轴承套圈磨削裂纹的产生及控制

2010-10-11万云鹏吴志平尤宝桦

哈尔滨轴承 2010年3期

万云鹏，吴志平，尤宝桦

（哈尔滨轴承集团公司精密轴承分公司，黑龙江哈尔滨150036）

1 前言

磨削工艺在轴承的整个加工过程中起着极为重要的作用。磨削加工的劳动量约占劳动总量的70%左右，制造轴承的磨床数量也占所有金属切削机床总数的70%左右。磨削加工是用来提高轴承零件加工精度的最重要工艺方法。在轴承的磨削过程中磨削裂纹时有发生，如何避免磨削裂纹现象十分重要。

2 磨削裂纹的形成

磨削裂纹是被磨削套圈表面所产生的，形态为条状和网状缺陷，条状裂纹与磨削方向垂直，多数是磨削参数不当所产生，此种裂纹多为1mm以下。

2.1 磨削热的影响

套圈在磨削时，砂轮与套圈表面相互摩擦形成磨削热，其中的60%～80%进入套圈，10%～30%进入砂轮，0.5%～30%进入磨屑。进入套圈的磨削热使套圈表面局部温度高达820～840℃，温升速度可达600℃/s，使套圈再次奥氏体淬火成马氏体（二次淬火），产生了应力，应力超过了材料的断裂强度σC，形成了裂纹。

2.2 瞬间应力的影响

套圈磨削后表面拉应力随深度的增加而变化的情况如图1所示。一般这些拉应力残存在距离磨削表面0.7mm范围内，0.05～0.10mm内拉应力出现峰值。

套圈在磨削过程中的应力分析如图2所示。在磨削瞬间，砂轮与材料接触的直线段上，有很多磨料同时切割套圈，每磨粒底面的前棱A和后棱A＇所决定的平面，对套圈产生下压力，引起套圈局部弹性变形。在后棱上，因材料进行弹性变形恢复，作用在A＇上有一个向后的拉力P＇；在前棱A上，因砂轮强力旋转前进，刃角强力切割，引起一个非常大的向前拉力P。当P所决定的应力σP大于材料真实断裂强度σC时，棱A上就会出现小裂纹。相临磨粒形成的小裂纹贯通后成为大裂纹。P＇一般较小（可不计）。

综上可知，在磨削过程中，被磨材料表面产生了热应力σ热、瞬间拉应力σP和一定条件下的组织应力σ组。这三个应力之和σ合或任一应力大于材料表面被磨处的断裂强度σC时，都将产生裂纹。

图1 拉应力随深度的变化图

图2 磨削过程应力分析

3 磨削裂纹的控制

通过上述分析不难看出，控制磨削裂纹主要从以下两方面抓起。一是提高σC，二是降低σ合。二者必须同时注意，使应力状态满足σC〉σ合，即可杜绝裂纹的产生。

3.1 材料断裂强度σC的提高

应选用具有良好的耐磨性、弹性、韧性及内部组织均匀的优质钢材；钢材的碳化网状带状、液析和退火组织等要严格控制。材料设计的合理化，使热处理后有高的断裂强度和无显微裂纹缺陷。GCr15和GCr18即是符合以上要求的优质钢材。

科学地选择热处理工艺，使内部组织和应力具有良好的稳定性。在热处理过程中不同温度、不同冷却速度、不同含碳量，金属的金相组织是不同的。为抑制孪晶马氏体和显微裂纹可采用超细化处理、等温马氏体淬火、带温回火等；为避开和减弱马氏体，采用贝氏体淬火、贝氏体和马氏体双相淬火等。

3.2 应力σ合的降低

在套圈的磨削过程中，为了降低热应力，必须减少磨削热的产生。首先，要减小磨削量，使金属塑性变形减小，从而减少磨削热；第二，提高工件转速，使工件被磨削表面通过磨削区域的时间缩短，可减少磨削热的聚集；第三，磨料的选择。磨料硬度高则切削性能好，可减少发热，但磨料硬度不可太硬、组织不能太细，否则在磨削时不易脱落且降低切削性能。粗磨时可选择硬度低、组织号大的砂轮；终磨时选用较硬的、组织号较小的砂轮。在磨削过程中合理增加补充回火,以减小磨削过程中所形成的应力。

冷却液的成分和浓度要合适，流量、压力要充分，使被磨削工件得到充分有效的冷却。