半自動淬火壓床在薄壁軸承套圈變形控制中的應(yīng)用

賈玉鑫，單瓊飛，李檢貴，康風(fēng)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(shù)重點(diǎn)實驗室，河南 洛陽471039；3.滾動軸承產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，河南 洛陽 471039)

對于大型薄壁輕系列且寬度較小的軸承產(chǎn)品，由于自身剛度差，熱處理時在一定的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力作用下，可能產(chǎn)生較大的變形[1]。如果采用自由淬火方式進(jìn)行熱處理，必須進(jìn)行人工校正，勞動強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低，甚至橢圓變形和翹曲無法同時控制,造成工件內(nèi)/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(jìn)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(chǎn)品的大批量生產(chǎn)；半自動淬火壓床主要與周期性生產(chǎn)爐配套使用，適用于多品種產(chǎn)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?qū)崿F(xiàn)一定尺寸范圍內(nèi)多種套圈的壓模淬火，因此嘗試將半自動淬火壓床應(yīng)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(zhì)量要求的前提下，降低勞動強(qiáng)度，減少廢品損失，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

1 試驗設(shè)備及試樣

試驗選用四工位半自動淬火壓床，其是與轉(zhuǎn)底爐生產(chǎn)線聯(lián)合起來實現(xiàn)壓模淬火的熱處理設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)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(zhì)采用快速淬火油。試驗的幾種薄壁軸承套圈參數(shù)見表1。

表1 試驗套圈參數(shù)

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(dú)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(xiàn)一定尺寸范圍內(nèi)多種套圈的壓模淬火。在生產(chǎn)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(dāng)套圈下行至淬火盤并且模具與工件充分接觸時，進(jìn)油電磁閥打開，對套圈進(jìn)行冷卻淬火，直至套圈完全冷卻，進(jìn)油電磁閥關(guān)閉，模具與套圈同時上升，完成壓模淬火。淬火過程中通過調(diào)整上下模具壓力、淬火時間、淬火油溫及流量等工藝參數(shù)，達(dá)到減小套圈淬火變形、保證熱處理質(zhì)量的目的。

1—主機(jī)；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(jìn)行壓模淬火，主要針對模具壓力進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后對不同型號的軸承套圈進(jìn)行壓模淬火工藝試驗。

3 試驗與分析

3.1 模具壓力優(yōu)化

淬火模具壓力對套圈的變形量及表面質(zhì)量影響很大。壓力過小，變形控制差，內(nèi)/外徑變動量和平面度達(dá)不到工藝要求；壓力過大，對設(shè)備要求較高，且容易產(chǎn)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(jìn)行淬火工藝試驗(表2)，以優(yōu)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(wěn)定；壓力繼續(xù)增大，雖然套圈變形控制得更好，但出現(xiàn)了表面壓傷，將影響后續(xù)的加工。隨后又對其他型號軸承鋼套圈進(jìn)行壓模淬火試驗，得出基本一致的規(guī)律，因此，將優(yōu)化后模具壓力選用3.5 MPa，既保證套圈的加工質(zhì)量和尺寸精度要求，又不出現(xiàn)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(nèi)/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(nèi)/外徑變動量和平面度不能同時進(jìn)行熱整形，導(dǎo)致整形效果較差。

表2 氣動工位模具壓力對軸承鋼套圈質(zhì)量的影響

分別采用原工藝和壓模淬火進(jìn)行熱處理后套圈的內(nèi)/外徑變動量和平面度見表3。其中，考慮到工件轉(zhuǎn)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(nèi)/外徑變動量甚至高達(dá)1.34 mm；而采用壓模淬火，變形量大幅降低，平均內(nèi)/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(nèi)/外徑變動量和平面度超差的問題。從而可對產(chǎn)品磨加工留量進(jìn)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(jié)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(chǎn)品的加工質(zhì)量和尺寸精度要求，又不會對產(chǎn)品表面造成壓傷。

2)半自動壓模淬火的應(yīng)用解決了大型薄壁輕系列軸承鋼套圈熱處理時內(nèi)/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%。