某滲碳鋼薄壁外圈的加工工藝改進(jìn)

劉海波，古毅，趙志強(qiáng)

(1.中航工業(yè)哈爾濱軸承有限公司 a.工程技術(shù)部；b.車工工部，哈爾濱 150500；2.東安汽車動力股份有限公司制造工程部，哈爾濱 150066)

滲碳鋼軸承套圈工作表面進(jìn)行滲碳處理是為了通過提高工件硬度和韌性，增加耐磨性，以提高軸承的使用壽命。由于套圈在滲碳和淬火處理時會發(fā)生變形，加工難度增加，尤其對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外徑較大，壁薄的軸承，精度難以保證。如何控制熱處理變形量是關(guān)鍵，需要從工藝流程、加工留量、刀具選擇等多方面進(jìn)行分析優(yōu)化。

1 問題的提出

1.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點

某型軸承外圈結(jié)構(gòu)如圖1所示，其凸緣外徑為φ188 mm，8個等分孔的位置度為φ0.2 mm；壁厚均在7.5 mm以下；圓周均布60個長46 mm、寬4 mm的長槽，槽的圓周等分差不大于0.1 mm。

圖1 外圈結(jié)構(gòu)

1.2 加工工藝流程

常規(guī)方法的主要加工工藝流程為：粗車成形→滲碳→細(xì)車成形→鉆銑凸緣→銑軸向槽→淬火→磨加工。車加工時，除有較嚴(yán)的表面粗糙度要求部位(如滾道等)外，其余部分均直接加工至成品尺寸，然后進(jìn)行淬火處理，最后磨加工。

1.3 存在的問題

1)由于套圈壁薄，熱處理后發(fā)生嚴(yán)重變形，滾道位置度、滾道圓度、長槽梁的直線度、長槽的圓周等分差等技術(shù)指標(biāo)超差，且變形量沒有規(guī)律。

2)長槽梁的兩側(cè)淬火處理后呈黑色，無法進(jìn)行光飾，影響外觀。

2 變形原因分析

外圈變形原因分析如圖2所示，主要影響因素為：

1)外圈壁厚不統(tǒng)一。外圈內(nèi)徑、外徑存在階梯，滲碳、淬火處理時內(nèi)應(yīng)力導(dǎo)致滾道圓度超差，無法繼續(xù)加工。

2)外圈壁薄且有槽，斷續(xù)不連貫。外圈最薄處僅4 mm，圓周方向長槽梁的寬度不足4.3 mm，滲碳、淬火處理時細(xì)長的梁產(chǎn)生彎曲變形，無法保證槽的圓周等分差；同時會導(dǎo)致滾道位置尺寸L和寬度C變小。

圖2 變形分析圖

3 改進(jìn)措施

根據(jù)上述分析，改變傳統(tǒng)的加工理念，將變形量較大部位的加工(如外徑面、內(nèi)臺階、外臺階、槽等的車加工)移至滲碳和淬火處理工序之后進(jìn)行硬車。

由于熱處理后套圈硬度提高，增加了車削加工難度，原采用的硬質(zhì)合金車刀和加工留量已不能滿足生產(chǎn)需求，致使在工藝流程、加工刀具、加工留量及加工方法上均需做相應(yīng)調(diào)整。

3.1 工藝流程

改進(jìn)后的工藝流程為：細(xì)車A面、內(nèi)圓，粗車擋邊外圓，倒內(nèi)、外角→細(xì)車B面、粗車外圓、擋邊、滾道，倒擋邊外角及內(nèi)、外角→鍍銅→車滾道銅層、滾道斜坡→滲碳→脫銅→細(xì)車外圓、擋邊外圓、擋邊，倒外角及擋邊外角→鉆孔，銑凸緣，去孔邊銳角→去凸緣毛刺→去另一側(cè)孔邊毛刺→熱處理→細(xì)磨B面→退磁清洗→粗車內(nèi)臺階→終車外圓、擋邊，倒外角及擋邊外角→車槽，去槽邊毛刺→細(xì)車內(nèi)臺階，倒內(nèi)角及與滾道的交角→車外臺階→穩(wěn)定處理→磨端面→磨外圓→磨滾道→銑軸向等分槽。

3.2 加工留量的確定

粗車成形時加大留量，盡量保留套圈壁厚，保證壁厚的均勻一致性，以增大對內(nèi)應(yīng)力的承受力，減小滲碳時的變形量；硬車時減小磨加工留量，因為熱處理后磨削難度增加，硬車已經(jīng)修整了淬火處理時的變形量，磨加工只需進(jìn)一步提高產(chǎn)品的幾何精度及表面質(zhì)量即可。淬火前、后的磨加工留量對比見表1。

表1 淬火前、后磨加工留量對比

3.3 刀具的選擇

滾道和內(nèi)徑面進(jìn)行滲碳處理，要求熱處理后表面硬度達(dá)到58～63 HRC，心部硬度達(dá)到35～48 HRC，超出了普通硬質(zhì)合金車刀所能加工的硬度范圍。為避免因刀具磨損而產(chǎn)生表面質(zhì)量問題，可選用進(jìn)口耐磨損性更高的硬質(zhì)合金車刀、銑刀。

3.4 軸向槽的加工

如圖3所示，首先用φ3.8 mm的鉆頭在軸向槽的兩端鉆孔，之后用φ4 mm的銑刀銑削加工至成品要求尺寸。為了完全達(dá)到成品要求的表面質(zhì)量，需要著重指出2點：

圖3 軸向槽加工示意圖

1)由于刀具的磨損，軸向槽的尺寸會發(fā)生變化，因此考慮到銑刀的使用壽命、材料的硬度及加工一件產(chǎn)品銑刀的工作行程(60×46=2 760 mm)，要求每加工一件產(chǎn)品中途必須更換一次銑刀，即一把刀加工30個槽。

2)每加工一個槽，要求銑刀運行一個循環(huán)，即從M點到N點再到M點，這樣銑刀返回時可以起到修整的作用，既提高了加工表面的質(zhì)量，又提高了尺寸精度。

4 結(jié)束語

加工實踐表明，改進(jìn)后的工藝合理可行，改進(jìn)前滲碳和淬火處理工序出現(xiàn)的變形問題得到明顯解決，且產(chǎn)品的各項精度完全能夠滿足設(shè)計要求；杜絕了熱處理后長槽梁兩側(cè)呈黑色而影響外觀的問題。另外，淬火后再硬車加工的工藝路線基本修整了套圈淬火處理的變形，硬車留量適當(dāng)減小，明顯縮短了磨加工工時，加工效率提高。

通過工藝改進(jìn)，克服了滲碳鋼薄壁軸承套圈難加工的缺點，此方法可推廣應(yīng)用到其他滲碳鋼材料軸承的加工中。