油封座端面感應(yīng)淬火的工藝初探

葉天贈(zèng)，謝傳進(jìn)

（BPW（梅州）車軸有限公司，廣東梅州 514743）

油封座端面感應(yīng)淬火的工藝初探

葉天贈(zèng)，謝傳進(jìn)

（BPW（梅州）車軸有限公司，廣東梅州 514743）

油封座端面進(jìn)行感應(yīng)淬火可有效減緩磨損速率，延長車輛使用年限，降低維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用。闡述了油封座的優(yōu)化設(shè)計(jì)和感應(yīng)淬火工藝，以及端面感應(yīng)淬火線圈設(shè)計(jì)及加工工藝，為圓環(huán)狀工件端面感應(yīng)淬火的處理提供一定的參考。

端面淬火；油封座；感應(yīng)線圈；耐磨

1 概述

油封座，起到定位圓錐滾子軸承位置、固定油封的作用，廣泛應(yīng)用于汽車、工程機(jī)械等機(jī)電產(chǎn)品，其組裝結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括軸頭a、輪轂b、圓錐滾子軸承c（下稱軸承）、油封座d、和油封e。

油封座d錐面與軸頭a貼緊，定位軸承c、油封e內(nèi)孔扣在油封座d上，軸頭螺母鎖緊將輪轂b、軸承c壓緊與油封座d端面貼實(shí)，油封e內(nèi)孔外圓接觸位置錯(cuò)位，利用油封e自身彈性與油封座d及輪轂b貼實(shí)，起到密封潤滑油作用。

國內(nèi)油封座材料一般采用45號(hào)鋼，材料硬度為未熱處理鋼≤229HB[1]，質(zhì)地柔軟、容易磨損，而為方便軸承維護(hù)保養(yǎng)，軸承內(nèi)圈與軸頭一般設(shè)計(jì)為間隙配合。如道路狀況良好且車輛不超載，油封座與軸承接觸端面是沒有強(qiáng)烈沖擊及相對(duì)位移，基本上不會(huì)造成油封座端面磨損。

圖1 組裝結(jié)構(gòu)

但國內(nèi)道路狀況較差、超載現(xiàn)象普遍，使用過程中油封座與軸承接觸端面強(qiáng)烈沖擊、輪轂轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)軸承內(nèi)圈轉(zhuǎn)動(dòng)，使油封座端面磨損（軸承硬度為HRC 60～65[2]，磨損可忽略不計(jì)），軸承活動(dòng)間隙變大造成轉(zhuǎn)動(dòng)困難、溫度升高，車輛油耗增大甚至軸承燒毀。

2 優(yōu)化方案

為解決油封座使用過程中容易磨損的問題，制定如下方案：

保留圓錐滾子軸承內(nèi)圈與軸頭間隙配合，不增加維護(hù)保養(yǎng)難度；

采用感應(yīng)淬火工藝，提高油封座接觸端面硬度，增加端面耐磨性，延緩端面磨損速度；

預(yù)留加工余量，端面感應(yīng)淬火后再進(jìn)行精機(jī)加工，保證尺寸精準(zhǔn)。

3 工藝實(shí)現(xiàn)與檢驗(yàn)

（1）感應(yīng)淬火設(shè)備的選用

采用現(xiàn)有GCJK-10100數(shù)控立式感應(yīng)淬火機(jī)床，工件旋轉(zhuǎn)，保證感應(yīng)加熱均勻；編程控制工件上下位置，保證感應(yīng)距離在有效范圍。

（2）感應(yīng)淬硬層要求

根據(jù)實(shí)際使用情況如油封座端面不進(jìn)行加硬處理，在使用狀況特別惡劣地區(qū)年磨損高度0.5～0.8 mm，為保證軸承端面不磨損和45號(hào)鋼感應(yīng)淬火性能制定油封座端面硬度為HRC 50-55。

根據(jù)在使用狀況特別惡劣地區(qū)實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)，油封座在磨損2 mm后將不能再使用，不進(jìn)行端面淬硬處理油封座使用年限為3～5年，在端面淬硬后，端面年磨損高度為0.1～0.2 mm，制定淬硬層深度要求為1～3 mm，可滿足車輛設(shè)計(jì)使用年限為8～10年要求。

感應(yīng)淬硬層要求如圖2所示。

圖2 感應(yīng)淬硬層要求

（3）感應(yīng)線圈及工裝的設(shè)計(jì)制作

感應(yīng)線圈及工裝夾具如圖3所示，1為感應(yīng)線圈，分為：f、感應(yīng)線圈自冷管，持續(xù)通水冷卻線圈；g、油封座冷卻管，下方遍布?1.5 mm噴水孔，通過電磁閥控制噴水冷卻加熱后油封座；感應(yīng)線圈f與g通過焊接形成雙層結(jié)構(gòu)；2油封座；3支座，包括：h、冷卻水排水孔，圓周分布，盡可能大保證冷卻水排放順暢。

圖3 感應(yīng)線圈及工裝

感應(yīng)線圈及工裝設(shè)計(jì)有如下要點(diǎn)：

1）油封座非感應(yīng)端面與支座端面貼合，通過錐面配合定位中心軸；

2）感應(yīng)線圈內(nèi)孔及外圓均需比油封座伸出約2 mm，以適應(yīng)支座與感應(yīng)線圈不同軸，加工過程中支座旋轉(zhuǎn)油封座端面加熱不均勻；

3）經(jīng)過多次試驗(yàn)，油封座冷卻管g下端面需進(jìn)行仿形折彎，以保證感應(yīng)淬火加熱均勻，折彎位置為L/W=0.618（黃金分割），折彎角度為12°～15°；

4）支座3與油封座2的必須有臺(tái)階，臺(tái)階≥3 mm為最適宜，方便冷卻水排放且不會(huì)影響磁感線的走向；

5）加工過程中感應(yīng)線圈與油封座的距離3～5 mm為最適宜。

（4）感應(yīng)淬火工藝

根據(jù)感應(yīng)淬硬層深度要求1～3 mm，設(shè)定淬火機(jī)床頻率為12～14 kHz；

整個(gè)加工過程支座帶動(dòng)油封座以恒定速度約40 r/min旋轉(zhuǎn)以保證端面加熱均勻；

采用機(jī)上回火方式以提高生產(chǎn)效率，淬火段逆變功率為65 kW，加熱時(shí)間8 s，回火段逆變功率32 kW，加熱時(shí)間6 s（不同的設(shè)備、感應(yīng)線圈參數(shù)會(huì)有差別，以實(shí)際剖切檢驗(yàn)結(jié)果為準(zhǔn)）。

（5）檢驗(yàn)結(jié)果

將感應(yīng)淬火處理后油封座沿軸向切開，制成金相試樣，使用3%硝酸酒精腐蝕熱影響區(qū)如圖4所示；在光學(xué)顯微鏡下觀察顯微組織如圖5所示。

圖4 熱影響區(qū)（a為外圓方向、c為內(nèi)孔方向）

表1 感應(yīng)淬硬層檢驗(yàn)表

圖5 淬硬層金相400×馬氏體4級(jí)【4】

表面硬度為HRC52-53，硬度層深度為2.1～2.3 mm，淬硬層金相符合JB/T 9204-2008鋼件感應(yīng)淬火金相檢驗(yàn)4級(jí)要求，感應(yīng)淬硬層符合設(shè)計(jì)要求。

因油封座局部進(jìn)行感應(yīng)淬火處理，馬氏體轉(zhuǎn)變導(dǎo)致晶體體積膨脹[5]，對(duì)成品尺寸將有影響，具體影響如表2。

表2 感應(yīng)淬火處理前后尺寸變化

路試檢驗(yàn)：將改進(jìn)后的油封座裝車10臺(tái)投放至使用狀況較惡劣的地區(qū)進(jìn)行路試3年，每年維護(hù)保養(yǎng)測量磨損高度均0.1 mm以內(nèi)，符合設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)論

（1）通過提高油封座端面硬度，可有效改善油封座使用過程中磨損嚴(yán)重問題，降低了軸承燒毀風(fēng)險(xiǎn)，提高車輛安全性，延長車輛使用時(shí)間，降低維護(hù)保養(yǎng)成本；

（2）為保證油封座端面感應(yīng)淬火硬度及硬度層均勻，須使用內(nèi)凹感應(yīng)線圈進(jìn)行仿形，這種仿形感應(yīng)線圈的設(shè)計(jì)理念同樣適用于其他類型圓環(huán)狀工件端面感應(yīng)淬火線圈的設(shè)計(jì)；

（3）感應(yīng)淬火后，馬氏體轉(zhuǎn)變晶粒體積會(huì)膨脹，須預(yù)留加工余量，在感應(yīng)淬火后進(jìn)行精機(jī)加工以保證尺寸合格。

［1］王貞之.簡明熱處理手冊(cè)［M］.北京：中國工業(yè)出版社，1966.

［2］JB/T 1255-2001.高碳鉻軸承鋼滾動(dòng)軸承零件熱處理技術(shù)要求［S］.

［3］GB/T 5617-2005.鋼的感應(yīng)淬火或火焰淬火后有效硬度層深度的測定［S］.

［4］朱利卿.鋼的熱處理變形［M］.武漢：湖北人民出版社，1999.

Study on the Process of Thrust Washer End Surface Induction Hardening

YE Tian-zeng，XIE Chuan-jin
（BPW（Meizhou）axle Co.，Ltd.，Meizhou514743，China）

Thrust washer end surface induction hardening can effectively reduce wear rate， prolong the service life， and reduce maintenance costs.This paper introduced the design and optimization of induction hardening thrust washer， and the end surface induction hardening coil design and processing technology，so as to provide reference for processing workpiece end surface induction hardening circular.

end surface induction hardening；thrust washer；induction coil；wear resistant

TG156.3

A

1009－9492(2014)08－0055－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.08.016

葉天贈(zèng)，男，1983年生，廣東梅州人，大學(xué)本科，助理工程師。研究領(lǐng)域：熱處理工藝設(shè)計(jì)、材質(zhì)檢驗(yàn)、產(chǎn)品國產(chǎn)化。

(編輯：向 飛)

2014－06－05