不同車加工和熱處理工藝對套圈變形的影響分析

周硯田

（瓦房店軸承集團(tuán)有限責(zé)任公司，遼寧 瓦房店 116300）

眾所周知，軸承套圈熱處理變形是不可避免的，由于其影響因素非常復(fù)雜，給磨削效率的提高帶來了重重困難。因此，研究軸承套圈熱處理變形的影響因素，找出減小變形的方法是提高產(chǎn)品質(zhì)量、減少磨削次數(shù)的重要課題。

在實(shí)際生產(chǎn)中，影響熱處理變形的因素主要包括車加工方法、淬火加熱速度、淬火介質(zhì)及攪油速度等。

1 車加工方法對套圈變形的影響

車加工設(shè)備和方法對車加工套圈變形的影響見表1。由表可知：一次車削時(shí)，由于設(shè)備的限制，套圈車削后內(nèi)、外徑變動(dòng)量較大，且合格率低；二次車削時(shí)，采用數(shù)控車床，內(nèi)、外徑變動(dòng)量均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 車加工設(shè)備和方法對軸承套圈車工內(nèi)、外徑變動(dòng)量合格率的影響Tab.1 Effect of equipment and method of turning process on qualified rate of inner and outer diameter variation

2 不同熱處理工藝對套圈變形的影響

2.1 熱處理工藝試驗(yàn)

選取GCr15鋼制32222圓錐滾子軸承內(nèi)、外圈各600件（12組，每組50件），外圈外徑 φ200 mm，寬度46mm；內(nèi)圈內(nèi)徑φ152mm，寬度53mm，進(jìn)行熱處理試驗(yàn)。設(shè)備及試驗(yàn)工藝參數(shù)見表2。設(shè)備有4個(gè)加熱區(qū)，總加熱時(shí)間＝推料拍節(jié)×爐內(nèi)爐盤數(shù)。

表2 32222套圈淬回火工藝參數(shù)Tab.2 Process parameters for quenching and tempering of ring for bearing 32222

2.2 外圈熱處理后試驗(yàn)結(jié)果

32222外圈分別經(jīng)一次、二次車削熱處理后的外徑變動(dòng)量及脹縮量見表3。計(jì)算可知，經(jīng)一次車削熱處理后外圈外徑變動(dòng)量平均合格率為73.3%，經(jīng)二次車削熱處理后外圈外徑變動(dòng)量平均合格率為89.08%，后者比前者提高了15.78%。

表3 不同車削方式下32222外圈熱處理后的外徑變動(dòng)量及脹縮量Tab.3 Outer diameter variation and amount of swelling and shrinking after heat treatment of outer ring of bearing 32222 under different turning methods

分級油淬火的外圈熱處理后的平均外徑變動(dòng)量合格率為78.56%；鹽浴馬氏體淬火的外圈熱處理后的平均外徑變動(dòng)量合格率為83.37%。

正常溫度加熱的熱處理變形合格率為81.3%；高溫快速加熱的熱處理變形合格率為81%。

高速（1 500 r／min）攪油熱處理變形合格率為76.4%；低速（1 000 r／min）攪油熱處理變形合格率為86%。

分級油淬火的一次車削外圈熱處理后的外徑尺寸平均脹大0.15 mm；分級油淬火的二次車削外圈熱處理后的外徑尺寸平均脹大0.01 mm。

2.3 內(nèi)圈熱處理后試驗(yàn)結(jié)果

32222內(nèi)圈分別經(jīng)一次、二次車削熱處理后的內(nèi)徑變動(dòng)量及脹縮量見表4。

表4 不同車削方式下32222內(nèi)圈熱處理后的內(nèi)徑變動(dòng)量及脹縮量Tab.4 Inner diameter variation and amount of swelling and shrinking after heat treatment of inner ring of bearing 32222 under different turning methods

由表4可知，一次車削熱處理后內(nèi)徑變動(dòng)量平均合格率為67%，二次車削熱處理后內(nèi)徑變動(dòng)量平均合格率為81%，后者比前者提高了14%。

分級油淬火的內(nèi)圈熱處理后的內(nèi)徑平均變動(dòng)量合格率為70.375%；鹽浴馬氏體淬火的內(nèi)圈熱處理后的內(nèi)徑平均變動(dòng)量合格率為81.25%。

正常溫度加熱的熱處理變形合格率為76.75%；高溫快速加熱的熱處理變形合格率為64%。后者比前者降低了12.75%。

高速攪油熱處理變形合格率為70.1%；低速攪油熱處理變形合格率為78.1%。

分級油淬火的一次和二次車削內(nèi)圈熱處理后的內(nèi)徑尺寸平均脹大0.09 mm。

2.4 小結(jié)

分析以上數(shù)據(jù)可知：

1）一次車削由于進(jìn)刀量大，造成車削應(yīng)力大、變形大，從而導(dǎo)致套圈熱處理過程中隨著應(yīng)力的釋放而變形更大。因此，應(yīng)采用數(shù)控車床二次車削來解決套圈熱處理變形大的問題。

2）淬火介質(zhì)、淬火方法對套圈淬火熱處理變形有較大的影響。冷卻方法按照軸承零件的質(zhì)量要求、形狀、壁厚及尺寸不同而有所不同［1］。選擇淬火介質(zhì)的正確原則：在保證淬硬的前提下，盡量選擇淬火烈度小的淬火介質(zhì)，以減小淬火變形及開裂。為了淬火時(shí)最大限度地減小變形和避免開裂，采用分級油淬火，而非傳統(tǒng)常規(guī)的一次油冷的淬火方式。分級油淬火特點(diǎn)：套圈采用120℃熱油淬火，減小冷卻時(shí)的應(yīng)力，然后進(jìn)入10℃冷油中冷卻，使殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，穩(wěn)定尺寸，提高硬度。鹽浴馬氏體淬火等溫鹽浴溫度180℃，冷卻時(shí)的應(yīng)力更小，然后采用風(fēng)冷，使殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，穩(wěn)定尺寸，提高硬度。通過大批量試驗(yàn)檢測數(shù)據(jù)可知，鹽浴馬氏體淬火變形合格率略高于分級油淬火。

3 結(jié)論

1）一次車削車工變形大，導(dǎo)致軸承套圈熱處理變形大；二次車削套圈熱處理變形合格率比一次車削高15%左右。

2）分級油淬火的軸承套圈稍脹大。

3）熱處理的攪油速度對熱處理變形影響較大，攪油速度越慢，熱處理變形越小，但應(yīng)在保證組織和硬度的前提下。

4）高溫快速加熱的變形合格率比正常溫度加熱的略低，但從經(jīng)濟(jì)效益的角度綜合考慮，可以實(shí)行。