特大型薄壁軸承外圈表面淬火變形的工藝控制

李建東，王高峰，張亞平，張少龍，康正坡

(洛陽軸研科技股份有限公司，河南 洛陽 471039)

某特大型六排滾子轉盤軸承第2外圈傳統加工工藝為粗車后進行軸向滾道表面淬火，經加熱整形修正翹曲變形，最后精車淬火面。而加熱整形可能造成滾道軟點的存在，且精車后會出現第2外圈局部淬硬層深度減小及淬硬層深度不均勻現象，加大了軸承滾道被局部載荷壓潰的可能性，影響軸承承載能力和使用壽命。因此研究如何減少由于表面淬火而造成的外圈翹曲變形量，對于提高產品使用壽命有著重要意義。

1 產品技術要求及傳統加工工藝

第2外圈尺寸及淬火區域如圖1所示，材料為42CrMo，根據圖紙要求，滾道寬度為220 mm，硬度為55～62 HRC，有效硬化層不小于5 mm 。

圖1 產品尺寸及技術要求

傳統工藝路線為：車基面、內徑面、外徑面→車端面→滾道表面淬火→加熱整形修滾道翹曲→精車基面→精車滾道、端面→磨滾道。由于第2外圈尺寸大,徑向壁寬,軸向壁薄,剛性差，且淬火面積較大，致使滾道表面內外受熱、冷卻速度不一致，表面淬火后翹曲變形量較大。故傳統工藝為了減少變形增加了加熱整形修滾道翹曲工序；為了保證精車的加工余量，加大了第2外圈高度，工藝高度取為68 mm。

傳統工藝存在的缺點：(1)表面淬火后進行整形處理，操作過程復雜，對操作人員的技術水平要求高，費用高，周期較長，且整形效果不明顯，整形后工件有較大的內應力，容易造成幾何形狀不穩定。(2)由于變形較大，第2外圈精車后，局部淬硬層切除量較大，造成成品有效淬硬層深度不足、厚度不均勻。如圖2所示，位置1處淬硬層深度比位置2處淬硬層深度淺1～2 mm，影響軸承承載能力和使用壽命。若淬火時加大淬硬層深度，則極易出現表面淬火裂紋，造成零件的報廢。

圖2 傳統工藝表面淬火后示意圖

2 新加工工藝

通過對傳統加工工藝分析及改進，確定了新的加工工藝方案為：車基面、內徑面、外徑面→車端面、車斜坡(圖3)→滾道表面淬火→精車基面→精車滾道、端面→磨滾道。新工藝增加了車斜坡工序，取消了加熱整形及修滾道面翹曲工序。滾道表面淬火后如圖4所示。

圖3 車斜坡工序示意圖

圖4 新工藝表面淬火后示意圖

為了對傾斜滾道進行表面淬火，需調整熱處理感應器位置及加熱面與之相適應。在滾道表面淬火工藝參數與原工藝一樣的前提下，按新工藝對工件進行試制，經檢測，位置1與位置2相對于基面的高度差為0.4 mm左右，因此，滾道淬火面精車量為0.5 mm即可，成品滾道有效淬硬層深度和均勻性比原工藝有明顯提高，同時取消了整形工序，零件質量和加工效率提高。

3 結束語

新工藝在原熱處理設備和淬火工藝下，通過工藝預處理，抵消了熱處理變形造成的熱處理部位平面位置的改變，減少了淬火表面的加工余量，確保了零件成品的有效淬硬層深度，提高了產品質量及加工效率，為類似寬端面薄壁軸承零件的加工提供了一種新思路。