殘余應(yīng)力對(duì)軸承套圈磨削變形的影響

1、殘余應(yīng)力對(duì)軸承套圈磨削變形的影響顧立 (鐵姆肯(無(wú)錫)軸承有限公司 江蘇 無(wú)錫 214028)摘要：針對(duì)薄壁類軸承套圈的磨削變形問(wèn)題,從內(nèi)應(yīng)力的角度加以分析和討論,提出以調(diào)整熱處理工藝為主,調(diào)整磨削工藝為輔的方法,解決薄壁類軸承套圈的磨削變形問(wèn)題。關(guān)鍵詞：軸承套圈、磨削變形、殘余應(yīng)力、淬回火工藝Residual Stresss Impact on Grinding Distortion of the Bearing RingAbstract：With regard to the issue of distortion from grinding of the thin wall-thickne

2、ss bearing rings, it is mentioned to go through analysis or discussion from the riew-point of internal stress. Conclusion is to take adjusting the heat-treat process as the main while taking adjusting the grinding process as the subsidiary. By this method we seek a final solution of the issue of dis

3、tortion from grinding of the thin wall-thickness bearing rings.Key words：bearing rings, distortion of grinding, residual stress, process of quenching and tempering.1 引言本公司是一家專門生產(chǎn)軸承的外資企業(yè)，生產(chǎn)國(guó)際品牌的調(diào)心滾子軸承。在生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)套圈粗磨后直徑變動(dòng)量（VDP）超差，后道工序無(wú)法消除而報(bào)廢的問(wèn)題。檢查結(jié)果為：原材料質(zhì)量符合美國(guó)ASTM A29 標(biāo)準(zhǔn)；馬氏體和殘留奧氏體組織級(jí)別分別為1-2級(jí)，屈氏體級(jí)別1級(jí)，

4、回火硬度HRC60-62，熱處理變形滿足JB/T 1255標(biāo)準(zhǔn)；經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，排除磨削工藝參數(shù)不合理及設(shè)備問(wèn)題的可能性；套圈的磨削變形統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1表1外徑（mm）套圈壁厚（mm）磨削變形（m）合格率（%）804.83-81001005.38-100901105.911-10060-70本文將就以上問(wèn)題的形成原因和解決辦法展開(kāi)討論.2.分析從以上觀察到的現(xiàn)象表明，產(chǎn)生磨削變形即不是材料和熱處理質(zhì)量指標(biāo)不合格，也不是磨削設(shè)備及工藝方面造成的，經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析我們認(rèn)為，內(nèi)應(yīng)力是造成套圈磨削變形的根本原因。眾所周知，具有內(nèi)應(yīng)力的零件，其內(nèi)部組織處于一種不穩(wěn)定的狀態(tài)，它有強(qiáng)烈的傾向要恢復(fù)到一個(gè)穩(wěn)定的沒(méi)有應(yīng)力的

5、狀態(tài)，即使在常溫下零件也會(huì)緩慢、不斷地進(jìn)行這種變化，直到內(nèi)應(yīng)力消失為止。在這一轉(zhuǎn)化過(guò)程中，零件的形狀和原有的精度將受到影響。本次磨削變形的應(yīng)力源來(lái)自兩個(gè)方面： 熱處理殘余應(yīng)力套圈在淬火等熱加工過(guò)程中，由于各部分厚度不均勻而造成冷卻速度和收縮程度的不一致，以及金相組織轉(zhuǎn)變的體積變化，都使套圈內(nèi)部產(chǎn)生相當(dāng)大的內(nèi)應(yīng)力。具有內(nèi)應(yīng)力的套圈在短期內(nèi)看不出有什么變形，因?yàn)榇藭r(shí)內(nèi)應(yīng)力尚處于相對(duì)平衡的狀態(tài)。但在磨去某些表面層以后，平衡就被破壞，內(nèi)應(yīng)力重新分布，套圈明顯地出現(xiàn)變形，甚至造成裂紋。磨削應(yīng)力首先，在磨削過(guò)程中，套圈表面層在切削力、切削熱的作用下，也會(huì)產(chǎn)生不同程度的塑性變形和金屬組織的變化所引起的體積改

6、變，使工件表面層產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。再次加工后，內(nèi)應(yīng)力重新分布，使套圈產(chǎn)生變形。其次，由于套圈壁厚較小，隨著外徑越大套圈的剛性越差，抗變形能力則越差,套圈尺寸結(jié)構(gòu)的不合理,更容易造成磨削時(shí)變形增大。 因此,我們確定了解決磨削變形問(wèn)題的步驟為:l 了解套圈熱處理應(yīng)力的分布及大小；l 進(jìn)一步降低套圈的內(nèi)應(yīng)力；l 解決磨削變形。3. 試驗(yàn)方法及結(jié)果3.1試驗(yàn)方法及測(cè)試條件試驗(yàn)方法：首先選外徑80,100,110各兩個(gè)熱處理套圈,在套圈外圓每隔90o選擇一個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)編號(hào)A、B、C及D，測(cè)試外圓表面環(huán)向殘余應(yīng)力。測(cè)試條件：采用X350A 型X射線應(yīng)力儀，測(cè)量參數(shù)為：管電壓25kV，電流5mA，Cr靶K輻射，準(zhǔn)

7、直管直徑2mm，F(xiàn)e(211)衍射面，2掃描范圍147o165o，掃描步距0.2o，時(shí)間常數(shù)0.5s，角0o45o，應(yīng)力常數(shù) -318MPa/( o )。殘余應(yīng)力的測(cè)試委托上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院進(jìn)行，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。表2編號(hào)外徑(mm)應(yīng)力測(cè)試(MPa)磨削變形(m)備注ABCD180111.471.8117.8138.73-8磨削變形滿足要求280-88.7-131.9-30.1-15.73-8磨削變形滿足要求3100-541.5-591.2-528.3-559.740-100磨削變形超標(biāo)4100-558.3-573.7-508.5-604.840-100磨削變形超標(biāo)5110-477

8、.1-428.8-429.8-455.440-100磨削變形超標(biāo)6110-413.3-421-463.5-414.140-100磨削變形超標(biāo)說(shuō)明：表中負(fù)應(yīng)力值代表壓應(yīng)力，正應(yīng)力值代表拉應(yīng)力。套圈磨削變形試驗(yàn)件數(shù)為50件(以下同).3.2針對(duì)表2的測(cè)試結(jié)果,在不影響產(chǎn)品性能的前提下,對(duì)套圈淬回火工藝作調(diào)整(見(jiàn)表3),并進(jìn)行應(yīng)力測(cè)試和磨削試驗(yàn),結(jié)果見(jiàn)表4。表3編號(hào)外徑(mm)淬火工藝回火工藝回火硬度(HRC)溫度時(shí)間油溫溫度時(shí)間7,811083540min801854Hor60-619,1011083540min801854Hor60-6111,1211083540min801854Hor60-6

9、1表4編號(hào)外徑(mm)應(yīng)力測(cè)試(MPa)磨削變形(m)備注ABCD7110-108-53-61914-11磨削變形滿足要求811010196-69-129磨削變形滿足要求911015331-96-393-8磨削變形滿足要求10110-3816243-81磨削變形滿足要求1111018-90118-33-8磨削變形滿足要求12110-91-644141磨削變形滿足要求4.討論(1) 1#與2#零件表面殘余應(yīng)力不同，1#為拉應(yīng)力，2#為壓應(yīng)力，可能與取樣的隨機(jī)性有關(guān)。測(cè)試結(jié)果證實(shí)，1#與2#零件表面殘余應(yīng)力幅度不大。(2) 3#與4#零件表面存在-509MPa605MPa的殘余壓應(yīng)力?？梢酝普?，零

10、件內(nèi)部必然存在一定拉應(yīng)力與表面壓應(yīng)力平衡。(3) 5#與6#零件表面存在-414MPa477MPa的殘余壓應(yīng)力。需要說(shuō)明，由于零件表面經(jīng)過(guò)了拋光處理，對(duì)X射線應(yīng)力測(cè)試結(jié)果有所影響。(4) 從7#-12#這批零件的測(cè)量結(jié)果來(lái)看，通過(guò)調(diào)整淬回火工藝,表面殘余應(yīng)力都不是很高。不過(guò)這些數(shù)據(jù)仍然可以說(shuō)明一些問(wèn)題，即隨著回火溫度的提高，最大拉應(yīng)力與最小壓應(yīng)力都有所降低，即應(yīng)力均勻性得到改善。(5) 當(dāng)零件尺寸較大時(shí)，在淬火過(guò)程中很難確保整個(gè)零件冷卻條件的均勻，從而導(dǎo)致不均勻的殘余應(yīng)力分布。(6) 大尺寸零件在磨削過(guò)程中由于力矩較大，更容易造成零件的剛性變差,產(chǎn)生較大的塑性變形.5. 結(jié)論保護(hù)氣氛淬火中,大都以零件表面產(chǎn)生壓應(yīng)力為主。同一批次、同一工藝參數(shù)的零件中有拉應(yīng)力和壓應(yīng)力,這可能與零件的入油時(shí)的狀態(tài)不一致有關(guān)(網(wǎng)帶爐以自由落體方式進(jìn)入油槽),因此,有壓