組合式磁極加工工藝研究

洛陽LYC軸承有限公司（河南 471039）呂軍慶 薛 冰

1.結構特點分析

磁極是軸承內、外套圈進行磨加工過程中的常見機床夾具。目前，國內軸承生產中出現很多的進口設備，在其中出現了一種外形很怪異的組合式磁極，如圖1所示，組合式磁極主要由3件工件組合而成，由外及里分別是：外環、銅環、內環，之間采用過盈配合裝在一起，主要要求有以下三點：

圖1 組合式磁極示意圖

（1）由于在軸承套圈磨加工中會產生磨屑需要及時排除，所以在靠近磁極的小頭端面分別加工有四等分的缺口，內、外環相互交叉排列，而互相又留有一定的縫隙。要求內、外環之間的縫隙等分均勻，相對差小于0.2mm。

（2）作為端面支承，工作端面必須要有一定的耐磨性，但是作為磁盤又不適合淬火，故內、外環采用GCr 15材料，在小端要求感應淬火60～64HRC，淬火深度4～6mm。

（3）為達到高的定位精度，該磁極的兩端面要求平行差為0.001mm。

2.加工工藝難點解析

組合式磁極主要由3件工件組合而成。此結構的加工難點主要在于以下幾點：

（1）外環和內環皆為圓錐體結構，四等分的缺口相互交叉排列，而兩者之間還要互相保持一定的縫隙，內環與銅環、外環與內環（銅環已裝在內環上）之間的組裝就成為組合式磁極的難點之一。經過多次不同的試驗，由于銅環的膨脹系數較大，在加熱或冷凍后變形難于控制，以至于工件在終磨工序中尺寸變化很大，往往隨著時間推移不停地變化，很難保證工件的要求。鑒于此，最終采用下述方法：

內環與銅環之間采用冷裝法。先將內環置于冷凍箱中，溫度降至－83℃，保溫1h。然后快速把內環拿出與銅環裝在一起，稍加壓力置于室溫處，待內環恢復到室溫。

外環與內環（銅環、內環一體）之間采用熱裝法。先將外環置于回火爐中，爐溫200℃，保溫1.5h。然后迅速將外環拿出，裝在內環上，冷卻至室溫，再進行后續加工工序。

因為設計要求內、外環之間的縫隙均勻且公差為±0.1mm，如果直接隨意把內環放入外環，會造成內、外環扭轉，而之間的縫隙達不到設計的要求，所以設計一裝配胎具（見圖2）以便裝配后能夠達到要求。裝配的操作方法： 首先將裝配用胎具放置于爐邊平臺，從爐中取出外環小端朝下置于裝配胎具固定位置（8個銷釘對應4等分缺口），然后將內環小端朝下放入胎具固定位置（8個銷釘對應4等分瓣），最后在大端面施以壓力，空冷至室溫，從胎具上取下工件。

圖2 組合式磁極裝配用胎具

（2）磁極小端面感應淬火。要求磁極小端面感應淬火，硬度為60～64HRC，淬火區域要求距工件小端面3～4mm。由于此工件需淬火端面是不連續的且中斷部分較大，在熱處理過程中很難控制加熱時各部分溫度均勻，易造成工件的局部過熱，而影響磁極的性能，所以只能采取一瓣一瓣分別加熱淬火的方法，這樣就必須制作合適的感應器。如圖3所示，U形感應器套過外環（或內環）的等分瓣，加熱至淬火溫度，然后放入水中冷卻，完成后再加熱另一瓣，最終完成整個工件的熱處理。具體操作方法如圖4所示：①利用工件的四個等分通孔固定在手鉗上，鉗上相應位置有銷釘，撐開鉗口就可加緊工件。②將工件的四等分瓣中一瓣插進U形感應器中，控制工件與感應器之間的距離，待加熱至紅且發亮，迅速將加熱部分放入水槽中冷卻，完成淬火。③轉動工件，再加熱另一瓣，重復上述動作，即可完成整個內、外環的淬火。

圖3 自制感應線圈

圖4 感應淬火操作方法實拍

（3）磁極兩端面相互平行差要求0.001mm。由于工件是由三部分組合而成，而且三部分又使用兩種材料制成，特別是銅材的熱導系數大，受環境溫度影響大，所以工件的結構尺寸穩定性較差。在研磨過程中發現產品兩端面的平行差隨著時間不斷變化，甚至放置一周時間，尺寸仍然不穩定。經過多次試驗摸索，最終采用如下工藝達到了產品的要求：裝配后→高溫時效24h→深冷處理→精磨→低溫時效24h→超精磨→自然時效（48h）→研磨。

3.結語

隨著國內軸承行業的競爭，新型工具應用越來越多，新型磁極的加工工藝比較復雜，對于類似工具的加工有一定借鑒意義。