大尺寸实心超精辊结构的改进

薛冰，吕军庆，张庆丰，夏书香

(洛阳LYC轴承有限公司 工模具公司，河南 洛阳 471039)

1 原超精辊的加工难点

超精辊是精磨滚子外圆的重要工装，为保证所磨削滚子的质量，要求其必须具备较高的加工精度和耐磨性。某型号大尺寸实心超精辊结构如图1所示，其为整体式结构，使用材料为Cr5Mo1V。该超精辊加工精度要求非常高，两端安装轴承部位的同轴度要求为2 μm，外径尺寸公差达到8 μm，加工难度大，难点多。

图1 超精辊结构示意图

1.1 毛坯锻造

Cr5Mo1V属于高碳高合金类的冷作模具钢，具有很高的淬透性和淬硬性，淬火后的耐磨性也相当好。但Cr5Mo1V含有大量的碳和合金元素，锻造性能差，尤其对于大尺寸工件毛坯，在锻造过程中会出现裂纹、气孔、夹杂等缺陷，影响超精辊的锻造质量，严重时可能出现热处理开裂或在正常使用过程中突然断裂。

1.2 热处理硬度

原超精辊为整体式结构，但依据设计要求，超精辊的热处理硬度在整体上存在梯度，具体要求为：超精辊中间重要工作部位硬度为60～62 HRC，两端部分硬度为48～52 HRC。针对此种特殊要求，制定了两种热处理方案。

(1)整体淬火+局部回火。将工件用真空炉加热、保温，然后在氮气气氛下空冷，使其整体淬硬到60～62 HRC，然后对超精辊的两端轴颈部位进行感应回火，以使轴颈部分硬度为48～52 HRC。但此方法在实际操作过程中发现，轴颈靠近辊体20～30 mm处散热严重，难以加热至回火温度。

(2)整体淬火+回火后局部淬火。首先对工件进行整体淬火、回火，使工件硬度达到48～52 HRC，然后对辊体部分进行局部感应淬火，以使该部位的硬度达到60～62 HRC。但对于实心结构的大型工件，由于感应加热的集肤效应，存在工件无法淬透的问题。

2 改进后结构

在满足使用条件的前提下，为了降低加工难度，将原整体式超精辊改为如图2所示的分体式结构。改进后的超精辊由两个轴颈和一个辊体组合而成，其中，辊体的材料为Cr5Mo1V；轴颈使用淬透性和淬硬性良好的结构钢40CrNiMo，该材料热处理后具有良好的力学性能，可满足产品的正常使用要求。

图2 分体式超精辊结构示意图

分体式超精辊的优点为：

(1)可以分别对辊体和轴颈进行热处理，解决了硬度梯度难以保证的问题。

(2)在一定程度上有效降低了毛坯锻造缺陷引起的工件淬火开裂的风险。辊体由原来的实心结构改为有一定壁厚的空心筒状结构，不仅去除了工件内部多余的材料，降低了淬火时产生的强大内应力，而且也便于去除毛坯心部的锻造缺陷。通过对粗车成空心的工件进行调质处理、超声波探伤，再将淬火后的工件进行两次回火，消除应力，可最大程度地避免淬火裂纹的产生。

(3)轴颈和辊体之间采用间隙配合，然后用胶水进行黏合，便于装配操作，从根本上解决了工件因过盈配合造成应力开裂的问题。装配时，保证轴颈与辊体之间的间隙量为0.05～0.07 mm，然后用某金属圆柱固持类胶水进行黏合，静置24 h后可进行后续机加工。试验证明，用此类胶水黏合的工件，常温下剪切强度可达35 N/mm2，完全能够满足产品的正常使用要求。

3 结束语

按照改进后的结构完成了超精辊的生产加工，经检验产品的各项指标均达到了设计要求，现已投入正常使用。而且在装配时，金属圆柱固持类胶水的成功应用，对其他机械加工行业也具有很好的参考价值。