特種軸承外圈局部冷酸洗檢驗技術及其防護裝置設計

褚翠霞，林國福，姚巧云，楊彪

(1.洛陽LYC軸承有限公司，河南 洛陽 471003；2.航空精密軸承國家重點實驗室，河南 洛陽 471003)

軸承外圈材料多采用高碳鉻軸承鋼[1]，需經(jīng)熱處理提高材料的力學性能。在熱處理過程中，會產(chǎn)生軟點、脫貧碳等缺陷；在后續(xù)磨削加工過程中，也會因其材料硬度較高、進刀量大或機床冷卻液冷卻效果差等原因造成磨削燒傷[2]。如果軸承工作表面(滾道)存在軟點、脫貧碳缺陷或磨削燒傷，軸承在使用過程中將容易導致滾道表面出現(xiàn)早期剝落，嚴重降低軸承的使用壽命[3]。目前，檢驗熱處理軟點、脫貧碳和磨削燒傷缺陷最常用的方法是冷酸洗[4]。

1 外圈冷酸洗檢驗技術

軸承外圈的冷酸洗是按照GB/T 34891—2017《滾動軸承 高碳鉻軸承零件 熱處理技術條件》要求，使用2.5%～3.5%的硝酸水溶液與被檢驗表面進行化學反應。由于軟點、脫貧碳或者磨削燒傷處組織不同于正常高碳鋼淬火組織，故當其與酸進行化學反應后，表面會呈現(xiàn)出不同顏色,可根據(jù)顏色檢驗并判定表面缺陷種類。

一般軸承外圈的冷酸洗檢驗主要放在終磨工序之前，使用冷酸洗是對軸承表面在常溫下進行酸腐蝕。冷酸洗后正常表面呈均勻的暗灰色；脫貧碳區(qū)域呈灰白色或暗黑色花斑(圖1a)；磨削燒傷區(qū)域則一般呈灰黑色(圖1b)。

圖1 冷酸洗檢驗缺陷形貌Fig.1 Morphology of cold pickling inspection defects

軸承外圈的冷酸洗方式主要有槽式酸洗和表面擦拭酸洗。槽式酸洗是將清洗液、酸液、明化液、中和液等分別放入不同的槽內(nèi)，將零件分別浸入各個槽內(nèi)，最后根據(jù)表面顏色進行判斷，槽式酸洗適合直徑600 mm以下的軸承外圈，其酸洗的檢驗結果比較準確。表面擦拭酸洗是將清洗液、酸液、中和液分別裝入3個容器內(nèi)，用酒精棉分別蘸取3種液體擦拭軸承外圈表面，表面擦拭酸洗適合直徑600 mm以上或者對表面質(zhì)量要求不高的軸承外圈，其酸洗的檢驗結果沒有槽式酸洗準確。

軸承外圈經(jīng)過冷酸洗檢驗后的表面必須進行再次磨加工，除去酸洗痕跡，以消除冷酸洗對軸承的影響，否則會降低軸承表面的力學性能。另外，經(jīng)酸洗檢驗后的外圈不適宜進行大留量的磨削加工，否則可能會再次產(chǎn)生磨削燒傷等加工缺陷，冷酸洗檢驗表面也就失去了意義。

2 外圈冷酸洗要求

在某關鍵部位上使用的特種軸承外圈結構如圖2所示，齒頂圓外徑D為94.9 mm，寬度C為44.5 mm，滾道直徑De為72 mm。主機對該型號軸承的滾道表面質(zhì)量要求較高，不允許存在軟點、脫貧碳缺陷或有磨削燒傷現(xiàn)象，因而使用滾道擦拭酸洗不能滿足該關鍵部位對軸承滾道的要求。因此，必須進行槽式酸洗檢驗判定滾道是否存在軟點、脫貧碳、燒傷等加工缺陷。

圖2 特種軸承外圈結構示意圖Fig.2 Structure diagram of special bearing outer ring

外圈外齒在軸承磨加工滾道時已達成品尺寸，后續(xù)齒面不能再進行加工，因此在進行槽式冷酸洗檢驗時齒面不能被酸液腐蝕。根據(jù)上述要求，必須采取有效措施對圖2中的齒面和兩端面進行防護，只對滾道進行局部冷酸洗。

3 局部酸洗防護裝置結構設計

外圈齒面為不規(guī)則的曲面，且面積較大，傳統(tǒng)涂抹可剝離性塑料法對齒面防護較差，因此需設計一種酸洗防護裝置代替?zhèn)鹘y(tǒng)防護方法進行冷酸洗檢驗，且能夠完全避免酸液腐蝕齒面，保證產(chǎn)品質(zhì)量。設計的局部冷酸洗防護裝置結構如圖3所示，實物如圖4所示。

1—套筒；2—拉桿；3—圓柱銷；4—O形橡膠密封圈；5—壓蓋；6—墊圈；7—螺母；8—吊環(huán)鋼絲；9—螺釘；10—壓板；11—橡膠密封圈墊；12—外圈圖3 局部酸洗防護裝置結構圖Fig.3 Structure diagram of local pickling protective device

圖4 局部酸洗防護裝置實物圖Fig.4 Picture of local pickling protective device

設計的局部酸洗防護裝置要多次浸入酸液中，所以防護裝置各零件材料均選擇耐酸腐蝕的1Cr18Ni9T奧氏體不銹鋼。外圈與套筒、壓蓋形成一個封閉的空間，使齒面處在一個封閉的空間內(nèi)，而外圈滾道面裸露，以便于冷酸洗。

為防止酸液進入防護裝置中的外圈齒面，套筒、壓板與外圈內(nèi)倒角處以及壓蓋與壓板間使用橡膠密封圈進行密封。酸洗過程中在壓蓋中間小于外圈內(nèi)徑處鉆若干個圓孔，使酸洗時酸液能順利進入外圈內(nèi)表面。

4 帶防護裝置的局部酸洗檢驗

把外圈裝入套筒中，將壓蓋和密封裝入，加上墊圈，旋入螺母，用不銹鋼鉤子鉤住吊環(huán)鋼絲，執(zhí)行槽式冷酸洗工藝：去脂→熱水清洗→冷水清洗→酸洗→冷水清洗→第1明化→冷水清洗→第2明化→冷水清洗→中和→防銹→檢查。酸洗時將整個防護裝置全部浸入酸洗液中，上下竄動或搖動3次以上，并在各個酸洗槽內(nèi)至少停留30 s，使大量酸洗液進入到模具內(nèi)與外圈滾道內(nèi)表面充分接觸。

在防銹槽進行防銹后立刻將外圈從防護裝置內(nèi)取出，并再次在防銹槽內(nèi)進行防銹，以防止殘留的酸液繼續(xù)腐蝕外圈表面。在外圈未干的狀態(tài)下立刻在陽光或散光燈下檢查其表面是否存在軟點、脫貧碳、燒傷等缺陷。

5 結束語

根據(jù)特種軸承外圈滾道局部冷酸洗檢驗的要求，設計了局部酸洗防護裝置，有效地解決了特種軸承外圈滾道面局部冷酸洗的問題，實現(xiàn)了僅滾道表面進行酸洗檢驗，同時外齒面部位不被酸液腐蝕，滿足了產(chǎn)品和客戶的要求。這種帶防護裝置的局部冷酸洗檢驗方法可以應用于其他型號特種軸承外圈的局部冷酸洗檢驗，為局部冷酸洗檢驗技術探尋了新的思路。