推力球軸承溝道表面感應淬火工藝的改進

史亞妮，霍曉磊，朱戰旗，趙向明，孟婧

（洛陽LYC軸承有限公司，河南 洛陽 471039）

1 軸承結構及淬火技術要求

某型推力球軸承為分離型結構（圖1），由軸圈、座圈、保持架和鋼球組成，適用于承受單面軸向載荷、轉速較低的工況，如起重機吊鉤、立式水泵、立式離心機、千斤頂、低速減速器等。軸承直徑為φ3 250 mm，鋼球直徑達到φ82.55 mm，套圈溝道曲率較大（圖2）。套圈材料為42CrMo，要求淬火后溝道硬度為55～60 HRC，硬化層深度不小于6.5 mm，淬火難度較大。

圖1 推力球軸承結構示意圖Fig.1 Structure diagram of thrust ball bearing

圖2 套圈溝道曲率Fig.2 Curvature of ring raceway

2 改進前感應器

改進前溝道感應淬火的感應器采用單排導磁體加熱方式（圖3），加熱部分由一個主加熱銅管和一個副加熱銅管組成，在主加熱銅管上裝滿一排導磁體。冷卻方式為噴淋直接冷卻，噴水孔（單排）直徑為φ1.5 mm，直接在主加熱銅管鉆孔，與感應器銅管軸向成30°～45°夾角，淬火時的預冷距離基本上保持在5 mm之內。將單排導磁體感應器裝夾在機床上，調整感應器與工件淬火表面之間的耦合間隙為2 mm，在試驗件上進行工藝試驗，試驗結果見表1。

圖3 改進前的感應器Fig.3 Inductor before improvement

表1 單排導磁體感應器淬火試驗結果Tab.1 Test results of quenching with single-row magnetic conductor inductor

由表1可知，改進前的感應器加熱面積小，淬火后硬化層深度淺，如果要增加硬化層深度，只能靠提高淬火功率和降低工件旋轉速度來實現。但是由于冷卻方式為直冷，存在冷卻速度過快的問題，如果淬火功率太高，將大大增大淬火裂紋產生的傾向；降低工件轉速擴大了淬火熱影響區，容易造成其他非淬火面的硬度變化，影響后續工序加工。并且冷卻水孔少，容易出現堵塞，導致溝道表面淬火硬度均勻性差。所以單排感應器只適用于硬化層深度要求不高的單件產品的加工。

3 改進后感應器

為了提高溝道淬火后的硬化層深度及硬度均勻性，既要提高淬火功率，又要選擇合理的冷卻方式控制冷卻速度，因此，從加熱和冷卻2個方面對感應器結構進行重新設計，如圖4所示。

圖4 改進后的感應器Fig.4 Improved inductor

首先，將感應器由單排導磁體改為雙排導磁體加熱，即在原有感應器的基礎上將主銅管和副銅管之間的距離加寬，在主銅管和副銅管上各安裝一排導磁體，增加感應器的驅流效果，兩排導磁體分別起到預加熱和主加熱的作用，使溝道的加熱面積增大1倍，保證溝道的感應加熱溫度，從而提高單位面積的加熱效率。雙排導磁體填裝角度為90°，在淬火時調整感應器與溝道底部之間的耦合間隙為2 mm，可以有效防止溝道溝口倒角因尖角效應溫度過高而產生裂紋傾向。

其次，改進感應器冷卻方式，由之前在加熱銅管上的直冷改為單獨水路的獨立水盒冷卻，其噴水孔直徑改為φ2 mm，噴水角度調整為28°～30°，共6排水孔，冷卻液與主加熱銅管的預冷距離為35～40 mm。一方面增加了單位面積的冷卻水量，減少了冷卻壓力，從而減少了裂紋產生的傾向；另一方面增大了預冷時間，即增加了表面熱量向心部傳導散熱的時間：保證了溝道淬火后的硬化層深度。同時由于噴水孔直徑的增大及數量的增加，避免了在淬火過程中因部分冷卻水孔堵塞而產生淬火硬度不均勻的現象。

采用改進后的雙排感應器在試驗件上進行了多組工藝試驗，試驗結果見表2。

表2 雙排導磁體感應器淬火試驗結果Tab.2 Test results of quenching with double-row magnetic conductor inductor

由表2檢測數據可知，改進采用雙排導磁體加熱和獨立水盒冷卻，溝道感應淬火后能夠獲得較深的硬化層深度，滿足了淬火技術條件，保證了淬火質量和穩定性。