成型厚度偏差對磨具成型密度及硬度的影響

山 鷹，呂曉菲，韓守田

（1. 哈爾濱軸承集團公司 生產管理部，黑龍江 哈爾濱 150036；2. 哈爾濱軸承集團公司 經營發展部，黑龍江 哈爾濱150036；3. 哈爾濱哈工軸承有限公司，黑龍江 哈爾濱 150030）

成型厚度偏差對磨具成型密度及硬度的影響

山 鷹1，呂曉菲2，韓守田3

（1. 哈爾濱軸承集團公司 生產管理部，黑龍江 哈爾濱 150036；2. 哈爾濱軸承集團公司 經營發展部，黑龍江 哈爾濱150036；3. 哈爾濱哈工軸承有限公司，黑龍江 哈爾濱 150030）

通過對磨具成型厚度偏差的計算與實驗，分析成型厚度偏差對磨具成型密度及硬度的影響;并通過控制成型厚度極限偏差，保證磨具質量。

磨具；成型厚度；成型密度；偏差；硬度

1 前言

在磨具生產加工中，影響磨具硬度的因素有很多，如結合劑配方、成型密度、成型方式、燒成工藝、燒成溫度等。通過實際加工發現，在磨具成型中，毛坯厚度偏差對成型密度也存在直接影響，進而使磨具硬度發生變化，造成實際硬度與設計硬度不符。關于成型厚偏差對磨具成型密度及硬度的影響，本文加以計算和分析。

2 成型厚度偏差影響值計算

2.1 公式推導

成型厚度偏差是指磨具在加工過程中由于結合劑配方、成型工藝、燒成工藝等因素影響，造成加工好的磨具厚度實際尺寸與設計尺寸之間出現的誤差。根據成型密度公式推導如下：

r——成型密度，

P——磨具單重，

S——磨具底面積 ，

H——成型厚度。

當壓制同一批產品時，即磨具單重P與磨具底面積S相同時，則成型密度r與成型厚度H成反比，所以有：

由公式（1）經推導有：

式中：

r1——成型厚度為H1時的成型密度，

r2——成型厚度為H2時的成型密度，

Δr——成型密度偏差值（r2=r1+Δ r），

ΔH——成型厚度偏差值（H2=H1+Δ H）。

2.2 計算

按某型號磨具設計成型密度為r1=2.35g/cm3，成型密度允差在Δr=±0.04g/cm3之內計算，則由公式（2）計算得出磨具參數值（見表 1、表2）。

由表 1、表 2 可以看出,同一厚度，厚度偏差絕對值相同，對密度影響值卻不同；厚度較厚的磨具成型密度偏差對磨具硬度影響不大。

表1 磨具參數值Ⅰ/mm

3 成型厚度允許極限偏差值的計算

由公式（2）經推導有：

由公式（3）計算出不同的成型厚度允許極限偏差值（表 3）。

表2 磨具參數值Ⅱ /mm

表3 不同成型厚度允許極限偏差值 /mm

從表 3 可以得知，許密度偏差絕對值相同時，其允許厚度偏差絕對值也不同。厚度較薄的磨具對成型要求高，因此如采用定壓成型難保證磨具的成型密度在±Δr=0.04g/cm3之內。

4 計算值的修正

從上述計算可以看出，當厚度偏差絕對值相同或密度偏差絕對值相同時，其受影響的偏差絕對值差的偏差程度（∣-ΔH∣-ΔH和∣-Δr∣-Δr）都不很明顯。為計算方便起見，可以考慮作如下修正進行計算：

（1）厚度偏差對成型密度影響值的修正按公式（4）計算

（2）允許厚度極限偏差值的修正按公式（5）計算

計算結果分別見表 4、表 5。

這樣看來，修正絕對值介于原正負絕對值之間。雖然修正計算法計算簡便，但是誤差卻大于精確法，應根據實際需要選用。

5 例證

表4 厚度偏差允許密度極限偏差值的修正結果 /g/cm3

表5 厚度偏差允許厚度極限偏差值的修正結果/mm

某廠某年四到六月陶瓷磨具硬度不符共為51336片，其中H≤40mm的為42307片，占總不符數量為42307/51366×100%=82.41%，從成型厚度偏差對磨具硬度值影響因素進行試驗分析，詳細數據如下（表 6）。

表 6 實測結果與計算結果（略）基本一致，證明了計算結果符合實際情況?？梢钥闯觯穸绕顚δゾ哂捕戎涤绊戄^大，特別是對厚度較薄的磨具硬度差值較大，是影響磨具硬度的重要因素之一。

6 結束語

通過數據的分析及實測，證明了磨具成型厚度偏差對磨具成型密度及硬度存在一定影響，對于同一厚度，厚度偏差絕對值越大，對磨具成型密度及硬度的影響越大；當厚度偏差值相同時，隨成型厚度的減小，則厚度偏差對磨具成型及硬度的影響越大。隨成型厚度的增大，允許厚度極限偏差絕對值也增大。因此，對厚度較薄的磨具，應改定壓成型為定模成型。因此在實際加工中應采用嚴格的厚度極限偏差標準和適當的成型方法，控制磨具硬度，以保證磨具的成型密度在 r=±0.04g/cm3之內，確保磨具硬度符合設計要求。

表6 成型厚度偏差對磨具硬度值影響試驗數值/mm

（編輯：林小江）

表3 理化檢測結果

5 故障分析

通過掃描電鏡分析確認，軸承滾道剝落為疲勞剝落。根據保持架兜孔開裂形貌及內圈滾道剝落形貌，可判斷內圈滾道的剝落應先于保持架兜孔開裂。因為軸承正常工作時，保持架受力很小，只有鋼球引導保持架的拖動力，此力不會造成保持架的開裂；即使保持架先開裂，其對鋼球的約束作用并未明顯改變，也不可能造成內圈滾道的剝落。反之，軸承內圈滾道產生剝落后，軸承的運轉將出現異常，產生振動，使鋼球在周向轉動時出現運轉不平穩，產生徑向跳動和周向的擺動，同時產生運轉阻滯，使鋼球與保持架兜孔之間產生接觸表面的磨損，同時鋼球對保持架兜孔還產生周向的拉伸作用，最終使保持架在轉角等薄弱處產生疲勞斷裂。從內圈理化檢測結果看，可排除存在材料或冷、熱加工缺陷的影響；軸承外圈滾道整個圓周方向都有接觸壓痕，說明軸承工作時徑向載荷偏大。復查軸承安裝配合狀態，均符合技術要求，可排除徑向工作游隙偏小的影響。從7粒鋼球尺寸檢測結果看，直徑組差為0.8μm，超過標準要求。

采用軸承設計分析軟件對軸承工作過程中的接觸應力進行了計算分析。計算結果表明，在軸承正常工況條件下，鋼球與內圈滾道的接觸應力最大，最大接觸應力為1 758MPa，小于軸承鋼的最大許用接觸應力2 000MPa；在鋼球直徑組差超差的情況下，存在尺寸偏大的鋼球與內圈滾道的最大接觸應力超過軸承鋼最大許用接觸應力2 000MPa的可能。

6 結論

綜合上述分析，初步得出造成內圈滾道剝落的原因是鋼球直徑組差超差影響了一組鋼球承載分布狀態，尺寸偏大的鋼球與內圈的接觸應力超過了材料的最大接觸應力，并且出現了附加的振動載荷，長時間工作后，就會造成內圈滾道的疲勞剝落。軸承內圈滾道產生剝落后，軸承的運轉出現異常，造成保持架一兜孔開裂。因此在軸承裝配過程中應嚴格控制軸承的鋼球直徑組差，防止由于直徑組差超差給軸承在使用過程中帶來接觸應力變化、額外的振動載荷導致的產品故障。

（編輯：王立新）

Effect of molding thickness deviation on density and hardness of grinding wheel

Shan Ying1, Lv Xiaofei2, Han Shoutian3
( 1.Production Management Department, Harbin Bearing Group Corporation,Harbin 150036,China; 2.Business and Development Department,Harbin Bearing Group Corporation,Harbin 150036,China; 3.Harbin Industrial Bearing Co.,Ltd.,Harbin 150030,China )

Through calculating and testing the thickness deviation of molding, the effect of molding thickness deviation on density and hardness of grinding wheel is analyzed. The quality of grinding wheel is ensured by controlling the molding thickness deviation limits.

grinding wheel; molding thickness ; molding density; deviation; hardness

TG731

B

1672-4852（2014）01-0036-03

2013-05-25.

山 鷹（1975-），男，工程師.