安源

　　摘　要：近年來(lái)，超輕系列深溝球軸承內(nèi)圈磨削工藝得到了業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注，研究其相關(guān)課題有著重要意義。本文首先對(duì)相關(guān)內(nèi)容做了概述，分析了宏觀觀察和金相以及測(cè)量現(xiàn)狀，并結(jié)合相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分別從多個(gè)角度與方面對(duì)該課題展開(kāi)了研究，闡述了個(gè)人對(duì)此的幾點(diǎn)看法與認(rèn)識(shí)，望有助于相關(guān)工作的實(shí)踐。
　　關(guān)鍵詞：超輕系列；深溝球軸承；內(nèi)圈磨削；工藝

　　1　前言
　　作為一項(xiàng)實(shí)際要求較高的實(shí)踐性工作，超輕系列深溝球軸承內(nèi)圈磨削的特殊性不言而喻。該項(xiàng)課題的研究，將會(huì)更好地提升對(duì)深溝球軸承內(nèi)圈磨削工藝的分析與掌控力度，從而通過(guò)合理化的措施與途徑，進(jìn)一步優(yōu)化該項(xiàng)工作的最終整體效果。
　　2　失效軸承組織分析
　　2.1宏觀觀察和金相分析
　　經(jīng)過(guò)宏觀觀察發(fā)現(xiàn)，內(nèi)圈滾道的表面上布滿了各種剝落斑點(diǎn)，且斑點(diǎn)分布分散而無(wú)序。在離表面距離為接觸區(qū)寬的4/5左右處剝落現(xiàn)象嚴(yán)重，剝落處的斑點(diǎn)有較為明顯的疲勞弧線特征。
　　沿著滾道剝落處線切割，并將內(nèi)圈滾道制作成金相試樣。按GB/T11354—2005《滾動(dòng)軸承鋼顯微組織檢驗(yàn)》要求，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的硝酸酒精溶液對(duì)軸承內(nèi)圈滾道進(jìn)行浸蝕，之后可發(fā)現(xiàn)其基體顯微組織為隱針狀回火馬氏體和碳化物顆粒，碳化物顆粒有向網(wǎng)狀發(fā)展的趨勢(shì)；在剝落坑底部有裂紋，裂紋有向側(cè)面基體擴(kuò)展的趨勢(shì)。
　　2.2掃描電鏡分析
　　對(duì)剝落坑進(jìn)行掃描電鏡后發(fā)現(xiàn)，剝落坑底部有疲勞輝紋特征，由于GCr15鋼硬度高，疲勞輝紋較細(xì)且呈不連續(xù)狀，坑底由于摩擦還出現(xiàn)了擦傷痕跡。軸承滾道表面有較為明顯的接觸疲勞剝落坑形貌；坑底部除了有擦傷和疲勞輝紋特征外，在剝落坑表面連接處還有韌窩，說(shuō)明疲勞源在滾道的次表層；疲勞裂紋由次表層向表面慢慢擴(kuò)展，最后以撕裂方式形成剝落坑。
　　2.3化學(xué)成分和硬度分析
　　對(duì)失效軸承內(nèi)圈滾道進(jìn)行取樣，并進(jìn)行化學(xué)分析，分析結(jié)果為：w（C）≈1.05%，w（Si）≈0.4%，w（Mn）≈0.25%，w（Cr）≈1.55%.根據(jù)GB/T8254—2002《軸承鋼》的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)圈滾道成分符合GCr15鋼的要求。
　　根據(jù)GB/T230—2004《金屬洛氏硬度試驗(yàn)方法》對(duì)內(nèi)圈滾道表面進(jìn)行洛氏硬度測(cè)試，測(cè)得其平均硬度值為62～63HRC，符合工藝要求。
　　2.4失效軸承輪廓尺寸分析
　　利用輪廓儀對(duì)同批次失效內(nèi)、外圈滾道及滾子輪廓的尺寸、突度和相互差進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量顯示，外圈滾道各項(xiàng)指標(biāo)均為正常數(shù)值；大多數(shù)內(nèi)圈滾道的尺寸、突度不合格；軸承滾子的突度也不合格，大多數(shù)滾子的突度偏小2～3μm（工藝要求突度為3～5μm）；滾子的直徑相互差大大地超出了標(biāo)準(zhǔn)值。
　　3　失效原因分析
　　綜合上文中的宏觀觀察、金相分析和掃描電鏡分析可知，內(nèi)圈滾道剝落屬于典型的接觸疲勞破壞。引起接觸疲勞破壞的原因主要有兩個(gè)：①內(nèi)圈滾道接觸應(yīng)力增大而引起的應(yīng)力集中。內(nèi)圈滾道不同程度的突起、滾子突度偏小和滾子直徑相互差大大超標(biāo)等都會(huì)造成接觸應(yīng)力增大而形成應(yīng)力集中。為了改善滾子的載荷分布，通常會(huì)將滾子加工成帶突度的，以降低滾子的應(yīng)力水平，防止提前發(fā)生接觸疲勞破壞。但上文中的內(nèi)圈滾道尺寸和突度均不合格，大多數(shù)滾子的突度偏小，且直徑相互差大大超標(biāo)，使得接觸應(yīng)力增大而引發(fā)應(yīng)力集中，繼而產(chǎn)生疲勞源，并最終發(fā)展為接觸疲勞破壞。內(nèi)圈滾道在離表面距離為接觸區(qū)寬的4/5左右處表面剝落現(xiàn)象嚴(yán)重，說(shuō)明該處接觸應(yīng)力，應(yīng)力集中現(xiàn)象最嚴(yán)重。②內(nèi)圈滾道熱處理工藝不當(dāng)、顯微組織不良。內(nèi)圈滾道的顯微組織中存在呈網(wǎng)狀發(fā)展的碳化物顆粒，網(wǎng)狀碳化物顆粒會(huì)破壞組織的均勻性，使材料的力學(xué)性能變差，尤其會(huì)使材料的疲勞性能下降。因此上文中的圈滾道接觸應(yīng)力增大、應(yīng)力集中是誘發(fā)接觸疲勞破壞的主要因素，而內(nèi)圈滾道中的不良金相顯微組織，特別是網(wǎng)狀碳化物顆粒等，則會(huì)對(duì)接觸疲勞剝落起加速作用。
　　4　測(cè)量現(xiàn)狀分析
　　目前軸承行業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈外球徑尺寸及球直徑變動(dòng)量大致有下列幾方法：采用量具如外徑千分尺測(cè)量；采用軸承專用外徑測(cè)量?jī)x如D913或D914測(cè)量；采用三坐標(biāo)機(jī)或測(cè)量長(zhǎng)儀測(cè)量，但采用這些測(cè)量方法都存在相應(yīng)的弊端。
　　采用外徑千分尺測(cè)量時(shí)，由于外徑千分尺測(cè)量精度不夠，加之存在人為因素，滿足不了精確到0.001mm測(cè)量要求，而且測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)不方便。
　　采用軸承專用外徑測(cè)量?jī)xD913或D914測(cè)量時(shí)，由于關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈外球面有油槽存在，一般把儀器測(cè)點(diǎn)調(diào)成二低一高形式，采用標(biāo)準(zhǔn)件調(diào)整比對(duì)測(cè)量。隨著外徑的增大（或減小），套圈中心在aa線上移動(dòng)，即所測(cè)為弦長(zhǎng)值而不是直徑值；而且該方法測(cè)量點(diǎn)不是直接通過(guò)球心，即非法線測(cè)量，此時(shí)儀表上所反映的數(shù)值與球徑的數(shù)值不線性比例增長(zhǎng)（或減小），因而不能真實(shí)反映球徑的數(shù)值及球徑變動(dòng)量。對(duì)于沒(méi)有油槽存在的內(nèi)圈，一般把測(cè)量點(diǎn)和支點(diǎn)調(diào)整在球中心截面上，但由于存在寬度誤差，其測(cè)量點(diǎn)也不一定通過(guò)球中心，也即所測(cè)量的值也是弦長(zhǎng)而不是直徑值。并且采用軸承專用外徑測(cè)量?jī)xD913或D914測(cè)量外球徑時(shí)的弊端是只能測(cè)量一個(gè)截面而不是測(cè)量任意截面的球直徑及球直徑變動(dòng)值。
　　5　改進(jìn)措施
　　通過(guò)對(duì)上述失效原因的分析可知，降低內(nèi)圈滾道與滾子間的接觸應(yīng)力，消除網(wǎng)狀碳化物顆粒，進(jìn)一步優(yōu)化內(nèi)圈滾道金相顯微組織，是防止內(nèi)圈滾道接觸疲勞破壞的根本方法。
　　內(nèi)圈滾道和滾子的表面質(zhì)量對(duì)內(nèi)圈滾道與滾子間的接觸應(yīng)力有很大的影響。目前，在軸承的加工過(guò)程中，質(zhì)量檢查主要是對(duì)外觀、游隙、旋轉(zhuǎn)靈活性、噪聲、無(wú)損檢測(cè)和殘磁測(cè)量等進(jìn)行檢查。由于軸承產(chǎn)品本身比較特殊，目前這些檢查和處理方法還存在不少問(wèn)題，需要增加新的檢測(cè)方法和手段來(lái)保證軸承內(nèi)、外圈滾道和滾子表面的質(zhì)量。輪廓儀是測(cè)量軸承表面質(zhì)量的可靠工具，但輪廓儀測(cè)量效率較低，只能運(yùn)用于精密軸承的檢測(cè)。由于振動(dòng)測(cè)試得到了越來(lái)越廣泛的運(yùn)用和發(fā)展，因此可以借助精密、*的測(cè)量設(shè)備來(lái)保證軸承內(nèi)、外圈滾道和滾子的輪廓尺寸、突度和表面質(zhì)量，避免早期接觸疲勞破壞的發(fā)生。
　　軸承座08的上端面車削成了階梯狀，此結(jié)構(gòu)是用于構(gòu)造迷宮式密封形式的一部分。螺紋蓋05為圓形，外徑面車削有細(xì)牙螺紋，裝配時(shí)旋入軸承座08后，組成新的迷宮結(jié)構(gòu)，同時(shí)，螺紋蓋05也是球軸承10的安裝定位部件。最后將防塵蓋04合蓋后，防塵蓋內(nèi)側(cè)的階梯形狀，和軸承座08、螺紋蓋05的階梯形狀相吻合后，組成完整的迷宮密封結(jié)構(gòu)。
　　迷宮式密封的間隙根據(jù)機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)的加工精度進(jìn)行確定，此外還要考慮機(jī)構(gòu)在裝配時(shí)可能存在的裝配誤差，一般而言，間隙控制在0.5-1mm之間。間隙過(guò)小會(huì)導(dǎo)致機(jī)構(gòu)裝配的干涉，導(dǎo)致機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)不暢；間隙過(guò)大，則不能有效防止砂輪灰的侵入，導(dǎo)致密封結(jié)構(gòu)失效，因此需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行工件尺寸的設(shè)計(jì)調(diào)整。
　　該密封結(jié)構(gòu)不需要毛氈、油封、O型圈等密封部件，直接采用的機(jī)械式、分體式的迷宮式密封，加工難度不高，維修、清洗都十分方便，特別適合中小軸承企業(yè)的特殊軸承生產(chǎn)加工。因?yàn)樯拜喕以诩庸み^(guò)程中會(huì)被磁性?shī)A具磁化，如果修整器的材料能夠采用無(wú)磁性的金屬，如鋁、銅、不銹鋼等，其密封效果會(huì)更加明顯。
　　6　結(jié)束語(yǔ)
　　綜上所述，加強(qiáng)對(duì)超輕系列深溝球軸承內(nèi)圈磨削工藝問(wèn)題的研究分析，對(duì)于其良好實(shí)踐效果的取得有著十分重要的意義，因此在今后的深溝球軸承內(nèi)圈磨削過(guò)程中，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)其關(guān)鍵環(huán)節(jié)與重點(diǎn)要素的重視程度，并注重其具體實(shí)施措施與方法的科學(xué)性。
　　參考文獻(xiàn)
　　[1]魏芳，劉燕，劉愑，劉艷敏.軸承零件磨削燒傷極其產(chǎn)生因素的探討[J].哈爾濱軸承.2016（10）：60-62.

來(lái)源：《中國(guó)科技博覽》2018年13期