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磨加工對軸承套圈磁痕的影響

關鍵詞 軸承 , 磨削 , 砂輪|2018-10-10 10:56:33|應用技術|來源 機工機床世界
摘要 張玲李萬和洛陽LYC軸承有限公司、航空精密軸承國家重點實驗室《金屬加工(冷加工)》2018年收錄軸承套圈磨加工工序是采用高速旋轉(zhuǎn)的砂輪作為工具,與旋轉(zhuǎn)的工件表面接觸,在磨削力的作用...

張玲 李萬和

洛陽LYC軸承有限公司、航空精密軸承國家重點實驗室

《金屬加工(冷加工)》2018年收錄

  軸承套圈磨加工工序是采用高速旋轉(zhuǎn)的砂輪作為工具,與旋轉(zhuǎn)的工件表面接觸,在磨削力的作用下,切除工件表面金屬,形成新的表面的過程,使其表面達到一定的精度要求。磨加工原理實際是一種多刃高速的切削加工,是通過刀具作用的外力使金屬受到擠壓,形成局部塑性變形,當變形應力超過材料的屈服極限時斷裂,達到去除表層金屬的目的。磨削的過程實質(zhì)上是滑擦、耕犁和切削的過程,從而使工件表面產(chǎn)生變形應力和熱應力。

  高碳鉻軸承鋼制零件在磨加工后的磁粉探傷中,可以發(fā)現(xiàn)其表面具有不同特征和不同原因所導致的多種形貌的磁痕。磁痕有相關磁痕和非相關磁痕兩類。通過探討影響軸承套圈在磨加工工序探傷發(fā)現(xiàn)的聚磁因素,可以判斷磨加工工序中產(chǎn)生磁痕的性質(zhì),有利于磨加工工序中對產(chǎn)品質(zhì)量的合理控制,滿足高附加值產(chǎn)品加工的要求。

  一、磨削加工過程中過高溫度對聚磁的影響

  磨削過程是切削的過程,切削過程中金屬受到反復的塑性變形產(chǎn)生高溫。根據(jù)文獻資料可知,高碳鉻軸承鋼的磨削區(qū)域溫度高達1 000℃左右,磨削加工約60%~95%的熱量傳入工件和磨削液,僅有10%不到的熱量被切屑帶走。

  傳入工件的熱量在工件表面形成局部高溫,當冷卻不充分時,將會導致工件表面高溫回火、燒傷以及加大磨削裂紋產(chǎn)生的可能性。尤其是雙端面磨削、內(nèi)表面的磨削,在磨削瞬時是無冷卻水參與狀態(tài)。磨削加工不當導致的磨削裂紋,其滾道面磨削裂紋磁痕形貌如圖1所示。

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圖1 滾道面裂紋形貌

  外徑面磨削裂紋磁痕形貌如圖2所示。

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圖2 外徑面裂紋形貌

  某型號軸承外圈采用先進的高精度設備保證加工精度和精度穩(wěn)定性,該產(chǎn)品終磨外滾道在NOVA自動生產(chǎn)線的4GSP 140/350CNC機床上加工,外滾道磨削量不超過0.22mm(直徑),采用高磨液配方的冷卻水,產(chǎn)生的熱量有限。所以即使工件表面有輕度“燒傷”,更甚的是淺表層有“裂紋”(見圖1b),經(jīng)顯微分析,殘留在工件表面的深度不會超過0.005mm(直徑)。

  通過延長光磨(無進給磨削)時間(≥5s),可以消除缺陷表面。磨削熱對聚磁的影響基本可以排除。該軸承外圈終磨外滾道磨削工藝參數(shù)如附表所示。

  二、摩擦形成的聚磁

  砂輪的磨削過程除切削金屬外,也存在摩擦。砂輪磨粒脫落性好、自銳性好,摩擦力就小;自銳性差的砂輪,工件表面承受的是較大的摩擦壓應力。摩擦的結果除燒傷工件表面外,壓應力作用的結果能在工件表面產(chǎn)生磁性。

  當金屬受摩擦后,使得內(nèi)部自由電子的運動或排列變得有規(guī)律,因而不顯示磁性的工件具有了磁場的方向性。這類聚磁方向與工件的磨削紋路一致。現(xiàn)在無心電磁夾具的磨床大多有磨削后退磁(消磁)功能,工件退卸后,磁力線已經(jīng)被打亂,所以不顯示磁紋方向(見圖1b),也有個別在機床退磁、消磁功能不足的情況下,探傷發(fā)現(xiàn)工件表面有與磨削紋路一致的短磁痕。

  因此,經(jīng)過試驗,這類產(chǎn)品一般放置一段時間后,重新探傷檢驗,聚磁現(xiàn)象減輕或者消失;聚磁程度較輕或更換精度等級好的設備再次探傷檢驗,聚磁現(xiàn)象消失。

  三、砂輪中的鐵磁性材料造成的聚磁

  砂輪在制造過程中要反復剔除磨料中的鐵磁性材料,用無磁性的材料制作砂輪。但在制造過程中不可避免或者剔除得不徹底,砂輪中會存在分散或者比較集中的鐵磁性材料,反而鐵磁性材料參與磨削過程中,在工件表面形成“磁寫”,使得工件在探傷時產(chǎn)生密集聚磁,它與摩擦形成的聚磁相似,但不同的是,“磁寫”過的工件即使放置較長時間,聚磁也難以自動消失并且有復探的重復性。

  曾經(jīng)在NOVA自動生產(chǎn)線上終磨套圈外滾道工序,出現(xiàn)外滾道全部存在密集的聚磁現(xiàn)象。為了驗證是否因砂輪的不純凈造成鐵磁性材料形成“磁寫”,將砂輪更換后返修該班產(chǎn)品,聚磁現(xiàn)象全部消失。因此“磁寫”屬于非相關磁痕。經(jīng)過砂布或油石打光,或者使用新的砂輪返工處置,原來的聚磁現(xiàn)象均能夠消除。

  四、機械加工因素引起的非相關聚磁

  工件表面因塑性變形和冷作硬化而導致的磁痕。套圈被磁化時,外徑表面有磕碰的區(qū)域因為產(chǎn)生塑性變形和冷作硬化,形成局部漏磁場,磁粉粒子被漏磁場吸附而聚集形成磁痕,當表面磕碰傷、劃傷被繼續(xù)磨削消除后,雖肉眼觀察不到明顯的磕碰痕跡,但因其表面殘余內(nèi)應力未完全消失,該部位仍會形成微弱的漏磁場而吸附磁粉,這類磁痕屬于非相關磁痕,磁痕形貌如圖3所示。

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圖3 外徑面磁痕形貌

  五、流線不合理導致的磁痕

  某批次產(chǎn)品加工過程中,磁粉探傷發(fā)現(xiàn),套圈滾道表面密集大面積且沿滾道圓周方向的磁痕形貌,且產(chǎn)品中出現(xiàn)的比例較大。流線型磁痕形貌如圖4所示。

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圖4 流線型磁痕形貌

  采用相同的磨加工機床,通過樣品解剖及內(nèi)部組織分析,對過磨磁痕套圈與非磁痕套圈進行對比試驗,結果發(fā)現(xiàn)過磨后的磁痕樣圈仍然具有磁痕,而無磁痕樣圈仍無磁痕,排除了原材料及其他工序引起的磁痕,顯然,此類磁痕的發(fā)生與磨加工工序無關。

  六、其他磨加工因素的影響

  磨削參數(shù)設置的進給量大、冷卻水冷卻不充分或者冷卻性能下降、加工余量過大、空行程距離調(diào)整不足,以及砂輪與工件撞擊都是影響磨加工后聚磁的重要因素,這些因素的影響機理不外乎是溫度對聚磁的影響。

  測量儀器、工作臺面上帶磁也會有所影響,這類影響的機理同“磁寫”機理一樣。另外,砂輪的粒度、磨削后表面粗糙度值、探傷用磁粉目數(shù)(目數(shù)越大,磁粉越細)等都影響探傷后聚磁判定的準確性。

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