成型厚度偏差對(duì)磨具成型密度及硬度的影響

山 鷹，呂曉菲，韓守田

（1. 哈爾濱軸承集團(tuán)公司 生產(chǎn)管理部，黑龍江 哈爾濱 150036；2. 哈爾濱軸承集團(tuán)公司 經(jīng)營(yíng)發(fā)展部，黑龍江 哈爾濱150036；3. 哈爾濱哈工軸承有限公司，黑龍江 哈爾濱 150030）

成型厚度偏差對(duì)磨具成型密度及硬度的影響

山 鷹1，呂曉菲2，韓守田3

（1. 哈爾濱軸承集團(tuán)公司 生產(chǎn)管理部，黑龍江 哈爾濱 150036；2. 哈爾濱軸承集團(tuán)公司 經(jīng)營(yíng)發(fā)展部，黑龍江 哈爾濱150036；3. 哈爾濱哈工軸承有限公司，黑龍江 哈爾濱 150030）

通過(guò)對(duì)磨具成型厚度偏差的計(jì)算與實(shí)驗(yàn)，分析成型厚度偏差對(duì)磨具成型密度及硬度的影響;并通過(guò)控制成型厚度極限偏差，保證磨具質(zhì)量。

磨具；成型厚度；成型密度；偏差；硬度

1 前言

在磨具生產(chǎn)加工中，影響磨具硬度的因素有很多，如結(jié)合劑配方、成型密度、成型方式、燒成工藝、燒成溫度等。通過(guò)實(shí)際加工發(fā)現(xiàn)，在磨具成型中，毛坯厚度偏差對(duì)成型密度也存在直接影響，進(jìn)而使磨具硬度發(fā)生變化，造成實(shí)際硬度與設(shè)計(jì)硬度不符。關(guān)于成型厚偏差對(duì)磨具成型密度及硬度的影響，本文加以計(jì)算和分析。

2 成型厚度偏差影響值計(jì)算

2.1 公式推導(dǎo)

成型厚度偏差是指磨具在加工過(guò)程中由于結(jié)合劑配方、成型工藝、燒成工藝等因素影響，造成加工好的磨具厚度實(shí)際尺寸與設(shè)計(jì)尺寸之間出現(xiàn)的誤差。根據(jù)成型密度公式推導(dǎo)如下：

r——成型密度，

P——磨具單重，

S——磨具底面積 ，

H——成型厚度。

當(dāng)壓制同一批產(chǎn)品時(shí)，即磨具單重P與磨具底面積S相同時(shí)，則成型密度r與成型厚度H成反比，所以有：

由公式（1）經(jīng)推導(dǎo)有：

式中：

r1——成型厚度為H1時(shí)的成型密度，

r2——成型厚度為H2時(shí)的成型密度，

Δr——成型密度偏差值（r2=r1+Δ r），

ΔH——成型厚度偏差值（H2=H1+Δ H）。

2.2 計(jì)算

按某型號(hào)磨具設(shè)計(jì)成型密度為r1=2.35g/cm3，成型密度允差在Δr=±0.04g/cm3之內(nèi)計(jì)算，則由公式（2）計(jì)算得出磨具參數(shù)值（見(jiàn)表 1、表2）。

由表 1、表 2 可以看出,同一厚度，厚度偏差絕對(duì)值相同，對(duì)密度影響值卻不同；厚度較厚的磨具成型密度偏差對(duì)磨具硬度影響不大。

表1 磨具參數(shù)值Ⅰ/mm

3 成型厚度允許極限偏差值的計(jì)算

由公式（2）經(jīng)推導(dǎo)有：

由公式（3）計(jì)算出不同的成型厚度允許極限偏差值（表 3）。

表2 磨具參數(shù)值Ⅱ /mm

表3 不同成型厚度允許極限偏差值 /mm

從表 3 可以得知，許密度偏差絕對(duì)值相同時(shí)，其允許厚度偏差絕對(duì)值也不同。厚度較薄的磨具對(duì)成型要求高，因此如采用定壓成型難保證磨具的成型密度在±Δr=0.04g/cm3之內(nèi)。

4 計(jì)算值的修正

從上述計(jì)算可以看出，當(dāng)厚度偏差絕對(duì)值相同或密度偏差絕對(duì)值相同時(shí)，其受影響的偏差絕對(duì)值差的偏差程度（∣-ΔH∣-ΔH和∣-Δr∣-Δr）都不很明顯。為計(jì)算方便起見(jiàn)，可以考慮作如下修正進(jìn)行計(jì)算：

（1）厚度偏差對(duì)成型密度影響值的修正按公式（4）計(jì)算

（2）允許厚度極限偏差值的修正按公式（5）計(jì)算

計(jì)算結(jié)果分別見(jiàn)表 4、表 5。

這樣看來(lái)，修正絕對(duì)值介于原正負(fù)絕對(duì)值之間。雖然修正計(jì)算法計(jì)算簡(jiǎn)便，但是誤差卻大于精確法，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要選用。

5 例證

表4 厚度偏差允許密度極限偏差值的修正結(jié)果 /g/cm3

表5 厚度偏差允許厚度極限偏差值的修正結(jié)果/mm

某廠某年四到六月陶瓷磨具硬度不符共為51336片，其中H≤40mm的為42307片，占總不符數(shù)量為42307/51366×100%=82.41%，從成型厚度偏差對(duì)磨具硬度值影響因素進(jìn)行試驗(yàn)分析，詳細(xì)數(shù)據(jù)如下（表 6）。

表 6 實(shí)測(cè)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果（略）基本一致，證明了計(jì)算結(jié)果符合實(shí)際情況?？梢钥闯觯穸绕顚?duì)磨具硬度值影響較大，特別是對(duì)厚度較薄的磨具硬度差值較大，是影響磨具硬度的重要因素之一。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)數(shù)據(jù)的分析及實(shí)測(cè)，證明了磨具成型厚度偏差對(duì)磨具成型密度及硬度存在一定影響，對(duì)于同一厚度，厚度偏差絕對(duì)值越大，對(duì)磨具成型密度及硬度的影響越大；當(dāng)厚度偏差值相同時(shí)，隨成型厚度的減小，則厚度偏差對(duì)磨具成型及硬度的影響越大。隨成型厚度的增大，允許厚度極限偏差絕對(duì)值也增大。因此，對(duì)厚度較薄的磨具，應(yīng)改定壓成型為定模成型。因此在實(shí)際加工中應(yīng)采用嚴(yán)格的厚度極限偏差標(biāo)準(zhǔn)和適當(dāng)?shù)某尚头椒?，控制磨具硬度，以保證磨具的成型密度在 r=±0.04g/cm3之內(nèi)，確保磨具硬度符合設(shè)計(jì)要求。

表6 成型厚度偏差對(duì)磨具硬度值影響試驗(yàn)數(shù)值/mm

（編輯：林小江）

表3 理化檢測(cè)結(jié)果

5 故障分析

通過(guò)掃描電鏡分析確認(rèn)，軸承滾道剝落為疲勞剝落。根據(jù)保持架兜孔開(kāi)裂形貌及內(nèi)圈滾道剝落形貌，可判斷內(nèi)圈滾道的剝落應(yīng)先于保持架兜孔開(kāi)裂。因?yàn)檩S承正常工作時(shí)，保持架受力很小，只有鋼球引導(dǎo)保持架的拖動(dòng)力，此力不會(huì)造成保持架的開(kāi)裂；即使保持架先開(kāi)裂，其對(duì)鋼球的約束作用并未明顯改變，也不可能造成內(nèi)圈滾道的剝落。反之，軸承內(nèi)圈滾道產(chǎn)生剝落后，軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)將出現(xiàn)異常，產(chǎn)生振動(dòng)，使鋼球在周向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)出現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，產(chǎn)生徑向跳動(dòng)和周向的擺動(dòng)，同時(shí)產(chǎn)生運(yùn)轉(zhuǎn)阻滯，使鋼球與保持架兜孔之間產(chǎn)生接觸表面的磨損，同時(shí)鋼球?qū)Ρ３旨芏悼走€產(chǎn)生周向的拉伸作用，最終使保持架在轉(zhuǎn)角等薄弱處產(chǎn)生疲勞斷裂。從內(nèi)圈理化檢測(cè)結(jié)果看，可排除存在材料或冷、熱加工缺陷的影響；軸承外圈滾道整個(gè)圓周方向都有接觸壓痕，說(shuō)明軸承工作時(shí)徑向載荷偏大。復(fù)查軸承安裝配合狀態(tài)，均符合技術(shù)要求，可排除徑向工作游隙偏小的影響。從7粒鋼球尺寸檢測(cè)結(jié)果看，直徑組差為0.8μm，超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)要求。

采用軸承設(shè)計(jì)分析軟件對(duì)軸承工作過(guò)程中的接觸應(yīng)力進(jìn)行了計(jì)算分析。計(jì)算結(jié)果表明，在軸承正常工況條件下，鋼球與內(nèi)圈滾道的接觸應(yīng)力最大，最大接觸應(yīng)力為1 758MPa，小于軸承鋼的最大許用接觸應(yīng)力2 000MPa；在鋼球直徑組差超差的情況下，存在尺寸偏大的鋼球與內(nèi)圈滾道的最大接觸應(yīng)力超過(guò)軸承鋼最大許用接觸應(yīng)力2 000MPa的可能。

6 結(jié)論

綜合上述分析，初步得出造成內(nèi)圈滾道剝落的原因是鋼球直徑組差超差影響了一組鋼球承載分布狀態(tài)，尺寸偏大的鋼球與內(nèi)圈的接觸應(yīng)力超過(guò)了材料的最大接觸應(yīng)力，并且出現(xiàn)了附加的振動(dòng)載荷，長(zhǎng)時(shí)間工作后，就會(huì)造成內(nèi)圈滾道的疲勞剝落。軸承內(nèi)圈滾道產(chǎn)生剝落后，軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)出現(xiàn)異常，造成保持架一兜孔開(kāi)裂。因此在軸承裝配過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制軸承的鋼球直徑組差，防止由于直徑組差超差給軸承在使用過(guò)程中帶來(lái)接觸應(yīng)力變化、額外的振動(dòng)載荷導(dǎo)致的產(chǎn)品故障。

（編輯：王立新）

Effect of molding thickness deviation on density and hardness of grinding wheel

Shan Ying1, Lv Xiaofei2, Han Shoutian3
( 1.Production Management Department, Harbin Bearing Group Corporation,Harbin 150036,China; 2.Business and Development Department,Harbin Bearing Group Corporation,Harbin 150036,China; 3.Harbin Industrial Bearing Co.,Ltd.,Harbin 150030,China )

Through calculating and testing the thickness deviation of molding, the effect of molding thickness deviation on density and hardness of grinding wheel is analyzed. The quality of grinding wheel is ensured by controlling the molding thickness deviation limits.

grinding wheel; molding thickness ; molding density; deviation; hardness

TG731

B

1672-4852（2014）01-0036-03

2013-05-25.

山 鷹（1975-），男，工程師.