组合式磁极加工工艺研究

洛阳LYC轴承有限公司（河南 471039）吕军庆 薛 冰

1.结构特点分析

磁极是轴承内、外套圈进行磨加工过程中的常见机床夹具。目前，国内轴承生产中出现很多的进口设备，在其中出现了一种外形很怪异的组合式磁极，如图1所示，组合式磁极主要由3件工件组合而成，由外及里分别是：外环、铜环、内环，之间采用过盈配合装在一起，主要要求有以下三点：

图1 组合式磁极示意图

（1）由于在轴承套圈磨加工中会产生磨屑需要及时排除，所以在靠近磁极的小头端面分别加工有四等分的缺口，内、外环相互交叉排列，而互相又留有一定的缝隙。要求内、外环之间的缝隙等分均匀，相对差小于0.2mm。

（2）作为端面支承，工作端面必须要有一定的耐磨性，但是作为磁盘又不适合淬火，故内、外环采用GCr 15材料，在小端要求感应淬火60～64HRC，淬火深度4～6mm。

（3）为达到高的定位精度，该磁极的两端面要求平行差为0.001mm。

2.加工工艺难点解析

组合式磁极主要由3件工件组合而成。此结构的加工难点主要在于以下几点：

（1）外环和内环皆为圆锥体结构，四等分的缺口相互交叉排列，而两者之间还要互相保持一定的缝隙，内环与铜环、外环与内环（铜环已装在内环上）之间的组装就成为组合式磁极的难点之一。经过多次不同的试验，由于铜环的膨胀系数较大，在加热或冷冻后变形难于控制，以至于工件在终磨工序中尺寸变化很大，往往随着时间推移不停地变化，很难保证工件的要求。鉴于此，最终采用下述方法：

内环与铜环之间采用冷装法。先将内环置于冷冻箱中，温度降至－83℃，保温1h。然后快速把内环拿出与铜环装在一起，稍加压力置于室温处，待内环恢复到室温。

外环与内环（铜环、内环一体）之间采用热装法。先将外环置于回火炉中，炉温200℃，保温1.5h。然后迅速将外环拿出，装在内环上，冷却至室温，再进行后续加工工序。

因为设计要求内、外环之间的缝隙均匀且公差为±0.1mm，如果直接随意把内环放入外环，会造成内、外环扭转，而之间的缝隙达不到设计的要求，所以设计一装配胎具（见图2）以便装配后能够达到要求。装配的操作方法： 首先将装配用胎具放置于炉边平台，从炉中取出外环小端朝下置于装配胎具固定位置（8个销钉对应4等分缺口），然后将内环小端朝下放入胎具固定位置（8个销钉对应4等分瓣），最后在大端面施以压力，空冷至室温，从胎具上取下工件。

图2 组合式磁极装配用胎具

（2）磁极小端面感应淬火。要求磁极小端面感应淬火，硬度为60～64HRC，淬火区域要求距工件小端面3～4mm。由于此工件需淬火端面是不连续的且中断部分较大，在热处理过程中很难控制加热时各部分温度均匀，易造成工件的局部过热，而影响磁极的性能，所以只能采取一瓣一瓣分别加热淬火的方法，这样就必须制作合适的感应器。如图3所示，U形感应器套过外环（或内环）的等分瓣，加热至淬火温度，然后放入水中冷却，完成后再加热另一瓣，最终完成整个工件的热处理。具体操作方法如图4所示：①利用工件的四个等分通孔固定在手钳上，钳上相应位置有销钉，撑开钳口就可加紧工件。②将工件的四等分瓣中一瓣插进U形感应器中，控制工件与感应器之间的距离，待加热至红且发亮，迅速将加热部分放入水槽中冷却，完成淬火。③转动工件，再加热另一瓣，重复上述动作，即可完成整个内、外环的淬火。

图3 自制感应线圈

图4 感应淬火操作方法实拍

（3）磁极两端面相互平行差要求0.001mm。由于工件是由三部分组合而成，而且三部分又使用两种材料制成，特别是铜材的热导系数大，受环境温度影响大，所以工件的结构尺寸稳定性较差。在研磨过程中发现产品两端面的平行差随着时间不断变化，甚至放置一周时间，尺寸仍然不稳定。经过多次试验摸索，最终采用如下工艺达到了产品的要求：装配后→高温时效24h→深冷处理→精磨→低温时效24h→超精磨→自然时效（48h）→研磨。

3.结语

随着国内轴承行业的竞争，新型工具应用越来越多，新型磁极的加工工艺比较复杂，对于类似工具的加工有一定借鉴意义。