優化軸承滾道工作性能的工藝探討

劉新紅，曲偉星

(哈爾濱軸承集團公司南直軸承分廠,黑龍江 哈爾濱150056)

1 前言

滾動軸承（以下簡稱軸承）作為一種重要的基礎元件，應用范圍之廣已經涵蓋所有的機械裝備。因此軸承的性能在很大程度上直接影響整體機械裝備的關鍵性能，如：加工設備的精確性、交通運輸工具的快捷與安全性乃至作戰武器的可靠與穩定性，無不與軸承的性能有著直接關聯。通常情況下，考察軸承性能的主要指標為：承載能力、旋轉精度和工作壽命等方面，而決定這些性能指標的關鍵因素之一則主要取決于軸承工作表面的加工質量。

2 優化軸承滾道工作性能的意義

軸承的工作表面包括內、外圈滾道或溝道（以下統稱滾道）表面和滾動體與滾道接觸的表面。因滾動體與內、外圈的加工工藝有很大差異，所以滾動體的加工在此不做探討。

2.1 對軸承零件機械性能的要求

軸承的主要作用是引導運動并傳遞載荷，所以其工作表面應具有：足夠的強度硬度、較高的耐接觸疲勞強度、良好的耐磨性以及較高的彈性極限和耐沖擊韌性等良好的綜合機械性能，以滿足使用要求。

2.2 軸承的主要失效形式

事實證明，在安裝、配合、潤滑、密封和維護均正常的情況下，絕大多數軸承是由于受到交變應力的反復作用，工作表面的材料呈片狀剝落下來，致使軸承失效。另外，軸承在運轉中，摩擦與磨損不可避免，長時間也可導致軸承失效。所以疲勞與磨損應屬軸承的正常失效形式。

2.3 優化軸承滾道工作性能的目的

有針對性地改善軸承材料的某一項機械性能，將會整體提高軸承的使用性能，如：提高軸承滾道表面的接觸疲勞強度，將使其在原有工作條件下顯著地延長工作壽命，或者提高了軸承產品在原有計算壽命時限內的可靠性和穩定性。延長軸承壽命，實質上就是延緩疲勞與磨損的發生。

2.4 優化軸承滾道工作性能的可行性分析

在軸承現行的幾何參數設計近乎完善以及現有材料質量較為穩定的前提下，若要使軸承產品在使用性能上有一個明顯的提高，只能在生產工藝上進行分析、研究、實驗，即：由原材料到產品的過程。而實現這一過程要充分考慮兩方面問題。

第一，產品具有理想的幾何形狀，其中包括產品的各部尺寸精度、幾何形狀精度和表面質量，為此各軸承生產廠家及相關行業均付出了極大努力。例如：大量使用數控車床、高精密磨床等先進的加工設備，但這樣生產出來的產品，只能說是外在質量優良，具體表現就是旋轉精度和外形尺寸達到某一等級的產品要求。

第二，產品具有理想的使用性能，即軸承產品的承載能力、使用壽命等內在品質以及實現產品性能過程中所表現出的穩定性與可靠性。

3 優化軸承滾道工作性能的工藝探討

在軸承技術日臻完善的今天，各生產廠家對某一型號產品的生產過程幾乎是一樣的，為獲得軸承材料理想的內在品質，應對工藝過程中的關鍵工序重點分析。

3.1 鍛壓

鍛壓工序是實現由棒材轉化為軸承套圈坯料的過程。在此工序，如果最大限度地提高工件的變形率，盡可能增加變形次數，將使材料的晶粒進一步得到細化、組織更加均勻、材質缺陷弱化，從而改善了材料的綜合機械性能。

一般情況下，受工藝與設備的限制，坯料成型過程中不可能得到反復鍛打，因此，提高材料變形率最簡單的辦法就是盡量采用小直徑棒料。某一規格套圈的下料重量一定時，料段直徑越小，鐓粗時的材料變形量越大。

3.2 碾擴

對套圈毛坯進行碾擴的意義不僅僅在于獲得坯料工整的外形，而是在于獲得套圈的圓周方向的纖維組織，見圖1。

圖1 套圈碾擴后纖維組織走向示意圖

套圈在被碾壓過程中，晶粒在圓周方向上被拉長，形成纖維走向，見圖2。此時晶粒的各向異性最為明顯，套圈在圓周方向上的抗拉強度、直徑方向的抗壓和耐沖擊性能最好。所以，在套圈坯料成型過程中，在工藝裝備條件允許情況下，應盡量提高碾擴成型比率，進而獲得更加致密、均勻的纖維組織。

圖2 金屬材料受碾壓晶粒變形示意圖

3.3 滾道不可以軟磨

軟磨可以提高車加工件的幾何精度，所以在套圈的某一表面上大量采用，例如套圈的基準平面、外圈的外表面等。

但軟磨加工也可能給軸承套圈帶來致命的危害。這是因為磨粒的頂角要比車刀的刀尖圓弧鋒利得多，即套圈表面的磨痕底部半徑要比車削時小得多，淬火時套圈表面的拉應力將集中在磨痕的底部，從而成為了萌生裂紋（包括淬火裂紋和磨削裂紋）的因素。

3.4 對滾道采用精密磨削

精密磨削也稱低粗糙度值磨削，是采用較小的修整導程和修整進給量，對砂輪進行精細修整，使砂輪表面產生許多等高的微刃，這些微刃以很小的磨削用量對金屬進行切削，加工表面在微刃的精細切削、摩擦和拋光作用下，形成低粗糙度值表面。砂輪修整導程與表面粗糙度值的關系參見圖3。

圖3 修整導程與表面粗糙度的關系

此工序應放在滾道精磨以后進行，目的是以微小的切削用量在滾道表面切去極薄的一層金屬，使得前工序殘留微觀的凸起被進一步磨平，見圖4，進而提高滾道與滾動體的接觸率，降低接觸應力。

4 結束語

提高軸承性能，在工藝過程中尚有極大潛力可以挖掘，工藝過程不僅僅是產品的成型過程，更是塑造產品性能的過程。

圖4 滾道精密磨削前后示意圖