不同車加工和熱處理工藝對套圈變形的影響分析

周硯田

（瓦房店軸承集團有限責任公司，遼寧 瓦房店 116300）

眾所周知，軸承套圈熱處理變形是不可避免的，由于其影響因素非常復雜，給磨削效率的提高帶來了重重困難。因此，研究軸承套圈熱處理變形的影響因素，找出減小變形的方法是提高產品質量、減少磨削次數的重要課題。

在實際生產中，影響熱處理變形的因素主要包括車加工方法、淬火加熱速度、淬火介質及攪油速度等。

1 車加工方法對套圈變形的影響

車加工設備和方法對車加工套圈變形的影響見表1。由表可知：一次車削時，由于設備的限制，套圈車削后內、外徑變動量較大，且合格率低；二次車削時，采用數控車床，內、外徑變動量均符合標準要求。

表1 車加工設備和方法對軸承套圈車工內、外徑變動量合格率的影響Tab.1 Effect of equipment and method of turning process on qualified rate of inner and outer diameter variation

2 不同熱處理工藝對套圈變形的影響

2.1 熱處理工藝試驗

選取GCr15鋼制32222圓錐滾子軸承內、外圈各600件（12組，每組50件），外圈外徑 φ200 mm，寬度46mm；內圈內徑φ152mm，寬度53mm，進行熱處理試驗。設備及試驗工藝參數見表2。設備有4個加熱區，總加熱時間＝推料拍節×爐內爐盤數。

表2 32222套圈淬回火工藝參數Tab.2 Process parameters for quenching and tempering of ring for bearing 32222

2.2 外圈熱處理后試驗結果

32222外圈分別經一次、二次車削熱處理后的外徑變動量及脹縮量見表3。計算可知，經一次車削熱處理后外圈外徑變動量平均合格率為73.3%，經二次車削熱處理后外圈外徑變動量平均合格率為89.08%，后者比前者提高了15.78%。

表3 不同車削方式下32222外圈熱處理后的外徑變動量及脹縮量Tab.3 Outer diameter variation and amount of swelling and shrinking after heat treatment of outer ring of bearing 32222 under different turning methods

分級油淬火的外圈熱處理后的平均外徑變動量合格率為78.56%；鹽浴馬氏體淬火的外圈熱處理后的平均外徑變動量合格率為83.37%。

正常溫度加熱的熱處理變形合格率為81.3%；高溫快速加熱的熱處理變形合格率為81%。

高速（1 500 r／min）攪油熱處理變形合格率為76.4%；低速（1 000 r／min）攪油熱處理變形合格率為86%。

分級油淬火的一次車削外圈熱處理后的外徑尺寸平均脹大0.15 mm；分級油淬火的二次車削外圈熱處理后的外徑尺寸平均脹大0.01 mm。

2.3 內圈熱處理后試驗結果

32222內圈分別經一次、二次車削熱處理后的內徑變動量及脹縮量見表4。

表4 不同車削方式下32222內圈熱處理后的內徑變動量及脹縮量Tab.4 Inner diameter variation and amount of swelling and shrinking after heat treatment of inner ring of bearing 32222 under different turning methods

由表4可知，一次車削熱處理后內徑變動量平均合格率為67%，二次車削熱處理后內徑變動量平均合格率為81%，后者比前者提高了14%。

分級油淬火的內圈熱處理后的內徑平均變動量合格率為70.375%；鹽浴馬氏體淬火的內圈熱處理后的內徑平均變動量合格率為81.25%。

正常溫度加熱的熱處理變形合格率為76.75%；高溫快速加熱的熱處理變形合格率為64%。后者比前者降低了12.75%。

高速攪油熱處理變形合格率為70.1%；低速攪油熱處理變形合格率為78.1%。

分級油淬火的一次和二次車削內圈熱處理后的內徑尺寸平均脹大0.09 mm。

2.4 小結

分析以上數據可知：

1）一次車削由于進刀量大，造成車削應力大、變形大，從而導致套圈熱處理過程中隨著應力的釋放而變形更大。因此，應采用數控車床二次車削來解決套圈熱處理變形大的問題。

2）淬火介質、淬火方法對套圈淬火熱處理變形有較大的影響。冷卻方法按照軸承零件的質量要求、形狀、壁厚及尺寸不同而有所不同［1］。選擇淬火介質的正確原則：在保證淬硬的前提下，盡量選擇淬火烈度小的淬火介質，以減小淬火變形及開裂。為了淬火時最大限度地減小變形和避免開裂，采用分級油淬火，而非傳統常規的一次油冷的淬火方式。分級油淬火特點：套圈采用120℃熱油淬火，減小冷卻時的應力，然后進入10℃冷油中冷卻，使殘余奧氏體轉變為馬氏體，穩定尺寸，提高硬度。鹽浴馬氏體淬火等溫鹽浴溫度180℃，冷卻時的應力更小，然后采用風冷，使殘余奧氏體轉變為馬氏體，穩定尺寸，提高硬度。通過大批量試驗檢測數據可知，鹽浴馬氏體淬火變形合格率略高于分級油淬火。

3 結論

1）一次車削車工變形大，導致軸承套圈熱處理變形大；二次車削套圈熱處理變形合格率比一次車削高15%左右。

2）分級油淬火的軸承套圈稍脹大。

3）熱處理的攪油速度對熱處理變形影響較大，攪油速度越慢，熱處理變形越小，但應在保證組織和硬度的前提下。

4）高溫快速加熱的變形合格率比正常溫度加熱的略低，但從經濟效益的角度綜合考慮，可以實行。