1、殘余應力對軸承套圈磨削變形的影響顧立 (鐵姆肯(無錫)軸承有限公司 江蘇 無錫 214028)摘要：針對薄壁類軸承套圈的磨削變形問題,從內應力的角度加以分析和討論,提出以調整熱處理工藝為主,調整磨削工藝為輔的方法,解決薄壁類軸承套圈的磨削變形問題。關鍵詞：軸承套圈、磨削變形、殘余應力、淬回火工藝Residual Stresss Impact on Grinding Distortion of the Bearing RingAbstract：With regard to the issue of distortion from grinding of the thin wall-thickne

2、ss bearing rings, it is mentioned to go through analysis or discussion from the riew-point of internal stress. Conclusion is to take adjusting the heat-treat process as the main while taking adjusting the grinding process as the subsidiary. By this method we seek a final solution of the issue of dis

3、tortion from grinding of the thin wall-thickness bearing rings.Key words：bearing rings, distortion of grinding, residual stress, process of quenching and tempering.1 引言本公司是一家專門生產軸承的外資企業，生產國際品牌的調心滾子軸承。在生產過程中，經常出現套圈粗磨后直徑變動量（VDP）超差，后道工序無法消除而報廢的問題。檢查結果為：原材料質量符合美國ASTM A29 標準；馬氏體和殘留奧氏體組織級別分別為1-2級，屈氏體級別1級，

4、回火硬度HRC60-62，熱處理變形滿足JB/T 1255標準；經過反復試驗，排除磨削工藝參數不合理及設備問題的可能性；套圈的磨削變形統計見表1表1外徑（mm）套圈壁厚（mm）磨削變形（m）合格率（%）804.83-81001005.38-100901105.911-10060-70本文將就以上問題的形成原因和解決辦法展開討論.2.分析從以上觀察到的現象表明，產生磨削變形即不是材料和熱處理質量指標不合格，也不是磨削設備及工藝方面造成的，經過仔細分析我們認為，內應力是造成套圈磨削變形的根本原因。眾所周知，具有內應力的零件，其內部組織處于一種不穩定的狀態，它有強烈的傾向要恢復到一個穩定的沒有應力的

5、狀態，即使在常溫下零件也會緩慢、不斷地進行這種變化，直到內應力消失為止。在這一轉化過程中，零件的形狀和原有的精度將受到影響。本次磨削變形的應力源來自兩個方面： 熱處理殘余應力套圈在淬火等熱加工過程中，由于各部分厚度不均勻而造成冷卻速度和收縮程度的不一致，以及金相組織轉變的體積變化，都使套圈內部產生相當大的內應力。具有內應力的套圈在短期內看不出有什么變形，因為此時內應力尚處于相對平衡的狀態。但在磨去某些表面層以后，平衡就被破壞，內應力重新分布，套圈明顯地出現變形，甚至造成裂紋。磨削應力首先，在磨削過程中，套圈表面層在切削力、切削熱的作用下，也會產生不同程度的塑性變形和金屬組織的變化所引起的體積改

6、變，使工件表面層產生內應力。再次加工后，內應力重新分布，使套圈產生變形。其次，由于套圈壁厚較小，隨著外徑越大套圈的剛性越差，抗變形能力則越差,套圈尺寸結構的不合理,更容易造成磨削時變形增大。 因此,我們確定了解決磨削變形問題的步驟為:l 了解套圈熱處理應力的分布及大小；l 進一步降低套圈的內應力；l 解決磨削變形。3. 試驗方法及結果3.1試驗方法及測試條件試驗方法：首先選外徑80,100,110各兩個熱處理套圈,在套圈外圓每隔90o選擇一個測點，測點編號A、B、C及D，測試外圓表面環向殘余應力。測試條件：采用X350A 型X射線應力儀，測量參數為：管電壓25kV，電流5mA，Cr靶K輻射，準

7、直管直徑2mm，Fe(211)衍射面，2掃描范圍147o165o，掃描步距0.2o，時間常數0.5s，角0o45o，應力常數 -318MPa/( o )。殘余應力的測試委托上海交通大學材料科學與工程學院進行，測試結果見表2。表2編號外徑(mm)應力測試(MPa)磨削變形(m)備注ABCD180111.471.8117.8138.73-8磨削變形滿足要求280-88.7-131.9-30.1-15.73-8磨削變形滿足要求3100-541.5-591.2-528.3-559.740-100磨削變形超標4100-558.3-573.7-508.5-604.840-100磨削變形超標5110-477

8、.1-428.8-429.8-455.440-100磨削變形超標6110-413.3-421-463.5-414.140-100磨削變形超標說明：表中負應力值代表壓應力，正應力值代表拉應力。套圈磨削變形試驗件數為50件(以下同).3.2針對表2的測試結果,在不影響產品性能的前提下,對套圈淬回火工藝作調整(見表3),并進行應力測試和磨削試驗,結果見表4。表3編號外徑(mm)淬火工藝回火工藝回火硬度(HRC)溫度時間油溫溫度時間7,811083540min801854Hor60-619,1011083540min801854Hor60-6111,1211083540min801854Hor60-6

9、1表4編號外徑(mm)應力測試(MPa)磨削變形(m)備注ABCD7110-108-53-61914-11磨削變形滿足要求811010196-69-129磨削變形滿足要求911015331-96-393-8磨削變形滿足要求10110-3816243-81磨削變形滿足要求1111018-90118-33-8磨削變形滿足要求12110-91-644141磨削變形滿足要求4.討論(1) 1#與2#零件表面殘余應力不同，1#為拉應力，2#為壓應力，可能與取樣的隨機性有關。測試結果證實，1#與2#零件表面殘余應力幅度不大。(2) 3#與4#零件表面存在-509MPa605MPa的殘余壓應力。可以推論，零

10、件內部必然存在一定拉應力與表面壓應力平衡。(3) 5#與6#零件表面存在-414MPa477MPa的殘余壓應力。需要說明，由于零件表面經過了拋光處理，對X射線應力測試結果有所影響。(4) 從7#-12#這批零件的測量結果來看，通過調整淬回火工藝,表面殘余應力都不是很高。不過這些數據仍然可以說明一些問題，即隨著回火溫度的提高，最大拉應力與最小壓應力都有所降低，即應力均勻性得到改善。(5) 當零件尺寸較大時，在淬火過程中很難確保整個零件冷卻條件的均勻，從而導致不均勻的殘余應力分布。(6) 大尺寸零件在磨削過程中由于力矩較大，更容易造成零件的剛性變差,產生較大的塑性變形.5. 結論保護氣氛淬火中,大都以零件表面產生壓應力為主。同一批次、同一工藝參數的零件中有拉應力和壓應力,這可能與零件的入油時的狀態不一致有關(網帶爐以自由落體方式進入油槽),因此,有壓