磨加工對軸承套圈磁痕的影響

■ 洛陽LYC軸承有限公司、航空精密軸承國家重點實驗室 （河南 471003） 張 玲

■ 洛陽LYC軸承有限公司 （河南 471003） 李萬和

軸承套圈磨加工工序是采用高速旋轉的砂輪作為工具，與旋轉的工件表面接觸，在磨削力的作用下，切除工件表面金屬，形成新的表面的過程，使其表面達到一定的精度要求。磨加工原理實際是一種多刃高速的切削加工，是通過刀具作用的外力使金屬受到擠壓，形成局部塑性變形，當變形應力超過材料的屈服極限時斷裂，達到去除表層金屬的目的。磨削的過程實質上是滑擦、耕犁和切削的過程，從而使工件表面產生變形應力和熱應力。

高碳鉻軸承鋼制零件在磨加工后的磁粉探傷中，可以發現其表面具有不同特征和不同原因所導致的多種形貌的磁痕。磁痕有相關磁痕和非相關磁痕兩類。通過探討影響軸承套圈在磨加工工序探傷發現的聚磁因素，可以判斷磨加工工序中產生磁痕的性質，有利于磨加工工序中對產品質量的合理控制，滿足高附加值產品加工的要求。

1. 磨削加工過程中過高溫度對聚磁的影響

磨削過程是切削的過程，切削過程中金屬受到反復的塑性變形產生高溫。根據文獻資料可知，高碳鉻軸承鋼的磨削區域溫度高達1 000℃左右，磨削加工約60%～95%的熱量傳入工件和磨削液，僅有10%不到的熱量被切屑帶走。傳入工件的熱量在工件表面形成局部高溫，當冷卻不充分時，將會導致工件表面高溫回火、燒傷以及加大磨削裂紋產生的可能性。尤其是雙端面磨削、內表面的磨削，在磨削瞬時是無冷卻水參與狀態。磨削加工不當導致的磨削裂紋，其滾道面磨削裂紋磁痕形貌如圖1所示，外徑面磨削裂紋磁痕形貌如圖2所示。

圖1 滾道面裂紋形貌

圖2 外徑面裂紋形貌

某型號軸承外圈采用先進的高精度設備保證加工精度和精度穩定性，該產品終磨外滾道在NOVA自動生產線的4GSP 140/350CNC機床上加工，外滾道磨削量不超過0.22mm（直徑），采用高磨液配方的冷卻水，產生的熱量有限。所以即使工件表面有輕度“燒傷”，更甚的是淺表層有“裂紋”（見圖1b），經顯微分析，殘留在工件表面的深度不會超過0.005mm（直徑）。通過延長光磨（無進給磨削）時間（≥5s），可以消除缺陷表面。磨削熱對聚磁的影響基本可以排除。該軸承外圈終磨外滾道磨削工藝參數如附表所示。

2. 摩擦形成的聚磁

砂輪的磨削過程除切削金屬外，也存在摩擦。砂輪磨粒脫落性好、自銳性好，摩擦力就??；自銳性差的砂輪，工件表面承受的是較大的摩擦壓應力。摩擦的結果除燒傷工件表面外，壓應力作用的結果能在工件表面產生磁性。當金屬受摩擦后，使得內部自由電子的運動或排列變得有規律，因而不顯示磁性的工件具有了磁場的方向性。這類聚磁方向與工件的磨削紋路一致。現在無心電磁夾具的磨床大多有磨削后退磁（消磁）功能，工件退卸后，磁力線已經被打亂，所以不顯示磁紋方向（見圖1b），也有個別在機床退磁、消磁功能不足的情況下，探傷發現工件表面有與磨削紋路一致的短磁痕。因此，經過試驗，這類產品一般放置一段時間后，重新探傷檢驗，聚磁現象減輕或者消失；聚磁程度較輕或更換精度等級好的設備再次探傷檢驗，聚磁現象消失。

3. 砂輪中的鐵磁性材料造成的聚磁

砂輪在制造過程中要反復剔除磨料中的鐵磁性材料，用無磁性的材料制作砂輪。但在制造過程中不可避免或者剔除得不徹底，砂輪中會存在分散或者比較集中的鐵磁性材料，反而鐵磁性材料參與磨削過程中，在工件表面形成“磁寫”，使得工件在探傷時產生密集聚磁，它與摩擦形成的聚磁相似，但不同的是，“磁寫”過的工件即使放置較長時間，聚磁也難以自動消失并且有復探的重復性。曾經在NOVA自動生產線上終磨套圈外滾道工序，出現外滾道全部存在密集的聚磁現象。為了驗證是否因砂輪的不純凈造成鐵磁性材料形成“磁寫”，將砂輪更換后返修該班產品，聚磁現象全部消失。因此“磁寫”屬于非相關磁痕。經過砂布或油石打光，或者使用新的砂輪返工處置，原來的聚磁現象均能夠消除。

4. 機械加工因素引起的非相關聚磁

工件表面因塑性變形和冷作硬化而導致的磁痕。套圈被磁化時，外徑表面有磕碰的區域因為產生塑性變形和冷作硬化，形成局部漏磁場，磁粉粒子被漏磁場吸附而聚集形成磁痕，當表面磕碰傷、劃傷被繼續磨削消除后，雖肉眼觀察不到明顯的磕碰痕跡，但因其表面殘余內應力未完全消失，該部位仍會形成微弱的漏磁場而吸附磁粉，這類磁痕屬于非相關磁痕，磁痕形貌如圖3所示。

5. 流線不合理導致的磁痕

某批次產品加工過程中，磁粉探傷發現，套圈滾道表面密集大面積且沿滾道圓周方向的磁痕形貌，且產品中出現的比例較大。流線型磁痕形貌如圖4所示。采用相同的磨加工機床，通過樣品解剖及內部組織分析，對過磨磁痕套圈與非磁痕套圈進行對比試驗，結果發現過磨后的磁痕樣圈仍然具有磁痕，而無磁痕樣圈仍無磁痕，排除了原材料及其他工序引起的磁痕，顯然，此類磁痕的發生與磨加工工序無關。

6. 其他磨加工因素的影響

磨削參數設置的進給量大、冷卻水冷卻不充分或者冷卻性能下降、加工余量過大、空行程距離調整不足，以及砂輪與工件撞擊都是影響磨加工后聚磁的重要因素，這些因素的影響機理不外乎是溫度對聚磁的影響。測量儀器、工作臺面上帶磁也會有所影響，這類影響的機理同“磁寫”機理一樣。另外，砂輪的粒度、磨削后表面粗糙度值、探傷用磁粉目數（目數越大，磁粉越細）等都影響探傷后聚磁判定的準確性。

磨削參數

圖3 外徑面磁痕形貌

圖4 流線型磁痕形貌

7. 結語

紋磁痕或者其他形貌的非相關磁痕。當磨加工設備狀態正常時，可以避免或消除相關磁痕的發生。而對某些滾道鍛件流線不合理所致的周向非相關磁痕的發生，顯然與磨加工工序無關。

[1] 仵永鋼，張玲，尤紹軍，等. 軸承零件的非相關磁痕顯示形貌及產生原因[J]. 無損檢測，2015，37（11）：84-87.

[2] 技工學校機械類通用教材編審委員會. 磨工工藝學[M]. 北京：機械工業出版社，1980：20.