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軸承作為機(jī)械設(shè)備的重要零部件之一，工作時(shí)對(duì)軸承表面具有較高的要求，比如說(shuō)光潔度、強(qiáng)度和耐磨性，這就會(huì)涉及到軸承材料與軸承加工工藝，如軸承套圈內(nèi)表面出現(xiàn)麻點(diǎn)、凹坑裂紋等缺陷會(huì)嚴(yán)重影響到軸承的工作性能。下面本公司根據(jù)對(duì)軸承知識(shí)的了解，舉出相關(guān)軸承套圈加工過(guò)程中常見(jiàn)的一些表面缺陷實(shí)例，以及對(duì)此缺陷做出相應(yīng)的措施。
1、軸承套圈內(nèi)圈表面缺陷舉例
軸承套圈生產(chǎn)過(guò)程中，需要對(duì)軸承套圈進(jìn)行鍛造加工，而軸承套圈鍛造加工中，發(fā)現(xiàn)軸承圈內(nèi)壁有裂紋、凹坑等缺陷（如圖1所示），這種缺陷引起軸承報(bào)廢率很好。
圖1 軸承圈內(nèi)表面缺陷
2、軸承套圈內(nèi)圈表面缺陷分析
1）成分分析
對(duì)于缺陷軸承套圈進(jìn)行成分反分析，結(jié)果如表1所示。
2）氣體分析
此軸承套圈的材質(zhì)使用的是GCr15圓鋼，GCr15圓鋼在冶煉時(shí)經(jīng)過(guò)RH真空脫氣處理，追溯缺陷產(chǎn)品出廠氣體檢驗(yàn)記錄檢驗(yàn)合格。對(duì)缺陷產(chǎn)品制樣進(jìn)行氣體分析，如表2所示。由此可見(jiàn)該缺陷非皮下氣泡缺陷。
3）金相分析
經(jīng)過(guò)金相分析(如圖2所示)發(fā)現(xiàn)，在凹坑和裂紋缺陷附近無(wú)大顆粒夾雜物，均有氧化鐵皮存在，缺陷處脫碳層完整。其中裂紋缺陷處皮下還存在多條相似裂紋，裂紋內(nèi)均有氧化鐵皮存在。由此可以判斷該缺陷在加熱前產(chǎn)生，屬原材料缺陷。
圖2 GCr15軸承套圈內(nèi)表面缺陷部位金相組織
可見(jiàn)，該類缺陷全部產(chǎn)生于內(nèi)表面結(jié)合軸承圈鍛造工藝和金屬塑性原理，大膽地判斷該缺陷為圓鋼外表面缺陷在鍛孔過(guò)程中隨著金屬變形延伸到軸承圈的內(nèi)表面處，由于內(nèi)表面加工余量較小，在磨削過(guò)程中沒(méi)有清除掉暴露在表面，造成零件報(bào)廢。為了驗(yàn)，證該觀點(diǎn)的正確性特進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
3、模擬實(shí)驗(yàn)分析
1）試驗(yàn)?zāi)康?/p>
驗(yàn)證軸承套圈加工時(shí)，圓鋼外表面的一些缺陷如裂紋、麻點(diǎn)、凹痕等是否會(huì)在沖壓過(guò)程中向圓鋼毛坯橫截面移動(dòng)，并在沖頭的沖壓下進(jìn)入軸承圈內(nèi)表面邊緣及以下部位，導(dǎo)致產(chǎn)品不合格。
2）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
經(jīng)過(guò)和用戶技術(shù)人員溝通，確定了鍛造過(guò)程中的壓縮比、原材料尺寸、毛坯、沖頭等關(guān)鍵參數(shù)(表3)和加工工藝。利用現(xiàn)有資源制作了模具、沖頭等實(shí)驗(yàn)，工具如圖3所示。
圖3 軸承套圈試驗(yàn)工具
3）實(shí)驗(yàn)過(guò)程
a、標(biāo)記試樣
切取1個(gè)試樣，試樣為直徑50mm的GCrl5圓鋼，試樣高度55mm。在試樣端面和表面加工環(huán)形凹槽，便于實(shí)驗(yàn)時(shí)觀察環(huán)形凹槽的位置移動(dòng)情況如圖3所示。
b、實(shí)驗(yàn)步驟
為了保護(hù)設(shè)備，箱式電阻爐升溫至850°，放入試樣后保溫30min。準(zhǔn)備好初鍛模具和頂鍛試驗(yàn)機(jī)，放入試樣進(jìn)行沖壓待試樣冷卻后取下。將圓柱形試樣再次加熱，使用沖頭和鍛孔模具進(jìn)行鍛孔。完成沖壓實(shí)驗(yàn)后，將試樣切開(kāi)剖面觀察。
c、實(shí)驗(yàn)結(jié)論
初鍛實(shí)驗(yàn)后，圓鋼表面的環(huán)形標(biāo)記全部上升于初鍛零件上表面處，如圖4、圖5所示。
圖4 圓鋼試樣
圖5 初鍛零件
鍛孔實(shí)驗(yàn)后，環(huán)形標(biāo)記在沖頭巨大壓力下，有向內(nèi)孔邊緣傾斜移動(dòng)的跡象，如圖6所示。
圖6 鍛孔零件1
在試樣的邊緣發(fā)現(xiàn)1條細(xì)小裂紋，該裂紋原處于試樣表面標(biāo)記的下方，現(xiàn)已移動(dòng)至試樣端面的上方。如果該裂紋出現(xiàn)在靠近試樣端面的位置，就有可能移動(dòng)至軸承圈內(nèi)邊緣處，如圖7所示。
圖7鍛孔零件2
受設(shè)備限制，本次實(shí)驗(yàn)使用500t液壓頂鍛試驗(yàn)機(jī)代替客戶的沖壓設(shè)備，遠(yuǎn)小于客戶使用的空氣錘的沖擊力，理論上由于沖擊力的增加金屬流動(dòng)性增大，環(huán)形標(biāo)記向內(nèi)孔邊緣傾斜移動(dòng)的跡象會(huì)更加明顯。如果圓鋼外表面存在裂紋、劃傷、凹坑、麻點(diǎn)、夾雜等缺陷熱變形過(guò)程中在沖擊力的作用下，會(huì)流動(dòng)至軸承圈內(nèi)表面邊緣，在后續(xù)磨削過(guò)程中暴露在表面造成零件報(bào)廢。
4、改進(jìn)措施
1）供方提升圓鋼表面質(zhì)量，表面不應(yīng)有裂紋、劃傷、麻點(diǎn)和夾雜等缺陷，如有上述缺陷應(yīng)及時(shí)清除。
2）目前毛坯軸承圈外表面的加工余量為0.6mm在磨削過(guò)程中表面缺陷全部被清除，未發(fā)現(xiàn)外表面缺陷；內(nèi)表面的加工余量為0.3 mm，應(yīng)增加磨削加工余量，將內(nèi)表面的缺陷清除。
3）軸承圈在初鍛過(guò)程中全部采用自由鍛工藝。在設(shè)計(jì)過(guò)程中根據(jù)各零件的鍛孔尺寸，在滿足零件壓縮比的基礎(chǔ)上，利用體積不變?cè)?，用?5mm或φ52mm的圓鋼替代φ50mm圓鋼，避免圓鋼外表面金屬在熱變形過(guò)程中流入內(nèi)表面。
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