CN104493446A - 一种渗碳钢轴承套圈加工方法 - Google Patents

Abstract

一种渗碳钢轴承套圈加工方法，它涉及渗碳钢材料、复杂结构轴承套圈的加工方法。本发明通过提高轴承表面硬度和轴承套圈韧性，增加耐磨损性，最终提高轴承的使用寿命。本发明的方法为：粗车成型，渗碳处理，钻、铣法兰盘，热处理，硬车，稳定处理，磨端面处理以及磨外圆、磨滚道处理，铣轴向槽处理，即完成。本发明改变了传统的加工理念，由原来的“火前加工”改为“火后加工”。将变形量大的部位的加工工序移至渗碳和热处理工序之后进行硬车，例如外径、内台阶、外台阶、槽等工序。本发明克服了渗碳钢薄壁轴承难加工的缺点，成功地完成了这种材料轴承套圈的加工。

Description

一种渗碳钢轴承套圈加工方法

技术领域

本发明涉及一种渗碳钢材料、复杂结构轴承套圈的加工方法。

背景技术

现有，对渗碳钢材料的轴承套圈工作表面进行渗碳处理，目的是通过提高轴承套圈工作表面的硬度和韧性，增加耐磨损性，最终提高轴承的使用寿命。由于渗碳钢材料在渗碳和热处理时易发生变形，且变形量规律不明显，加工难度大。尤其是结构复杂、外径较大、壁薄的轴承套圈，其加工精度更难以保证。

以图1的轴承外套为例。其发兰盘外径为Φ188mm，8个等分孔的位置度为Φ0.2mm；壁厚均在7.5mm以下；圆周上均匀分布60个长46mm、宽4mm的长槽，要求长槽圆周等分差不大于0.1mm。

常规加工图1工件的工艺流程如下：即粗车成型——渗碳——细车成型——钻铣法兰盘——铣轴向槽——热处理——磨加工。车加工时，除成品有光度要求的部分留有磨加工留量外，其余部分均直接加工至成品尺寸，然后即进行热处理，最后进行磨加工。

按照常规的加工工艺加工，存在如下问题：

◆热处理后套圈发生了严重的变形，反应明显的项目有滚道的椭圆、滚道的位置、长槽的圆周等分及长槽过梁的直线度等，且变形量大又没有规律，根本无法保证成品的要求；

◆热处理后长槽的内侧呈黑色，无法通过光饰等方法进行改善，影响外观。

就其存在的变形现象，结合产品的结构，分析原因为如下两点：

◆产品壁厚不统一。内径、外径存在阶梯，渗碳及热处理时内应力导致滚道的椭圆超出工艺要求，且无法继续加工；见图2套圈壁厚图

◆产品壁薄，且减重槽周向断续不连贯。最薄处只有4mm，圆周方向加工完60个长槽后槽梁宽度不足4.3mm，渗碳及热处理时细而长的梁产生弯曲变形，无法保证减重槽圆周等分差，同时导致滚道位置尺寸L和产品高度C变小。见图3套圈减重槽

面对上述存在的问题，急需一种有效地加工工艺解决上述问题。

发明内容

本发明通过提高轴承表面硬度和轴承套圈韧性，增加耐磨损性，最终提高轴承的使用寿命。

本发明的一种渗碳钢轴承套圈加工方法，它是按照以下步骤进行的：

一、粗车成型，对待加工样品进行粗车成型；

二、渗碳处理；

在渗碳处理前，对粗车成型后的样品中不需要渗碳的部位进行镀铜处理，镀铜厚度为0.02～0.04mm，在镀铜后，进行脱铜，细车样品的外圆、挡边外圆及挡边，再对样品进行倒外角及挡边外角；

三、钻、铣法兰盘；

采用双向倒角铣刀对步骤二处理后的样品进行去孔边锐角和去法兰盘毛刺处理，然后采用双向倒角铣刀去另一侧孔边毛刺；

四、热处理；

将步骤三处理后的样品以样品轴线竖直且样品大端朝下的方式放置，然后进行热处理；

五、硬车；

对步骤四处理的样品进行粗车内台阶处理，终车外圆、挡边处理，倒外角及挡边外角处理，车槽，去槽边毛刺处理，细车内台阶处理，倒内角及与滚道的交角处理，车外台阶处理；其中，硬车加工留量分别为：平面0.4mm，内台阶0.6mm，外圆0.45mm，外台阶0.45mm，滚道0.6mm，法兰盘挡边0.4mm；

六、对步骤五处理后的样品进行稳定处理，释放应力；之后磨端面、磨外圆、磨滚道；

七、对步骤六处理后的样品进行铣轴向槽，即完成所述的渗碳钢轴承套圈加工；其中，铣轴向槽的操作为：首先用Φ3.8的钻头在轴向槽的两端位置钻孔，之后用Φ4的铣刀铣成成品。

本发明包含以下有益效果：

本发明针对如何控制其变形量的问题，进行深入的研究和探讨，调整加工流程、重新确定加工留量、选择耐用性高的刀具、优化加工方法，成功地完成了渗碳钢材料轴承套圈的加工任务。

本发明改变了传统的加工理念，由原来的“火前加工”改为“火后加工”。将变形量大的部位的加工工序移至渗碳和热处理工序之后进行硬车，例如外径、内台阶、外台阶、槽等工序。本发明的工艺流程如图4所示。

由于采用本发明的方法，热处理后很大程度上提高了材料的硬度，同时增加了车削难度。原来采用的硬质合金车刀和加工留量已不能满足生产需求，这就要求我们必须在工艺流程、加工刀具、加工留量及加工方法上都做相应的调整。

本发明克服了渗碳钢薄壁轴承难加工的缺点，成功地完成了这种材料轴承套圈的加工。此方法可推广到其它渗碳钢材料轴承的加工，为今后同类产品的加工积累了保贵经验，为渗碳钢材料轴承的加工工艺的进一步研究奠定了基础。

附图说明

图1轴承套圈结构尺寸示意图；

图2轴承套圈壁厚示意图；

图3为轴承套圈减重槽示意图；

图4为本发明的渗碳钢轴承套圈加工方法流程示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的一种渗碳钢轴承套圈加工方法，它是按照以下步骤进行的：

一、粗车成型，对待加工样品进行粗车成型；

二、渗碳处理；

在渗碳处理前，对粗车成型后的样品中不需要渗碳的部位进行镀铜处理，镀铜厚度为0.02～0.04mm，在镀铜后，进行脱铜，细车样品的外圆、挡边外圆及挡边，再对样品进行倒外角及挡边外角；

三、钻、铣法兰盘；

采用双向倒角铣刀对步骤二处理后的样品进行去孔边锐角和去法兰盘毛刺处理，然后采用双向倒角铣刀去另一侧孔边毛刺；

四、热处理；

将步骤三处理后的样品以样品轴线竖直且样品大端朝下的方式放置，然后进行热处理；

五、硬车；

对步骤四处理的样品进行粗车内台阶处理，终车外圆、挡边处理，倒外角及挡边外角处理，车槽，去槽边毛刺处理，细车内台阶处理，倒内角及与滚道的交角处理，车外台阶处理；其中，硬车加工留量分别为：平面0.4mm，内台阶0.6mm，外圆0.45mm，外台阶0.45mm，滚道0.6mm，法兰盘挡边0.4mm；

六、对步骤五处理后的样品进行稳定处理，释放应力；之后磨端面、磨外圆、磨滚道；

七、对步骤六处理后的样品进行铣轴向槽，即完成所述的渗碳钢轴承套圈加工；其中，铣轴向槽的操作为：首先用Φ3.8的钻头在轴向槽的两端位置钻孔，之后用Φ4的铣刀铣成成品。

本实施方式镀铜目的是将不需要渗碳的部位表面保护起来，镀铜厚度为0.02～0.04mm，要求铜层要致密,不得暴露原金属。如果产品的毛坯留量做够大，也可以不镀铜。但必须在不需要渗碳的部位预先留出一定的加工余量,其留量比渗碳层深度大一倍以上。渗碳时，渗碳层深度由成品要求的渗碳层深度加上工艺加工留量。

本实施方式步骤三中钻、铣法兰盘工序、去孔边锐角、去法兰盘毛刺工序必须一次装夹全部完成，便于保证法兰盘孔的位置度要求。同时，去孔边锐角、去另一侧孔边毛刺采用双向倒角铣刀，提高了法兰盘孔倒角的均匀性，避免了采用其它设备或翻幅后二次装夹，提高了加工效率。

本实施方式步骤四由于该产品的体积较大、结构是非对称式结构，所以热处理过程中的摆放方式也很关键。必须轴线竖直、大端朝下摆放。另外，在产品壁最薄处以夹具内撑。

本实施方式步骤六中进行稳定处理，是由于硬车加工后存在硬车应力，稳定处理即是应力释放的过程，使产品的精度稳定。

本实施方式步骤六中磨端面处理，该工序的目的为统一同一批次产品的高度尺寸，为后续车滚道工序确定滚道位置、控制同批次产品滚道位置散差做好精度储备。

本实施方式步骤六中磨加工外圆、滚道处理，是为了满足成品要求，提高产品的椭圆度、锥度等形位精度要求。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤七中的铣刀加工30个轴向槽后需更换铣刀再进行余下轴向槽的加工。其它与具体实施方式一相同。

本实施方式因铣刀直径小，轴向槽圆周尺寸较大，为了防止铣刀加工过程中磨损，导致后续槽的表面质量不满足工艺要求，所以在达到铣刀的使用寿命前及时更换铣刀。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤七中的铣刀每加工一个轴向槽后，铣刀再重新运行一个轴向槽加工循环。其它与具体实施方式一相同。

本实施方式因为铣刀的直径小，加工轴向槽一周时不可避免的会出现径向方向上的接痕。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：粗车成型后的样品，若样品的毛坯留量大于最大渗碳层深度与套圈变形量之和，则不需要镀铜处理，只需在样品渗碳的部位预先留出相应的加工留量。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：渗碳层深度为渗碳钢轴承套圈成品要求的渗碳层深度加上加工留量之和。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤四中以样品轴线竖直且样品大端朝下的方式放置后，在样品最薄处以夹具进行内撑，然后进行热处理。其它与具体实施方式一相同。

本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现发明的目的。

通过以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例一

结合图4说明本实施例的渗碳钢轴承套圈加工工艺。

本实施例的一种渗碳钢轴承套圈加工方法，是按照以下步骤进行的：

一、粗车成型，对待加工样品进行粗车成型；包括：细车待加工样品A面，细车外内圆，粗车挡边外圆，倒内、外角，细车B面、粗车外圆、挡边、滚道，倒挡边外角及内、外角；

二、渗碳处理；

在渗碳处理前，对粗车成型后的样品中不需要渗碳的部位进行镀铜处理，镀铜厚度为0.02～0.04mm，在镀铜后，进行脱铜，细车样品的外圆、挡边外圆及挡边，再对样品进行倒外角及挡边外角；

三、钻、铣法兰盘；

采用双向倒角铣刀对步骤二处理后的样品进行去孔边锐角和去法兰盘毛刺处理，然后采用双向倒角铣刀去另一侧孔边毛刺；

四、热处理；

将步骤三处理后的样品以样品轴线竖直且样品大端朝下的方式放置，在样品最薄处以夹具进行内撑，然后进行热处理；热处理后，进行细磨端面，为后续硬车加工提供良好的基准精度储备，退磁清洗；

五、硬车；

对步骤四处理的样品进行粗车内台阶处理，终车外圆、挡边处理，倒外角及挡边外角处理，车槽，去槽边毛刺处理，细车内台阶处理，倒内角及与滚道的交角处理，车外台阶处理；其中，硬车加工留量分别为：平面0.4mm，内台阶0.6mm，外圆0.45mm，外台阶0.45mm，滚道0.6mm，法兰盘挡边0.4mm；

六、对步骤五处理后的样品进行稳定处理，释放应力。之后磨端面、磨外圆、磨滚道；

七、对步骤六处理后的样品进行铣轴向槽处理，即完成所述的渗碳钢轴承套圈加工；其中，铣轴向槽的操作为：首先用Φ3.8的钻头在轴向槽的两端位置钻孔，之后用Φ4的铣刀铣成满足成品要求的尺寸。

本实施例的改变了传统的加工理念，由原来的“火前加工”改为“火后加工”。将变形量大的部位的加工工序移至渗碳和热处理工序之后进行硬车，例如外径、内台阶、外台阶、槽等工序。流程图如图4。

本实施例的粗车成形时需要加大加工留量，尽量保留套圈壁的厚度及保证壁厚的均一性，减小渗碳时的变形量；硬车时减小后续磨加工的磨削余量，因为热处理后材料的硬度提高，增加了磨削难度，采取“火后”硬车的方法可修整热处理时的变形量，后续磨加工只需进一步提高产品的几何精度及表面质量即可。

表1“火前”和“火后”的磨加工留量对比单位：mm

由于外滚道和外内径表面进行渗碳处理，要求处理后表面硬度达到58HRC～63HRC，热处理后套圈心部硬度达到35HRC～48HRC，超过了普通车刀所能加工的硬度范围，硬车难度特别大。为避免因刀具磨损而产生的表面质量问题，本实施例选用了耐磨损性高的硬质合金车刀、铣刀。

本实施例的轴向槽的加工如图3所示，本实施例的轴向槽加工工序为：首先用Φ3.8的硬质合金钻头在轴向槽的近两端位置钻孔，之后用Φ4的硬质合金铣刀铣成满足成品要求的尺寸。为了完全达到成品要求的表面质量，这里需要着重指出两点：

(1)加工一件产品铣刀的工作行程为60×46＝2760mm，由于刀具的磨损，轴向槽的尺寸也会发生变化而不满足产品要求，因此鉴于铣刀的使用寿命和材料的硬度，要求每加工一件产品中途必须更换一次铣刀，即一把刀加工30个槽后换刀。

(2)每加工一个槽，要求铣刀运行一个循环，即从A点→B点→A点，这样铣刀返回时可以起到修整的作用，杜绝起点和终点因让刀出现接痕，既提高了加工表面的质量，又提高了尺寸精度。

通过本实施例的渗碳钢轴承套圈加工工艺表明，改进后的工艺合理可行，之前渗碳和热处理工序出现的变形问题得到了明显解决，而且产品的各项精度完全能满足成品的设计要求；杜绝了热处理后表面呈黑色而影响外观的问题。另外，采用“火后加工”工艺路线后，硬车基本修整了热处理时的变形，将硬车加工留量适当减小，明显降低了磨加工的加工周期，缩短了批次产品的加工周期。

经过本实施例的工艺改进，克服了渗碳钢薄壁轴承难加工的缺点，成功地完成了这种材料轴承套圈的加工。此方法可推广到其它渗碳钢材料轴承的加工，为今后同类产品的加工积累了保贵经验，为渗碳钢材料轴承的加工工艺的进一步研究奠定了基础。

Claims (6)

1.一种渗碳钢轴承套圈加工方法，其特征在于它是按照以下步骤进行的：

一、粗车成型，对待加工样品进行粗车成型；

二、渗碳处理；

在渗碳处理前，对粗车成型后的样品中不需要渗碳的部位进行镀铜处理，镀铜厚度为0.02～0.04mm，在镀铜后，进行脱铜，细车样品的外圆、挡边外圆及挡边，再对样品进行倒外角及挡边外角；

三、钻、铣法兰盘；

采用双向倒角铣刀对步骤二处理后的样品进行去孔边锐角和去法兰盘毛刺处理，然后采用双向倒角铣刀去另一侧孔边毛刺；

四、热处理；

将步骤三处理后的样品以样品轴线竖直且样品大端朝下的方式放置，然后进行热处理；

五、硬车；

对步骤四处理的样品进行粗车内台阶处理，终车外圆、挡边处理，倒外角及挡边外角处理，车槽，去槽边毛刺处理，细车内台阶处理，倒内角及与滚道的交角处理，车外台阶处理；其中，硬车加工留量分别为：平面0.4mm，内台阶0.6mm，外圆0.45mm，外台阶0.45mm，滚道0.6mm，法兰盘挡边0.4mm；

六、对步骤五处理后的样品进行稳定处理，释放应力；之后磨端面、磨外圆、磨滚道；

七、对步骤六处理后的样品进行铣轴向槽，即完成所述的渗碳钢轴承套圈加工；其中，铣轴向槽的操作为：首先用Φ3.8的钻头在轴向槽的两端位置钻孔，之后用Φ4的铣刀铣成成品。

2.根据权利要求1所述的一种渗碳钢轴承套圈加工方法，其特征在于步骤七中的铣刀加工30个轴向槽后需更换铣刀再进行余下轴向槽的加工。

3.根据权利要求1所述的一种渗碳钢轴承套圈加工方法，其特征在于步骤七中的铣刀每加工一个轴向槽后，铣刀再重新运行一个轴向槽加工循环。

4.根据权利要求1所述的一种渗碳钢轴承套圈加工方法，其特征在于粗车成型后的样品，若样品的毛坯留量大于最大渗碳层深度与套圈变形量之和，则不需要镀铜处理，只需在样品渗碳的部位预先留出相应的加工留量。

5.根据权利要求4所述的一种渗碳钢轴承套圈加工方法，其特征在于渗碳层深度为渗碳钢轴承套圈成品要求的渗碳层深度加上加工留量之和。

6.根据权利要求1所述的一种渗碳钢轴承套圈加工方法，其特征在于步骤四中以样品轴线竖直且样品大端朝下的方式放置后，在样品最薄处以夹具进行内撑，然后进行热处理。