不同车加工和热处理工艺对套圈变形的影响分析

周砚田

（瓦房店轴承集团有限责任公司，辽宁 瓦房店 116300）

众所周知，轴承套圈热处理变形是不可避免的，由于其影响因素非常复杂，给磨削效率的提高带来了重重困难。因此，研究轴承套圈热处理变形的影响因素，找出减小变形的方法是提高产品质量、减少磨削次数的重要课题。

在实际生产中，影响热处理变形的因素主要包括车加工方法、淬火加热速度、淬火介质及搅油速度等。

1 车加工方法对套圈变形的影响

车加工设备和方法对车加工套圈变形的影响见表1。由表可知：一次车削时，由于设备的限制，套圈车削后内、外径变动量较大，且合格率低；二次车削时，采用数控车床，内、外径变动量均符合标准要求。

表1 车加工设备和方法对轴承套圈车工内、外径变动量合格率的影响Tab.1 Effect of equipment and method of turning process on qualified rate of inner and outer diameter variation

2 不同热处理工艺对套圈变形的影响

2.1 热处理工艺试验

选取GCr15钢制32222圆锥滚子轴承内、外圈各600件（12组，每组50件），外圈外径 φ200 mm，宽度46mm；内圈内径φ152mm，宽度53mm，进行热处理试验。设备及试验工艺参数见表2。设备有4个加热区，总加热时间＝推料拍节×炉内炉盘数。

表2 32222套圈淬回火工艺参数Tab.2 Process parameters for quenching and tempering of ring for bearing 32222

2.2 外圈热处理后试验结果

32222外圈分别经一次、二次车削热处理后的外径变动量及胀缩量见表3。计算可知，经一次车削热处理后外圈外径变动量平均合格率为73.3%，经二次车削热处理后外圈外径变动量平均合格率为89.08%，后者比前者提高了15.78%。

表3 不同车削方式下32222外圈热处理后的外径变动量及胀缩量Tab.3 Outer diameter variation and amount of swelling and shrinking after heat treatment of outer ring of bearing 32222 under different turning methods

分级油淬火的外圈热处理后的平均外径变动量合格率为78.56%；盐浴马氏体淬火的外圈热处理后的平均外径变动量合格率为83.37%。

正常温度加热的热处理变形合格率为81.3%；高温快速加热的热处理变形合格率为81%。

高速（1 500 r／min）搅油热处理变形合格率为76.4%；低速（1 000 r／min）搅油热处理变形合格率为86%。

分级油淬火的一次车削外圈热处理后的外径尺寸平均胀大0.15 mm；分级油淬火的二次车削外圈热处理后的外径尺寸平均胀大0.01 mm。

2.3 内圈热处理后试验结果

32222内圈分别经一次、二次车削热处理后的内径变动量及胀缩量见表4。

表4 不同车削方式下32222内圈热处理后的内径变动量及胀缩量Tab.4 Inner diameter variation and amount of swelling and shrinking after heat treatment of inner ring of bearing 32222 under different turning methods

由表4可知，一次车削热处理后内径变动量平均合格率为67%，二次车削热处理后内径变动量平均合格率为81%，后者比前者提高了14%。

分级油淬火的内圈热处理后的内径平均变动量合格率为70.375%；盐浴马氏体淬火的内圈热处理后的内径平均变动量合格率为81.25%。

正常温度加热的热处理变形合格率为76.75%；高温快速加热的热处理变形合格率为64%。后者比前者降低了12.75%。

高速搅油热处理变形合格率为70.1%；低速搅油热处理变形合格率为78.1%。

分级油淬火的一次和二次车削内圈热处理后的内径尺寸平均胀大0.09 mm。

2.4 小结

分析以上数据可知：

1）一次车削由于进刀量大，造成车削应力大、变形大，从而导致套圈热处理过程中随着应力的释放而变形更大。因此，应采用数控车床二次车削来解决套圈热处理变形大的问题。

2）淬火介质、淬火方法对套圈淬火热处理变形有较大的影响。冷却方法按照轴承零件的质量要求、形状、壁厚及尺寸不同而有所不同［1］。选择淬火介质的正确原则：在保证淬硬的前提下，尽量选择淬火烈度小的淬火介质，以减小淬火变形及开裂。为了淬火时最大限度地减小变形和避免开裂，采用分级油淬火，而非传统常规的一次油冷的淬火方式。分级油淬火特点：套圈采用120℃热油淬火，减小冷却时的应力，然后进入10℃冷油中冷却，使残余奥氏体转变为马氏体，稳定尺寸，提高硬度。盐浴马氏体淬火等温盐浴温度180℃，冷却时的应力更小，然后采用风冷，使残余奥氏体转变为马氏体，稳定尺寸，提高硬度。通过大批量试验检测数据可知，盐浴马氏体淬火变形合格率略高于分级油淬火。

3 结论

1）一次车削车工变形大，导致轴承套圈热处理变形大；二次车削套圈热处理变形合格率比一次车削高15%左右。

2）分级油淬火的轴承套圈稍胀大。

3）热处理的搅油速度对热处理变形影响较大，搅油速度越慢，热处理变形越小，但应在保证组织和硬度的前提下。

4）高温快速加热的变形合格率比正常温度加热的略低，但从经济效益的角度综合考虑，可以实行。