CN103924060B - 一种轴承组件加工残余应力控制磁处理方法 - Google Patents

一种轴承组件加工残余应力控制磁处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种轴承制造技术，具体涉及一种轴承组件加工残余应力控制的磁处理方法。一种轴承组件加工残余应力控制磁处理方法，其特征在于包括如下步骤：（1）热处理后的轴承组件磁处理：磁饱和强度范围为1.2～2.5T；磁场频率取值范围为1～10Hz；磁处理时间范围为60～180s；将轴承套圈或滚动体固定在夹具上之后，采用上述磁处理工艺参数对其进行磁处理；（2）磨削后的轴承组件磁处理：磁饱和强度范围为1.2～2.5T；磁场频率取值范围为1.5～4Hz；磁处理时间范围为90～120s；将轴承套圈或滚动体固定在夹具上之后，采用上述磁处理工艺参数对其进行磁处理。本发明能显著降低轴承组件加工残余应力、提高产品的精度和性能稳定性，且效率高、能耗低、无污染。

Description

一种轴承组件加工残余应力控制磁处理方法
技术领域
本发明涉及一种轴承制造技术，具体涉及一种轴承组件加工残余应力控制的磁处理方法。
背景技术
残余应力是零构件制造过程中受工艺作用影响而在内部产生的平衡外部因素残留作用的内应力。残余应力的存在容易引起零构件变形、开裂和机械性能下降，对零构件的尺寸稳定性和使用寿命有着明显的影响。套圈和滚动体是滚动轴承主要承载和最容易失效的核心组件，对轴承的精度和寿命有着决定性影响。轴承套圈和滚动体的加工工艺基本相似，通常都会经历成形（镦、锻、轧制）、热处理（淬火、回火）、切削（车削、磨削）等主要加工工艺，而这些工艺均会产生不同程度的残余应力，对后续加工质量控制和产品最终精度和性能产生不良影响。如：套圈和滚动体经塑性变形产生的残余应力过大，容易引起淬火大变形和开裂；经热处理产生的残余应力过大，容易引起切削表面损伤和微裂纹；磨削产生的残余拉应力保留至产品中，容易引起轴承服役过程精度变化失稳，导致工作寿命下降。因此，为了保证轴承尤其是精密轴承的可靠性和使用寿命，必须对轴承组件加工残余应力进行有效控制，制约其不良影响。然而，目前轴承套圈和滚动体实际生产中对加工残余应力并不够重视，没有针对性的残余应力处理工艺，淬火残余应力通常通过回火处理，而切削残余应力则没有考虑，加工残余应力通常无法有效控制在较低水平以削弱或消除其不良影响，尤其对于精密、重载、大型轴承组件加工，由于加工残余应力不能有效控制，直接对最终轴承可靠性和使用寿命产生严重的遗传危害。
发明内容
针对上述现状，本发明的目的在于提供一种轴承组件加工残余应力控制磁处理方法，该方法通过磁处理，可有效降低轴承组件加工残余应力，提高产品尺寸精度和组织性能稳定性，保障轴承可靠性和寿命。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种轴承组件加工残余应力控制磁处理方法，其特征包括如下步骤：
（1）热处理后的轴承组件（轴承组件为：轴承套圈、滚动体）磁处理
对热处理后（即淬火、回火后）的轴承套圈或滚动体进行磁处理，利用变频调压电源产生交流励磁电流，通过磁处理装置，由励磁线圈绕组和铁芯构成的磁化器产生低频交变磁场，磁处理参数根据以下方法确定：
①所施加的磁感应强度应能使轴承组件（即轴承套圈、滚动体）的材料内部接近或达到饱和磁化状态，通过测量磁滞回线确定其对应的磁场峰值磁饱和强度，对于轴承组件的材料（通常为GCr15轴承钢），磁饱和强度范围为1.2～2.5T；
②磁场频率取值范围为1～10Hz；
③磁处理时间范围为60～180s；
将轴承套圈或滚动体固定在夹具上之后，采用上述磁处理工艺参数对其进行磁处理；
（2）磨削后的轴承组件（轴承组件为：轴承套圈、滚动体）磁处理
对磨削后的轴承套圈或滚动体进行磁处理，利用变频调压电源产生交流励磁电流，通过磁处理装置，由励磁线圈绕组和铁芯构成的磁化器产生低频交变磁场，磁处理参数根据以下方法确定：
①所施加的磁感应强度应能使轴承组件（即轴承套圈、滚动体）的材料内部接近或达到饱和磁化状态，通过测量磁滞回线确定其对应的磁场峰值磁饱和强度，对于轴承组件的材料，磁饱和强度范围为1.2～2.5T；
②磁场频率取值范围为1.5～4Hz；
③磁处理时间范围为90～120s；
将轴承套圈或滚动体固定在夹具上之后，采用上述磁处理工艺参数对其进行磁处理。
所述的磁处理装置包括磁化器、夹具4；磁化器由励磁线圈绕组3和U型的铁芯2构成，U型的铁芯2处设有励磁线圈绕组3，励磁线圈绕组3由电源线与变频调压电源的输出端相连；夹具4通过螺栓与磁化器的铁芯2的上部固定，夹具4上设有螺孔，螺孔位于铁芯2的上方，顶紧螺栓5的下端旋过螺孔，顶紧螺栓5的下端通过垫圈6将试样（即轴承套圈或滚动体）7压于铁芯2的上端（试样放置于铁芯2的上端，试样上放有垫圈6）。
本发明是一种利用磁场作用实现材料组织性能转变的先进材料处理方法，通过将材料置于特定交变磁场中，选用合适的磁处理参数，使材料磁化至饱和或近饱和状态，磁场作用促进材料位错密度分布形态得以改变，内部产生微区塑性变形，引起组织状态和残余应力变化。本发明通过对轴承套圈、滚动体在热处理和磨削（精磨）两个关键工艺环节进行磁处理，可有效控制轴承组件加工残余应力的遗传危害：通过热处理后磁处理，可降低热处理后残余应力，削弱或消除其对组件磨削表面损伤、微裂纹的促进作用；通过磨削后组件磁处理，可降低磨削后残余应力，削弱或消除其对组件产品精度和性能稳定性的破坏作用。此外，该方法效率高、能耗低、无污染，技术经济和社会效益好。
本发明的有益效果是：该方法通过磁处理，可有效降低轴承组件加工残余应力，提高产品尺寸精度和组织性能稳定性，保障轴承可靠性和寿命。
附图说明
图1为本发明所用磁处理装置的结构示意图。
图中标号：1-变频调压电源，2-铁芯，3-励磁线圈绕组，4-夹具，5-顶紧螺栓，6-垫圈，7-试样（轴承套圈或滚动体）。
具体实施方式
以下仅为本发明的较佳实施例，当不能以此限定本发明的范围。即大凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利涵盖的范围内。
下述磁处理装置包括磁化器、夹具4（如图1所示）；磁化器由励磁线圈绕组3和U型的铁芯2构成，U型的铁芯2处设有励磁线圈绕组3，励磁线圈绕组3由电源线与变频调压电源的输出端相连；夹具4通过螺栓与铁芯2的上部固定，夹具4上设有螺孔，螺孔位于铁芯2的上方，顶紧螺栓5的下端旋过螺孔，通过垫圈6将试样（即轴承套圈或滚动体）7压于铁芯2的上端（试样放置于铁芯2的上端，试样上放有垫圈6）。
实施例1轴承套圈加工残余应力控制磁处理
以某轴承套圈为具体实施例，材料为GCr15，尺寸为外径62mm、内径为50mm、高度18.8mm，主要加工工艺（现有工艺）为：冷轧-车削-淬火-回火-磨削。该套圈磁处理方法如下：
（1）热处理后磁处理
将热处理后（淬火、回火后）的轴承套圈固定在图1所示磁处理装置夹具上之后，选取磁饱和强度2.5T、磁场频率10HZ、磁处理时间180s进行磁处理。
（2）磨削后磁处理
对磨削后的轴承套圈固定在图1所示磁处理装置夹具上之后，选取磁饱和强度2.5T、磁场频率4HZ、磁处理时间120s进行磁处理。
本发明的工艺变为：冷轧-车削-淬火-回火-磁处理-磨削-磁处理。
采用X射线衍射仪分别对磁处理前后和磨削前后轴承套圈残余应力进行测量。测试时，以轴承套圈表面中心位置为轴向定位，沿圆周方向每间隔60°均匀选6个测量点测量取平均值。结果显示：热处理轴承套圈磁处理前周向平均残余应力为111.5MPa、轴向平均残余应力107.5MPa，热处理轴承套圈磁处理后周向平均残余应力为74.9MPa，轴向平均残余应力70.4MPa；磨削轴承套圈磁处理前周向平均残余应力为123.0MPa、轴向平均残余应力112.3MPa，磨削轴承套圈磁处理后周向平均残余应力为61.4MPa，轴向平均残余应力54.3MPa。
对比得知，热处理后磁处理使热处理轴承套圈平均残余应力降低30%以上，磨削后磁处理使磨削轴承套圈平均残余应力降低50%以上，效果显著。
实施例2轴承滚动体加工残余应力控制磁处理
以某轴承钢球（即轴承滚动体）为具体实施例，材料为GCr15，尺寸为直径30mm，主要加工工艺（现有工艺）为：热锻-车削-淬火-回火-磨削。该钢球磁处理方法如下：
（1）热处理后磁处理
将热处理后（淬火、回火后）的轴承钢球（即轴承滚动体）固定在图1所示磁处理装置夹具上之后，选取磁饱和强度1.2T、磁场频率1HZ、磁处理时间60s进行磁处理。
（2）磨削后磁处理
对磨削后的轴承钢球固定在图1所示磁处理装置夹具上之后，选取磁饱和强度1.2T、磁场频率1.5HZ、磁处理时间90s进行磁处理。
本发明的工艺变为：热锻-车削-淬火-回火-磁处理-磨削-磁处理。
采用X射线衍射仪分别对磁处理前后和磨削前后轴承钢球残余应力进行测量。测试时，以轴承钢球表面最大直径位置为轴向定位，沿圆周方向每间隔60°均匀选6个测量点测量取平均值。结果显示：热处理轴承钢球磁处理前周向平均残余应力为92.2MPa、轴向平均残余应力91.0MPa，热处理轴承钢球磁处理后周向平均残余应力为56.9MPa，轴向平均残余应力53.4MPa；磨削轴承钢球磁处理前周向平均残余应力为102.1MPa、轴向平均残余应力94.7MPa，磨削轴承钢球磁处理后周向平均残余应力为48.1MPa，轴向平均残余应力42.0MPa。
对比得知，热处理后磁处理使热处理轴承钢球平均残余应力降低38%以上，磨削后磁处理使精磨轴承套圈平均残余应力降低50%以上，效果显著。

Claims (3)

1.一种轴承组件加工残余应力控制磁处理方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）热处理后的轴承组件磁处理
对热处理后的轴承套圈或滚动体进行磁处理，利用变频调压电源产生交流励磁电流，通过磁处理装置，由励磁线圈绕组和铁芯构成的磁化器产生低频交变磁场，磁处理参数根据以下方法确定：
①所施加的磁感应强度应能使轴承组件的材料内部接近或达到饱和磁化状态，通过测量磁滞回线确定其对应的磁场峰值磁饱和强度，对于轴承组件的材料，磁饱和强度范围为1.2～2.5T；
②磁场频率取值范围为1～10Hz；
③磁处理时间范围为60～180s；
将轴承套圈或滚动体固定在夹具上之后，采用上述磁处理工艺参数对其进行磁处理；
（2）磨削后的轴承组件磁处理
对磨削后的轴承套圈或滚动体进行磁处理，利用变频调压电源产生交流励磁电流，通过磁处理装置，由励磁线圈绕组和铁芯构成的磁化器产生低频交变磁场，磁处理参数根据以下方法确定：
①所施加的磁感应强度应能使轴承组件的材料内部接近或达到饱和磁化状态，通过测量磁滞回线确定其对应的磁场峰值磁饱和强度，对于轴承组件的材料，磁饱和强度范围为1.2～2.5T；
②磁场频率取值范围为1.5～4Hz；
③磁处理时间范围为90～120s；
将轴承套圈或滚动体固定在夹具上之后，采用上述磁处理工艺参数对其进行磁处理；
所述的磁处理装置包括磁化器、夹具（4）；磁化器由励磁线圈绕组（3）和U型的铁芯（2）构成，U型的铁芯（2）处设有励磁线圈绕组（3），励磁线圈绕组（3）由电源线与变频调压电源的输出端相连；夹具（4）通过螺栓与磁化器的铁芯（2）的上部固定，夹具（4）上设有螺孔，螺孔位于铁芯（2）的上方，顶紧螺栓（5）的下端旋过螺孔，顶紧螺栓（5）的下端通过垫圈（6）将试样（7）压于铁芯（2）的上端。
2.根据权利要求1所述的一种轴承组件加工残余应力控制磁处理方法，其特征在于所述的轴承组件的材料为GCr15轴承钢。
3.根据权利要求1所述的一种轴承组件加工残余应力控制磁处理方法，其特征在于所述的试样（7）为轴承套圈或滚动体。
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