CN114196819A - 一种轴承套圈热处理变形控制方法 - Google Patents

一种轴承套圈热处理变形控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种轴承套圈热处理变形控制方法，包括如下步骤：准备限形工装，限形工装包括限形圆环，限形圆环的内径大于轴承套圈外径，限形圆环的热膨胀系数低于轴承套圈；组装限形工装及轴承套圈，将轴承套圈套装于限形圆环内，轴承套圈与限形圆环之间预留间隙；加热及保温，将轴承套圈及限形工装一同加热、保温；淬火，将加热及保温后的轴承套圈及限形工装共同进行淬火。本发明采用限形工装伴随轴承套圈进行热处理，工装在轴承套圈变形过程中能够对其进行约束，从而减小轴承套圈在热处理中的椭圆度、锥度和翘曲等变形问题。

Description

一种轴承套圈热处理变形控制方法
技术领域
本发明涉及轴承套圈热处理技术领域，尤其涉及一种轴承套圈热处理变形控制方法。
背景技术
轴承套圈热处理后易出现较大的椭圆变形、不同程度的端面翘曲变形等变形情况，会降低轴承的后续加工精度，对产品的合格率有较大的影响。为了解决轴承套圈热处理变形问题、保证热处理质量、保证轴承套圈的尺寸稳定性、减少废品率，目前采用的方法主要有磨削整形、模压淬火及限形工装限形。
限形工装限形为在轴承套圈热处理过程中，通过加装限形工装来限制轴承套圈的变形。对于这类方法，公开号为CN109707744A、公开日期为2019年5月3日的中国专利申请公开了一种薄壁轴承套圈加工工艺，其采用加强圈作为限形工装，在轴承套圈的内圈和外圈上分别增加加强圈并用过盈配合组合到一起，对组合后的轴承内圈、外圈及加强圈共同进行热处理，该工艺较为复杂，需要在轴承内外圈上分别加装加强圈，热处理时需要将内外圈组合，且由于采用过盈装配，装配及淬火后加强圈与轴承套圈的分离难度较大，热处理后加强圈的尺寸、线膨胀系数和力学性能均发生显著变化，很难重复利用。公开号为CN207891398U、公开日期2018年9月21日的中国专利公开了一种轻薄轴承套圈热处理整形装置，并公开了将该整形装置作为限形工装进行轴承套圈热处理整形的方法，该方法中整形装置的圆环主体包括两瓣半圆环，使用时将两瓣半圆环的套圈卡槽套在轴承套圈外径上，经锁紧机构实现圆环形主体箍紧轴承套圈，热处理时将整形装置与轴承套圈装配后一起放入加热炉内，整个热处理过程中整形装置与轴承套圈紧密接触。该方法整形装置及轴承套圈装配过程及整形装置结构复杂，并且也存在整形装置重复利用难的问题。此外，该方法适用于轴承套圈的油淬工艺，并不适用于气淬。
发明内容
本发明的目的在于提供一种轴承套圈热处理变形控制方法，以解决目前现有轴承套圈热处理变形控制方法较为复杂、适用性差的技术问题。
本发明所解决的技术问题可以采取以下方案来实现：一种轴承套圈热处理变形控制方法，其特征在于：包括如下步骤：准备限形工装，所述限形工装包括限形圆环，限形圆环的内径大于轴承套圈外径，限形圆环的线膨胀系数低于轴承套圈；组装限形工装及轴承套圈，将所述轴承套圈套装于限形圆环内，轴承套圈与限形圆环之间预留间隙；加热及保温，将轴承套圈及限形工装一同加热、保温；淬火，将加热及保温后的轴承套圈及限形工装共同进行淬火。
进一步的：轴承套圈为钢制轴承套圈时，限形圆环的材质为陶瓷。
进一步的：所述限形圆环的壁厚大于轴承套圈。
进一步的：所述限形圆环的幅高大于轴承套圈。
进一步的：组装限形工装及轴承套圈时，使限形圆环与轴承套圈同心放置。
进一步的：组装限形工装及轴承套圈时，使限形圆环与轴承套圈的底面位于同一平面。
进一步的：淬火步骤中采用气淬。
进一步的：当轴承套圈为带法兰盘的轴承套圈时，所述限形工装包括两个限形圆环，组装限形工装及轴承套圈时，将两个限形圆环分别套装在轴承套圈法兰盘的上下两侧。
进一步的：加热及保温步骤包括一次加热及保温和二次加热及保温，轴承套圈高点与限形圆环在二次加热阶段相接触，此时限形圆环开始对轴承套圈进行矫形。
进一步的：加热及保温步骤至少包括三次加热及保温，轴承套圈高点与限形圆环在最后一次加热阶段或最后一次加热阶段的前一次加热阶段相接触，此时限形圆环开始对轴承套圈进行矫形。
本发明轴承套圈热处理变形控制方法采用限形工装伴随轴承套圈进行热处理，热处理过程中限形工装的限形圆环套在轴承套圈外，由于限形圆环线膨胀系数低于轴承套圈，因此限形工装在轴承套圈变形过程中能够对其进行约束，从而减小甚至消除轴承套圈在热处理中的椭圆度、锥度和翘曲等变形问题。
利用本发明轴承套圈热处理变形控制方法能够产生如下技术效果：(1)方法操作简单，只需要在装炉时将限形工装套在轴承套圈外，出炉时取下即可，且限形工装结构简单、造价低、可以重复利用，因此使用本发明的变形控制方法及限形工装可以有效提高生产效率、降低生产成本。(2)限形工装伴随轴承套圈进行热处理，可以和不使用限形工装时的自由淬火采用相同的热处理工艺，即在不改变原热处理工艺的其它工艺步骤、参数的前提下，仅通过加装限形工装即可完成热处理变形控制，从而可以省略转炉淬火步骤，因此该方法适用于包括气淬在内的轴承套圈淬火工艺，适用范围广。(3)本发明可以在轴承套圈加热到接近终热温度的高温时进行矫形，轴承套圈加热到接近终热温度时屈服应力极低、塑性极好，此时矫形几乎不会对轴承套圈产生影响，与自由淬火(不使用限形工装)后的轴承套圈相比，材料的组织、硬度和残余应力没有明显差异。(4)可以减小预留磨削加工余量，减小后续的磨削工作量，有利于提高轴承的产品性能、节约成本。(5)与不采用限形工装的热处理相比，轴承套圈椭圆度减小、尺寸更加均匀，有效降低了废品率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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是本发明实施例一轴承套圈热处理变形控制方法的流程图；
图2是本发明实施例中用于轴承套圈热处理变形控制的限形工装与轴承套圈组装后的结构示意图；
图3是本发明实施例中用于轴承套圈热处理变形控制的限形工装结构示意图；
图4是本发明实施例三中轴承套圈热处理变形控制方法的热处理工艺曲线；
图5是本发明实施例三轴承套圈热处理变形控制方法的矫形过程图；
主要标件与标号：
限形圆环：1；轴承套圈：2；
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚地展示，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
如图1所示，本实施例轴承套圈热处理变形控制方法包括如下步骤：
S110、准备限形工装，所述限形工装包括示出在图2及图3中的限形圆环1，限形圆环1的内径大于轴承套圈2的外径，限形圆环1的线膨胀系数低于轴承套圈2的线膨胀系数；
S120、组装限形工装及轴承套圈，将所述轴承套圈2套装于限形圆环1内，轴承套圈2与限形圆环1之间预留间隙，组装后的轴承套圈及限形圆环之间的位置关系如图2所示；轴承套圈与限形圆环之间预留间隙能够保证加热过程中轴承套圈外壁能与限形圆环内壁在加热到一定温度时接触上，从而对轴承套圈变形产生有效约束。
S130、加热及保温，将组装后的限形工装及轴承套圈2一同放入加热炉中，在加热炉内将轴承套圈2及限形工装一同加热、保温；
S140、淬火，将加热及保温后的轴承套圈2及限形工装共同进行淬火。
进一步的，待热处理的轴承套圈2为钢制轴承套圈时，限形圆环1的材质为陶瓷。陶瓷材料制成的限形圆环具有线膨胀系数低、硬度大、耐磨损、高温时抗氧化、导热性好、抵抗冷热冲击、抗蠕变等特点，使用陶瓷限形圆环伴随钢制轴承套圈进行热处理时，限形圆环在钢制轴承套圈的变形过程中对其进行约束，可以减小或消除轴承套圈在热处理中的椭圆度、锥度和翘曲等变形问题。
进一步的，限形圆环1的壁厚大于轴承套圈2壁厚，限形圆环太薄会导致限形工装的强度不够，不能对轴承套圈进行有效约束，不能有效限制轴承套圈热处理变形，进而也会造成限形圆环的破坏，使限形圆环壁厚大于轴承套圈能够保障限形工装强度以及防变形效果。
进一步的，限形圆环1的幅高大于轴承套圈2幅高，以免轴承套圈与限形圆环接触过程中产生额外的不均匀变形。
为了进一步降低热处理变形，限形工装加工精度高于轴承套圈的加工精度，由此可以保证在轴承套圈与限形工装接触后，限形工装能够对轴承套圈的变形进行修正，而不会产生新的变形。
为了保证限形工装的防变形效果，进一步的，限形圆环1与轴承套圈2同心放置；进一步的，组装限形工装及轴承套圈2时，限形圆环1与轴承套圈2的底面位于同一水平面。
进一步的，淬火步骤(步骤S140)中采用高压气淬。
进一步的，轴承套圈热处理变形控制方法还包括如下步骤：
S150、限形工装的回收再利用，淬火步骤(步骤S140)后，限形工装的限形圆环与轴承套圈自动分离，将检查合格的限形工装清洁后保存。进一步的，检查项目包括限形工装是否开裂、是否发生变形、能否满足重复使用的要求等。
在限形工装的约束下，本实施例轴承套圈热处理变形控制过程如下：轴承套圈和限形工装在加热过程中不断胀大，由于限形圆环线膨胀系数低于轴承套圈，限形圆环与轴承套圈在加热过程中间隙不断缩小，在低于终热温度50～100℃时，轴承套圈的高点与限形圆环接触、矫形(即变形控制)开始，之后轴承套圈的低点继续膨胀，直至轴承套圈低点与限形圆环紧密接触，此时矫形结束。本实施例中矫形结束温度略低于轴承套圈热处理最终温度，能够使轴承套圈矫形过盈，从而防止反弹。
钢制轴承加热到接近终热温度时屈服应力极低，塑性极好，此时矫形几乎不会对轴承套圈产生影响，与不使用限形工装的自由淬火后的轴承套圈相比，材料的组织、硬度和残余应力没有明显差异，椭圆度减小，并且轴承套圈的尺寸也更加均匀，对锥度和弯曲也有不同程度的矫正，可有效降低废品率。
实施例二
本实施例提供一种使用在实施例一中的用于轴承套圈热处理变形控制的限形工装，所述限形工装包括示出在附图2及附图3中限形圆环1，限形圆环1的内径大于轴承套圈2的外径，限形圆环1的线膨胀系数低于轴承套圈2的线膨胀系数。
进一步的，待热处理的轴承套圈2为钢制轴承套圈时，限形圆环1的材质为陶瓷。
进一步的，限形圆环1的壁厚大于轴承套圈2的壁厚。
进一步的，限形圆环1的幅高大于轴承套圈2的幅高。
进一步的，如图2、3所示，限形圆环1的截面形状为圆形。
实施例三
本实施例将实施例一的轴承套圈热处理变形控制方法运用在某型号8Cr4Mo4V钢制薄壁轴承外套圈，轴承外套圈外径为141mm，壁厚为6mm，幅高为19mm，变形控制方法具体步骤如下：
S210、准备限形工装，所述限形工装包括陶瓷制成的限形圆环，限形圆环的内径大于钢制轴承外套圈外径，限形圆环的线膨胀系数低于轴承外套圈线膨胀系数；
S220、组装限形工装及轴承外套圈，将8Cr4Mo4V钢制轴承外套圈套装于陶瓷限形圆环内，轴承外套圈与限形圆环之间预留间隙；
S230、加热及保温，将组装好的轴承外套圈及限形工装放入加热炉中一同加热、保温；
S240、淬火，迅速将加热及保温后的轴承外套圈同限形工装进行高压气淬。
进一步的，限形工装的限形圆环材质为氮化硅陶瓷，圆环内径为142mm，圆环壁厚大于6mm，圆环幅高大于19mm。
进一步的，步骤S230包括一次加热及保温步骤以及二次加热及保温步骤，一次加热及保温步骤中，将组装好后的轴承套圈及限形工装放入加热炉中一同加热至840～860℃，保温30～40分钟；二次加热及保温步骤中，将一次加热及保温后的轴承套圈及限形工装继续加热至1060～1120℃，保温30～40分钟。
图4示出了步骤S230中的热处理工艺曲线，图5示出了本实施例矫形过程(即变形控制过程)中轴承套圈从矫形开始至矫形结束的状态如图4所示，矫形开始在热处理过程中的第二次加热阶段，在图4中示出的矫形开始处，轴承套圈的高点与限形圆环接触，之后轴承套圈的低点继续膨胀，直至轴承套圈低点与限形圆环紧密接触，此时矫形结束，矫形结束温度略低于套圈热处理最终温度，使套圈矫形过盈，防止反弹。
表1示出了相同加热、保温、淬火工艺条件下，不采用限形工装(即自由淬火)和本实施例采用限形工装进行热处理所获得到轴承套圈的椭圆度对比结果。
表1自由淬火与带限形工装淬火的椭圆度对比
自由淬火 带限形工装淬火 减小量 减小的百分比
平均数/mm 0.42 0.20 0.22 52.40％
中位数/mm 0.31 0.15 0.16 51.60％
由上表对比可知：与不采用限形工装时的轴承套圈热处理相比，采用本实施例带限形工装的轴承套圈热处理变形控制方法，大幅减小了轴承套圈的椭圆度，改善了轴承套圈的淬火变形，本实施例的方法使轴承套圈的热处理变形得到了很好的控制。
实施例四
本实施例将实施例一的轴承套圈热处理变形控制方法运用在某型号W9Cr4V2Mo钢制带法兰盘的轴承外套圈，轴承外套圈外径为201mm，壁厚为11mm，幅高为34mm(其中法兰盘的厚度为10mm，法兰盘上下两侧的轴承外壁幅高均为12mm)，变形控制方法具体步骤如下：
S310、准备限形工装，所述限形工装包括两个相同的陶瓷制成的限形圆环，限形圆环的内径大于钢制轴承外套圈外径，限形圆环的线膨胀系数低于轴承外套圈、线膨胀系数；
S320、组装限形工装及轴承外套圈，将两个限形圆环分别套装在轴承外套圈法兰盘的上下两侧，轴承外套圈与两个限形圆环之间均预留间隙；
S330、加热及保温，将组装好的轴承外套圈及限形工装放入加热炉中一同加热、保温；
S340、淬火，迅速将加热及保温后的轴承外套圈同限形工装进行高压气淬。
进一步的，限形工装的两个限形圆环材质为氮化硅陶瓷，限形圆环内径均为202mm，壁厚均大于11mm，幅高均大于12mm。
进一步的，组装限形工装及轴承外套圈时，两个限形圆环均与轴承外套圈同心放置。
进一步的，步骤S330包括一次加热及保温步骤、二次加热及保温步骤以及三次加热及保温步骤，一次加热及保温步骤中，将组装好后的轴承套圈及限形工装放入加热炉中一同加热至840～860℃，保温30～40分钟；二次加热及保温步骤中，将一次加热及保温后的轴承套圈及限形工装继续加热至1000～1100℃，保温30～40分钟；三次加热及保温步骤中，将二次加热及保温后的轴承套圈及限形工装继续加热至1150～1200℃，保温30～40分钟。
表2示出了相同加热、保温、淬火工艺条件下，不采用限形工装(即自由淬火)和本实施例采用限形工装进行热处理所获得到轴承套圈的椭圆度对比结果。
表2自由淬火与带限形工装淬火的椭圆度对比
Figure BDA0003323592420000071
由上表对比可知：与不采用限形工装时的轴承套圈热处理相比，采用本实施例带限形工装的轴承套圈热处理变形控制方法，减小了轴承套圈的椭圆度，改善了轴承套圈的淬火变形，本实施例的方法使轴承套圈的热处理变形得到了很好的控制。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种轴承套圈热处理变形控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
准备限形工装，所述限形工装包括限形圆环(1)，限形圆环(1)的内径大于轴承套圈(2)外径，限形圆环(1)的线膨胀系数低于轴承套圈(2)；
组装限形工装及轴承套圈，将所述轴承套圈(2)套装于限形圆环(1)内，轴承套圈(2)与限形圆环(1)之间预留间隙；
加热及保温，将轴承套圈(2)及限形工装一同加热、保温；
淬火，将加热及保温后的轴承套圈(2)及限形工装共同进行淬火。
2.根据权利要求1所述的轴承套圈热处理变形控制方法，其特征在于：轴承套圈(2)为钢制轴承套圈时，限形圆环(1)的材质为陶瓷。
3.根据权利要求1所述的轴承套圈热处理变形控制方法，其特征在于：所述限形圆环(1)的壁厚大于轴承套圈(2)。
4.根据权利要求1所述的轴承套圈热处理变形控制方法，其特征在于：所述限形圆环(1)的幅高大于轴承套圈(2)。
5.根据权利要求1所述的轴承套圈热处理变形控制方法，其特征在于：组装限形工装及轴承套圈(2)时，使限形圆环(1)与轴承套圈(2)同心放置。
6.根据权利要求1所述的轴承套圈热处理变形控制方法，其特征在于：组装限形工装及轴承套圈(2)时，使限形圆环(1)与轴承套圈(2)的底面位于同一平面。
7.根据权利要求1所述的轴承套圈热处理变形控制方法，其特征在于：淬火步骤中采用气淬。
8.根据权利要求1所述的轴承套圈热处理变形控制方法，其特征在于：当轴承套圈为带法兰盘的轴承套圈时，所述限形工装包括两个限形圆环，组装限形工装及轴承套圈时，将两个限形圆环分别套装在轴承套圈法兰盘的上下两侧。
9.根据权利要求1所述的轴承套圈热处理变形控制方法，其特征在于：加热及保温步骤包括一次加热及保温和二次加热及保温，轴承套圈高点与限形圆环在二次加热阶段相接触，此时限形圆环开始对轴承套圈进行矫形。
10.根据权利要求1所述的轴承套圈热处理变形控制方法，其特征在于：加热及保温步骤至少包括三次加热及保温，轴承套圈高点与限形圆环在最后一次加热阶段或最后一次加热阶段的前一次加热阶段相接触，此时限形圆环开始对轴承套圈进行矫形。
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