CN107746948A - 一种盾构机主轴承套圈滚道淬火方法 - Google Patents

一种盾构机主轴承套圈滚道淬火方法 Download PDF

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董汉杰
陈小超
龚建勋
李昭昆
霍晓磊
周琳
凌红
杨哲
刘菁
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Abstract

本发明公开了一种盾构机主轴承套圈滚道淬火方法，其是将盾构机主轴承含三条滚道的套圈淬火方式由一次五面“几”字型淬火改为一次“｜”型感应器淬火+两次“L”型感应器淬火。降低了淬火用感应器的制作难度。同时，采用“｜”型和“L”型感应器淬火时，操作人员仅需关注1～2处耦合间隙即可，降低了因人为因素产生“打火”事故或淬火硬度低、淬火硬化层深度浅的风险。

Description

一种盾构机主轴承套圈滚道淬火方法
技术领域
本发明属于中频感应淬火热处理技术领域，主要涉及的是一种盾构机主轴承套圈滚道淬火方法。
背景技术
盾构机主轴承的结构为三排滚子转盘轴承，如附图1所示，其由第一轴承外圈1、第二轴承外圈2以及轴承内圈3三个轴承套圈、三组滚子、三组保持器、若干密封圈（条）、若干紧固件和润滑油组成，其中如附图2所示的轴承内圈3具有三条滚道。目前，对于附图2所示的轴承套圈滚道中频感应淬火热处理，是采用五面（轴承内圈三条滚道面C面、D面、E面，轴承内圈挡边面F面、G面）一起感应加热淬火的加工方法，示意图见附图3。具体方法是根据具体的轴承套圈滚道和挡边的尺寸，制作五面淬火专用“几”字型感应器4；在中频感应淬火机床上安装“几”字型感应器，并将冷却介质浓度调整至10%～15%；调整感应器位置，使之与待淬火的套圈耦合间隙在1～5mm之间，冷却水阀开启；机床通电，感应器开始对套圈滚道进行感应加热，加热温度为880～920℃，到温后预热数秒后，以一定的速度旋转轴承套圈，直到感应器将套圈滚道加热至与起步位置距离5～10mm远时断电，套圈继续旋转，待加热区全部喷水冷却后关闭冷却水阀，套圈停止转动。
由于盾构机主轴承属于小批量多品种的产品，采用五面“几”字型淬火的方法，需要针对每个型号的套圈进行多次方法试验，设计、制作与此型号套圈匹配的感应器，这种感应器的制作难度比较大，实际生产过程中，往往因为感应器设计的不合适，造成滚道淬火硬化层深度均匀性差，五面同时淬火所需的专用感应器制作复杂，没有通用性，每个型号必须制作一副专用感应器；感应淬火时，感应器与套圈的耦合间隙过小，容易造成打火事故，击穿感应器或击伤套圈表面，耦合间隙过大，容易造成淬火硬度低或淬火硬化层深度浅等质量问题，采用“几”字型感应器进行五面淬火时，操作人员需同时观察感应器与轴承内圈滚道C面、D面、E面和轴承内圈挡边F面、G面共五处的耦合间隙，观察起来极不方便，不利于淬火操作人员控制感应器与套圈滚道面的耦合间隙。
发明内容
本发明的目的是提供一种盾构机主轴承套圈滚道淬火方法，化繁为简，将盾构机主轴承套圈的五面一次淬火改为三次淬火，提高感应器的通用性，有利于操作人员观察感应耦合间隙，提高滚道面淬火硬化层的均匀性。
本发明的目的可采用如下技术方案来实现：
一种盾构机主轴承套圈滚道淬火方法，其通过以下方法步骤实现：
步骤一：根据具体的轴承内圈滚道E面的尺寸制作“｜”型感应器，根据轴承内圈滚道C面和轴承内圈挡边G面的尺寸制作“L”型感应器，根据轴承内圈滚道D面和轴承内圈挡边F面的尺寸制作“L”型感应器；
步骤二：将冷却介质浓度调整至10%～15%；
步骤三：在中频感应淬火机床上安装感应器，调整感应器位置，使之与套圈滚道E面耦合间隙在1～2mm之间，在轴承内圈滚道E和轴承内圈滚道C面倒角处、滚道轴承内圈滚道E和轴承内圈滚道D面倒角处分别设置一路冷却水，冷却水阀开启；
步骤四：机床通电，感应器开始对轴承内圈滚道E面进行感应加热，加热温度为880～920℃，到温后预热4～5秒后，以滚道线速度130～140mm/min的速度旋转轴承套圈，直到感应器将套圈滚道加热至与起步位置距离5～10mm时断电，套圈继续旋转，待加热区全部喷水冷却后关闭冷却水阀，套圈停止转动；
步骤五：更换感应器，调整感应器位置，使之与轴承内圈滚道C面和轴承内圈挡边G面耦合间隙在1～3mm之间，在轴承内圈滚道E和轴承内圈滚道C面倒角处设置一路冷却水，冷却水阀开启；
步骤六：机床通电，感应器开始对轴承内圈滚道C面和轴承内圈挡边G面进行感应加热，加热温度为880～920℃，到温后预热5～6秒后，以滚道线速度120～130mm/min的速度旋转轴承内圈，直到感应器将轴承内圈滚道加热至与起步位置距离5～10mm时断电，套圈继续旋转，待加热区全部喷水冷却后关闭冷却水阀，套圈停止转动；
步骤七：利用起重机使轴承内圈反面，使轴承内圈滚道D面朝上；
步骤八：更换感应器，调整感应器位置，使之与轴承内圈滚道D面和轴承内圈挡边F面耦合间隙在1～3mm之间，在轴承内圈滚道D面和轴承内圈滚道E面倒角处设置一路冷却水，冷却水阀开启；
步骤九：机床通电，感应器开始对轴承内圈滚道D面和轴承内圈挡边F面进行感应加热，加热温度为880～920℃，到温后预热3～5秒后，以滚道线速度130～150mm/min的速度旋转轴承套圈，直到感应器将套圈滚道加热至与起步位置距离5～10mm时断电，套圈继续旋转，待加热区全部喷水冷却后关闭冷却水阀，套圈停止转动，整个套圈滚道及挡边淬火完成。
由上可以看出，本发明将盾构机主轴承含三条滚道的套圈淬火方式由一次五面“几”字型淬火改为一次“｜”型感应器淬火+两次“L”型感应器淬火。采用“｜”型和“L”型感应器淬火时，操作人员仅需关注1～2处耦合间隙即可，降低了因人为因素产生“打火”事故或淬火硬度低、淬火硬化层深度浅的风险。
附图说明
图1 为盾构机主轴承结构示意图；
图2 为图1中内圈剖面示意图；
图3 “几”字型感应器工作示意图 ；
图4 为感应器工作示意图；
图5 为感应器工作示意图；
图6 为感应器工作示意图。
图7为淬火硬化层测量位置。
图中：1、轴承第一外圈，2、轴承第二外圈，3、轴承内圈，4、“几”字型感应器，5、感应器，6、感应器，7、感应器，31、41、51、61、71、81、淬火硬化层测量位置，C、D、E、轴承内圈滚道面，F、G、轴承内圈挡边面，
具体实施方式
结合附图，以某型号盾构机主轴承内圈滚道淬火为例，说明本发明的具体实施方式，其通过以下方法来实现：
根据轴承内圈滚道和挡边的尺寸设计感应器，制作一副“｜”型感应器 5，一副“L”型感应器 6，一副“L”型感应器 7，感应器 6和 7也可借用外圈的感应器，无需重新制作，从而简化了感应器的制作。
盾构机主轴承套圈使用的是42CrMo钢，淬火冷却用浓度为10%～15%PAG，浓度低于10%，易淬裂，浓度高于15%，淬火硬度低，本实施例为12%。
安装感应器 5，调整耦合间隙在1～2mm之间，耦合间隙小于1mm，感应器容易和套圈产生“打火”事故，击穿感应器，击伤套圈，耦合间隙大于2mm，易造成淬火硬化层深度浅，根据多年经验和试验结果，耦合间隙在1～2mm之间最为科学，本实施例为1.5mm。
在轴承内圈滚道E面和轴承内圈滚道C面倒角处、轴承内圈滚道E和轴承内圈滚道D面倒角处分别设置一路冷却水，是为了阻止感应加热的热量向轴承内圈滚道C面和轴承内圈滚道D面传导，避免内圈滚道E面淬火时将轴承内圈滚道C面和轴承内圈滚道D面淬火。
加热温度控制在900℃，预热4秒，保证起步位置的淬火硬化层深度；以线速度124mm/min的速度旋转轴承套圈，保证有适宜的感应加热时间以获得所需的淬火硬化层深度；加热至距起步位置7mm处断电，停止加热，避免产生淬火裂纹；待加热区全部喷水冷却后关闭冷却水阀，保证淬火结尾处硬度。
安装感应器 6，调整耦合间隙，在轴承内圈滚道E面和轴承内圈滚道C面倒角处设置一路冷却水，阻止感应加热的热量轴承内圈滚道E面传导，避免轴承内圈滚道E面和轴承内圈滚道C面倒角及附近区域产生淬火裂纹。
按上述设计的方法参数对轴承内圈滚道C面和轴承内圈挡边G面进行感应淬火。
利用起重机将套圈反面，使轴承内圈滚道D面朝上。
安装感应器 7，调整耦合间隙，在轴承内圈滚道D面和E面倒角处设置一路冷却水，阻止感应加热的热量向轴承内圈滚道E面传导，避免轴承内圈滚道E面和轴承内圈滚道D面倒角及附近区域产生淬火裂纹。
按上述设计的方法参数对轴承内圈滚道D面和轴承内圈挡边F面进行感应淬火。
按以上步骤，完成轴承内圈滚道C面、轴承内圈滚道D面、轴承内圈滚道E面以及轴承内圈挡边F面、轴承内圈挡边G面五个面的感应淬火。
本发明对两种方法方式加工的套圈滚道硬化层深度进行测量，测量位置见图7中的31、41、51、61、71、81所对应位置，具体结果见表1。从表1可以看出采用“几”字型感应器一次淬火方法获得的淬火硬化层深度差轴承内圈滚道C面为2.8mm，轴承内圈滚道D面为2.2mm；一次“｜”型+两次“L”型感应器淬火方法获得的淬火硬化层深度差轴承内圈滚道C面为0.6mm，轴承内圈滚道D面为0.5mm。
表1 两种方法方式淬火硬化层深度对比

Claims (1)

1.一种盾构机主轴承套圈滚道淬火方法，其特征是：包括以下方法步骤：
步骤一：根据具体的轴承内圈滚道E面的尺寸制作“｜”型感应器，根据轴承内圈滚道C面和轴承内圈挡边G面的尺寸制作“L”型感应器，根据轴承内圈滚道D面和轴承内圈挡边F面的尺寸制作“L”型感应器；
步骤二：将冷却介质浓度调整至10%～15%；
步骤三：在中频感应淬火机床上安装感应器，调整感应器位置，使之与套圈滚道E面耦合间隙在1～2mm之间，在轴承内圈滚道E和轴承内圈滚道C面倒角处、滚道轴承内圈滚道E和轴承内圈滚道D面倒角处分别设置一路冷却水，冷却水阀开启；
步骤四：机床通电，感应器开始对轴承内圈滚道E面进行感应加热，加热温度为880～920℃，到温后预热4～5秒后，以滚道线速度130～140mm/min的速度旋转轴承套圈，直到感应器将套圈滚道加热至与起步位置距离5～10mm时断电，套圈继续旋转，待加热区全部喷水冷却后关闭冷却水阀，套圈停止转动；
步骤五：更换感应器，调整感应器位置，使之与轴承内圈滚道C面和轴承内圈挡边G面耦合间隙在1～3mm之间，在轴承内圈滚道E和轴承内圈滚道C面倒角处设置一路冷却水，冷却水阀开启；
步骤六：机床通电，感应器开始对轴承内圈滚道C面和轴承内圈挡边G面进行感应加热，加热温度为880～920℃，到温后预热5～6秒后，以滚道线速度120～130mm/min的速度旋转轴承内圈，直到感应器将轴承内圈滚道加热至与起步位置距离5～10mm时断电，套圈继续旋转，待加热区全部喷水冷却后关闭冷却水阀，套圈停止转动；
步骤七：利用起重机使轴承内圈反面，使轴承内圈滚道D面朝上；
步骤八：更换感应器，调整感应器位置，使之与轴承内圈滚道D面和轴承内圈挡边F面耦合间隙在1～3mm之间，在轴承内圈滚道D面和轴承内圈滚道E面倒角处设置一路冷却水，冷却水阀开启；
步骤九：机床通电，感应器开始对轴承内圈滚道D面和轴承内圈挡边F面进行感应加热，加热温度为880～920℃，到温后预热3～5秒后，以滚道线速度130～150mm/min的速度旋转轴承套圈，直到感应器将套圈滚道加热至与起步位置距离5～10mm时断电，套圈继续旋转，待加热区全部喷水冷却后关闭冷却水阀，套圈停止转动，整个套圈滚道及挡边淬火完成。
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