某型轧机工作辊轴承失效分析

刘伟东

摘要：以实际的失效案例处理为线索，从轴承的使用工况入手，检测了轴承内外圈以及滚子保持架的失效后的具体情况，对各种失效现象做了详细的论述与合理的分析，推理出轴承的失效原因，并提出改进意见。

关键词：轴承;失效;轧机;工作辊

0前言

失效分析是一门新兴交叉学科，涉及的学科领域和技术门类较多，如金属物理、力学和断裂、材料学、表面科学，冶金和加工技术、摩擦学、腐蚀学，还有环境和可靠性技术工程等，具有很强的生产应用背景，与国民经济建设有及其密切的联系，需要广泛收集原始资料，并运用多种技术手段进行测试分析。从失效分析著手客观准确的寻找零部件失效起因，往往是解决设备可靠性和延长使用寿命的必要前提[1]。

这里给出的一个例子是某轧机工作辊轴承失效分析，希望通过梳理这一案例的分析过程，使得大家了解一下轴承失效分析的基本流程，也希望有类似的情况的公司避免此种失效再次出现。

一般情况下轴承失效分析大体可分为实物和背景资料收集、对实物的宏观和微观检测、以及分析等几个步骤[2]。

1实物和背景资料收集

要分析一个失效部件就必须收集失效实物和背景材料，找到失效实物的各个零件和残片，尽量多地了解到失效轴承的实际工作条件，使用过程和制造质量情况[1]。为此，我们对失效轴承做了各个方面的情况收集。

1.1失效时轴承的使用情况

客户反映装在冷轧机工作辊的四列圆锥滚子轴承A列抱死，轴承型号为330870BG，该轴承累计在线时间只有20个小时。经工程师到达现场并了解相关情况。该轴承安装在上工作辊的操作侧，之前使用的是另外一家的轴承，该部位轴承一直高温，此前不久刚试用本公司的330870BG轴承。

1.2轴承标识及描述

轴承型号为330870BG，为四列圆锥滚子轴承。

1.3轴承工况

应用设备：单机架四辊冷轧机;

轴承布置：操作侧330870BG，装配图驱动侧330870BG;

旋转方式：内圈旋转;

轧制速度：线速度最高1000m/min（640rpm）;

润滑方式：油气润滑（莱伯斯），每个轴承润滑量为5.7ml/hour;

2失效轴承的宏观检测（由于轴承的一侧呈明显失效，本文按照ABCD列顺序分开陈述，而不是通常的套圈、保持架、滚动体顺序）

2.1A列

2.1.1内圈

a）滚道上粘连很多金属碎片，为高温碾压焊接上去的，碎片来源为保持架横梁。

b）内圈大挡边磨损啃伤。

c）滚道上的痕迹显示滚动体字体倾斜，啃伤挡边。

2.1.2A列滚动体滚动体大端面磨损啃伤，与内圈大挡边损失情况相对应。

2.1.3A列保持架

a）保持架横梁被切断。

b）多根被切断后，保持架得不到滚动体的定心作用，由于重力作用，保持架横梁落入滚动体和内圈接触区，被碾成薄皮。与内圈上粘连的高温金属片相对应。

c）保持架碾压变形显示滚动体姿态倾斜，与内圈痕迹相互验证。

2.2B列

2.2.1B列内圈大挡边

内圈大挡边磨损，并伴有高温，滚道面有碎片压痕。

2.2.2B列滚子

大端面异常磨损，与内圈大挡边损伤相对应，两者没有正确接触且润滑不足形成半圆形压痕清晰可见。

2.2.3B列保持架

a）保持架横梁磨损，磨损形状（集中到大端处），也显示滚动体姿态不正。

b）保持架上有很多黑色粉末，为润滑油高温碳化后的物质。

2.3C、D列此两列轴承无明显损伤，以下为具体情况。

2.4尺寸检测

由于轴承已经失效，有些尺寸已经改变，没有对尺寸再次测量，经调取生产时测量记录，显示各个尺寸均为合格尺寸，以下为游隙值

3失效轴承的微观检测

3.1金相检测

对失效轴承的内圈大挡边，失效滚子的大端面处分别制样，对其作金相分析，其结果显示其金相均在合格范围之内

4失效分析

根据以上情况，不难发现此次轴承失效主要集中在A、B两列，表现形式为：

a）滚动体大端面和内圈大挡边磨损啃伤，并伴有高温;

b）倾斜的滚动体切断保持架横梁。

以上两种情况的出现都与工作游隙过大相关。对于圆锥滚子轴承来说，其在工作时，滚动体大端面与内圈大挡边属于滑动摩擦，如果工作游隙过大，两者接触姿态就会出现问题，滚动体没有正确贴合到大挡边上，而是出现偏斜，倾斜过大就会导致啃挡边，导致滑动量过大，而滑动量过大会引起高摩擦[3]。

加之此时润滑再不足，两者之间的滑动摩擦会剧烈升温，造成该案例中的情况，上图金相大挡边显微结构中有微小的剥落说明有润滑不足所致。

ISO15243对轴承损伤及其原因，尤其对本案B列的损伤，也有专门论述。

如果轴承的原始游隙（标准为0.65-0.75mm）和工况没有异常，对于工作游隙过大的原因，有两种可能：

a）轴承外圈没夹紧。据客户反映，在安装该轴承时，他们会在外圈轴向上放一个0.4mm的间隙（端盖止口和间隔环之间），在承受轴向力时，外圈之间就会分开，相当于在两者之间加上了一个0.4mm的垫片，人为地放大了轴承的工作游隙。

b）在安装轴承时，并没有一边旋转轴承内圈，一边夹紧外圈，造成虚假锁紧。这是因为，如果没有旋转轴承内圈，尤其滚动体组件，会造成滚动体大端面和内圈大挡边没有完全贴合，留有间隙，这个间隙在锁紧后就会释放出来，增大轴承的工作游隙。

对于润滑不足的原因：根据C、D列情况，说明A、B两列润滑不足的原因可能为：

a）分配到A、B两列的油路被堵或者不畅;

b）A列滚动体偏斜与挡边剧烈摩擦，大量生热。高温导致润滑油粘度降低，导致B列造成润滑不良，滚动体大端面和内圈大挡边磨损、高温。

5结论和建议

5.1造成本次失效原因：

a）轴承工作游隙过大：

b）润滑不良。

5.2建议：

a）轴承外圈轴向锁紧，不再留有间隙;

b）在锁紧轴承外圈的过程中，一定要一边旋转内圈，使得将轴承座处于竖直状态，保证滚动体大端面与内圈大挡边贴合。

c）检查轴承座内的油路，排除油路被堵或者不畅的情况出现。

d）为了彻底可靠地解决该部位轴承高温问题，建议采用散热效果更好的循环油润滑.

6结语

由于轴承失效分析相对于失效发生时的具体工况的滞后性，许多现场情况已经无法收集，因此分析只能基于轴承失效后的状态进行合乎逻辑的推理，这样才能得出合理的失效原因，解决切实问题，避免同样的问题再次发生，也能说服客户，避免商务纠纷的发生。

以上分析发客户后，得到客户认可，并在使用过程中贯彻执行，后销售访问客户，同样的问题没有再次出现。

本案例提出的建议，可以成为轧机工作辊轴承安装使用手册的一部分，对一般工作辊轴承的使用也具有指导意义。

参考文献：

[1]王承辛.失效分析思路及程序[J].理化检验-物理分册，2005：41103-105

[2]梁华.滚动轴承的失效分析[J].理化检验-物理分册.2005：4199-102.