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探究关节轴承磨削裂纹产生原因与对策
探究关节轴承磨削裂纹产生原因与对策
摘 要:文章结合生产实例,探究关节轴承套圈磨削裂纹产生的原因,提出防患措施,防止磨削裂纹产生。
关键词:关节轴承套圈;磨削裂纹;原因;对策
中图分类号:TG52;TG71 文献标识码:A 文章编号:1006-8937(2016)21-0109-01
1 关节轴承
关节轴承属于滑动轴承,由一个外球面内圈和一个内球面外圈组成。一般用于低速重载的摆动运动、倾斜运动和旋转运动。相对于滚动轴承,其结构简单,体积小,承载能力大,广泛应用于工程机械、重型汽车、农业机械、航空航天、矿山冶金、印刷、纺织、铁路、船舶等领域。近几年关节轴承应用领域不断延伸,在建筑、桥梁上也大量使用。
关节轴承使用材料Gcr15、Gcr15SiMn高碳铬轴承钢。关节轴承生产,一般经锻造、退火、车加工、热处理(淬、回火)、磨削加工等工序,磨加工是后道工序。经过淬火的高碳铬轴承钢,在磨削过程容易产生磨削裂纹,这在日常生产和质量处理中常会发生。磨削裂纹形状特别,仅发生在磨削面上,与淬火裂纹在宏观上观察明显不同,磨削裂纹深度较浅,其深度大致为0.05~0.20 mm。用酸浸蚀后裂纹更加明显易见,如图1和图2所示。较轻的磨削裂纹垂直于或接近垂直于磨削方向呈平行分布,称之为第Ⅰ类裂纹。较严重的裂纹呈龟甲状,称之为第Ⅱ类裂纹,习惯上叫做龟裂。磨加工过程,一旦出现磨削裂纹,往往造成批量的废品,损失严重;有些磨削裂纹很细小,不易被发现,一旦流入客户手中,将造成严重的后果,是致命的缺陷。因此,研究磨削裂纹的产生原因,并采取防患措施,避免其发生,具有十分重要的意义。
2 关节轴承套圈磨削裂纹的产生机理
关节轴承经热处理淬火后,再进行磨削加工,磨削时砂轮的切削速度很高,砂粒与工件表面因剧烈摩擦而发热,如果冷却液供给不充分,磨削产生的热量不能快速扩散,温度快速降低,则在磨削区域的瞬间温度可高达800~1 000度,这么高的温度势必造成工件表面的温度过高。工件表面的瞬时温度很容易导致工件表面烧伤。
除此之外,高碳铬合金(轴承钢材质)组织在高温下,必然再次奥氏体化,在冷却过程中又转变为比容较大的马氏体,这种情况和钢在淬火时的加热、冷却过程一样,势必产生热应力和组织应力。当应力大于钢的抗拉强度极限时,就会导致磨削裂纹产生。由于磨削层很薄,且瞬间磨削区域很小。形成的裂纹较浅。一般磨削裂纹深度在0.05~0.2 mm,用酸腐蚀时,裂纹明显可见。因此高磨削热是产生磨削裂纹的根源。
3 分析磨削裂纹产生的原因
根据磨削裂纹产生的机理,高磨削热、磨削热不能快速扩散、材料抗拉强度低。围绕这3点,结合加工的经验,从来料、磨削加工方面进行分析,找寻磨削裂纹产生的原因。
3.1 来料(待磨加工的套圈)质量
关节轴承套圈进入磨削加工前,需经原材料准备、锻造、退火、车加工、热处理(淬、回火)工序。这些工序一旦没有控制好,势必影响到材料抗拉强度。
①钢材本身成份均匀性差,影响到材料抗拉强度;
②锻加工如果停锻温度偏高,冷却过慢,组织过热形成粗大封闭的二次碳化物网,碳化物网较脆,造成套圈抗拉强度低;
③车加工尺寸控制不好,椭圆、锥度大的部位,在磨削时会加剧磨削热,使温度瞬间升高;
④淬火回火组织级别过高,其马氏体针状越粗,材料的韧性下降,淬火加热温度高和保温时间长,将导致热处理产品发生较大的变形,这也可能间接产生磨削裂纹等。
另外,时效不够,连续疲劳作业,应力来不及释放,影响材料抗拉强度等。
3.2 磨削加工方面
①进刀不稳,一次进刀量过大。
进刀速度过快,不稳,容易使磨削区域温度瞬间升高,造成磨削裂纹。根据经验手动进给的半自动内圆磨床、摇摆式的球面磨床、立式的平面磨、无形磨床加工,最容易产生磨削裂纹,占到磨削裂纹50%。
②砂轮选用不当。
砂轮硬度选择太高。自脱性差,钝化的磨粒不易脱落,使砂轮与工作表面的摩擦作用增强;砂轮级别号选择过小,磨粒间的容屑空间小,砂轮屑易被堵塞,影响切削性能。这2种情况都会导致磨削过程严重发热。
③机床压力不稳定,跳动大,加剧磨削热。
④切削液未冷却到位,磨削热不能快速扩散,使磨削区域的温度瞬间升高。
⑤使用的工装、支撑块太硬,太尖,划伤套??的表面,严重产生裂纹。这也是造成磨削裂纹的一种。这种情况在磨削裂纹时容易遗漏。前不久,笔者公司就发生一起这方面质量事故,磨GEZ101XS/K(S).01球面时,支撑架刮伤套圈的外径表面,产生外径磨削裂纹。
⑥磨削不规范,如工件转速过慢,这也不利于磨削热快速扩散。在大型号圈套加工中,这种情况较突出。
还有,金刚笔钝、砂轮没有及时修整,也会影响切削性能,
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