某滲碳鋼薄壁外圈的加工工藝改進

劉海波，古毅，趙志強

(1.中航工業哈爾濱軸承有限公司 a.工程技術部；b.車工工部，哈爾濱 150500；2.東安汽車動力股份有限公司制造工程部，哈爾濱 150066)

滲碳鋼軸承套圈工作表面進行滲碳處理是為了通過提高工件硬度和韌性，增加耐磨性，以提高軸承的使用壽命。由于套圈在滲碳和淬火處理時會發生變形，加工難度增加，尤其對于結構復雜，外徑較大，壁薄的軸承，精度難以保證。如何控制熱處理變形量是關鍵，需要從工藝流程、加工留量、刀具選擇等多方面進行分析優化。

1 問題的提出

1.1 產品結構特點

某型軸承外圈結構如圖1所示，其凸緣外徑為φ188 mm，8個等分孔的位置度為φ0.2 mm；壁厚均在7.5 mm以下；圓周均布60個長46 mm、寬4 mm的長槽，槽的圓周等分差不大于0.1 mm。

圖1 外圈結構

1.2 加工工藝流程

常規方法的主要加工工藝流程為：粗車成形→滲碳→細車成形→鉆銑凸緣→銑軸向槽→淬火→磨加工。車加工時，除有較嚴的表面粗糙度要求部位(如滾道等)外，其余部分均直接加工至成品尺寸，然后進行淬火處理，最后磨加工。

1.3 存在的問題

1)由于套圈壁薄，熱處理后發生嚴重變形，滾道位置度、滾道圓度、長槽梁的直線度、長槽的圓周等分差等技術指標超差，且變形量沒有規律。

2)長槽梁的兩側淬火處理后呈黑色，無法進行光飾，影響外觀。

2 變形原因分析

外圈變形原因分析如圖2所示，主要影響因素為：

1)外圈壁厚不統一。外圈內徑、外徑存在階梯，滲碳、淬火處理時內應力導致滾道圓度超差，無法繼續加工。

2)外圈壁薄且有槽，斷續不連貫。外圈最薄處僅4 mm，圓周方向長槽梁的寬度不足4.3 mm，滲碳、淬火處理時細長的梁產生彎曲變形，無法保證槽的圓周等分差；同時會導致滾道位置尺寸L和寬度C變小。

圖2 變形分析圖

3 改進措施

根據上述分析，改變傳統的加工理念，將變形量較大部位的加工(如外徑面、內臺階、外臺階、槽等的車加工)移至滲碳和淬火處理工序之后進行硬車。

由于熱處理后套圈硬度提高，增加了車削加工難度，原采用的硬質合金車刀和加工留量已不能滿足生產需求，致使在工藝流程、加工刀具、加工留量及加工方法上均需做相應調整。

3.1 工藝流程

改進后的工藝流程為：細車A面、內圓，粗車擋邊外圓，倒內、外角→細車B面、粗車外圓、擋邊、滾道，倒擋邊外角及內、外角→鍍銅→車滾道銅層、滾道斜坡→滲碳→脫銅→細車外圓、擋邊外圓、擋邊，倒外角及擋邊外角→鉆孔，銑凸緣，去孔邊銳角→去凸緣毛刺→去另一側孔邊毛刺→熱處理→細磨B面→退磁清洗→粗車內臺階→終車外圓、擋邊，倒外角及擋邊外角→車槽，去槽邊毛刺→細車內臺階，倒內角及與滾道的交角→車外臺階→穩定處理→磨端面→磨外圓→磨滾道→銑軸向等分槽。

3.2 加工留量的確定

粗車成形時加大留量，盡量保留套圈壁厚，保證壁厚的均勻一致性，以增大對內應力的承受力，減小滲碳時的變形量；硬車時減小磨加工留量，因為熱處理后磨削難度增加，硬車已經修整了淬火處理時的變形量，磨加工只需進一步提高產品的幾何精度及表面質量即可。淬火前、后的磨加工留量對比見表1。

表1 淬火前、后磨加工留量對比

3.3 刀具的選擇

滾道和內徑面進行滲碳處理，要求熱處理后表面硬度達到58～63 HRC，心部硬度達到35～48 HRC，超出了普通硬質合金車刀所能加工的硬度范圍。為避免因刀具磨損而產生表面質量問題，可選用進口耐磨損性更高的硬質合金車刀、銑刀。

3.4 軸向槽的加工

如圖3所示，首先用φ3.8 mm的鉆頭在軸向槽的兩端鉆孔，之后用φ4 mm的銑刀銑削加工至成品要求尺寸。為了完全達到成品要求的表面質量，需要著重指出2點：

圖3 軸向槽加工示意圖

1)由于刀具的磨損，軸向槽的尺寸會發生變化，因此考慮到銑刀的使用壽命、材料的硬度及加工一件產品銑刀的工作行程(60×46=2 760 mm)，要求每加工一件產品中途必須更換一次銑刀，即一把刀加工30個槽。

2)每加工一個槽，要求銑刀運行一個循環，即從M點到N點再到M點，這樣銑刀返回時可以起到修整的作用，既提高了加工表面的質量，又提高了尺寸精度。

4 結束語

加工實踐表明，改進后的工藝合理可行，改進前滲碳和淬火處理工序出現的變形問題得到明顯解決，且產品的各項精度完全能夠滿足設計要求；杜絕了熱處理后長槽梁兩側呈黑色而影響外觀的問題。另外，淬火后再硬車加工的工藝路線基本修整了套圈淬火處理的變形，硬車留量適當減小，明顯縮短了磨加工工時，加工效率提高。

通過工藝改進，克服了滲碳鋼薄壁軸承套圈難加工的缺點，此方法可推廣應用到其他滲碳鋼材料軸承的加工中。