油封座端面感應淬火的工藝初探

葉天贈，謝傳進

（BPW（梅州）車軸有限公司，廣東梅州 514743）

油封座端面感應淬火的工藝初探

葉天贈，謝傳進

（BPW（梅州）車軸有限公司，廣東梅州 514743）

油封座端面進行感應淬火可有效減緩磨損速率，延長車輛使用年限，降低維護保養費用。闡述了油封座的優化設計和感應淬火工藝，以及端面感應淬火線圈設計及加工工藝，為圓環狀工件端面感應淬火的處理提供一定的參考。

端面淬火；油封座；感應線圈；耐磨

1 概述

油封座，起到定位圓錐滾子軸承位置、固定油封的作用，廣泛應用于汽車、工程機械等機電產品，其組裝結構如圖1所示，包括軸頭a、輪轂b、圓錐滾子軸承c（下稱軸承）、油封座d、和油封e。

油封座d錐面與軸頭a貼緊，定位軸承c、油封e內孔扣在油封座d上，軸頭螺母鎖緊將輪轂b、軸承c壓緊與油封座d端面貼實，油封e內孔外圓接觸位置錯位，利用油封e自身彈性與油封座d及輪轂b貼實，起到密封潤滑油作用。

國內油封座材料一般采用45號鋼，材料硬度為未熱處理鋼≤229HB[1]，質地柔軟、容易磨損，而為方便軸承維護保養，軸承內圈與軸頭一般設計為間隙配合。如道路狀況良好且車輛不超載，油封座與軸承接觸端面是沒有強烈沖擊及相對位移，基本上不會造成油封座端面磨損。

圖1 組裝結構

但國內道路狀況較差、超載現象普遍，使用過程中油封座與軸承接觸端面強烈沖擊、輪轂轉動帶動軸承內圈轉動，使油封座端面磨損（軸承硬度為HRC 60～65[2]，磨損可忽略不計），軸承活動間隙變大造成轉動困難、溫度升高，車輛油耗增大甚至軸承燒毀。

2 優化方案

為解決油封座使用過程中容易磨損的問題，制定如下方案：

保留圓錐滾子軸承內圈與軸頭間隙配合，不增加維護保養難度；

采用感應淬火工藝，提高油封座接觸端面硬度，增加端面耐磨性，延緩端面磨損速度；

預留加工余量，端面感應淬火后再進行精機加工，保證尺寸精準。

3 工藝實現與檢驗

（1）感應淬火設備的選用

采用現有GCJK-10100數控立式感應淬火機床，工件旋轉，保證感應加熱均勻；編程控制工件上下位置，保證感應距離在有效范圍。

（2）感應淬硬層要求

根據實際使用情況如油封座端面不進行加硬處理，在使用狀況特別惡劣地區年磨損高度0.5～0.8 mm，為保證軸承端面不磨損和45號鋼感應淬火性能制定油封座端面硬度為HRC 50-55。

根據在使用狀況特別惡劣地區實際使用經驗，油封座在磨損2 mm后將不能再使用，不進行端面淬硬處理油封座使用年限為3～5年，在端面淬硬后，端面年磨損高度為0.1～0.2 mm，制定淬硬層深度要求為1～3 mm，可滿足車輛設計使用年限為8～10年要求。

感應淬硬層要求如圖2所示。

圖2 感應淬硬層要求

（3）感應線圈及工裝的設計制作

感應線圈及工裝夾具如圖3所示，1為感應線圈，分為：f、感應線圈自冷管，持續通水冷卻線圈；g、油封座冷卻管，下方遍布?1.5 mm噴水孔，通過電磁閥控制噴水冷卻加熱后油封座；感應線圈f與g通過焊接形成雙層結構；2油封座；3支座，包括：h、冷卻水排水孔，圓周分布，盡可能大保證冷卻水排放順暢。

圖3 感應線圈及工裝

感應線圈及工裝設計有如下要點：

1）油封座非感應端面與支座端面貼合，通過錐面配合定位中心軸；

2）感應線圈內孔及外圓均需比油封座伸出約2 mm，以適應支座與感應線圈不同軸，加工過程中支座旋轉油封座端面加熱不均勻；

3）經過多次試驗，油封座冷卻管g下端面需進行仿形折彎，以保證感應淬火加熱均勻，折彎位置為L/W=0.618（黃金分割），折彎角度為12°～15°；

4）支座3與油封座2的必須有臺階，臺階≥3 mm為最適宜，方便冷卻水排放且不會影響磁感線的走向；

5）加工過程中感應線圈與油封座的距離3～5 mm為最適宜。

（4）感應淬火工藝

根據感應淬硬層深度要求1～3 mm，設定淬火機床頻率為12～14 kHz；

整個加工過程支座帶動油封座以恒定速度約40 r/min旋轉以保證端面加熱均勻；

采用機上回火方式以提高生產效率，淬火段逆變功率為65 kW，加熱時間8 s，回火段逆變功率32 kW，加熱時間6 s（不同的設備、感應線圈參數會有差別，以實際剖切檢驗結果為準）。

（5）檢驗結果

將感應淬火處理后油封座沿軸向切開，制成金相試樣，使用3%硝酸酒精腐蝕熱影響區如圖4所示；在光學顯微鏡下觀察顯微組織如圖5所示。

圖4 熱影響區（a為外圓方向、c為內孔方向）

表1 感應淬硬層檢驗表

圖5 淬硬層金相400×馬氏體4級【4】

表面硬度為HRC52-53，硬度層深度為2.1～2.3 mm，淬硬層金相符合JB/T 9204-2008鋼件感應淬火金相檢驗4級要求，感應淬硬層符合設計要求。

因油封座局部進行感應淬火處理，馬氏體轉變導致晶體體積膨脹[5]，對成品尺寸將有影響，具體影響如表2。

表2 感應淬火處理前后尺寸變化

路試檢驗：將改進后的油封座裝車10臺投放至使用狀況較惡劣的地區進行路試3年，每年維護保養測量磨損高度均0.1 mm以內，符合設計要求。

4 結論

（1）通過提高油封座端面硬度，可有效改善油封座使用過程中磨損嚴重問題，降低了軸承燒毀風險，提高車輛安全性，延長車輛使用時間，降低維護保養成本；

（2）為保證油封座端面感應淬火硬度及硬度層均勻，須使用內凹感應線圈進行仿形，這種仿形感應線圈的設計理念同樣適用于其他類型圓環狀工件端面感應淬火線圈的設計；

（3）感應淬火后，馬氏體轉變晶粒體積會膨脹，須預留加工余量，在感應淬火后進行精機加工以保證尺寸合格。

［1］王貞之.簡明熱處理手冊［M］.北京：中國工業出版社，1966.

［2］JB/T 1255-2001.高碳鉻軸承鋼滾動軸承零件熱處理技術要求［S］.

［3］GB/T 5617-2005.鋼的感應淬火或火焰淬火后有效硬度層深度的測定［S］.

［4］朱利卿.鋼的熱處理變形［M］.武漢：湖北人民出版社，1999.

Study on the Process of Thrust Washer End Surface Induction Hardening

YE Tian-zeng，XIE Chuan-jin
（BPW（Meizhou）axle Co.，Ltd.，Meizhou514743，China）

Thrust washer end surface induction hardening can effectively reduce wear rate， prolong the service life， and reduce maintenance costs.This paper introduced the design and optimization of induction hardening thrust washer， and the end surface induction hardening coil design and processing technology，so as to provide reference for processing workpiece end surface induction hardening circular.

end surface induction hardening；thrust washer；induction coil；wear resistant

TG156.3

A

1009－9492(2014)08－0055－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.08.016

葉天贈，男，1983年生，廣東梅州人，大學本科，助理工程師。研究領域：熱處理工藝設計、材質檢驗、產品國產化。

(編輯：向 飛)

2014－06－05