CN111015123B - 一种提高圆柱滚子疲劳寿命的方法 - Google Patents
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Abstract
一种提高圆柱滚子疲劳寿命的方法,本发明涉及圆柱滚子制备领域。本发明要解决现有圆柱滚子疲劳寿命低的技术问题。方法:在硬串倒角工序后,利用钢球对圆柱工件进行表面强化工序。本发明通过钢球对滚子表面连续产生的机械撞击,使滚子次表层产生较大的压应力,以抵消滚子承载时表面接触应力在次表层产生的剪切应力,从而提高滚子表面抗疲劳寿命,经检测本发明经过表面强化处理后制备的圆柱滚子的疲劳寿命相较未经强化处理制备的圆柱滚子的疲劳寿命提高了5‑8倍。本发明用于制备轴承用圆柱滚子。
Description
技术领域
本发明涉及圆柱滚子制备领域。
背景技术
滚动体在内、外套圈的滚道上滚动时,它的接触部分承受着很高的周期负荷(优势高达5000MPa,受力次数达每分钟数万次),在周期负荷的作用下,接触表面容易出现龟裂剥落,这是轴承正常损坏的形式。航空轴承多数在高载荷、高转速条件下工作。工作表面承受高频交变接触应力,会在次表层产生较大的剪切应力,萌生疲劳裂纹源。原有轴承加工的航空轴承的使用寿命已经不能满足四代机、五代机航空发动机的使用需求。因此,为了提高轴承的使用寿命,其滚动体和套圈的工作表面必须具有较高的接触疲劳强度,以满足工业需求。
发明内容
本发明要解决现有圆柱滚子疲劳寿命低的技术问题,而提供一种提高圆柱滚子疲劳寿命的方法。
一种提高圆柱滚子疲劳寿命的方法,其特征在于该方法具体按以下步骤进行:
一、将条钢按照工艺要求尺寸切断成料段;
二、将步骤一获得的料段放入旋流光饰机中,加入光饰料和光饰液旋转研磨,然后进行软磨,获得圆柱工件;
三、在车床上车圆柱工件的倒角;
四、将步骤三处理后的圆柱工件进行热处理;
五、采用旋流光饰机将步骤四处理后的圆柱工件进行硬串倒角处理;
六、表面强化:将钢球和步骤五处理后的圆柱工件放入钢球滚筒机中,加入润滑剂进行表面强化处理,其中钢球与圆柱工件的数量比≥6∶1,控制钢球滚筒机的转速为12~18r/min;加入的润滑剂为机油和煤油的混合物;
七、将步骤六处理后的圆柱工件进行粗磨,酸洗,然后除氢处理;
八、将步骤七处理后的圆柱工件进行高温补充回火处理;
九、将步骤八处理后的圆柱工件进行细磨外径,精研端面,精磨外径,磨倒角;
十、将步骤九处理后的圆柱工件进行去离子水清洗,无水乙醇清洗脱水,采用涡流探伤,终磨外径,硏凸度,精研外径,超精研外径,清洗,外观,尺寸分选,终检,涂油包装,完成一种提高圆柱滚子疲劳寿命的方法。
步骤四采用气淬真空炉热处理,预热温度为843℃,预热时间为38~41分钟,然后升温至1090℃,保温37~41分钟,冷却:氮气冷却压力为4bar,热处理后圆柱工件硬度为HRC60~64。
步骤十中外观:在日光灯下检查圆柱工件外观缺陷;
分选:按产品图对圆柱工件组差的要求,进行直径尺寸和长度尺寸的测量,按组差分选。
本发明的有益效果是:
本发明通过钢球对滚子表面连续产生的机械撞击,使滚子次表层产生较大的压应力,以抵消滚子承载时表面接触应力在次表层产生的剪切应力,从而提高滚子表面抗疲劳寿命,经检测本发明经过表面强化处理后制备的圆柱滚子的疲劳寿命相较未经强化处理制备的圆柱滚子的疲劳寿命提高了5-8倍。
本发明用于制备轴承用圆柱滚子。
附图说明
图1为具体实施方式一步骤六表面强化示意图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式,还包括各具体实施方式之间的任意组合。
具体实施方式一:本实施方式一种提高圆柱滚子疲劳寿命的方法,具体按以下步骤进行:
一、将条钢按照工艺要求尺寸切断成料段;
二、将步骤一获得的料段放入旋流光饰机中,加入光饰料和光饰液旋转研磨,然后进行软磨,获得圆柱工件;
三、在车床上车圆柱工件的倒角;
四、将步骤三处理后的圆柱工件进行热处理;
五、采用旋流光饰机将步骤四处理后的圆柱工件进行硬串倒角处理;
六、表面强化:将钢球和步骤五处理后的圆柱工件放入钢球滚筒机中,加入润滑剂进行表面强化处理,其中钢球与圆柱工件的数量比≥6∶1,控制钢球滚筒机的转速为12~18r/min;加入的润滑剂为机油和煤油的混合物;
七、将步骤六处理后的圆柱工件进行粗磨,酸洗,然后除氢处理;
八、将步骤七处理后的圆柱工件进行高温补充回火处理;
九、将步骤八处理后的圆柱工件进行细磨外径,精研端面,精磨外径,磨倒角;
十、将步骤九处理后的圆柱工件进行去离子水清洗,无水乙醇清洗脱水,采用涡流探伤,终磨外径,硏凸度,精研外径,超精研外径,清洗,外观,尺寸分选,终检,涂油包装,完成一种提高圆柱滚子疲劳寿命的方法。
具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一不同的是:步骤一中切断时,外径留量0.5mm,长度留量0.5mm。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式一或二不同的是:步骤二中光饰料为:10mm×10mm正三角棕刚玉,光饰液为LM-10,旋转研磨的转速为85~145r/min;软磨外径去除量为0.2mm,软磨端面去除量为0.18mm。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四:本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是:步骤三中车倒角时控制车床主轴转速为800~1000r/min。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五:本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是:步骤五中硬串倒角时,光饰料为10mm×10mm正三角棕刚玉、加入量为100kg,光饰液为LM-10,圆柱工件的质量﹤80kg,旋流光饰机转速为85~145r/min,旋转处理时间为5~7小时。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六:本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是:步骤六中当圆柱工件直径D的规格为3mm≤D﹤8mm、采用钢球直径d的规格为φ2mm≤d﹤φ7mm,当圆柱工件直径D的规格为8mm≤D﹤16mm、采用钢球直径d的规格为φ7mm≤d﹤φ15mm,当圆柱工件直径D的规格为16mm≤D﹤30mm、采用钢球直径d的规格为φ15mm≤d﹤φ25mm;
钢球与圆柱工件的总质量≤100kg,润滑剂中煤油与机油的体积比为1∶20,润滑剂的加入量为100~180mL,且钢球与圆柱工件的总质量与润滑剂体积比≤2kg∶3mL。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七:本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是:步骤七粗磨外径去除量为0.2mm,圆度为0.002mm~0.0025mm,粗磨端面去除量为0.26~0.27mm,端面跳动为0.012mm;除氢温度为195℃,除氢时间为3~4小时。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八:本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是:步骤八中高温补充回火处理时,处理温度为500℃,处理时间为3~4小时。其它与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九:本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是:步骤九中细磨外径:去除量为0.04mm,圆度为0.0012mm~0.0018mm;精研端面:去除量0.05mm~0.06mm,端面跳动0.002mm~0.003mm,端面粗糙度为Ra0.063~Ra0.16;
精磨外径:去除量为0.025mm,圆度为0.0007mm~0.0012mm;
磨倒角:控制倒角跳动0.005mm~0.008mm。其它与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十:本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是:步骤十中终磨外径:去除量为0.005mm~0.01mm,圆度为0.0005mm~0.0008mm;
研凸度、精研外径和超精研外径连续进行,控制圆度0.0002mm~0.0004mm,粗糙度为Ra0.05~0.1。其它与具体实施方式一至九之一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果:
实施例一:
本实施例一种提高圆柱滚子疲劳寿命的方法,具体按以下步骤进行:
一、将条钢按照工艺要求尺寸切断成料段;切断时外径留量为0.5mm,长度留量为0.5mm;
二、将步骤一获得的料段放入旋流光饰机中,加入光饰料和光饰液旋转研磨,然后进行软磨,获得圆柱工件;光饰料为:10mm×10mm正三角棕刚玉,光饰液为LM-10,旋转研磨的转速为100r/min;软磨外径去除量为0.2mm,软磨端面去除量为0.18mm;
三、在车床上车圆柱工件的倒角;车倒角时控制车床主轴转速为1000r/min;
四、将步骤三处理后的圆柱工件进行热处理;
五、采用旋流光饰机将步骤四处理后的圆柱工件进行硬串倒角处理;硬串倒角时,光饰料为10mm×10mm正三角棕刚玉、加入量为100kg,光饰液为LM-10,圆柱工件的质量为60kg,旋流光饰机转速为110r/min,旋转处理时间为6小时;
六、表面强化:将钢球和步骤五处理后的圆柱工件放入钢球滚筒机中,加入润滑剂进行表面强化处理,处理时间为3h;其中钢球为3/8”钢球,圆柱工件为尺寸为Φ12mm×12mm圆柱滚子的圆柱工件;钢球为6000粒,圆柱工件为1000粒,控制钢球滚筒机的转速为15r/min;加入的润滑剂为机油和煤油的混合物;润滑剂中煤油与机油的体积比为1∶20,润滑剂的加入量为150mL;
七、将步骤六处理后的圆柱工件进行粗磨,酸洗,然后除氢处理;粗磨外径去除量为0.2mm,圆度为0.002mm,粗磨端面去除量为0.26mm,端面跳动为0.012mm;除氢温度为195℃,除氢时间为3小时;
八、将步骤七处理后的圆柱工件进行高温补充回火处理;处理温度为500℃,处理时间为3小时;
九、将步骤八处理后的圆柱工件进行细磨外径,精研端面,精磨外径,磨倒角;细磨外径:去除量为0.04mm,圆度为0.0015mm;精研端面:去除量0.05mm,端面跳动0.002mm,端面粗糙度为Ra0.16;精磨外径:去除量为0.025mm,圆度为0.0010mm;磨倒角:控制倒角跳动0.005mm;
十、将步骤九处理后的圆柱工件进行去离子水清洗,无水乙醇清洗脱水,采用涡流探伤,终磨外径,硏凸度,精研外径,超精研外径,清洗,外观,尺寸分选,终检,涂油包装,完成一种提高圆柱滚子疲劳寿命的方法;
终磨外径:去除量为0.008mm,圆度为0.0005mm;
研凸度、精研外径和超精研外径连续进行,控制圆度0.0002mm,粗糙度为Ra0.08;
步骤四采用气淬真空炉热处理,预热温度为843℃,预热时间为40分钟,然后升温至1090℃,保温40分钟,冷却:氮气冷却压力为4bar,热处理后圆柱工件硬度为HRC60~64。
本实施例制备的是Φ12mm×12mm圆柱滚子。
本实施例圆柱滚子在制备时强化3小时,内部应力可达1000MPa。
本实施例强化后制备的圆柱滚子的应力梯度检测值如表1所示,
表1
实施例二:
本实施例一种提高圆柱滚子疲劳寿命的方法,具体按以下步骤进行:
一、将条钢按照工艺要求尺寸切断成料段;切断时外径留量为0.5mm,长度留量为0.5mm;
二、将步骤一获得的料段放入旋流光饰机中,加入光饰料和光饰液旋转研磨,然后进行软磨,获得圆柱工件;光饰料为:10mm×10mm正三角棕刚玉,光饰液为LM-10,旋转研磨的转速为100r/min;软磨外径去除量为0.2mm,软磨端面去除量为0.18mm;
三、在车床上车圆柱工件的倒角;车倒角时控制车床主轴转速为1000r/min;
四、将步骤三处理后的圆柱工件进行热处理;
五、采用旋流光饰机将步骤四处理后的圆柱工件进行硬串倒角处理;硬串倒角时,光饰料为10mm×10mm正三角棕刚玉、加入量为100kg,光饰液为LM-10,圆柱工件的质量为60kg,旋流光饰机转速为110r/min,旋转处理时间为6小时;
六、表面强化:将钢球和步骤五处理后的圆柱工件放入钢球滚筒机中,加入润滑剂进行表面强化处理,处理时间为3h;其中钢球为3/4”钢球,圆柱工件为尺寸为Φ20mm×20mm圆柱滚子的圆柱工件;钢球为6000粒,圆柱工件为1000粒,控制钢球滚筒机的转速为15r/min;加入的润滑剂为机油和煤油的混合物;润滑剂中煤油与机油的体积比为1∶20,润滑剂的加入量为150mL;
七、将步骤六处理后的圆柱工件进行粗磨,酸洗,然后除氢处理;粗磨外径去除量为0.2mm,圆度为0.002mm,粗磨端面去除量为0.26mm,端面跳动为0.012mm;除氢温度为195℃,除氢时间为3小时;
八、将步骤七处理后的圆柱工件进行高温补充回火处理;处理温度为500℃,处理时间为3小时;
九、将步骤八处理后的圆柱工件进行细磨外径,精研端面,精磨外径,磨倒角;细磨外径:去除量为0.04mm,圆度为0.0015mm;精研端面:去除量0.05mm,端面跳动0.002mm,端面粗糙度为Ra0.16;精磨外径:去除量为0.025mm,圆度为0.0010mm;磨倒角:控制倒角跳动0.005mm;
十、将步骤九处理后的圆柱工件进行去离子水清洗,无水乙醇清洗脱水,采用涡流探伤,终磨外径,硏凸度,精研外径,超精研外径,清洗,外观,尺寸分选,终检,涂油包装,完成一种提高圆柱滚子疲劳寿命的方法;
终磨外径:去除量为0.008mm,圆度为0.0005mm;
研凸度、精研外径和超精研外径连续进行,控制圆度0.0002mm,粗糙度为Ra0.08;
步骤四采用气淬真空炉热处理,预热温度为843℃,预热时间为40分钟,然后升温至1090℃,保温40分钟,冷却:氮气冷却压力为4bar,热处理后圆柱工件硬度为HRC60~64。
本实施例制备的是Φ20mm×20mm圆柱滚子。
本实施例圆柱滚子在制备时强化2小时,内部应力近800MPa。
本实施例强化后制备的圆柱滚子的应力梯度检测值如表2所示,
表2
实施例三:
本实施例一种提高圆柱滚子疲劳寿命的方法,具体按以下步骤进行:
一、将条钢按照工艺要求尺寸切断成料段;切断时外径留量为0.5mm,长度留量为0.5mm;
二、将步骤一获得的料段放入旋流光饰机中,加入光饰料和光饰液旋转研磨,然后进行软磨,获得圆柱工件;光饰料为:10mm×10mm正三角棕刚玉,光饰液为LM-10,旋转研磨的转速为100r/min;软磨外径去除量为0.2mm,软磨端面去除量为0.18mm;
三、在车床上车圆柱工件的倒角;车倒角时控制车床主轴转速为1000r/min;
四、将步骤三处理后的圆柱工件进行热处理;
五、采用旋流光饰机将步骤四处理后的圆柱工件进行硬串倒角处理;硬串倒角时,光饰料为10mm×10mm正三角棕刚玉、加入量为100kg,光饰液为LM-10,圆柱工件的质量为60kg,旋流光饰机转速为110r/min,旋转处理时间为6小时;
六、表面强化:将钢球和步骤五处理后的圆柱工件放入钢球滚筒机中,加入润滑剂进行表面强化处理;其中钢球为3/8”钢球,圆柱工件为尺寸为Φ10mm×65mm圆柱滚子的圆柱工件;钢球为6000粒,圆柱工件为60粒,控制钢球滚筒机的转速为15r/min;加入的润滑剂为机油和煤油的混合物;润滑剂中煤油与机油的体积比为1∶20,润滑剂的加入量为150mL;
七、将步骤六处理后的圆柱工件进行粗磨,酸洗,然后除氢处理;粗磨外径去除量为0.2mm,圆度为0.002mm,粗磨端面去除量为0.26mm,端面跳动为0.012mm;除氢温度为195℃,除氢时间为3小时;
八、将步骤七处理后的圆柱工件进行高温补充回火处理;处理温度为500℃,处理时间为3小时;
九、将步骤八处理后的圆柱工件进行细磨外径,精研端面,精磨外径,磨倒角;细磨外径:去除量为0.04mm,圆度为0.0015mm;精研端面:去除量0.05mm,端面跳动0.002mm,端面粗糙度为Ra0.16;精磨外径:去除量为0.025mm,圆度为0.0010mm;磨倒角:控制倒角跳动0.005mm;
十、将步骤九处理后的圆柱工件进行去离子水清洗,无水乙醇清洗脱水,采用涡流探伤,终磨外径,硏凸度,精研外径,超精研外径,清洗,外观,尺寸分选,终检,涂油包装,完成一种提高圆柱滚子疲劳寿命的方法;
终磨外径:去除量为0.008mm,圆度为0.0005mm;
研凸度、精研外径和超精研外径连续进行,控制圆度0.0002mm,粗糙度为Ra0.08;
步骤四采用气淬真空炉热处理,预热温度为843℃,预热时间为40分钟,然后升温至1090℃,保温40分钟,冷却:氮气冷却压力为4bar,热处理后圆柱工件硬度为HRC60~64。
本实施例制备的是Φ10mm×65mm圆柱滚子。
本实施例强化后制备的圆柱滚子的应力梯度检测值如表3所示,
表3
从表中可以看出,本实施例圆柱滚子在制备时强化3小时,内部应力接近600MPa,强化时间延长至6小时,强化效果改变不明显,内部应力接近650MPa。
将本实施例强化2小时制备的圆柱滚子、强化3小时制备的圆柱滚子和现有工艺未经强化处理制备的圆柱滚子分别各进行8组疲劳试验,试验条件如下:试验前检查柱棒接触区域是否有表面缺陷,有缺陷剔除;接触应力设定在6GPa之间的一个固定值;
经测试,未强化处理制备的圆柱滚子平均疲劳寿命为0.29×108寿命/cycle(接触次数);经本实施例强化2小时制备的圆柱滚子平均疲劳寿命为1.64×108寿命/cycle(接触次数);经本实施例强化3小时制备的圆柱滚子平均疲劳寿命为1.89×108寿命/cycle(接触次数);由以上测试数据可知经强化3小时制备的圆柱滚子疲劳寿命是未强化制备圆柱滚子的6.5倍。
Claims (10)
1.一种提高圆柱滚子疲劳寿命的方法,其特征在于该方法具体按以下步骤进行:
一、将条钢按照工艺要求尺寸切断成料段;
二、将步骤一获得的料段放入旋流光饰机中,加入光饰料和光饰液旋转研磨,然后进行软磨,获得圆柱工件;
三、在车床上车圆柱工件的倒角;
四、将步骤三处理后的圆柱工件进行热处理;
五、采用旋流光饰机将步骤四处理后的圆柱工件进行硬串倒角处理;
六、表面强化:将钢球和步骤五处理后的圆柱工件放入钢球滚筒机中,加入润滑剂进行表面强化处理,其中钢球与圆柱工件的数量比≥6∶1,控制钢球滚筒机的转速为12~18r/min;加入的润滑剂为机油和煤油的混合物;
七、将步骤六处理后的圆柱工件进行粗磨,酸洗,然后除氢处理;
八、将步骤七处理后的圆柱工件进行高温补充回火处理;
九、将步骤八处理后的圆柱工件进行细磨外径,精研端面,精磨外径,磨倒角;
十、将步骤九处理后的圆柱工件进行去离子水清洗,无水乙醇清洗脱水,采用涡流探伤,终磨外径,硏凸度,精研外径,超精研外径,清洗外观,尺寸分选,终检,涂油包装。
2.根据权利要求1所述的一种提高圆柱滚子疲劳寿命的方法,其特征在于步骤一中切断时,外径留量0.5mm,长度留量0.5mm。
3.根据权利要求1所述的一种提高圆柱滚子疲劳寿命的方法,其特征在于步骤二中光饰料为:10mm×10mm正三角棕刚玉,光饰液为LM-10,旋转研磨的转速为85~145r/min;软磨外径去除量为0.2mm,软磨端面去除量为0.18mm。
4.根据权利要求1所述的一种提高圆柱滚子疲劳寿命的方法,其特征在于步骤三中车倒角时控制车床主轴转速为800~1000r/min。
5.根据权利要求1所述的一种提高圆柱滚子疲劳寿命的方法,其特征在于步骤五中硬串倒角时,光饰料为10mm×10mm正三角棕刚玉、加入量为100kg,光饰液为LM-10,圆柱工件的质量﹤80kg,旋流光饰机转速为85~145r/min,旋转处理时间为5~7小时。
6.根据权利要求1所述的一种提高圆柱滚子疲劳寿命的方法,其特征在于步骤六中当圆柱工件直径D的规格为3mm≤D﹤8mm、采用钢球直径d的规格为φ2mm≤d﹤φ7mm,当圆柱工件直径D的规格为8mm≤D﹤16mm、采用钢球直径d的规格为φ7mm≤d﹤φ15mm,当圆柱工件直径D的规格为16mm≤D﹤30mm、采用钢球直径d的规格为φ15mm≤d﹤φ25mm;
钢球与圆柱工件的总质量≤100kg,润滑剂中煤油与机油的体积比为1∶20,润滑剂的加入量为100~180mL,且钢球与圆柱工件的总质量与润滑剂体积比≤2kg∶3mL。
7.根据权利要求1所述的一种提高圆柱滚子疲劳寿命的方法,其特征在于步骤七粗磨外径去除量为0.2mm,圆度为0.002mm~0.0025mm,粗磨端面去除量为0.26~0.27mm,端面跳动为0.012mm;除氢温度为195℃,除氢时间为3~4小时。
8.根据权利要求1所述的一种提高圆柱滚子疲劳寿命的方法,其特征在于步骤八中高温补充回火处理时,处理温度为500℃,处理时间为3~4小时。
9.根据权利要求1所述的一种提高圆柱滚子疲劳寿命的方法,其特征在于步骤九中细磨外径:去除量为0.04mm,圆度为0.0012mm~0.0018mm;精研端面:去除量0.05mm~0.06mm,端面跳动0.002mm~0.003mm,端面粗糙度为Ra0.063~Ra0.16;
精磨外径:去除量为0.025mm,圆度为0.0007mm~0.0012mm;
磨倒角:控制倒角跳动0.005mm~0.008mm。
10.根据权利要求1所述的一种提高圆柱滚子疲劳寿命的方法,其特征在于步骤十中终磨外径:去除量为0.005mm~0.01mm,圆度为0.0005mm~0.0008mm;
研凸度、精研外径和超精研外径连续进行,控制圆度0.0002mm~0.0004mm,粗糙度为Ra0.05~0.1。
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Citations (6)
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- 2019-12-28 CN CN201911384135.1A patent/CN111015123B/zh active Active
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