半自動淬火壓床在薄壁軸承套圈變形控制中的應用

賈玉鑫，單瓊飛，李檢貴，康風波

(1.洛陽軸研科技股份有限公司，河南 洛陽 471039；2.河南省高性能軸承技術重點實驗室，河南 洛陽471039；3.滾動軸承產業技術創新戰略聯盟，河南 洛陽 471039)

對于大型薄壁輕系列且寬度較小的軸承產品，由于自身剛度差，熱處理時在一定的熱應力和組織應力作用下，可能產生較大的變形[1]。如果采用自由淬火方式進行熱處理，必須進行人工校正，勞動強度大、生產效率低，甚至橢圓變形和翹曲無法同時控制,造成工件內/外徑變動量或平面度超差。而采用全自動淬火壓床和半自動淬火壓床進行壓模淬火可以有效解決這一難題。全自動淬火壓床主要用于單一產品的大批量生產；半自動淬火壓床主要與周期性生產爐配套使用，適用于多品種產品的淬火。半自動淬火壓床由于其模具的多樣性，一套模具能夠實現一定尺寸范圍內多種套圈的壓模淬火，因此嘗試將半自動淬火壓床應用到軸承鋼制套圈的變形控制中，通過熱處理工藝分析，以期獲得最佳的壓模淬火工藝，在保證質量要求的前提下，降低勞動強度，減少廢品損失，提高生產效率，降低生產成本。

1 試驗設備及試樣

試驗選用四工位半自動淬火壓床，其是與轉底爐生產線聯合起來實現壓模淬火的熱處理設備，能夠實現直徑600 mm以下套圈的壓模淬火。為保證工件淬透性，淬火介質采用快速淬火油。試驗的幾種薄壁軸承套圈參數見表1。

表1 試驗套圈參數

2 試驗原理及方法

淬火壓床[2]采用兩工位氣動加力(用于加工軸承鋼套圈)和兩工位液壓加力(用于加工滲碳鋼套圈)，各工位可以單獨動作完成工件的壓模淬火，如圖1所示。該淬火壓床采用的模具如圖2所示，一套模具能實現一定尺寸范圍內多種套圈的壓模淬火。在生產過程中將需要淬火的套圈手動放置在接料盤上，啟動壓床，套圈和模具同時下行，當套圈下行至淬火盤并且模具與工件充分接觸時，進油電磁閥打開，對套圈進行冷卻淬火，直至套圈完全冷卻，進油電磁閥關閉，模具與套圈同時上升，完成壓模淬火。淬火過程中通過調整上下模具壓力、淬火時間、淬火油溫及流量等工藝參數，達到減小套圈淬火變形、保證熱處理質量的目的。

1—主機；2—油池；3—下滑塊；4—快換接頭；5—下模具；6—上模具；7—上滑塊；8—動力缸；9—按鈕；10—滾棒；11—冷卻管道

1—上快換座；2—快換接頭；3—擋油板；4—上模具；5—下模具；6—下快裝座

試驗采用氣動工位對軸承鋼套圈進行壓模淬火，主要針對模具壓力進行優化，優化后對不同型號的軸承套圈進行壓模淬火工藝試驗。

3 試驗與分析

3.1 模具壓力優化

淬火模具壓力對套圈的變形量及表面質量影響很大。壓力過小，變形控制差，內/外徑變動量和平面度達不到工藝要求；壓力過大，對設備要求較高，且容易產生工件壓傷。

以329XX/01，E77XX/01為例，在不同氣動工位模具壓力下進行淬火工藝試驗(表2)，以優化模具壓力。由表2可知，隨著模具壓力的增大，329XX/01，E77XX/01的外徑變動量和平面度逐漸減小；壓力增至3.5 MPa時，外徑變動量和平面度基本趨于穩定；壓力繼續增大，雖然套圈變形控制得更好，但出現了表面壓傷，將影響后續的加工。隨后又對其他型號軸承鋼套圈進行壓模淬火試驗，得出基本一致的規律，因此，將優化后模具壓力選用3.5 MPa，既保證套圈的加工質量和尺寸精度要求，又不出現壓傷等表面缺陷。

3.2 淬火壓床對套圈變形量的改善

對一些大型(外徑250 mm以上)薄壁輕系列且寬度較小(20 mm以下)的軸承鋼套圈，原工藝采用不帶模具的自由淬火方式，淬火后先用壓瓢方法來保證套圈平面度、熱整形方法保證內/外徑變動量，以控制尺寸精度，但薄壁輕系列套圈壁厚小，零件表面溫度降低較快，內/外徑變動量和平面度不能同時進行熱整形，導致整形效果較差。

表2 氣動工位模具壓力對軸承鋼套圈質量的影響

分別采用原工藝和壓模淬火進行熱處理后套圈的內/外徑變動量和平面度見表3。其中，考慮到工件轉移過程中的溫度降低，壓模淬火加熱溫度一般較原工藝淬火加熱溫度高5 ℃。由表3可知，采用不帶模具的自動淬火方式，套圈變形量較大，346XX5/01平均內/外徑變動量甚至高達1.34 mm；而采用壓模淬火，變形量大幅降低，平均內/外徑變動量可控制為0.19～0.27 mm，平均平面度可控制為0.10 mm左右。壓淬工藝使橢圓變形率由38%～50%、翹曲變形率37%～57%均降低控制在2%～4%，有效解決了套圈內/外徑變動量和平面度超差的問題。從而可對產品磨加工留量進行壓縮，滾道留量可壓縮25%～35%，端面留量可壓縮35%～45%，在提高材料利用率的同時，大幅提高磨加工效率。

表3 原工藝與壓淬工藝熱處理套圈變形量對比

4 結論

1)薄壁軸承鋼套圈壓模淬火模具壓力選用3.5 MPa，既能保證產品的加工質量和尺寸精度要求，又不會對產品表面造成壓傷。

2)半自動壓模淬火的應用解決了大型薄壁輕系列軸承鋼套圈熱處理時內/外徑變動量和平面度容易超差的問題，變形量較原工藝大幅下降，變形率可控制在2%～4%。