推力球軸承溝道表面感應(yīng)淬火工藝的改進(jìn)

史亞妮，霍曉磊，朱戰(zhàn)旗，趙向明，孟婧

（洛陽LYC軸承有限公司，河南 洛陽 471039）

1 軸承結(jié)構(gòu)及淬火技術(shù)要求

某型推力球軸承為分離型結(jié)構(gòu)（圖1），由軸圈、座圈、保持架和鋼球組成，適用于承受單面軸向載荷、轉(zhuǎn)速較低的工況，如起重機(jī)吊鉤、立式水泵、立式離心機(jī)、千斤頂、低速減速器等。軸承直徑為φ3 250 mm，鋼球直徑達(dá)到φ82.55 mm，套圈溝道曲率較大（圖2）。套圈材料為42CrMo，要求淬火后溝道硬度為55～60 HRC，硬化層深度不小于6.5 mm，淬火難度較大。

圖1 推力球軸承結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structure diagram of thrust ball bearing

圖2 套圈溝道曲率Fig.2 Curvature of ring raceway

2 改進(jìn)前感應(yīng)器

改進(jìn)前溝道感應(yīng)淬火的感應(yīng)器采用單排導(dǎo)磁體加熱方式（圖3），加熱部分由一個(gè)主加熱銅管和一個(gè)副加熱銅管組成，在主加熱銅管上裝滿一排導(dǎo)磁體。冷卻方式為噴淋直接冷卻，噴水孔（單排）直徑為φ1.5 mm，直接在主加熱銅管鉆孔，與感應(yīng)器銅管軸向成30°～45°夾角，淬火時(shí)的預(yù)冷距離基本上保持在5 mm之內(nèi)。將單排導(dǎo)磁體感應(yīng)器裝夾在機(jī)床上，調(diào)整感應(yīng)器與工件淬火表面之間的耦合間隙為2 mm，在試驗(yàn)件上進(jìn)行工藝試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

圖3 改進(jìn)前的感應(yīng)器Fig.3 Inductor before improvement

表1 單排導(dǎo)磁體感應(yīng)器淬火試驗(yàn)結(jié)果Tab.1 Test results of quenching with single-row magnetic conductor inductor

由表1可知，改進(jìn)前的感應(yīng)器加熱面積小，淬火后硬化層深度淺，如果要增加硬化層深度，只能靠提高淬火功率和降低工件旋轉(zhuǎn)速度來實(shí)現(xiàn)。但是由于冷卻方式為直冷，存在冷卻速度過快的問題，如果淬火功率太高，將大大增大淬火裂紋產(chǎn)生的傾向；降低工件轉(zhuǎn)速擴(kuò)大了淬火熱影響區(qū)，容易造成其他非淬火面的硬度變化，影響后續(xù)工序加工。并且冷卻水孔少，容易出現(xiàn)堵塞，導(dǎo)致溝道表面淬火硬度均勻性差。所以單排感應(yīng)器只適用于硬化層深度要求不高的單件產(chǎn)品的加工。

3 改進(jìn)后感應(yīng)器

為了提高溝道淬火后的硬化層深度及硬度均勻性，既要提高淬火功率，又要選擇合理的冷卻方式控制冷卻速度，因此，從加熱和冷卻2個(gè)方面對(duì)感應(yīng)器結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，如圖4所示。

圖4 改進(jìn)后的感應(yīng)器Fig.4 Improved inductor

首先，將感應(yīng)器由單排導(dǎo)磁體改為雙排導(dǎo)磁體加熱，即在原有感應(yīng)器的基礎(chǔ)上將主銅管和副銅管之間的距離加寬，在主銅管和副銅管上各安裝一排導(dǎo)磁體，增加感應(yīng)器的驅(qū)流效果，兩排導(dǎo)磁體分別起到預(yù)加熱和主加熱的作用，使溝道的加熱面積增大1倍，保證溝道的感應(yīng)加熱溫度，從而提高單位面積的加熱效率。雙排導(dǎo)磁體填裝角度為90°，在淬火時(shí)調(diào)整感應(yīng)器與溝道底部之間的耦合間隙為2 mm，可以有效防止溝道溝口倒角因尖角效應(yīng)溫度過高而產(chǎn)生裂紋傾向。

其次，改進(jìn)感應(yīng)器冷卻方式，由之前在加熱銅管上的直冷改為單獨(dú)水路的獨(dú)立水盒冷卻，其噴水孔直徑改為φ2 mm，噴水角度調(diào)整為28°～30°，共6排水孔，冷卻液與主加熱銅管的預(yù)冷距離為35～40 mm。一方面增加了單位面積的冷卻水量，減少了冷卻壓力，從而減少了裂紋產(chǎn)生的傾向；另一方面增大了預(yù)冷時(shí)間，即增加了表面熱量向心部傳導(dǎo)散熱的時(shí)間：保證了溝道淬火后的硬化層深度。同時(shí)由于噴水孔直徑的增大及數(shù)量的增加，避免了在淬火過程中因部分冷卻水孔堵塞而產(chǎn)生淬火硬度不均勻的現(xiàn)象。

采用改進(jìn)后的雙排感應(yīng)器在試驗(yàn)件上進(jìn)行了多組工藝試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 雙排導(dǎo)磁體感應(yīng)器淬火試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Test results of quenching with double-row magnetic conductor inductor

由表2檢測(cè)數(shù)據(jù)可知，改進(jìn)采用雙排導(dǎo)磁體加熱和獨(dú)立水盒冷卻，溝道感應(yīng)淬火后能夠獲得較深的硬化層深度，滿足了淬火技術(shù)條件，保證了淬火質(zhì)量和穩(wěn)定性。