薄壁內(nèi)圈的變形分析及措施

王永立，紀(jì)國(guó)慶

(北京南口斯凱孚鐵路軸承有限公司，北京 102200)

薄壁內(nèi)圈的變形分析及措施

王永立，紀(jì)國(guó)慶

(北京南口斯凱孚鐵路軸承有限公司，北京 102200)

鐵路軸承內(nèi)圈小端在淬火后出現(xiàn)錐度，此現(xiàn)象與內(nèi)圈的壁厚有關(guān)。對(duì)比各種不同壁厚的內(nèi)圈淬火后的變化情況，對(duì)于GCr20Ni2MoA鋼，當(dāng)內(nèi)圈內(nèi)徑與小端厚度之比≥15:1且內(nèi)圈小端厚度≤8 mm時(shí)，相變應(yīng)力將大于材料本身的屈服強(qiáng)度，導(dǎo)致小端錐度發(fā)生變形。

薄壁;內(nèi)圈;變形

對(duì)于一般零件來說，熱處理質(zhì)量主要體現(xiàn)在硬度和金相組織，經(jīng)化學(xué)熱處理的零件還要關(guān)注有效硬化層，另外有些零件還要進(jìn)行外觀檢查，如不允許有氧化、裂紋、銹蝕等。對(duì)于鐵路用軸承套圈而言，除此以外，更強(qiáng)調(diào)熱處理的變形問題，如何控制熱處理變形，保證后續(xù)磨加工留量，使最終加工的套圈符合圖紙尺寸要求，變得尤為重要。

1 內(nèi)圈信息

1.1 內(nèi)圈材料

我廠出口用E型鐵路貨車軸承內(nèi)圈選用電渣重熔軸承鋼GCr20Ni2MoA，屬于合金滲碳鋼。供應(yīng)狀態(tài)一般為熱軋或退火狀態(tài)。

1.2 內(nèi)圈加工流程

熱處理工序流程如圖1，其中涉及熱處理方面的有兩個(gè)工序，分別為滲碳+一次淬火和二次淬火+回火。滲碳+一次淬火為內(nèi)圈在930℃滲碳后，降溫至880℃，油淬，滲碳層深在2.0 mm左右。二次淬火+回火為內(nèi)圈再加熱到800℃，油淬，經(jīng)190℃低溫回火，表面硬度在60 HRC左右。

圖1 內(nèi)圈加工流程圖Fig.1 Flow chart of inner ring process

1.3 問題描述

內(nèi)圈高度與內(nèi)徑比例約為1:3，熱處理后發(fā)現(xiàn)小端呈“喇叭口”狀，且比大端處約大0.2 ～0.3 mm，如圖2所示。在后續(xù)磨加工中內(nèi)徑磨至產(chǎn)品最終配合尺寸后，小端仍有局部未磨到，導(dǎo)致內(nèi)圈報(bào)廢。

圖2 內(nèi)圈變形示意圖Fig.2 Schematic diagram of inner ring deformation

2 討論及分析

2.1 車加工的影響

2.1.1 裝夾

因內(nèi)圈有效壁厚較薄，卡緊內(nèi)圈的卡力過大，使內(nèi)圈在車加工時(shí)產(chǎn)生較大的橢圓度［1］。同時(shí)會(huì)造成車加工后尺寸散差較大，幾何精度偏差較大(棱圓度、錐度等)。另外，若內(nèi)圈外徑滾道面和內(nèi)徑面偏心加工，同樣會(huì)造成后續(xù)內(nèi)徑加工留量不均的現(xiàn)象。

2.1.2 殘余應(yīng)力

因粗車和精車之間沒有去應(yīng)力退火工序，車刀進(jìn)給量過大產(chǎn)生的殘余應(yīng)力無法消除，對(duì)于薄壁內(nèi)圈更容易增加變形的趨勢(shì)［2］。

2.2 熱處理的影響

2.2.1 組織轉(zhuǎn)變

滲碳過程是在完全奧氏體化的狀態(tài)下進(jìn)行，此時(shí)的加熱保溫已完全釋放了車加工產(chǎn)生的應(yīng)力，一般情況下內(nèi)徑會(huì)變?yōu)闄E圓形。同時(shí)發(fā)現(xiàn)在淬火后內(nèi)圈小端已出現(xiàn)錐度，此現(xiàn)象與內(nèi)圈的壁厚有關(guān)。經(jīng)對(duì)比各種不同壁厚的內(nèi)圈在淬火后的變化情況，對(duì)于GCr20Ni2MoA材料，當(dāng)內(nèi)圈內(nèi)徑與小端厚度之比≥15:1且小端厚度≤8 mm時(shí)，材料的相變應(yīng)力將大于材料本身的屈服強(qiáng)度，導(dǎo)致小端產(chǎn)生錐度變形。

2.2.2 二次淬火回火的影響

二次淬火過程內(nèi)圈大端朝下，小端朝上放置，采用模具整形，涌泉式淬火方式，目的是使內(nèi)圈的變形趨勢(shì)降至最小。淬火模具如圖3所示，通過整形后橢圓度可以在0.15 mm以內(nèi)。內(nèi)圈回火后還會(huì)因組織應(yīng)力的釋放而進(jìn)行收縮，內(nèi)圈厚度越大，收縮量也越多。因此，內(nèi)圈大端收縮量大于小端收縮量。

圖3 淬火模具示意圖Fig.3 Schematic diagram of quenching mold

3 試驗(yàn)驗(yàn)證和改進(jìn)

綜合考慮零件質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益，在粗車和精車工序之間增加去應(yīng)力回火，不僅增加生產(chǎn)周期，而且需要投入低溫連續(xù)網(wǎng)帶爐，增加生產(chǎn)成本。因此，采用在內(nèi)圈內(nèi)徑增加反錐形加工要求的方法，進(jìn)行彌補(bǔ)熱處理后的變形。如圖4所示。

圖4 車加工內(nèi)圈內(nèi)徑反錐形示意圖Fig.4 Schematic diagram of inverted cone for lathe inner diameter

圖5 淬火模具上下端尺寸差示意圖Fig.5 Schematic diagram of difference size at top and bottom of quenching mold

同時(shí)淬火模具留出上下端差值0.1 mm，彌補(bǔ)二次淬火+回火后內(nèi)圈大小端收縮量的不同。如圖5所示。

4 結(jié)語(yǔ)

1)對(duì)于GCr20Ni2MoA材料內(nèi)圈，當(dāng)高度與內(nèi)徑比例約為1:3，且內(nèi)圈內(nèi)徑與厚度之比大于15:1且小端厚度≤8 mm時(shí)，內(nèi)圈內(nèi)徑小端處出現(xiàn)的錐度可通過車加工進(jìn)行尺寸補(bǔ)償，形成反錐形來消除。

2)熱處理過程中淬火模具的改進(jìn)可進(jìn)一步消除薄壁內(nèi)圈的變形。

［1］楊文生，趙玉明.預(yù)防輕系列圓錐滾子軸承套圈熱處理變形的措施［J］.阿爾濱軸承.2013，43(2):31-33.

［2］米谷茂.殘余應(yīng)力的產(chǎn)生和對(duì)策［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1983.

Deformation Analysis and Measure of Thin-wall Inner Ring

WANG Yong-li，JI Guo-qing
(Beijing Nankou SKF Railway Bearings Co.，Ltd.，Beijing 102200，China)

Taper appears at the small end of railway bearing inner ring after quenching，it is related to the wall thickness of inner ring.Through contrasting in the change of different thickness of inner rings after quenching，the phase transformation stress will more than the yield strength metarial for GCr20Ni2MoA steel，when the ratio of inner diameter and thickness is ≥15:1 and thickness of small end of inner ring is≤8 mm，and taper deformation occurs at the small end of inner ring.

thin-wall;inner ring;deformation

TG156

B

1673-4971(2014)05-0016-02

2014-06-17

王永立(1983-)，男，本科，工程師，主要從事可控氣氛熱處理方面的研究及生產(chǎn)工作。

聯(lián)系電話:13720025377;E-mail:wyl1-2001@163.com