轴承套圈磨削裂纹的产生及控制

2010-10-11 03:10万云鹏吴志平尤宝桦
哈尔滨轴承 2010年3期
关键词:断裂强度套圈磨料

万云鹏,吴志平,尤宝桦

(哈尔滨轴承集团公司精密轴承分公司,黑龙江哈尔滨150036)

1 前言

磨削工艺在轴承的整个加工过程中起着极为重要的作用。磨削加工的劳动量约占劳动总量的70%左右,制造轴承的磨床数量也占所有金属切削机床总数的70%左右。磨削加工是用来提高轴承零件加工精度的最重要工艺方法。在轴承的磨削过程中磨削裂纹时有发生,如何避免磨削裂纹现象十分重要。

2 磨削裂纹的形成

磨削裂纹是被磨削套圈表面所产生的,形态为条状和网状缺陷,条状裂纹与磨削方向垂直,多数是磨削参数不当所产生,此种裂纹多为1mm以下。

2.1 磨削热的影响

套圈在磨削时,砂轮与套圈表面相互摩擦形成磨削热,其中的60%~80%进入套圈,10%~30%进入砂轮,0.5%~30%进入磨屑。进入套圈的磨削热使套圈表面局部温度高达820~840℃,温升速度可达600℃/s,使套圈再次奥氏体淬火成马氏体(二次淬火),产生了应力,应力超过了材料的断裂强度σC,形成了裂纹。

2.2 瞬间应力的影响

套圈磨削后表面拉应力随深度的增加而变化的情况如图1所示。一般这些拉应力残存在距离磨削表面0.7mm范围内,0.05~0.10mm内拉应力出现峰值。

套圈在磨削过程中的应力分析如图2所示。在磨削瞬间,砂轮与材料接触的直线段上,有很多磨料同时切割套圈,每磨粒底面的前棱A和后棱A'所决定的平面,对套圈产生下压力,引起套圈局部弹性变形。在后棱上,因材料进行弹性变形恢复,作用在A'上有一个向后的拉力P';在前棱A上,因砂轮强力旋转前进,刃角强力切割,引起一个非常大的向前拉力P。当P所决定的应力σP大于材料真实断裂强度σC时,棱A上就会出现小裂纹。相临磨粒形成的小裂纹贯通后成为大裂纹。P'一般较小(可不计)。

综上可知,在磨削过程中,被磨材料表面产生了热应力σ热、瞬间拉应力σP和一定条件下的组织应力σ组。这三个应力之和σ合或任一应力大于材料表面被磨处的断裂强度σC时,都将产生裂纹。

图1 拉应力随深度的变化图

图2 磨削过程应力分析

3 磨削裂纹的控制

通过上述分析不难看出,控制磨削裂纹主要从以下两方面抓起。一是提高σC,二是降低σ合。二者必须同时注意,使应力状态满足σC〉σ合,即可杜绝裂纹的产生。

3.1 材料断裂强度σC的提高

应选用具有良好的耐磨性、弹性、韧性及内部组织均匀的优质钢材;钢材的碳化网状带状、液析和退火组织等要严格控制。材料设计的合理化,使热处理后有高的断裂强度和无显微裂纹缺陷。GCr15和GCr18即是符合以上要求的优质钢材。

科学地选择热处理工艺,使内部组织和应力具有良好的稳定性。在热处理过程中不同温度、不同冷却速度、不同含碳量,金属的金相组织是不同的。为抑制孪晶马氏体和显微裂纹可采用超细化处理、等温马氏体淬火、带温回火等;为避开和减弱马氏体,采用贝氏体淬火、贝氏体和马氏体双相淬火等。

3.2 应力σ合的降低

在套圈的磨削过程中,为了降低热应力,必须减少磨削热的产生。首先,要减小磨削量,使金属塑性变形减小,从而减少磨削热;第二,提高工件转速,使工件被磨削表面通过磨削区域的时间缩短,可减少磨削热的聚集;第三,磨料的选择。磨料硬度高则切削性能好,可减少发热,但磨料硬度不可太硬、组织不能太细,否则在磨削时不易脱落且降低切削性能。粗磨时可选择硬度低、组织号大的砂轮;终磨时选用较硬的、组织号较小的砂轮。在磨削过程中合理增加补充回火,以减小磨削过程中所形成的应力。

冷却液的成分和浓度要合适,流量、压力要充分,使被磨削工件得到充分有效的冷却。

4 结束语

通过对轴承套圈磨削裂纹的分析可知,在轴承套圈的磨加工过程中,如果合理的选择磨料、严格控制磨削量,并且在磨削时正确使用冷却水,这样,即可有效的控制磨削裂纹的产生。

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