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新工艺解决特大型薄壁轴承外圈表面淬火易变形

来源:龙道轴承 发布时间:2019-02-23热度:
针对特大型宽端面薄壁轴承套圈经表面热处理后变形较大这一特点,通过在热处理前增加车斜坡工序的新型工艺,减少了套圈有效淬硬层加工余量,保证了滚道有效淬硬层深度和均匀性...


针对特大型宽端面薄壁轴承套圈经表面热处理后变形较大这一特点,通过在热处理前增加车斜坡工序的新型工艺,减少了套圈有效淬硬层加工余量,保证了滚道有效淬硬层深度和均匀性,提高了轴承的加工效率和使用寿命。
特大型六排滚子转盘轴承第 2 外圈传统加工工艺为粗车后进行轴向滚道表面淬火,经加热整形修正翘曲变形,最后精车淬火面。而加热整形可能造成滚道软点的存在,且精车后会出现第 2外圈局部淬硬层深度减小及淬硬层深度不均匀现象,加大了轴承滚道被局部载荷压溃的可能性,影响轴承承载能力和使用寿命。因此研究如何减少由于表面淬火而造成的外圈翘曲变形量,对于提高产品使用寿命有着重要意义。
第 2 外圈尺寸及淬火区域如图 1 所示,材料为42CrMo,根据图纸要求,滚道宽度为 220 mm,硬度为 55 ~62 HRC,有效硬化层不小于 5 mm 。


传统工艺路线为:车基面、内径面、外径面→车端面→滚道表面淬火→加热整形修滚道翘曲→精车基面→精车滚道、端面→磨滚道。由于第 2外圈尺寸大,径向壁宽,轴向壁薄,刚性差,且淬火面积较大,致使滚道表面内外受热、冷却速度不一致,表面淬火后翘曲变形量较大。故传统工艺为了减少变形增加了加热整形修滚道翘曲工序;为了保证精车的加工余量,加大了第 2 外圈高度,工艺高度取为 68 mm。传统工艺存在的缺点:
  (1)表面淬火后进行整形处理,操作过程复杂,对操作人员的技术水平要求高,费用高,周期较长,且整形效果不明显,整形后工件有较大的内应力,容易造成几何形状不稳定。
  (2)由于变形较大,第 2 外圈精车后,局部淬硬层切除量较大,造成成品有效淬硬层深度不足、厚度不均匀。如图 2 所示,位置 1 处淬硬层深度比位置 2 处淬硬层深度浅 1 ~ 2 mm,影响轴承承载能力和使用寿命。若淬火时加大淬硬层深度,则极易出现表面淬火裂纹,造成零件的报废。
在轴承分解、检查和清洗过程中发现,内圈、工程塑料保持架和橡胶密封都受到了不可修复的损坏,因而必须进行报废处理,更换新件。在此应当注意的是,对报废的零件需做上特殊标记,以避免与新部件混淆。
由于轴承内、外圈表面都进行了磨削加工,则轴承轴向游隙 G a 必然大于轴承原来的轴向游隙,其增加量为ΔGa = (2 ×0.015a) /tan α,式中:α 为轴承接触角,此处 α = 10°。带座轴承是润滑脂密封型深沟球轴承和各种形状的轴承座组合而成的高精度组件产品。轴承组件可以通过几个螺栓直接安装到机械装置的主体上,具有调心功能,能够进行润滑脂的补充等,是一种安装使用都非常简便的产品。带座外球面轴承是将滚动轴承与轴承座结合在一起的一种轴承单元。大部分外球面轴承都是将外径做成球面,与带有球状内孔的进口轴承座安装在一起,结构形式多样,通用性和互换性好。经计算得ΔGa =0.173 mm。
为了保证轴承轴向游隙符合技术要求,采用修磨中隔圈宽度的办法,修磨量即为轴向游隙的
增加量。而修磨中隔圈,将导致装配高变小,装配高的变化量为 ΔT = ΔG a = 0.173 mm。用户提供的装配高允差要求为 - 0.42 ~ + 0.31 mm。对于修磨中隔圈后装配高允差低于要求的,需要做出特殊标记,用户将在安装轴承时选配相应的定位装置。
制定科学合理的修复工艺流程是保证轴承修复质量的关键。在对修复过程中的关键要素进行分析后,编制轴承修复工艺如下:轴承分解→零件清洗→可修复鉴定→进入修复程序→加工表面精磨→加工表面超精→探伤检查→终检→零件磷化→刻打标记→零件清洗、退磁→装配
→包装。
按照制定的修复工艺对轴承进行加工并进行了各项指标检测,在材料硬度、精度等级和外观质量等方面都达到了技术要求。同时,随机抽取 2套经修复的轴承样品进行台架试验,结果表明:轴承运转良好,温升正常,漏脂率符合相关标准的要求。
通过科学合理地应用轴承修复技术,能够使部分具备修复条件的轴承重新利用,节约能源,降低消耗。


通过对传统加工工艺(图 2)分析及改进,确定了新的加工工艺方案为:车基面、内径面、外径面→车端面、车斜坡(图 3)→滚道表面淬火→精车基面→精车滚道、端面→磨滚道。新工艺增加了车斜坡工序,取消了加热整形及修滚道面翘曲工序。


滚道表面淬火后如图 4 所示。外球面轴承实际上是深沟球轴承的一种变型,特点是它的外圈外径表面为球面,可以配入轴承座相应的凹球面内起到调心的作用。外球面轴承主要用来承受以径向负荷为主的径向与轴向联合负荷,一般不宜单独承受轴向负荷。


为了对倾斜滚道进行表面淬火,需调整热处理感应器位置及加热面与之相适应。在滚道表面淬火工艺参数与原工艺一样的前提下,按新工艺对工件进行试制,经检测,位置 1 与位置 2 相对于基面的高度差为 0.4 mm 左右,因此,滚道淬火面精车量为 0.5 mm 即可,成品滚道有效淬硬层深度和均匀性比原工艺有明显提高,同时取消了整形工序,零件质量和加工效率提高。

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责任编辑:龙道轴承
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