軸承套圈磨削裂紋的產生及控制

萬云鵬，吳志平，尤寶樺

（哈爾濱軸承集團公司精密軸承分公司，黑龍江哈爾濱150036）

1 前言

磨削工藝在軸承的整個加工過程中起著極為重要的作用。磨削加工的勞動量約占勞動總量的70%左右，制造軸承的磨床數量也占所有金屬切削機床總數的70%左右。磨削加工是用來提高軸承零件加工精度的最重要工藝方法。在軸承的磨削過程中磨削裂紋時有發生，如何避免磨削裂紋現象十分重要。

2 磨削裂紋的形成

磨削裂紋是被磨削套圈表面所產生的，形態為條狀和網狀缺陷，條狀裂紋與磨削方向垂直，多數是磨削參數不當所產生，此種裂紋多為1mm以下。

2.1 磨削熱的影響

套圈在磨削時，砂輪與套圈表面相互摩擦形成磨削熱，其中的60%～80%進入套圈，10%～30%進入砂輪，0.5%～30%進入磨屑。進入套圈的磨削熱使套圈表面局部溫度高達820～840℃，溫升速度可達600℃/s，使套圈再次奧氏體淬火成馬氏體（二次淬火），產生了應力，應力超過了材料的斷裂強度σC，形成了裂紋。

2.2 瞬間應力的影響

套圈磨削后表面拉應力隨深度的增加而變化的情況如圖1所示。一般這些拉應力殘存在距離磨削表面0.7mm范圍內，0.05～0.10mm內拉應力出現峰值。

套圈在磨削過程中的應力分析如圖2所示。在磨削瞬間，砂輪與材料接觸的直線段上，有很多磨料同時切割套圈，每磨粒底面的前棱A和后棱A＇所決定的平面，對套圈產生下壓力，引起套圈局部彈性變形。在后棱上，因材料進行彈性變形恢復，作用在A＇上有一個向后的拉力P＇；在前棱A上，因砂輪強力旋轉前進，刃角強力切割，引起一個非常大的向前拉力P。當P所決定的應力σP大于材料真實斷裂強度σC時，棱A上就會出現小裂紋。相臨磨粒形成的小裂紋貫通后成為大裂紋。P＇一般較?。刹挥嫞?。

綜上可知，在磨削過程中，被磨材料表面產生了熱應力σ熱、瞬間拉應力σP和一定條件下的組織應力σ組。這三個應力之和σ合或任一應力大于材料表面被磨處的斷裂強度σC時，都將產生裂紋。

圖1 拉應力隨深度的變化圖

圖2 磨削過程應力分析

3 磨削裂紋的控制

通過上述分析不難看出，控制磨削裂紋主要從以下兩方面抓起。一是提高σC，二是降低σ合。二者必須同時注意，使應力狀態滿足σC〉σ合，即可杜絕裂紋的產生。

3.1 材料斷裂強度σC的提高

應選用具有良好的耐磨性、彈性、韌性及內部組織均勻的優質鋼材；鋼材的碳化網狀帶狀、液析和退火組織等要嚴格控制。材料設計的合理化，使熱處理后有高的斷裂強度和無顯微裂紋缺陷。GCr15和GCr18即是符合以上要求的優質鋼材。

科學地選擇熱處理工藝，使內部組織和應力具有良好的穩定性。在熱處理過程中不同溫度、不同冷卻速度、不同含碳量，金屬的金相組織是不同的。為抑制孿晶馬氏體和顯微裂紋可采用超細化處理、等溫馬氏體淬火、帶溫回火等；為避開和減弱馬氏體，采用貝氏體淬火、貝氏體和馬氏體雙相淬火等。

3.2 應力σ合的降低

在套圈的磨削過程中，為了降低熱應力，必須減少磨削熱的產生。首先，要減小磨削量，使金屬塑性變形減小，從而減少磨削熱；第二，提高工件轉速，使工件被磨削表面通過磨削區域的時間縮短，可減少磨削熱的聚集；第三，磨料的選擇。磨料硬度高則切削性能好，可減少發熱，但磨料硬度不可太硬、組織不能太細，否則在磨削時不易脫落且降低切削性能。粗磨時可選擇硬度低、組織號大的砂輪；終磨時選用較硬的、組織號較小的砂輪。在磨削過程中合理增加補充回火,以減小磨削過程中所形成的應力。

冷卻液的成分和濃度要合適，流量、壓力要充分，使被磨削工件得到充分有效的冷卻。

4 結束語

通過對軸承套圈磨削裂紋的分析可知，在軸承套圈的磨加工過程中，如果合理的選擇磨料、嚴格控制磨削量，并且在磨削時正確使用冷卻水，這樣，即可有效的控制磨削裂紋的產生。