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超轻系列深沟球轴承内圈磨削工艺的改进

发布时间:2018-10-12
安源
  摘 要:近年来,超轻系列深沟球轴承内圈磨削工艺得到了业内的广泛关注,研究其相关课题有着重要意义。本文首先对相关内容做了概述,分析了宏观观察和金相以及测量现状,并结合相关实践经验,分别从多个角度与方面对该课题展开了研究,阐述了个人对此的几点看法与认识,望有助于相关工作的实践。
  关键词:超轻系列;深沟球轴承;内圈磨削;工艺
  1 前言
  作为一项实际要求较高的实践性工作,超轻系列深沟球轴承内圈磨削的特殊性不言而喻。该项课题的研究,将会更好地提升对深沟球轴承内圈磨削工艺的分析与掌控力度,从而通过合理化的措施与途径,进一步优化该项工作的最终整体效果。
  2 失效轴承组织分析
  2.1宏观观察和金相分析
  经过宏观观察发现,内圈滚道的表面上布满了各种剥落斑点,且斑点分布分散而无序。在离表面距离为接触区宽的4/5左右处剥落现象最为严重,剥落处的斑点有较为明显的疲劳弧线特征。
  沿着滚道剥落处线切割,并将内圈滚道制作成金相试样。按GB/T11354—2005《滚动轴承钢显微组织检验》要求,用质量分数为4%的硝酸酒精溶液对轴承内圈滚道进行浸蚀,之后可发现其基体显微组织为隐针状回火马氏体和碳化物颗粒,碳化物颗粒有向网状发展的趋势;在剥落坑底部有裂纹,裂纹有向侧面基体扩展的趋势。
  2.2扫描电镜分析
  对剥落坑进行扫描电镜后发现,剥落坑底部有疲劳辉纹特征,由于GCr15钢硬度高,疲劳辉纹较细且呈不连续状,坑底由于摩擦还出现了擦伤痕迹。轴承滚道表面有较为明显的接触疲劳剥落坑形貌;坑底部除了有擦伤和疲劳辉纹特征外,在剥落坑表面连接处还有韧窝,说明疲劳源在滚道的次表层;疲劳裂纹由次表层向表面慢慢扩展,最后以撕裂方式形成剥落坑。
  2.3化学成分和硬度分析
  对失效轴承内圈滚道进行取样,并进行化学分析,分析结果为:w(C)≈1.05%,w(Si)≈0.4%,w(Mn)≈0.25%,w(Cr)≈1.55%.根据GB/T8254—2002《轴承钢》的相关标准,内圈滚道成分符合GCr15钢的要求。
  根据GB/T230—2004《金属洛氏硬度试验方法》对内圈滚道表面进行洛氏硬度测试,测得其平均硬度值为62~63HRC,符合工艺要求。
  2.4失效轴承轮廓尺寸分析
  利用轮廓仪对同批次失效内、外圈滚道及滚子轮廓的尺寸、突度和相互差进行测量。测量显示,外圈滚道各项指标均为正常數值;大多数内圈滚道的尺寸、突度不合格;轴承滚子的突度也不合格,大多数滚子的突度偏小2~3μm(工艺要求突度为3~5μm);滚子的直径相互差大大地超出了标准值。
  3 失效原因分析
  综合上文中的宏观观察、金相分析和扫描电镜分析可知,内圈滚道剥落属于典型的接触疲劳破坏。引起接触疲劳破坏的原因主要有两个:①内圈滚道接触应力增大而引起的应力集中。内圈滚道不同程度的突起、滚子突度偏小和滚子直径相互差大大超标等都会造成接触应力增大而形成应力集中。为了改善滚子的载荷分布,通常会将滚子加工成带突度的,以降低滚子的应力水平,防止提前发生接触疲劳破坏。但上文中的内圈滚道尺寸和突度均不合格,大多数滚子的突度偏小,且直径相互差大大超标,使得接触应力增大而引发应力集中,继而产生疲劳源,并最终发展为接触疲劳破坏。内圈滚道在离表面距离为接触区宽的4/5左右处表面剥落现象最为严重,说明该处接触应力最大,应力集中现象最严重。②内圈滚道热处理工艺不当、显微组织不良。内圈滚道的显微组织中存在呈网状发展的碳化物颗粒,网状碳化物颗粒会破坏组织的均匀性,使材料的力学性能变差,尤其会使材料的疲劳性能下降。因此上文中的圈滚道接触应力增大、应力集中是诱发接触疲劳破坏的主要因素,而内圈滚道中的不良金相显微组织,特别是网状碳化物颗粒等,则会对接触疲劳剥落起加速作用。
  4 测量现状分析
  目前轴承行业生产现场测量关节轴承内圈外球径尺寸及球直径变动量大致有下列几方法:采用万能量具如外径千分尺测量;采用轴承专用外径测量仪如D913或D914测量;采用三坐标机或测量长仪测量,但采用这些测量方法都存在相应的弊端。
  采用外径千分尺测量时,由于外径千分尺测量精度不够,加之存在人为因素,满足不了精确到0.001mm测量要求,而且测量时间长不方便。
  采用轴承专用外径测量仪D913或D914测量时,由于关节轴承内圈外球面有油槽存在,一般把仪器测点调成二低一高形式,采用标准件调整比对测量。随着外径的增大(或减小),套圈中心在aa线上移动,即所测为弦长值而不是直径值;而且该方法测量点不是直接通过球心,即非法线测量,此时仪表上所反映的数值与球径的数值不线性比例增长(或减小),因而不能真实反映球径的数值及球径变动量。对于没有油槽存在的内圈,一般把测量点和支点调整在球中心截面上,但由于存在宽度误差,其测量点也不一定通过球中心,也即所测量的值也是弦长而不是直径值。并且采用轴承专用外径测量仪D913或D914测量外球径时最大的弊端是只能测量一个截面而不是测量任意截面的球直径及球直径变动值。
  5 改进措施
  通过对上述失效原因的分析可知,降低内圈滚道与滚子间的接触应力,消除网状碳化物颗粒,进一步优化内圈滚道金相显微组织,是防止内圈滚道接触疲劳破坏的根本方法。
  内圈滚道和滚子的表面质量对内圈滚道与滚子间的接触应力有很大的影响。目前,在轴承的加工过程中,质量检查主要是对外观、游隙、旋转灵活性、噪声、无损检测和残磁测量等进行检查。由于轴承产品本身比较特殊,目前这些检查和处理方法还存在不少问题,需要增加新的检测方法和手段来保证轴承内、外圈滚道和滚子表面的质量。轮廓仪是测量轴承表面质量的可靠工具,但轮廓仪测量效率较低,只能运用于精密轴承的检测。由于振动测试得到了越来越广泛的运用和发展,因此可以借助精密、先进的测量设备来保证轴承内、外圈滚道和滚子的轮廓尺寸、突度和表面质量,避免早期接触疲劳破坏的发生。
  轴承座08的上端面车削成了阶梯状,此结构是用于构造迷宫式密封形式的一部分。螺纹盖05为圆形,外径面车削有细牙螺纹,装配时旋入轴承座08后,组成新的迷宫结构,同时,螺纹盖05也是球轴承10的安装定位部件。最后将防尘盖04合盖后,防尘盖内侧的阶梯形状,和轴承座08、螺纹盖05的阶梯形状相吻合后,组成完整的迷宫密封结构。
  迷宫式密封的间隙根据机构能够实现的加工精度进行确定,此外还要考虑机构在装配时可能存在的装配误差,一般而言,间隙控制在0.5-1mm之间。间隙过小会导致机构装配的干涉,导致机构运转不畅;间隙过大,则不能有效防止砂轮灰的侵入,导致密封结构失效,因此需要根据实际情况进行工件尺寸的设计调整。
  该密封结构不需要毛毡、油封、O型圈等密封部件,直接采用的机械式、分体式的迷宫式密封,加工难度不高,维修、清洗都十分方便,特别适合中小轴承企业的特殊轴承生产加工。因为砂轮灰在加工过程中会被磁性夹具磁化,如果修整器的材料能够采用无磁性的金属,如铝、铜、不锈钢等,其密封效果会更加明显。
  6 结束语
  综上所述,加强对超轻系列深沟球轴承内圈磨削工艺问题的研究分析,对于其良好实践效果的取得有着十分重要的意义,因此在今后的深沟球轴承内圈磨削过程中,应该加强对其关键环节与重点要素的重视程度,并注重其具体实施措施与方法的科学性。
  参考文献
  [1]魏芳,刘燕,刘愑,刘艳敏.轴承零件磨削烧伤极其产生因素的探讨[J].哈尔滨轴承.2016(10):60-62.
来源:《中国科技博览》2018年13期


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