軸承滾子熱處理限位裝載架的設計

張新玲

（哈爾濱軸承集團有限公司質量管理處，哈爾濱 150025）

1 前言

熱處理是將金屬材料在固態下加熱到預定的溫度，并在此溫度下保持一段時間，然后再以一定的速度冷卻到室溫的一種熱加工工藝。熱處理通過加熱和冷卻，使零件獲得適應工作條件需要的使用性能，達到充分發揮材料潛力、提高產品質量、延長使用壽命的目的[1]。滾子是軸承四大件之一，熱處理后材料的性能一定程度上決定了軸承的使用壽命。目前，軸承滾子熱處理時采用的方式多數是將滾子平鋪放入料框中，然后按周期自動送入加熱爐內進行熱處理加工。這種情況下，不能夠保證滾子直立擺放，料框移動時產生的不規則位移使滾子之間相互影響較大，熱處理后的滾子易產生表面花斑，尤其是倒角處的缺陷在后續加工過程中不易磨除；滾子之間互相接觸，導致加熱、冷卻不足，容易導致滾子硬度、金相組織不合格等質量問題。為提高滾子熱處理加工的品質，設計一種軸承滾子熱處理限位裝載架，確保軸承滾子達到熱處理的技術要求。

2 限位裝載架的設計

限位裝載架包括料框（圖1）、下層架（圖2）、立柱和上層架（圖3）四個部分。

圖2 限位裝載架下層架

圖3 限位裝載架上層架

熱處理限位裝載架有效尺寸：750mm×750 mm×300mm，選取的滾子有效直徑：25～30mm，高度≥20mm。設計的料框是鏤空結構的架體，料框的上表面設有下層架，下層架的上表面設有上層架，下層架上表面與上層架下表面之間設有立柱。滾子熱處理限位裝載架三維立體示意圖見圖4，每個立柱的上表面與上層架的下表面焊接固定，每個立柱的下表面與下層架的上表面焊接固定，以提高限位裝載架的穩定性；下層架與料框之間可以拆卸連接，便于使用。上層架內部嵌設有14×14的網格鋼架（架體所有材質均采用Cr25Ni20耐熱鋼，簡稱鋼架）；下層架的內部嵌設有3×3的網格鋼架，下層架邊框的截面為圓形且直徑為10mm；立柱的數量為正整數，數量不小于24且不大于30。

圖4 限位裝載架三維立體示意圖

3 工作方式

進行軸承滾子熱處理時，首先將若干滾子逐個放在上層的網格中（如圖5），利用上層架內部嵌設的14×14網格鋼架，將裝入的軸承滾子隔離開，以避免滾子之間相互碰撞。然后將裝有滾子的限位裝載架放入到加熱爐中進行加熱，因料框是鏤空結構的架體，能夠保證滾子的下表面正常受熱；同時上層架內部嵌設的14×14的網格鋼架，使得加熱爐中的熱空氣能夠正常流通，確保每一粒滾子都能夠受熱均勻，從而保證了加熱過程的均勻性，使得每一粒軸承滾子達到最佳的熱處理效果。加熱結束后，將限位裝載架和滾子一起取出進行淬火處理，完成軸承滾子的熱處理作業。

4 可行性驗證試驗

選取外形尺寸Φ28mm×30mm、鋼種GCr15的圓柱滾子50粒，使用上述限位裝載架，按照工藝要求進行熱處理作業。依據GB/T4661—2002標準[2]中的要求，按照公差等級Ш級對加工后的滾子進行百分之百檢驗，表面質量、殘磁、直徑尺寸偏差、直徑變動量、批直徑變動量、長度尺寸、批長度變動量、端面跳動均在合格范圍內。依據GB/T34891—2017標準[3]，抽檢3粒滾子，使用AXIO V1研究級倒置材料顯微鏡、HR-150A洛氏硬度計檢測熱處理后的金相、硬度，硬度值均在標準59.0～65.0之間，金相組織3級。加工后的滾子尺寸、表面質量、硬度、淬回火組織均合格，沒有出現因相互接觸、加熱冷卻不足等造成的不合格現象。

5 結束語

利用軸承滾子限位裝載架，可以對滾子進行定量熱處理加工，可以確保每個裝載架的總重量，從而保證熱處理工藝的穩定性。能夠做到每一粒滾子在加熱爐中受熱均勻、在淬火槽內冷卻均勻，進而保證了滾子的外觀質量，使得軸承滾子能夠滿足熱處理后的質量要求，確保提高軸承的整體質量水平。不同的熱處理爐型使用的限位裝載架的尺寸不同，加之滾子尺寸規格較多，可根據以上方法設計出不同的滾子限位裝載架來滿足熱處理生產的需求。