王珂，龔建勛，韓萬順，王紅偉

(洛陽LYC軸承有限公司，河南 洛陽 471039)

1 存在的問題

我公司加工的大型薄壁軸承套圈如61952M/01，61864M/01及61956M/01等所用的設(shè)備是K-170生產(chǎn)線，淬火加熱分3個區(qū)。此類套圈具有外徑大、高度低及壁薄的特點(diǎn)，其尺寸詳見表1。套圈淬火后極易產(chǎn)生翹曲超差，因此需要進(jìn)行校正、整形，嚴(yán)重影響生產(chǎn)進(jìn)度，甚至還可能造成廢品。

表1 軸承套圈的尺寸

2 原因分析

軸承套圈的翹曲是軸向不均勻變形的表現(xiàn)形式之一[1]。淬火加熱溫度不均勻，裝料方式不當(dāng)，淬火冷卻時套圈上、下端冷卻速度不一致以及套圈在加熱和冷卻時自身的碰撞等，均會造成套圈不均勻加熱和不均勻冷卻，使套圈產(chǎn)生翹曲。

2.1 淬火加熱溫度及均勻性的影響

加熱過程中，套圈表層和心部溫度的差異導(dǎo)致了熱應(yīng)力的產(chǎn)生，熱應(yīng)力超過材料的彈性極限就會發(fā)生形變。高的加熱溫度使高溫狀態(tài)鋼的塑性顯著增加，如圖1所示[2]，表面(A點(diǎn))已進(jìn)入塑性區(qū)域，而心部(B點(diǎn))還處在彈性區(qū)域，導(dǎo)致溫度梯度和膨脹量差L增大，使內(nèi)應(yīng)力增加。文獻(xiàn)[3]表明，淬火加熱溫度對鋼件翹曲變形的影響較大，所以在保證套圈性能的前提下宜選用工藝溫度的下限。以61956M/01為例，3個區(qū)采用原始工藝溫度，隨機(jī)取10件，平面度在0.3～0.45 mm。用工藝下限溫度，淬火加熱工藝曲線如圖2所示。

圖1 加熱時的膨脹

圖2 工藝下限溫度時的工藝曲線示意圖

加熱不均勻?qū)Υ祟愄兹Φ穆N曲也有影響。相變點(diǎn)以下，加熱不均勻主要反映在熱應(yīng)力方面;相變點(diǎn)以上，加熱不均勻除表現(xiàn)在熱應(yīng)力方面外，還影響到組織轉(zhuǎn)變的不等時性。相變點(diǎn)以下加熱，由于表層已進(jìn)入塑性溫度區(qū)而心部還在彈性變形溫度區(qū)，所以應(yīng)緩慢加熱[3]。淬火加熱時Ⅰ區(qū)起預(yù)熱作用，其溫度低可進(jìn)一步減小套圈表層與心部的溫差，提高加熱均勻性，減小熱應(yīng)力。因此可再降低Ⅰ區(qū)溫度(低于下限)。以61956M/01(車工件尺寸狀態(tài)同前)為例，淬火加熱工藝曲線如圖3所示。隨機(jī)取10件，用G804平面檢測儀測平面度，用洛氏硬度計檢測硬度，結(jié)果見表2。

圖3 Ⅰ區(qū)溫度再降時的工藝曲線示意圖

表2 工藝溫度對平面度的影響

由表2與原始工藝對比可看出，在保證熱處理質(zhì)量的前提下，3個區(qū)采用工藝下限溫度比用原始工藝溫度產(chǎn)生的翹曲程度有所降低；Ⅰ區(qū)采用低于下限的溫度能進(jìn)一步減小翹曲程度。

2.2 淬火冷卻的影響

套圈在淬火加熱溫度均勻的條件下，如其表層與心部的溫度都在相變點(diǎn)以上時，冷卻不均勻也會造成翹曲，這是淬火工件發(fā)生翹曲的主要原因之一。冷卻速度越快越不均勻，表面與心部溫差越大，由此產(chǎn)生的應(yīng)力越大，產(chǎn)生翹曲的傾向越大，程度越嚴(yán)重。

上述套圈在K-170生產(chǎn)線淬火冷卻過程中通過采用慢速旋轉(zhuǎn)淬火機(jī)，起到了相對降低冷卻速度的作用。旋轉(zhuǎn)淬火機(jī)由電動機(jī)帶動，速度由變頻器控制,通過鏈輪等傳動系統(tǒng)帶動2個軸運(yùn)轉(zhuǎn)從而實(shí)現(xiàn)套圈的旋轉(zhuǎn)。操作簡圖如圖4所示，2個轉(zhuǎn)軸分別固定在2塊鋼板上，帶動套圈運(yùn)轉(zhuǎn)。為了冷卻均勻，操作時要求放平淬火機(jī)。放置套圈前，從兩軸中心計算，將淬火機(jī)2個轉(zhuǎn)軸間距調(diào)整為要加工套圈直徑的2/3，過寬或過窄均會導(dǎo)致兩軸運(yùn)轉(zhuǎn)時套圈不穩(wěn)定。套圈放置在2個轉(zhuǎn)軸之間，軸向平行于兩軸；端面兩邊分別放2個立柱，位置如A，B和C，D。兩邊的立柱均與所放入的套圈端面間要留有間隙，過緊不利于操作，過松易使套圈發(fā)生傾斜；每邊的2個立柱間距以盡量接近套圈外徑為宜，保證套圈整個端面在立柱支撐范圍內(nèi)；選擇的立柱高度應(yīng)與套圈外徑接近，以利于對其全高的支撐，太高則不利于操作，易導(dǎo)致套圈與立柱碰撞，太低易導(dǎo)致套圈穩(wěn)定性差發(fā)生傾斜，造成冷卻不均勻。以61956M/01為例進(jìn)行規(guī)范操作，隨機(jī)取10件，用G804平面檢測儀測平面度，均控制在0.20～0.30 mm。

1—套圈；2，5—轉(zhuǎn)軸；3—立柱孔；4，6—鋼板圖4 旋轉(zhuǎn)淬火機(jī)操作示意圖

2.3 裝料方式的影響

以61956M/01為例，隨機(jī)取車工件尺寸狀態(tài)相同的20件分2組(每組10件)，采用雙層和單層2種擺放方式進(jìn)行試驗(yàn)，淬火后用G804檢測其平面度，結(jié)果見表3。

表3 單層、雙層擺放平面度

由表3可看出，裝料方式對翹曲有影響，單層擺放對降低翹曲有利。這是因?yàn)椴捎秒p層裝料在輸送帶上進(jìn)爐加熱至淬火狀態(tài)時會因塑性變形抗力低，上層套圈因自重對下層套圈的端面產(chǎn)生擠壓，從而造成端面翹曲；另外，在進(jìn)行淬火冷卻操作時由于是用鉤子從爐內(nèi)1次挑出2件往淬火機(jī)上放，在此過程中難免2個套圈端面會產(chǎn)生磕碰，這種碰撞使翹曲趨于嚴(yán)重。而采用單層擺放方式在進(jìn)行加熱和淬火冷卻時則避免了上述問題的發(fā)生。

3 結(jié)論

(1)在保證套圈性能的前提下，采用淬火加熱工藝溫度下限，適當(dāng)降低淬火Ⅰ區(qū)溫度，可減小溫度梯度，改善加熱的不均勻性，降低加熱時產(chǎn)生的熱應(yīng)力，對控制翹曲度有利。

(2)改進(jìn)裝料方式，由雙層擺放改為單層擺放可有效降低翹曲程度。

(3)規(guī)范淬火冷卻過程中的操作，改善套圈冷卻條件，使其冷卻均勻，可避免人為因素產(chǎn)生的翹曲。