CN114058829A - 轴承外圈的热处理工艺改进 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及工业机器人技术领域，具体涉及轴承外圈的热处理工艺改进，包括以下步骤：获取轴承外圈工艺及性能要求数据，根据工艺目标选择适用钢材熔铸材料，并对轴承外圈毛坯件进行预先热处理，将工件均匀平铺在多层料筐中，并采用多用炉的方式第一次加热，且温度为850℃并保温30min，以获取奥氏体化，多层料筐置入淬火池中，在180℃热油中进行等温淬火25min；本发明中，轴承外圈热处理工艺有效的改进了轴承外圈的耐磨性和变形性，降低了轴承外圈生产周期，且可保证工业机器人关节中关键零部件轴承在使用时的精度，并提高了轴承的使用寿命，从而避免机器人在运转时产生噪音、同时保证动作的重复精度、改善在工作中的失效产生。

Description

轴承外圈的热处理工艺改进
技术领域
本发明涉及工业机器人技术领域，具体涉及轴承外圈的热处理工艺改进。
背景技术
轴承是当代机械设备中一种重要零部件。它的主要功能是支撑机械旋转体，降低其运动过程中的摩擦系数，并保证其回转精度，轴承在使用过程中稳定性是机器人运转精度的直接保证，而轴承的基本结构都是由内圈、外圈、滚动体(钢球或滚子)和保持架四个零件组成，GCr15外圈要求表面耐磨、变形量稳定，(最终变形量平面变形要求≤0.15mm)是热处理后产品质量的保证，套圈的变形，主要是外径和端面的平面度超差。
但是，目前的轴承外圈生产中常采用加大留磨量应对变形问题，但留磨余量加大不但浪费能源、材料、致使轴承外圈生产周期长，导致轴承外圈生产效率低，成本增加且热处理长期存在技术难度。
发明内容
解决的技术问题
针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了轴承外圈的热处理工艺改进，解决了轴承外圈留磨余量加大不但浪费能源、材料、致使轴承外圈生产周期长，导致轴承外圈生产效率低，成本增加且热处理长期存在技术难度的问题。
技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
轴承外圈的热处理工艺改进方法，包括以下步骤：
S1：获取轴承外圈工艺及性能要求数据；
S2：根据工艺目标选择适用钢材熔铸材料，并对轴承外圈毛坯件进行预先热处理；
S3：将工件均匀平铺在多层料筐中，并采用多用炉的方式第一次加热，且温度为850℃并保温30min，以获取奥氏体化；
S4：多层料筐置入淬火池中，在180℃热油中进行等温淬火25min，且热油淬火中宜用低速循环搅拌，以获取马氏体非平衡组织；
S5：在二氧化碳作为保护气体基础中，第二次加热到温度800℃，并进行40min；
S6：对冷却至常温的轴承外圈进行低温回火处理，且温度不高于170℃，时间为200min；
S7：轴承外圈取出在空气中冷却，并对其进行自动消磁处理，随后对轴承外圈滚道进行精磨加工处理，以获得经热处理之后的轴承外圈。
更进一步地，所述轴承外圈采用的材料为GCr15轴承钢，所述预先热处理包括正火处理和球化退火处理。
更进一步地，所述正火处理是用于改善GCr15轴承钢韧性的热处理步骤，且GCr15轴承钢加热到Ac3温度以上
Figure BDA0003327514480000021
后，致使其冷却速度快于退火而低于淬火，所述正火处理稍快冷却中会使GCr15轴承钢的结晶晶粒细化；
所述球化退火处理用于使GCr15轴承钢中碳化物球化而进行的退火，以得到在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物的组织。
更进一步地，所述奥氏体化温度不同，则奥氏体的晶粒大小不同，所述奥氏体所固溶的碳铬含量随之不一，且随着所述奥氏体化温度的提高，碳化物则进一步溶解。
更进一步地，所述奥氏体化用于将GCr15轴承钢加热至临界点以上以形成奥氏体的金属热处理过程，所述奥氏体由等轴状的多边形晶粒组成；其中，所述GCr15轴承钢温度达到共析温度以上时，常温下的铁素体和渗碳体再转变回奥氏体。
更进一步地，所述轴承外圈在200℃至300℃的淬火油中冷却处理，且低速循环搅拌淬火油，随后所述奥氏体经迅速冷却，以获得马氏体非平衡组织。
更进一步地，所述第二次加热保温过程中轴承外圈分解出极细小碳化物，致使碳化物显著细化，随后再溶入奥氏体中并经相变重结晶，且奥氏体被细化至11级，碳化物小于0.35um。
更进一步地，所述回火处理用于将淬火之后的轴承外圈工件重新加热至低于下临界温度Ac1的适当温度，以此轴承外圈可进行下一步冷却工序。
更进一步地，所述轴承外圈冷却工序可通过冷却机进行冷却处理。
更进一步地，所述轴承外圈经热处理之后形成硬化层，且有效硬化层计算公式如下：
Figure BDA0003327514480000031
式中：HG为规定的硬度值；
d1d2为有效硬化层硬度值；
H1H2为d1d2处硬度测量值的算术平均值。
有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：
1、本发明中轴承外圈热处理工艺有效的改进了轴承外圈的耐磨性和变形性，降低了轴承外圈生产周期，且可保证工业机器人关节中关键零部件轴承在使用时的精度，并提高了轴承的使用寿命，从而避免机器人在运转时产生噪音、同时保证动作的重复精度、改善在工作中的失效产生。
2、本发明中通过多层料筐淬火冷却，降低了工件变形，且该轴承外圈一系列热处理工序，可避免轴承工作表面受到交变应力的作用而产生材料疲劳失效，及轴承外圈表面之间相对滑动摩擦，导致其工作表面金属不断磨损而产生失效的问题；另外，也解决了滚动轴承在工作中由于外在或内在因素的影响，使得原有配合间隙改变，导致精度降低，乃至造成“咬死”的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的轴承外圈热处理工艺方法流程示意图；
图2为本发明的热处理温度线性示意图；
图3为本发明的传统轴承外圈淬火前组织示意图；
图4为本发明的改进后轴承外圈组织示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
本实施例的轴承外圈的热处理工艺改进方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1：获取轴承外圈工艺及性能要求数据；
S2：根据工艺目标选择适用钢材熔铸材料，并对轴承外圈毛坯件进行预先热处理；
S3：将工件均匀平铺在多层料筐中，并采用多用炉的方式第一次加热，且温度为850℃并保温30min，以获取奥氏体化；
S4：多层料筐置入淬火池中，在180℃热油中进行等温淬火25min，且热油淬火中宜用低速循环搅拌，以获取马氏体非平衡组织；
S5：在二氧化碳作为保护气体基础中，第二次加热到温度800℃，并进行40min；
S6：对冷却至常温的轴承外圈进行低温回火处理，且温度不高于170℃，时间为200min；
S7：轴承外圈取出在空气中冷却，并对其进行自动消磁处理，随后对轴承外圈滚道进行精磨加工处理，以获得经热处理之后的轴承外圈。
本实施例中，轴承外圈热处理工艺有效的改进了轴承外圈的耐磨性和变形性，降低了轴承外圈生产周期，且可保证工业机器人关节中关键零部件轴承在使用时的精度，并提高了轴承的使用寿命，从而避免机器人在运转时产生噪音、同时保证动作的重复精度、改善在工作中的失效产生。
本实施例中，通过多层料筐淬火冷却，降低了工件变形，且该轴承外圈一系列热处理工序，可避免轴承工作表面受到交变应力的作用而产生材料疲劳失效，及轴承外圈表面之间相对滑动摩擦，导致其工作表面金属不断磨损而产生失效的问题；另外，也解决了滚动轴承在工作中由于外在或内在因素的影响，使得原有配合间隙改变，导致精度降低，乃至造成“咬死”的问题。
实施例2
如图3至图4所示，轴承外圈采用的材料为GCr15轴承钢，预先热处理包括正火处理和球化退火处理。
本实施例正火处理是用于改善GCr15轴承钢韧性的热处理步骤，且GCr15轴承钢加热到Ac3温度以上
Figure BDA0003327514480000051
后，致使其冷却速度快于退火而低于淬火，正火处理稍快冷却中会使GCr15轴承钢的结晶晶粒细化。
本实施例Ac是指加热时自由铁素体全部转变为奥氏体的终了温度，一般是从727℃到912℃之间。
本实施例球化退火处理用于使GCr15轴承钢中碳化物球化而进行的退火，以得到在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物的组织。
本实施例奥氏体化温度不同，则奥氏体的晶粒大小不同，奥氏体所固溶的碳铬含量随之不一，且随着奥氏体化温度的提高，碳化物则进一步溶解。
本实施例奥氏体化用于将GCr15轴承钢加热至临界点以上以形成奥氏体的金属热处理过程，奥氏体由等轴状的多边形晶粒组成；其中，GCr15轴承钢温度达到共析温度以上时，常温下的铁素体和渗碳体再转变回奥氏体。
本实施例GCr15轴承钢是一种合金含量较少、具有良好性能、应用最广泛的高碳铬轴承钢，经过淬火加回火后具有高而均匀的硬度、良好的耐磨性、高的接触疲劳性能。
本实施例淬火前补加应力退火处理，以获得良好组织和无残留应力状态。
本实施例当奥氏体化温度太高，奥氏体晶粒会随之变得较大，会导致等温淬火后所形成的下贝氏体针粗大，强韧性下降。
本实施例采用热油淬火，减少工件变形，且采用较低搅拌速度，减少零件畸变。
本实施例采用多层料筐淬火冷却，减少工件变形，防止工件热处理加热中出现碰撞、挤压现象。
本实施例中，通过多层料筐淬火冷却，降低了工件变形，且该轴承外圈一系列热处理工序，可避免轴承工作表面受到交变应力的作用而产生材料疲劳失效，及轴承外圈表面之间相对滑动摩擦，导致其工作表面金属不断磨损而产生失效的问题；另外，也解决了滚动轴承在工作中由于外在或内在因素的影响，使得原有配合间隙改变，导致精度降低，乃至造成“咬死”的问题。
实施例3
如图2所示，本实施例轴承外圈在200℃至300℃的淬火油中冷却处理，且低速循环搅拌淬火油，随后奥氏体经迅速冷却，以获得马氏体非平衡组织。
本实施例第二次加热保温过程中轴承外圈分解出极细小碳化物，致使碳化物显著细化，随后再溶入奥氏体中并经相变重结晶，且奥氏体被细化至11级，碳化物小于0.35um。
本实施例回火处理用于将淬火之后的轴承外圈工件重新加热至低于下临界温度Ac1的适当温度，以此轴承外圈可进行下一步冷却工序。
本实施例Ac1是指加热时珠光体向奥氏体转变的开始温度。
本实施例轴承外圈冷却工序可通过冷却机进行冷却处理。
本实施例轴承外圈经热处理之后形成硬化层，且有效硬化层计算公式如下：
Figure BDA0003327514480000061
式中：HG为规定的硬度值；
d1d2为有效硬化层硬度值；
H1H2为d1d2处硬度测量值的算术平均值。
本实施例轴承外圈零件在淬火油循环冷却有利于淬火液温度均匀和破除蒸汽膜，使蒸汽膜阶段缩短。
本发明中，轴承外圈热处理工艺有效的改进了轴承外圈的耐磨性和变形性，降低了轴承外圈生产周期，且可保证工业机器人关节中关键零部件轴承在使用时的精度，并提高了轴承的使用寿命，从而避免机器人在运转时产生噪音、同时保证动作的重复精度、改善在工作中的失效产生。
本发明中，通过多层料筐淬火冷却，降低了工件变形，且该轴承外圈一系列热处理工序，可避免轴承工作表面受到交变应力的作用而产生材料疲劳失效，及轴承外圈表面之间相对滑动摩擦，导致其工作表面金属不断磨损而产生失效的问题；另外，也解决了滚动轴承在工作中由于外在或内在因素的影响，使得原有配合间隙改变，导致精度降低，乃至造成“咬死”的问题。
综上，轴承外圈热处理工艺有效的改进了轴承外圈的耐磨性和变形性，降低了轴承外圈生产周期，且可保证工业机器人关节中关键零部件轴承在使用时的精度，并提高了轴承的使用寿命，从而避免机器人在运转时产生噪音、同时保证动作的重复精度、改善在工作中的失效产生；通过多层料筐淬火冷却，降低了工件变形，且该轴承外圈一系列热处理工序，可避免轴承工作表面受到交变应力的作用而产生材料疲劳失效，及轴承外圈表面之间相对滑动摩擦，导致其工作表面金属不断磨损而产生失效的问题；另外，也解决了滚动轴承在工作中由于外在或内在因素的影响，使得原有配合间隙改变，导致精度降低，乃至造成“咬死”的问题。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.轴承外圈的热处理工艺改进方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：获取轴承外圈工艺及性能要求数据；
S2：根据工艺目标选择适用钢材熔铸材料，并对轴承外圈毛坯件进行预先热处理；
S3：将工件均匀平铺在多层料筐中，并采用多用炉的方式第一次加热，且温度为850℃并保温30min，以获取奥氏体化；
S4：多层料筐置入淬火池中，在180℃热油中进行等温淬火25min，且热油淬火中宜用低速循环搅拌，以获取马氏体非平衡组织；
S5：在二氧化碳作为保护气体基础中，第二次加热到温度800℃，并进行40min；
S6：对冷却至常温的轴承外圈进行低温回火处理，且温度不高于170℃，时间为200min；
S7：轴承外圈取出在空气中冷却，并对其进行自动消磁处理，随后对轴承外圈滚道进行精磨加工处理，以获得经热处理之后的轴承外圈。
2.根据权利要求1所述的轴承外圈的热处理工艺改进方法，其特征在于，所述轴承外圈采用的材料为GCr15轴承钢，所述预先热处理包括正火处理和球化退火处理。
3.根据权利要求2所述的轴承外圈的热处理工艺改进方法，其特征在于，所述正火处理是用于改善GCr15轴承钢韧性的热处理步骤，且GCr15轴承钢加热到Ac3温度以上
Figure FDA0003327514470000011
后，致使其冷却速度快于退火而低于淬火，所述正火处理稍快冷却中会使GCr15轴承钢的结晶晶粒细化；
所述球化退火处理用于使GCr15轴承钢中碳化物球化而进行的退火，以得到在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物的组织。
4.根据权利要求1所述的轴承外圈的热处理工艺改进方法，其特征在于，所述奥氏体化温度不同，则奥氏体的晶粒大小不同，所述奥氏体所固溶的碳铬含量随之不一，且随着所述奥氏体化温度的提高，碳化物则进一步溶解。
5.根据权利要求4所述的轴承外圈的热处理工艺改进方法，其特征在于，所述奥氏体化用于将GCr15轴承钢加热至临界点以上以形成奥氏体的金属热处理过程，所述奥氏体由等轴状的多边形晶粒组成；其中，所述GCr15轴承钢温度达到共析温度以上时，常温下的铁素体和渗碳体再转变回奥氏体。
6.根据权利要求1所述的轴承外圈的热处理工艺改进方法，其特征在于，所述轴承外圈在200℃至300℃的淬火油中冷却处理，且低速循环搅拌淬火油，随后所述奥氏体经迅速冷却，以获得马氏体非平衡组织。
7.根据权利要求1所述的轴承外圈的热处理工艺改进方法，其特征在于，所述第二次加热保温过程中轴承外圈分解出极细小碳化物，致使碳化物显著细化，随后再溶入奥氏体中并经相变重结晶，且奥氏体被细化至11级，碳化物小于0.35um。
8.根据权利要求1所述的轴承外圈的热处理工艺改进方法，其特征在于，所述回火处理用于将淬火之后的轴承外圈工件重新加热至低于下临界温度Ac1的适当温度，以此轴承外圈可进行下一步冷却工序。
9.根据权利要求9所述的轴承外圈的热处理工艺改进方法，其特征在于，所述轴承外圈冷却工序可通过冷却机进行冷却处理。
10.根据权利要求1所述的轴承外圈的热处理工艺改进方法，其特征在于，所述轴承外圈经热处理之后形成硬化层，且有效硬化层计算公式如下：
Figure FDA0003327514470000021
式中：HG为规定的硬度值；
d1d2为有效硬化层硬度值；
H1H2为d1d2处硬度测量值的算术平均值。
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