预防轻系列圆锥滚子轴承套圈热处理变形的措施_杨文生

第2期
杨文生，等：预防轻系列圆锥滚子轴承套圈热处理变形的措施 表1 32024X/02内径抽检结果
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序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
淬火后基面 淬火后非基 淬火前/mm 端/mm 面端/mm 上偏差 下偏差 上偏差 下偏差 上偏差 下偏差 -0.70 -0.75 -0.65 -0.75 -0.90 -1.05 -0.65 -0.76 -0.65 -1.00 -0.95 -1.20 -0.68 -0.73 -0.6 -0.66 -0.85 -1.00 -0.75 -0.75 -0.7 -0.85 -0.90 -1.10 -0.75 -0.80 -0.7 -0.80 -0.80 -0.95 -0.60 -0.70 -0.6 -0.85 -0.75 -1.00 -0.74 -0.79 -0.7 -0.80 -0.98 -1.03 -0.75 -0.80 -0.76 -0.85 1.00 -1.10 -0.74 -0.78 -0.7 -0.72 -0.95 -1.00 -0.65 -0.69 -0.6 -0.75 -0.90 -1.00
摘 要：分析了轻系列圆锥滚子轴承套圈热处理后产生变形的原因，得出了通过提高轴承套圈车加工质量来 预防和控制热处理变形的方法，提高了磨削加工质量和生产效率，减少了废品，降低了磨削材料及能源的消 耗。 关键词：轻系列圆锥滚子轴承套圈；热处理变形；热应力；组织应力；锥度 中图分类号：TH133.33+2，TG162.71 文献标识码：B 文章编码：1672-4582（2013）02-0031-03
第 34 卷 第 2 期 2 0 1 3 年 6 月
哈 尔 滨 轴 承 JOURNAL OF HARBIN BEARING
Vol.34 No.2 Jun. 2 0 1 3
预防轻系列圆锥滚子轴承套圈热处理变形的措施
杨文生，赵玉明
（哈尔滨轴承集团公司 通用轴承公司，黑龙江 哈尔滨 150036）
4 变形的方式及规律
从图 3 中的数据可知，K=0.002 ， m=0.06， 因此d=0.002D-0.06 ，D的适用范围： 60≤D≤200mm。 一般情况下，比例常数K随着淬火后的各种条 件反应出不同的值，例如：淬火时在Mo点以下冷 却速度快时的 K 值比冷却速度慢时的 K 值要大， 另外由于油温、奥氏体化温度、冷却介质种类、 试件形状等不同，K值也不同。为减少膨胀量分 散性，淬火时的操作条件必须能使K值一定。 4.2 形状的改变 形状的变形主要包括椭圆度、棱圆度、锥度 和平面弯曲度（翘曲）等。 轴承套圈的原材料和退火组织不均匀，也使 得组织转变应力不均匀，不均匀的热应力和组织 应力共同作用的结果，就使得轴承套圈淬火时产 生椭圆。 锥度是轴承套圈二端平均尺寸的差，两端壁 厚不对称的轴承套圈，淬火时锥度相对会变大一 些，严重时会造成废品。 实际生产中，为掌握圆锥轴承轻系列产品的 变形量，做了试验抽检记录，见表 1。
3
影响套圈热处理变形的因素
2
磨削加工中存在的问题
淬火后轴承套圈的变形，使套圈外径﹑内径 尺寸和形状上产生变化，较大的变形，严重影响 磨削加工的质量和效率，尤其是圆锥滚子轴承， 两端壁厚不对称，使得基面部位外径尺寸略微涨 大，而非基面部位向里收缩变小，内圈的内径和 外圈的外径产生较大的锥度，内滚道﹑外滚道角 度值改变，造成磨削留量增大或欠缺，几何精度
Measures of preventing heat treatment deformation for light series tapered roller bearing ring
Yang Wensheng, Zhao Yuming
( Greneral Bearing Company, Harbin Bearing Group Corporation, Harbin 150036, China ) Abstract: Based on analyzing the reason of deformation of the light series of tapered roller bearing ring after heat treatment, the heat treatment deformation was prevented and controlled by improving the turning quality of the bearing rings, the grinding processing quality and the production efficiency were improved, the waste product, the grinding material and energy consumption was reduced. Key words: light series tapered roller bearing ring; heat treatment deformation; thermal stress; structural stress; taper
要控制在1.33~1.50m/s。系统压力过大，进给量 过快会产生较大的挤压力，会使轴承套圈在热处 理时释放车加工的残余应力，造成工件变形量的 增加。 （2）控制好车加工过程中的几何形状精度， 夹具安装找正要精确，椭圆度、壁厚差、锥度等 几何形状精度要在技术条件要求范围内尽量好一 些。 （3）车加工的产品尺寸要控制在尺寸公差的 中间值。尺寸散差要小。锻件的留量，退火的硬 度，刀具切削刃的磨损都会造成车加工工件尺寸 散差增大。尺寸散差过大，会使磨削加工尺寸偏 差很难控制，影响磨加工的产品质量。 （4）根据轴承套圈淬火变形的规律，在车加 工时应预留出锥度变形的空间。一般情况下， 截面非对称轴承套圈的变化规律是：远离基面的 直径尺寸会有不同程度地发生收缩，内外圈皆是 如此，而且系列代号越轻﹑幅面越宽的产品变形 越大。因此在车加工精车时，考虑淬火后变形的 问题可参考表1的抽检结果数值。以圆锥滚子轴 承内圈（见图 4）为例：精车内滚道的实际锥角 β1，要比成品设计角度β略小Δ β，β1=β-Δ β。精 车内径时，要人为地加工出非基面端内径尺寸比 基面端的内径尺寸略大的锥度，两端面内径尺寸 的差值为Δ d，d1=d+Δ d。因Δ β在实际测量中， 量表的读值显示的是距离，所以Δ β ≈Δ d /2。 Δ d 应根据套圈直径尺寸的大小、系列代号的宽 窄、轻重等不同条件选取。对于50ｍｍ≤ d ≤80 ｍｍ，80ｍｍ≤D≤250ｍｍ的圆锥轴承圈，Δ d 值可取在0.07～0.3ｍｍ之间。通常情况下，取值 的规律是直径越大，系列越轻、越宽的套圈， Δ d 取值越大。余下一定程度的变形量，可以在 磨加工过程中消除。此方法以应用多年，有效地 减少了车工变形对磨工的影响。
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哈 尔 滨 轴 承
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拉应力+
压应力a b c
图 1
圆柱体工件热应力引起的塑性好，结果被压得更粗，形成腰鼓状变 形，如图1 c。从这里可以看出，形状简单的工 件，当其高度大于直径时，在热应力作用下，其 变形的趋势是高度缩短，直径变粗，而中间直径 变得更粗。 3.2 组织应力 组织应力引起的变形与热应力变形相反，仍 以圆柱体工件为例，如图 2a，圆柱体在冷却中， 表面先冷，当冷至MH点时奥氏体转变成马氏 体，因体积膨胀引起压应力。这时心部处于奥氏 体阶段，因其比容小，力图阻止表面膨胀，因而 产生了拉应力。如图 2ｂ。由组织转变引起的内 应力称组织应力。当组织应力超过钢材的屈服极
+ a b 拉应力
淬火变形一般分为两类，一类是体积上的变 化，另一类是形状上的变化，轴承套圈在淬火过 程中变形形式较为复杂，但其原因主要是由几种 基本变形叠加而成。 4.1 尺寸的改变 一般情况下轴承套圈淬火时，由于马氏体的 转变所引起的尺寸变化，表现为套圈直径和宽度 尺寸变化。图3为有代表性的轴承套圈在连续淬 火炉中淬火后外径尺寸涨缩规律，轴承套圈外径 尺寸越大，膨胀量越大。其值可用公式（1）求 出。 d=KD-m （1） 式中：d——外径尺寸变化量或膨胀量（mm）， K——比例常数 ， D——外径尺寸（mm）， m——修正值（mm）。
收稿日期：2013-01-08. 作者简介：杨文生（1968-），男，工程师.
轴承套圈在热处理淬火时，由于零件各个部 位的冷却不均匀，不可避免地出现热应力和组织 应力而导致零件套圈的变形。 3.1 热应力 在冷却时，热应力是因热胀冷缩引起的工件 内部一部分金属对另一部分金属的作用力。图1 中以一个圆柱体工件为例，说明热应力引起的变 形。圆柱体在冷却时，由于冷却不均匀，表面 冷得快先收缩，心部冷得慢，阻碍表面收缩，这 样表面先冷却的部分受到来自心部的一种拉应 力，而心部受到表面部分的一种压应力，如图1 ｂ，拉应力与压应力总称为热应力。如果热应力 值超过了该钢材的屈服极限（σ s）时，工件将 发生变形。在冷却中心部温度高，结果圆柱体高 度缩短，直径变粗。又由于圆柱体中间较两端温
d=KD-m d=0.002D-0.06 设50≤D≤200mm
0.4 0.3 0.2 0.1
压应力 c
60
图 3
外径尺寸D/mm 轴承套圈淬火后外径尺寸涨缩规律
80
100
120
140
160
180
200
图 2
圆柱体工件组织应力引起的变形示意图
限（σ s）时，工件将发生变形。心部处于奥氏 体状态温度高，塑性好，容易变形，它在拉应力 作用下被拉长了，圆柱体中间较两端塑性更好， 结果被拉得变细了。在组织应力作用下，圆柱体 高度增加，直径变细，中间更细，如图2c所示。 从这里可以看出，对于形状简单的工件，其 高度大于直径时，在组织应力作用下其变形的趋 势是高度增加，直径变细，中间变得更细。 3.3 其它淬火变形因素 （1）刀具进给量过大而产生的残余应力。 （2）卡紧工件的卡力过大，使工件在车加工 时产生较大的椭圆度，淬火后椭圆度更大。车加 工件几何精度过大（椭圆度、棱圆度、锥度等） 会增加淬火后工件的变形量。 （3）工件车加工后的尺寸散差过大，各套圈 尺寸大小不一，加上淬火后变形，在磨加工时因 缺少磨量而成废品，或因磨量过大，导致生产效 率降低、浪费辅材和能源。