渗碳钢轴承套圈车削留量的经验公式

吴玫，隋善勇，刘振华

(哈尔滨轴承集团公司 航空航天轴承分厂，哈尔滨 150036)

渗碳钢轴承套圈滚道表面具有较高的硬度、耐磨性和疲劳强度，而心部仍然保持材料原有的塑性和韧性。套圈加工过程中，若车加工时滚道(渗碳)部位留量过大，经过热处理及磨加工后，很难保证成品零件最终的渗碳层深度。而且套圈的渗碳淬火最好采用压模淬火，以控制套圈的变形和收缩。为防止变形量大增加磨削留量，而增加渗碳层深度的方法是不可取的，因为增加渗碳层深度，渗碳时间要延长，渗碳温度也要适当提高，套圈的变形和收缩量也要增加，将形成恶性循环。因此，确定套圈的车加工留量是渗碳钢轴承套圈加工过程中的重点和难点。根据多批次的试验跟踪，用拟合法确定出了渗碳钢轴承套圈车削留量的经验公式。

1 收缩量经验公式

通过多批次跟踪发现，渗碳钢套圈在淬火后会出现收缩现象，而且这种收缩主要是套圈的径向收缩，经过测量发现，收缩量的大小与套圈的外径尺寸和壁厚有关。

以圆柱滚子轴承内圈为例，其结构如图1所示，其中，B为工件壁厚；d2为内圈挡边直径；滚道粗实线部分为渗碳部位。对5种不同型号轴承内圈淬火后的挡边直径尺寸进行实测(渗碳及热处理条件相同，每次抽检20个)，用拟合法确定出淬火收缩量的经验公式。

淬火收缩量ΔH=淬火前尺寸-淬火后尺寸。5种型号(每种型号20件)轴承内圈淬火前、后的实测数据(实测值取平均值)如表1所示。

图1 圆柱滚子轴承内圈结构

表1 内圈挡边直径淬火前、后测量数据 mm

由表1数据，以内圈挡边直径为x轴，以壁厚为y轴，通过x，y轴分别用1阶、2阶、3阶、……等阶数的图表曲线进行拟合、修正(拟合制图量大，过程略)，最后得到在固定的内圈挡边直径(3阶)条件下，ΔH和壁厚(4阶)成正比例函数(图2)，从而得到渗碳钢套圈淬火收缩量的经验公式为

(1)

式中：d2的适用尺寸为120～200 mm。

2 车削留量经验公式

由于受淬火收缩量的影响，为了保证套圈磨削加工后的质量，收缩量越大，车加工留量也应该相应地加大，但只要套圈收缩后留量满足磨削加工留量，即能保证磨削质量。设x轴为工件的壁厚和直径，y轴为套圈的车加工留量，进行图表曲线的拟合、修正(过程略)。得出在内圈挡边直径

图2 ΔH和B4的函数关系

不变的条件下，与B成正比例关系，从而得出车削留量的经验公式为

Δd2=0.000 51d2B，

(2)

而且Δd2值大于渗碳钢收缩量ΔH，符合磨削加工的工艺要求。

3 实际磨削量

淬火后的实际磨削量用H·Δd2表示，为热处理后的尺寸(车削留量)减去淬火收缩量，即

H·Δd2=Δd2-ΔH。

(3)

根据(2)式、(3)式计算出表1中5个型号内圈挡边直径的车削留量、实际磨削量如表2所示。

表2 内圈挡边直径车削留量及实际磨削量 mm

4 实用分析

某型号轴承车加工的内圈壁厚B为8.88 mm，外径d2为136.1 mm，假设的车削留量Δd2为1.5 mm。试求出合理的车削留量及实际磨削量，并验证原取值是否合理。

将已知条件代入(1)～(3)式，分别计算出收缩量ΔH为0.207 mm，车削留量Δd2为0.616 mm，实际磨削量H·Δd2为0.409 mm。依原工艺的车削留量(Δd2=1.5 mm)，淬火后实测磨削量为1.3 mm，与计算结果0.409 mm相差较大。使用经验公式计算出的车加工留量Δd2=0.6 mm进行实例举证。对该型号轴承的20个套圈进行实际加工，磨削量实测平均值为0.4 mm，与计算结果非常接近，且后续的磨削加工全部合格，渗碳层磨削后十分均匀(均分8点取样)。实例证明原工艺车削留量不合理。

5 结束语

该经验公式是在长时间、多品种跟踪测试并不断进行修正后得出的，依此经验公式对渗碳钢轴承套圈进行加工，留量合格率接近100%，完全能够保证制造精度，而且在减少磨削量的同时减小了渗碳层的深度，缩短了磨削加工时间，提高了效率。