優(yōu)化軸承滾道工作性能的工藝探討

劉新紅，曲偉星

(哈爾濱軸承集團(tuán)公司南直軸承分廠,黑龍江 哈爾濱150056)

1 前言

滾動(dòng)軸承（以下簡稱軸承）作為一種重要的基礎(chǔ)元件，應(yīng)用范圍之廣已經(jīng)涵蓋所有的機(jī)械裝備。因此軸承的性能在很大程度上直接影響整體機(jī)械裝備的關(guān)鍵性能，如：加工設(shè)備的精確性、交通運(yùn)輸工具的快捷與安全性乃至作戰(zhàn)武器的可靠與穩(wěn)定性，無不與軸承的性能有著直接關(guān)聯(lián)。通常情況下，考察軸承性能的主要指標(biāo)為：承載能力、旋轉(zhuǎn)精度和工作壽命等方面，而決定這些性能指標(biāo)的關(guān)鍵因素之一則主要取決于軸承工作表面的加工質(zhì)量。

2 優(yōu)化軸承滾道工作性能的意義

軸承的工作表面包括內(nèi)、外圈滾道或溝道（以下統(tǒng)稱滾道）表面和滾動(dòng)體與滾道接觸的表面。因滾動(dòng)體與內(nèi)、外圈的加工工藝有很大差異，所以滾動(dòng)體的加工在此不做探討。

2.1 對(duì)軸承零件機(jī)械性能的要求

軸承的主要作用是引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)并傳遞載荷，所以其工作表面應(yīng)具有：足夠的強(qiáng)度硬度、較高的耐接觸疲勞強(qiáng)度、良好的耐磨性以及較高的彈性極限和耐沖擊韌性等良好的綜合機(jī)械性能，以滿足使用要求。

2.2 軸承的主要失效形式

事實(shí)證明，在安裝、配合、潤滑、密封和維護(hù)均正常的情況下，絕大多數(shù)軸承是由于受到交變應(yīng)力的反復(fù)作用，工作表面的材料呈片狀剝落下來，致使軸承失效。另外，軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)中，摩擦與磨損不可避免，長時(shí)間也可導(dǎo)致軸承失效。所以疲勞與磨損應(yīng)屬軸承的正常失效形式。

2.3 優(yōu)化軸承滾道工作性能的目的

有針對(duì)性地改善軸承材料的某一項(xiàng)機(jī)械性能，將會(huì)整體提高軸承的使用性能，如：提高軸承滾道表面的接觸疲勞強(qiáng)度，將使其在原有工作條件下顯著地延長工作壽命，或者提高了軸承產(chǎn)品在原有計(jì)算壽命時(shí)限內(nèi)的可靠性和穩(wěn)定性。延長軸承壽命，實(shí)質(zhì)上就是延緩疲勞與磨損的發(fā)生。

2.4 優(yōu)化軸承滾道工作性能的可行性分析

在軸承現(xiàn)行的幾何參數(shù)設(shè)計(jì)近乎完善以及現(xiàn)有材料質(zhì)量較為穩(wěn)定的前提下，若要使軸承產(chǎn)品在使用性能上有一個(gè)明顯的提高，只能在生產(chǎn)工藝上進(jìn)行分析、研究、實(shí)驗(yàn)，即：由原材料到產(chǎn)品的過程。而實(shí)現(xiàn)這一過程要充分考慮兩方面問題。

第一，產(chǎn)品具有理想的幾何形狀，其中包括產(chǎn)品的各部尺寸精度、幾何形狀精度和表面質(zhì)量，為此各軸承生產(chǎn)廠家及相關(guān)行業(yè)均付出了極大努力。例如：大量使用數(shù)控車床、高精密磨床等先進(jìn)的加工設(shè)備，但這樣生產(chǎn)出來的產(chǎn)品，只能說是外在質(zhì)量優(yōu)良，具體表現(xiàn)就是旋轉(zhuǎn)精度和外形尺寸達(dá)到某一等級(jí)的產(chǎn)品要求。

第二，產(chǎn)品具有理想的使用性能，即軸承產(chǎn)品的承載能力、使用壽命等內(nèi)在品質(zhì)以及實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品性能過程中所表現(xiàn)出的穩(wěn)定性與可靠性。

3 優(yōu)化軸承滾道工作性能的工藝探討

在軸承技術(shù)日臻完善的今天，各生產(chǎn)廠家對(duì)某一型號(hào)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程幾乎是一樣的，為獲得軸承材料理想的內(nèi)在品質(zhì)，應(yīng)對(duì)工藝過程中的關(guān)鍵工序重點(diǎn)分析。

3.1 鍛壓

鍛壓工序是實(shí)現(xiàn)由棒材轉(zhuǎn)化為軸承套圈坯料的過程。在此工序，如果最大限度地提高工件的變形率，盡可能增加變形次數(shù)，將使材料的晶粒進(jìn)一步得到細(xì)化、組織更加均勻、材質(zhì)缺陷弱化，從而改善了材料的綜合機(jī)械性能。

一般情況下，受工藝與設(shè)備的限制，坯料成型過程中不可能得到反復(fù)鍛打，因此，提高材料變形率最簡單的辦法就是盡量采用小直徑棒料。某一規(guī)格套圈的下料重量一定時(shí)，料段直徑越小，鐓粗時(shí)的材料變形量越大。

3.2 碾擴(kuò)

對(duì)套圈毛坯進(jìn)行碾擴(kuò)的意義不僅僅在于獲得坯料工整的外形，而是在于獲得套圈的圓周方向的纖維組織，見圖1。

圖1 套圈碾擴(kuò)后纖維組織走向示意圖

套圈在被碾壓過程中，晶粒在圓周方向上被拉長，形成纖維走向，見圖2。此時(shí)晶粒的各向異性最為明顯，套圈在圓周方向上的抗拉強(qiáng)度、直徑方向的抗壓和耐沖擊性能最好。所以，在套圈坯料成型過程中，在工藝裝備條件允許情況下，應(yīng)盡量提高碾擴(kuò)成型比率，進(jìn)而獲得更加致密、均勻的纖維組織。

圖2 金屬材料受碾壓晶粒變形示意圖

3.3 滾道不可以軟磨

軟磨可以提高車加工件的幾何精度，所以在套圈的某一表面上大量采用，例如套圈的基準(zhǔn)平面、外圈的外表面等。

但軟磨加工也可能給軸承套圈帶來致命的危害。這是因?yàn)槟チ５捻斀且溶嚨兜牡都鈭A弧鋒利得多，即套圈表面的磨痕底部半徑要比車削時(shí)小得多，淬火時(shí)套圈表面的拉應(yīng)力將集中在磨痕的底部，從而成為了萌生裂紋（包括淬火裂紋和磨削裂紋）的因素。

3.4 對(duì)滾道采用精密磨削

精密磨削也稱低粗糙度值磨削，是采用較小的修整導(dǎo)程和修整進(jìn)給量，對(duì)砂輪進(jìn)行精細(xì)修整，使砂輪表面產(chǎn)生許多等高的微刃，這些微刃以很小的磨削用量對(duì)金屬進(jìn)行切削，加工表面在微刃的精細(xì)切削、摩擦和拋光作用下，形成低粗糙度值表面。砂輪修整導(dǎo)程與表面粗糙度值的關(guān)系參見圖3。

圖3 修整導(dǎo)程與表面粗糙度的關(guān)系

此工序應(yīng)放在滾道精磨以后進(jìn)行，目的是以微小的切削用量在滾道表面切去極薄的一層金屬，使得前工序殘留微觀的凸起被進(jìn)一步磨平，見圖4，進(jìn)而提高滾道與滾動(dòng)體的接觸率，降低接觸應(yīng)力。

4 結(jié)束語

提高軸承性能，在工藝過程中尚有極大潛力可以挖掘，工藝過程不僅僅是產(chǎn)品的成型過程，更是塑造產(chǎn)品性能的過程。

圖4 滾道精密磨削前后示意圖