轴承套圈热处理锥度变形的分析及控制

刘国丽，何玉玮，吕洪伟

（哈尔滨轴承集团公司 热处理分厂，黑龙江 哈尔滨 150036）

1 前言

众所周知，轴承套圈在热处理过程中会产生多种变形，主要有椭圆变形、锥度变形和翘曲变形等，这些变形最终将导致轴承套圈在磨削过程中精度下降、成本增加，甚至成为废品。其中，锥度变形是影响产品质量的重要因素之一。6210外圈（见图1）由于热处理后轴承套圈的密封槽不再加工，因此锥度变形会造成密封槽尺寸散差大，严重时引起密封盖不严，使用过程中会出现漏脂、掉盖等问题。为此，对轴承套圈的锥度变形问题进行了分析和探讨。

图1 6210外圈尺寸

2 轴承套圈热处理锥度变形机理及原因分析

轴承套圈在入油冷却过程中会经历蒸汽膜阶段、沸腾阶段和对流阶段。由于套圈向周围介质通过辐射和对流传递热量，使套圈周围产生蒸汽膜，随着热量继续传递，包裹蒸汽膜的汽-液界面发生沸腾，沸腾产生的蒸汽进入蒸汽膜中，使膜内的蒸汽压足以抵挡外部液体的压力，因而蒸汽膜得以维持；工件表面的温度越高，蒸汽膜越厚，也越稳定[1]。在蒸汽膜内，挨近表面的蒸汽受到一个向上的浮力，会向上流动，所以上部的蒸汽温度高于下部，如图2a。在试样表面温度相同的条件下，蒸汽膜内的气体温度越高，试样表面通过热传导和对流的方式向外侧蒸汽散失的热量就越少，从而使轴承上下部分产生温差[2]。随着工件的温度降低，产生的蒸汽逐渐减少，直到蒸汽膜变薄破裂，套圈下端先进入沸腾阶段,如图2b。因为气体热传导散热效果最差，所以蒸汽膜阶段冷却速度慢，且沸腾阶段散热形式多样，所以蒸汽膜阶段到沸腾阶段的过渡阶段，是冷却速度由慢到快的突变期，从而使上下端面温度差进一步拉大。下端进入对流阶段后，发生马氏体转变，由于马氏体比容较大，引起体积胀大，而上端未发生马氏体转变，塑性较好，从而使上端发生塑性变形;当上部分温度达到Ms点以下时发生马氏体转变，上部胀大，但下部分由于转变早，表面硬化，变形不能完全恢复，从而产生锥度变形，如图2c。

图2 轴承锥度产生原理示意图

3 锥度变形的控制

对于网带炉，淬火油槽中的小网带具有上下窜动与转速可控的功能。小网带适当的上下窜动有利于蒸汽膜的破裂，缩短蒸汽膜阶段的时间，使锥度变形减小［3］。转速可控就意味着套圈翻转时间可控，对于不同的套圈选择合适的转速使其在合适的时间发生180°翻转，使上下端面温差缩小，套圈上下部分马氏体转变开始、结束时刻相近，从而将其锥度变形控制到最小。

为了选择较合适的小网带线速度，用6210外套圈做了三种不同线速度的试验，为了避免冲撞引起变形，选用小网带窜动频率为90次/min；为了避免搅拌流速对变形造成影响，且6210外套圈壁厚较薄装炉量不大，故设定搅拌频率为零；为了避免套圈在提升机上叠压、堆积引起变形的同时影响翻转，选定提升机线速度稍大于小网带的线速度，为0.06m/s，试验数据和结果如图3。

图3 不同翻转时间下锥度对比

网带炉油槽结构示意图见图4。对比三组套圈翻转时间的锥度变形值后发现，小网带设定的翻转时间18s对比于其它翻转时间，对6210外套的锥度变形控制相对较好，即，6210外套在落到小网带上开始计时，18s后翻转使6210外套在提升网带上上下（即A、B）端面发生马氏体转变的时间较接近，从而使该套圈锥度变形较小。同时发现总有锥度变形值较大的数据出现，结合锥度变形数据与油槽结构示意图分析后发现，由于套圈外径较小，热处理锥度变形大的套圈在翻转处S位置发生360°翻转或者未发生翻转，没有起到减小上下端面的温度差的作用，从而导致在提升机上上下部分蒸气膜破裂时刻不相近，使套圈产生较大的锥度变形。同时，套圈自后炉门落下，不排除在小网带上落点不确定的情况，使部分套圈翻转时间较短或较长，从而使上下端面存在较大的温度差，导致锥度变形的产生。

图4 网带炉油槽结构示意图

4 结论

（1）网带炉小网带确实有较好地控制锥度变形的作用，但是套圈尺寸多样，考虑其结构设计不能适应各种尺寸的套圈翻转180°的需要，所以要经过进一步的试验并与其它设备进行比较，选择合适的套圈尺寸范围。

（2）对于不同壁厚的套圈，如果锥度变形要求较高，可以依据套圈锥度变形产生原理改变小网带的线速度，但是要保证提升机的线速度大于等于小网带的线速度，从而避免套圈堆积干扰锥度变形的控制。

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