大尺寸實(shí)心超精輥結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

薛冰，呂軍慶，張慶豐，夏書(shū)香

(洛陽(yáng)LYC軸承有限公司 工模具公司，河南 洛陽(yáng) 471039)

1 原超精輥的加工難點(diǎn)

超精輥是精磨滾子外圓的重要工裝，為保證所磨削滾子的質(zhì)量，要求其必須具備較高的加工精度和耐磨性。某型號(hào)大尺寸實(shí)心超精輥結(jié)構(gòu)如圖1所示，其為整體式結(jié)構(gòu)，使用材料為Cr5Mo1V。該超精輥加工精度要求非常高，兩端安裝軸承部位的同軸度要求為2 μm，外徑尺寸公差達(dá)到8 μm，加工難度大，難點(diǎn)多。

圖1 超精輥結(jié)構(gòu)示意圖

1.1 毛坯鍛造

Cr5Mo1V屬于高碳高合金類(lèi)的冷作模具鋼，具有很高的淬透性和淬硬性，淬火后的耐磨性也相當(dāng)好。但Cr5Mo1V含有大量的碳和合金元素，鍛造性能差，尤其對(duì)于大尺寸工件毛坯，在鍛造過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)裂紋、氣孔、夾雜等缺陷，影響超精輥的鍛造質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)可能出現(xiàn)熱處理開(kāi)裂或在正常使用過(guò)程中突然斷裂。

1.2 熱處理硬度

原超精輥為整體式結(jié)構(gòu)，但依據(jù)設(shè)計(jì)要求，超精輥的熱處理硬度在整體上存在梯度，具體要求為：超精輥中間重要工作部位硬度為60～62 HRC，兩端部分硬度為48～52 HRC。針對(duì)此種特殊要求，制定了兩種熱處理方案。

(1)整體淬火+局部回火。將工件用真空爐加熱、保溫，然后在氮?dú)鈿夥障驴绽洌蛊湔w淬硬到60～62 HRC，然后對(duì)超精輥的兩端軸頸部位進(jìn)行感應(yīng)回火，以使軸頸部分硬度為48～52 HRC。但此方法在實(shí)際操作過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，軸頸靠近輥體20～30 mm處散熱嚴(yán)重，難以加熱至回火溫度。

(2)整體淬火+回火后局部淬火。首先對(duì)工件進(jìn)行整體淬火、回火，使工件硬度達(dá)到48～52 HRC，然后對(duì)輥體部分進(jìn)行局部感應(yīng)淬火，以使該部位的硬度達(dá)到60～62 HRC。但對(duì)于實(shí)心結(jié)構(gòu)的大型工件，由于感應(yīng)加熱的集膚效應(yīng)，存在工件無(wú)法淬透的問(wèn)題。

2 改進(jìn)后結(jié)構(gòu)

在滿(mǎn)足使用條件的前提下，為了降低加工難度，將原整體式超精輥改為如圖2所示的分體式結(jié)構(gòu)。改進(jìn)后的超精輥由兩個(gè)軸頸和一個(gè)輥體組合而成，其中，輥體的材料為Cr5Mo1V；軸頸使用淬透性和淬硬性良好的結(jié)構(gòu)鋼40CrNiMo，該材料熱處理后具有良好的力學(xué)性能，可滿(mǎn)足產(chǎn)品的正常使用要求。

圖2 分體式超精輥結(jié)構(gòu)示意圖

分體式超精輥的優(yōu)點(diǎn)為：

(1)可以分別對(duì)輥體和軸頸進(jìn)行熱處理，解決了硬度梯度難以保證的問(wèn)題。

(2)在一定程度上有效降低了毛坯鍛造缺陷引起的工件淬火開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)。輥體由原來(lái)的實(shí)心結(jié)構(gòu)改為有一定壁厚的空心筒狀結(jié)構(gòu)，不僅去除了工件內(nèi)部多余的材料，降低了淬火時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)大內(nèi)應(yīng)力，而且也便于去除毛坯心部的鍛造缺陷。通過(guò)對(duì)粗車(chē)成空心的工件進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理、超聲波探傷，再將淬火后的工件進(jìn)行兩次回火，消除應(yīng)力，可最大程度地避免淬火裂紋的產(chǎn)生。

(3)軸頸和輥體之間采用間隙配合，然后用膠水進(jìn)行黏合，便于裝配操作，從根本上解決了工件因過(guò)盈配合造成應(yīng)力開(kāi)裂的問(wèn)題。裝配時(shí)，保證軸頸與輥體之間的間隙量為0.05～0.07 mm，然后用某金屬圓柱固持類(lèi)膠水進(jìn)行黏合，靜置24 h后可進(jìn)行后續(xù)機(jī)加工。試驗(yàn)證明，用此類(lèi)膠水黏合的工件，常溫下剪切強(qiáng)度可達(dá)35 N/mm2，完全能夠滿(mǎn)足產(chǎn)品的正常使用要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

按照改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)完成了超精輥的生產(chǎn)加工，經(jīng)檢驗(yàn)產(chǎn)品的各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，現(xiàn)已投入正常使用。而且在裝配時(shí)，金屬圓柱固持類(lèi)膠水的成功應(yīng)用，對(duì)其他機(jī)械加工行業(yè)也具有很好的參考價(jià)值。