磨加工對(duì)軸承套圈磁痕的影響

■ 洛陽(yáng)LYC軸承有限公司、航空精密軸承國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （河南 471003） 張 玲

■ 洛陽(yáng)LYC軸承有限公司 （河南 471003） 李萬(wàn)和

軸承套圈磨加工工序是采用高速旋轉(zhuǎn)的砂輪作為工具，與旋轉(zhuǎn)的工件表面接觸，在磨削力的作用下，切除工件表面金屬，形成新的表面的過程，使其表面達(dá)到一定的精度要求。磨加工原理實(shí)際是一種多刃高速的切削加工，是通過刀具作用的外力使金屬受到擠壓，形成局部塑性變形，當(dāng)變形應(yīng)力超過材料的屈服極限時(shí)斷裂，達(dá)到去除表層金屬的目的。磨削的過程實(shí)質(zhì)上是滑擦、耕犁和切削的過程，從而使工件表面產(chǎn)生變形應(yīng)力和熱應(yīng)力。

高碳鉻軸承鋼制零件在磨加工后的磁粉探傷中，可以發(fā)現(xiàn)其表面具有不同特征和不同原因所導(dǎo)致的多種形貌的磁痕。磁痕有相關(guān)磁痕和非相關(guān)磁痕兩類。通過探討影響軸承套圈在磨加工工序探傷發(fā)現(xiàn)的聚磁因素，可以判斷磨加工工序中產(chǎn)生磁痕的性質(zhì)，有利于磨加工工序中對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的合理控制，滿足高附加值產(chǎn)品加工的要求。

1. 磨削加工過程中過高溫度對(duì)聚磁的影響

磨削過程是切削的過程，切削過程中金屬受到反復(fù)的塑性變形產(chǎn)生高溫。根據(jù)文獻(xiàn)資料可知，高碳鉻軸承鋼的磨削區(qū)域溫度高達(dá)1 000℃左右，磨削加工約60%～95%的熱量傳入工件和磨削液，僅有10%不到的熱量被切屑帶走。傳入工件的熱量在工件表面形成局部高溫，當(dāng)冷卻不充分時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致工件表面高溫回火、燒傷以及加大磨削裂紋產(chǎn)生的可能性。尤其是雙端面磨削、內(nèi)表面的磨削，在磨削瞬時(shí)是無(wú)冷卻水參與狀態(tài)。磨削加工不當(dāng)導(dǎo)致的磨削裂紋，其滾道面磨削裂紋磁痕形貌如圖1所示，外徑面磨削裂紋磁痕形貌如圖2所示。

圖1 滾道面裂紋形貌

圖2 外徑面裂紋形貌

某型號(hào)軸承外圈采用先進(jìn)的高精度設(shè)備保證加工精度和精度穩(wěn)定性，該產(chǎn)品終磨外滾道在NOVA自動(dòng)生產(chǎn)線的4GSP 140/350CNC機(jī)床上加工，外滾道磨削量不超過0.22mm（直徑），采用高磨液配方的冷卻水，產(chǎn)生的熱量有限。所以即使工件表面有輕度“燒傷”，更甚的是淺表層有“裂紋”（見圖1b），經(jīng)顯微分析，殘留在工件表面的深度不會(huì)超過0.005mm（直徑）。通過延長(zhǎng)光磨（無(wú)進(jìn)給磨削）時(shí)間（≥5s），可以消除缺陷表面。磨削熱對(duì)聚磁的影響基本可以排除。該軸承外圈終磨外滾道磨削工藝參數(shù)如附表所示。

2. 摩擦形成的聚磁

砂輪的磨削過程除切削金屬外，也存在摩擦。砂輪磨粒脫落性好、自銳性好，摩擦力就??；自銳性差的砂輪，工件表面承受的是較大的摩擦壓應(yīng)力。摩擦的結(jié)果除燒傷工件表面外，壓應(yīng)力作用的結(jié)果能在工件表面產(chǎn)生磁性。當(dāng)金屬受摩擦后，使得內(nèi)部自由電子的運(yùn)動(dòng)或排列變得有規(guī)律，因而不顯示磁性的工件具有了磁場(chǎng)的方向性。這類聚磁方向與工件的磨削紋路一致。現(xiàn)在無(wú)心電磁夾具的磨床大多有磨削后退磁（消磁）功能，工件退卸后，磁力線已經(jīng)被打亂，所以不顯示磁紋方向（見圖1b），也有個(gè)別在機(jī)床退磁、消磁功能不足的情況下，探傷發(fā)現(xiàn)工件表面有與磨削紋路一致的短磁痕。因此，經(jīng)過試驗(yàn)，這類產(chǎn)品一般放置一段時(shí)間后，重新探傷檢驗(yàn)，聚磁現(xiàn)象減輕或者消失；聚磁程度較輕或更換精度等級(jí)好的設(shè)備再次探傷檢驗(yàn)，聚磁現(xiàn)象消失。

3. 砂輪中的鐵磁性材料造成的聚磁

砂輪在制造過程中要反復(fù)剔除磨料中的鐵磁性材料，用無(wú)磁性的材料制作砂輪。但在制造過程中不可避免或者剔除得不徹底，砂輪中會(huì)存在分散或者比較集中的鐵磁性材料，反而鐵磁性材料參與磨削過程中，在工件表面形成“磁寫”，使得工件在探傷時(shí)產(chǎn)生密集聚磁，它與摩擦形成的聚磁相似，但不同的是，“磁寫”過的工件即使放置較長(zhǎng)時(shí)間，聚磁也難以自動(dòng)消失并且有復(fù)探的重復(fù)性。曾經(jīng)在NOVA自動(dòng)生產(chǎn)線上終磨套圈外滾道工序，出現(xiàn)外滾道全部存在密集的聚磁現(xiàn)象。為了驗(yàn)證是否因砂輪的不純凈造成鐵磁性材料形成“磁寫”，將砂輪更換后返修該班產(chǎn)品，聚磁現(xiàn)象全部消失。因此“磁寫”屬于非相關(guān)磁痕。經(jīng)過砂布或油石打光，或者使用新的砂輪返工處置，原來(lái)的聚磁現(xiàn)象均能夠消除。

4. 機(jī)械加工因素引起的非相關(guān)聚磁

工件表面因塑性變形和冷作硬化而導(dǎo)致的磁痕。套圈被磁化時(shí)，外徑表面有磕碰的區(qū)域因?yàn)楫a(chǎn)生塑性變形和冷作硬化，形成局部漏磁場(chǎng)，磁粉粒子被漏磁場(chǎng)吸附而聚集形成磁痕，當(dāng)表面磕碰傷、劃傷被繼續(xù)磨削消除后，雖肉眼觀察不到明顯的磕碰痕跡，但因其表面殘余內(nèi)應(yīng)力未完全消失，該部位仍會(huì)形成微弱的漏磁場(chǎng)而吸附磁粉，這類磁痕屬于非相關(guān)磁痕，磁痕形貌如圖3所示。

5. 流線不合理導(dǎo)致的磁痕

某批次產(chǎn)品加工過程中，磁粉探傷發(fā)現(xiàn)，套圈滾道表面密集大面積且沿滾道圓周方向的磁痕形貌，且產(chǎn)品中出現(xiàn)的比例較大。流線型磁痕形貌如圖4所示。采用相同的磨加工機(jī)床，通過樣品解剖及內(nèi)部組織分析，對(duì)過磨磁痕套圈與非磁痕套圈進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)過磨后的磁痕樣圈仍然具有磁痕，而無(wú)磁痕樣圈仍無(wú)磁痕，排除了原材料及其他工序引起的磁痕，顯然，此類磁痕的發(fā)生與磨加工工序無(wú)關(guān)。

6. 其他磨加工因素的影響

磨削參數(shù)設(shè)置的進(jìn)給量大、冷卻水冷卻不充分或者冷卻性能下降、加工余量過大、空行程距離調(diào)整不足，以及砂輪與工件撞擊都是影響磨加工后聚磁的重要因素，這些因素的影響機(jī)理不外乎是溫度對(duì)聚磁的影響。測(cè)量?jī)x器、工作臺(tái)面上帶磁也會(huì)有所影響，這類影響的機(jī)理同“磁寫”機(jī)理一樣。另外，砂輪的粒度、磨削后表面粗糙度值、探傷用磁粉目數(shù)（目數(shù)越大，磁粉越細(xì)）等都影響探傷后聚磁判定的準(zhǔn)確性。

磨削參數(shù)

圖3 外徑面磁痕形貌

圖4 流線型磁痕形貌

7. 結(jié)語(yǔ)

紋磁痕或者其他形貌的非相關(guān)磁痕。當(dāng)磨加工設(shè)備狀態(tài)正常時(shí)，可以避免或消除相關(guān)磁痕的發(fā)生。而對(duì)某些滾道鍛件流線不合理所致的周向非相關(guān)磁痕的發(fā)生，顯然與磨加工工序無(wú)關(guān)。

[1] 仵永鋼，張玲，尤紹軍，等. 軸承零件的非相關(guān)磁痕顯示形貌及產(chǎn)生原因[J]. 無(wú)損檢測(cè)，2015，37（11）：84-87.

[2] 技工學(xué)校機(jī)械類通用教材編審委員會(huì). 磨工工藝學(xué)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1980：20.