特種軸承外圈局部冷酸洗檢驗技術(shù)及其防護(hù)裝置設(shè)計

褚翠霞，林國福，姚巧云，楊彪

(1.洛陽LYC軸承有限公司，河南 洛陽 471003；2.航空精密軸承國家重點實驗室，河南 洛陽 471003)

軸承外圈材料多采用高碳鉻軸承鋼[1]，需經(jīng)熱處理提高材料的力學(xué)性能。在熱處理過程中，會產(chǎn)生軟點、脫貧碳等缺陷；在后續(xù)磨削加工過程中，也會因其材料硬度較高、進(jìn)刀量大或機(jī)床冷卻液冷卻效果差等原因造成磨削燒傷[2]。如果軸承工作表面(滾道)存在軟點、脫貧碳缺陷或磨削燒傷，軸承在使用過程中將容易導(dǎo)致滾道表面出現(xiàn)早期剝落，嚴(yán)重降低軸承的使用壽命[3]。目前，檢驗熱處理軟點、脫貧碳和磨削燒傷缺陷最常用的方法是冷酸洗[4]。

1 外圈冷酸洗檢驗技術(shù)

軸承外圈的冷酸洗是按照GB/T 34891—2017《滾動軸承 高碳鉻軸承零件 熱處理技術(shù)條件》要求，使用2.5%～3.5%的硝酸水溶液與被檢驗表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。由于軟點、脫貧碳或者磨削燒傷處組織不同于正常高碳鋼淬火組織，故當(dāng)其與酸進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)后，表面會呈現(xiàn)出不同顏色,可根據(jù)顏色檢驗并判定表面缺陷種類。

一般軸承外圈的冷酸洗檢驗主要放在終磨工序之前，使用冷酸洗是對軸承表面在常溫下進(jìn)行酸腐蝕。冷酸洗后正常表面呈均勻的暗灰色；脫貧碳區(qū)域呈灰白色或暗黑色花斑(圖1a)；磨削燒傷區(qū)域則一般呈灰黑色(圖1b)。

圖1 冷酸洗檢驗缺陷形貌Fig.1 Morphology of cold pickling inspection defects

軸承外圈的冷酸洗方式主要有槽式酸洗和表面擦拭酸洗。槽式酸洗是將清洗液、酸液、明化液、中和液等分別放入不同的槽內(nèi)，將零件分別浸入各個槽內(nèi)，最后根據(jù)表面顏色進(jìn)行判斷，槽式酸洗適合直徑600 mm以下的軸承外圈，其酸洗的檢驗結(jié)果比較準(zhǔn)確。表面擦拭酸洗是將清洗液、酸液、中和液分別裝入3個容器內(nèi)，用酒精棉分別蘸取3種液體擦拭軸承外圈表面，表面擦拭酸洗適合直徑600 mm以上或者對表面質(zhì)量要求不高的軸承外圈，其酸洗的檢驗結(jié)果沒有槽式酸洗準(zhǔn)確。

軸承外圈經(jīng)過冷酸洗檢驗后的表面必須進(jìn)行再次磨加工，除去酸洗痕跡，以消除冷酸洗對軸承的影響，否則會降低軸承表面的力學(xué)性能。另外，經(jīng)酸洗檢驗后的外圈不適宜進(jìn)行大留量的磨削加工，否則可能會再次產(chǎn)生磨削燒傷等加工缺陷，冷酸洗檢驗表面也就失去了意義。

2 外圈冷酸洗要求

在某關(guān)鍵部位上使用的特種軸承外圈結(jié)構(gòu)如圖2所示，齒頂圓外徑D為94.9 mm，寬度C為44.5 mm，滾道直徑De為72 mm。主機(jī)對該型號軸承的滾道表面質(zhì)量要求較高，不允許存在軟點、脫貧碳缺陷或有磨削燒傷現(xiàn)象，因而使用滾道擦拭酸洗不能滿足該關(guān)鍵部位對軸承滾道的要求。因此，必須進(jìn)行槽式酸洗檢驗判定滾道是否存在軟點、脫貧碳、燒傷等加工缺陷。

圖2 特種軸承外圈結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Structure diagram of special bearing outer ring

外圈外齒在軸承磨加工滾道時已達(dá)成品尺寸，后續(xù)齒面不能再進(jìn)行加工，因此在進(jìn)行槽式冷酸洗檢驗時齒面不能被酸液腐蝕。根據(jù)上述要求，必須采取有效措施對圖2中的齒面和兩端面進(jìn)行防護(hù)，只對滾道進(jìn)行局部冷酸洗。

3 局部酸洗防護(hù)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計

外圈齒面為不規(guī)則的曲面，且面積較大，傳統(tǒng)涂抹可剝離性塑料法對齒面防護(hù)較差，因此需設(shè)計一種酸洗防護(hù)裝置代替?zhèn)鹘y(tǒng)防護(hù)方法進(jìn)行冷酸洗檢驗，且能夠完全避免酸液腐蝕齒面，保證產(chǎn)品質(zhì)量。設(shè)計的局部冷酸洗防護(hù)裝置結(jié)構(gòu)如圖3所示，實物如圖4所示。

1—套筒；2—拉桿；3—圓柱銷；4—O形橡膠密封圈；5—壓蓋；6—墊圈；7—螺母；8—吊環(huán)鋼絲；9—螺釘；10—壓板；11—橡膠密封圈墊；12—外圈圖3 局部酸洗防護(hù)裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Structure diagram of local pickling protective device

圖4 局部酸洗防護(hù)裝置實物圖Fig.4 Picture of local pickling protective device

設(shè)計的局部酸洗防護(hù)裝置要多次浸入酸液中，所以防護(hù)裝置各零件材料均選擇耐酸腐蝕的1Cr18Ni9T奧氏體不銹鋼。外圈與套筒、壓蓋形成一個封閉的空間，使齒面處在一個封閉的空間內(nèi)，而外圈滾道面裸露，以便于冷酸洗。

為防止酸液進(jìn)入防護(hù)裝置中的外圈齒面，套筒、壓板與外圈內(nèi)倒角處以及壓蓋與壓板間使用橡膠密封圈進(jìn)行密封。酸洗過程中在壓蓋中間小于外圈內(nèi)徑處鉆若干個圓孔，使酸洗時酸液能順利進(jìn)入外圈內(nèi)表面。

4 帶防護(hù)裝置的局部酸洗檢驗

把外圈裝入套筒中，將壓蓋和密封裝入，加上墊圈，旋入螺母，用不銹鋼鉤子鉤住吊環(huán)鋼絲，執(zhí)行槽式冷酸洗工藝：去脂→熱水清洗→冷水清洗→酸洗→冷水清洗→第1明化→冷水清洗→第2明化→冷水清洗→中和→防銹→檢查。酸洗時將整個防護(hù)裝置全部浸入酸洗液中，上下竄動或搖動3次以上，并在各個酸洗槽內(nèi)至少停留30 s，使大量酸洗液進(jìn)入到模具內(nèi)與外圈滾道內(nèi)表面充分接觸。

在防銹槽進(jìn)行防銹后立刻將外圈從防護(hù)裝置內(nèi)取出，并再次在防銹槽內(nèi)進(jìn)行防銹，以防止殘留的酸液繼續(xù)腐蝕外圈表面。在外圈未干的狀態(tài)下立刻在陽光或散光燈下檢查其表面是否存在軟點、脫貧碳、燒傷等缺陷。

5 結(jié)束語

根據(jù)特種軸承外圈滾道局部冷酸洗檢驗的要求，設(shè)計了局部酸洗防護(hù)裝置，有效地解決了特種軸承外圈滾道面局部冷酸洗的問題，實現(xiàn)了僅滾道表面進(jìn)行酸洗檢驗，同時外齒面部位不被酸液腐蝕，滿足了產(chǎn)品和客戶的要求。這種帶防護(hù)裝置的局部冷酸洗檢驗方法可以應(yīng)用于其他型號特種軸承外圈的局部冷酸洗檢驗，為局部冷酸洗檢驗技術(shù)探尋了新的思路。