삭 분진이 비산되는 것을 방지하여 환경에 좋은 영향을 미칩니다. 따라서 냉각수를 충분히 공급하고 40~45L/min의 선택된 유량과 0.8~1.2Mpa의 압력으로 연삭 부위에 직접 분사해야 합니다. 절삭유의 순도를 유지하고 순환 중에 여과하며 필요한 경우 라디에이터를 사용하여 온도를 조절하는 것이 필수적입니다. 분사되는 냉각수의 유량과 힘이 충분한지 확인하기 위해 특별한 주의를 기울여야 합니다. 변경 사항이 있으면 냉각수 펌프 필터의 막힘 여부를 검사해야 합니다. 또한 필터를 정기적으로 청소하고 점검해야 합니다.

IV. 경화 기어 표면의 연삭 균열을 제거하기 위한 공정 조치

경화된 기어 표면에 연삭 균열이 나타나면 먼저 이러한 균열의 원인을 분석해야 합니다. 그런 다음 작업 조건에 따라 다음과 같은 처리를 적용해야 합니다:

1. 2차 템퍼링 방법의 효과와 적용 방법

(1) 2차 템퍼링 방법

침탄 담금질 부품의 템퍼링 시간을 적절히 연장하고, 템퍼링 온도를 높이고, 템퍼링 횟수를 늘리면 연삭 균열을 제거하고 줄일 수 있는 충분한 템퍼링을 달성할 수 있습니다. 구체적인 접근 방식은 다음과 같습니다:

• 기어를 180℃에서 16시간 이상 템퍼링한 후 기어 연삭 또는 연삭 전 스크래핑을 수행할 수 있습니다. 연삭 균열이 심한 경우 두 번의 저온 템퍼링을 수행할 수 있습니다.

• 160℃에서 180℃ 사이의 뜨거운 기름에서 12시간 동안 숙성하면 더욱 좋은 결과를 얻을 수 있습니다.

이러한 방법은 간단하고 효과적이기 때문에 일반적으로 연삭 균열을 예방하고 제거하는 데 사용됩니다.

(2) 충분한 템퍼링의 효과는 다음과 같습니다:

• 충분한 템퍼링은 다양한 연삭 감도를 크게 감소시킵니다. 강철의 종류.

• 충분한 템퍼링은 미세한 스트레스를 줄여줍니다.

• 템퍼링이 충분하면 미세 균열이 자동으로 용접됩니다.

• 충분한 템퍼링으로 담금질을 더 잘 제거할 수 있습니다. 잔류 스트레스.

(3) 적절한 템퍼링을 식별하는 방법

• 이미 가공된 케이스 경화 및 담금질 부품의 경우 강화된 부품 표면의 색상을 관찰하여 템퍼링의 적절성을 판단합니다. 황금색은 충분한 템퍼링을 의미하며, 짚색은 추가 템퍼링이 필요하다는 것을 나타냅니다.

• 케이스 경화 및 담금질 처리되지 않은 부품의 경우, 사포를 사용하여 부품 표면의 특정 부분을 금속 광택이 나타날 때까지 연마하고 밝게 할 수 있습니다. 그런 다음 템퍼링 후 이 표면의 색상을 관찰하여 템퍼링의 적절성을 결정합니다.

(4) 2차 템퍼링 시 고려 사항

• 부품 왜곡을 최대한 최소화하기 위해 템퍼링 중에는 100°C의 용광로 온도에서 1~2시간 동안 부품을 보관한 후 온도를 180°C로 높여 14~15시간 동안 템퍼링을 진행합니다.

• 이미 가공된 케이스 경화 및 담금질 부품의 경우 템퍼링 중에 적절한 보호 장치를 제공해야 합니다.

2. 균열 제거를 위한 스카핑 방법

금이 간 치아 표면은 스카프로 닦아서 청소합니다. 경질 합금 롤러 커터로 치아를 연마합니다. 이 방법은 주로 다음과 같은 경우에 사용됩니다:

• 치아 두께는 충분한 여유가 있습니다.

• 균열 깊이가 비교적 얕은 경우에 주로 적용됩니다.

3. 균열 제거를 위한 연삭 방법

대형 유성 기어의 연삭에서 심각한 연삭 균열이 발생하여 아래에 설명된 연삭 균열 제거 방법의 전형적인 사례를 제공합니다:

(1) 연삭 균열이 심한 대형 유성 기어의 상황에 대한 간략한 소개:

• 대형 유성 기어의 기술 파라미터: m=9z=66α=20°f=1, 톱니 폭=60

• 재료 및 열처리 조건: 침탄 깊이 1.8~2.3, 표면 경도 HRC58~62의 20CrMnTi

• 변형 조건 및 연삭 마진: 침탄 담금질 후 변형으로 인해 일반 선의 확장 후 실제 크기는 1.25 (mm)입니다. 연삭 마진: 0.65 (mm); 심한 연삭 균열이 나타나면 남은 연삭 여유는: 0.7 (mm).

• 연마 균열의 현재 상태: 가장 심한 연마 균열은 치아 오른쪽에 14개의 평행 균열이 있으며, 치아 폭을 따라 연마 방향에 수직으로 분포되어 있습니다. 균열 길이는 치아 높이에 가깝고 거의 모든 치아에 왼쪽과 오른쪽 표면에 연마 균열이 있습니다. 균열의 수는 불연속적이고 불규칙한 분포로 다양합니다. 균열의 상태가 매우 심각합니다.

(2) 다음 조치를 시행합니다:

• 연삭 균열이 심한 기어는 180°C의 뜨거운 기름에 넣고 12시간 동안 숙성시킵니다.

• 그라인딩 휠을 교체합니다: 그라인딩 휠의 원래 경도는 K 등급이었으나 이제 J 등급으로 교체되었습니다.

• 필터를 설치하지 않고 냉각 펌프를 장기간 사용했기 때문에 냉각 오일 탱크가 심하게 오염되어 탱크 바닥 전체에 6cm 두께의 연마 침전물이 덮여 있습니다. 따라서 냉각 오일 탱크를 깨끗이 청소하고 새 오일로 교체하여 냉각 품질과 효과를 보장하세요.

• 연삭 균열을 제거하기 위한 연삭 공정에서 인피드는 0.025(mm)로 제어됩니다.

• 연삭 균열을 제거하기 위한 연삭 공정에서는 연삭 휠을 두 번 완전히 회전할 때마다 드레싱하여 작동 중에 날카로운 작업 상태를 유지해야 합니다.

• 휠 드레서의 무뎌진 다이아몬드를 연마하여 선명도를 회복하세요.

• 슬라이드 스트로크 수를 늘리기 위해 AC 컨버터의 주파수가 원래 설정인 33HZ에서 45HZ로 증가합니다.

위의 조치를 시행함으로써 모든 심각한 연삭 균열이 성공적으로 제거되었습니다.