軸承套圈磨削裂紋的產(chǎn)生及控制

萬云鵬，吳志平，尤寶樺

（哈爾濱軸承集團(tuán)公司精密軸承分公司，黑龍江哈爾濱150036）

1 前言

磨削工藝在軸承的整個(gè)加工過程中起著極為重要的作用。磨削加工的勞動(dòng)量約占勞動(dòng)總量的70%左右，制造軸承的磨床數(shù)量也占所有金屬切削機(jī)床總數(shù)的70%左右。磨削加工是用來提高軸承零件加工精度的最重要工藝方法。在軸承的磨削過程中磨削裂紋時(shí)有發(fā)生，如何避免磨削裂紋現(xiàn)象十分重要。

2 磨削裂紋的形成

磨削裂紋是被磨削套圈表面所產(chǎn)生的，形態(tài)為條狀和網(wǎng)狀缺陷，條狀裂紋與磨削方向垂直，多數(shù)是磨削參數(shù)不當(dāng)所產(chǎn)生，此種裂紋多為1mm以下。

2.1 磨削熱的影響

套圈在磨削時(shí)，砂輪與套圈表面相互摩擦形成磨削熱，其中的60%～80%進(jìn)入套圈，10%～30%進(jìn)入砂輪，0.5%～30%進(jìn)入磨屑。進(jìn)入套圈的磨削熱使套圈表面局部溫度高達(dá)820～840℃，溫升速度可達(dá)600℃/s，使套圈再次奧氏體淬火成馬氏體（二次淬火），產(chǎn)生了應(yīng)力，應(yīng)力超過了材料的斷裂強(qiáng)度σC，形成了裂紋。

2.2 瞬間應(yīng)力的影響

套圈磨削后表面拉應(yīng)力隨深度的增加而變化的情況如圖1所示。一般這些拉應(yīng)力殘存在距離磨削表面0.7mm范圍內(nèi)，0.05～0.10mm內(nèi)拉應(yīng)力出現(xiàn)峰值。

套圈在磨削過程中的應(yīng)力分析如圖2所示。在磨削瞬間，砂輪與材料接觸的直線段上，有很多磨料同時(shí)切割套圈，每磨粒底面的前棱A和后棱A＇所決定的平面，對(duì)套圈產(chǎn)生下壓力，引起套圈局部彈性變形。在后棱上，因材料進(jìn)行彈性變形恢復(fù)，作用在A＇上有一個(gè)向后的拉力P＇；在前棱A上，因砂輪強(qiáng)力旋轉(zhuǎn)前進(jìn)，刃角強(qiáng)力切割，引起一個(gè)非常大的向前拉力P。當(dāng)P所決定的應(yīng)力σP大于材料真實(shí)斷裂強(qiáng)度σC時(shí)，棱A上就會(huì)出現(xiàn)小裂紋。相臨磨粒形成的小裂紋貫通后成為大裂紋。P＇一般較?。刹挥?jì)）。

綜上可知，在磨削過程中，被磨材料表面產(chǎn)生了熱應(yīng)力σ熱、瞬間拉應(yīng)力σP和一定條件下的組織應(yīng)力σ組。這三個(gè)應(yīng)力之和σ合或任一應(yīng)力大于材料表面被磨處的斷裂強(qiáng)度σC時(shí)，都將產(chǎn)生裂紋。

圖1 拉應(yīng)力隨深度的變化圖

圖2 磨削過程應(yīng)力分析

3 磨削裂紋的控制

通過上述分析不難看出，控制磨削裂紋主要從以下兩方面抓起。一是提高σC，二是降低σ合。二者必須同時(shí)注意，使應(yīng)力狀態(tài)滿足σC〉σ合，即可杜絕裂紋的產(chǎn)生。

3.1 材料斷裂強(qiáng)度σC的提高

應(yīng)選用具有良好的耐磨性、彈性、韌性及內(nèi)部組織均勻的優(yōu)質(zhì)鋼材；鋼材的碳化網(wǎng)狀帶狀、液析和退火組織等要嚴(yán)格控制。材料設(shè)計(jì)的合理化，使熱處理后有高的斷裂強(qiáng)度和無顯微裂紋缺陷。GCr15和GCr18即是符合以上要求的優(yōu)質(zhì)鋼材。

科學(xué)地選擇熱處理工藝，使內(nèi)部組織和應(yīng)力具有良好的穩(wěn)定性。在熱處理過程中不同溫度、不同冷卻速度、不同含碳量，金屬的金相組織是不同的。為抑制孿晶馬氏體和顯微裂紋可采用超細(xì)化處理、等溫馬氏體淬火、帶溫回火等；為避開和減弱馬氏體，采用貝氏體淬火、貝氏體和馬氏體雙相淬火等。

3.2 應(yīng)力σ合的降低

在套圈的磨削過程中，為了降低熱應(yīng)力，必須減少磨削熱的產(chǎn)生。首先，要減小磨削量，使金屬塑性變形減小，從而減少磨削熱；第二，提高工件轉(zhuǎn)速，使工件被磨削表面通過磨削區(qū)域的時(shí)間縮短，可減少磨削熱的聚集；第三，磨料的選擇。磨料硬度高則切削性能好，可減少發(fā)熱，但磨料硬度不可太硬、組織不能太細(xì)，否則在磨削時(shí)不易脫落且降低切削性能。粗磨時(shí)可選擇硬度低、組織號(hào)大的砂輪；終磨時(shí)選用較硬的、組織號(hào)較小的砂輪。在磨削過程中合理增加補(bǔ)充回火,以減小磨削過程中所形成的應(yīng)力。

冷卻液的成分和濃度要合適，流量、壓力要充分，使被磨削工件得到充分有效的冷卻。

4 結(jié)束語

通過對(duì)軸承套圈磨削裂紋的分析可知，在軸承套圈的磨加工過程中，如果合理的選擇磨料、嚴(yán)格控制磨削量，并且在磨削時(shí)正確使用冷卻水，這樣，即可有效的控制磨削裂紋的產(chǎn)生。