某渗碳钢薄壁外圈的加工工艺改进

刘海波，古毅，赵志强

(1.中航工业哈尔滨轴承有限公司 a.工程技术部；b.车工工部，哈尔滨 150500；2.东安汽车动力股份有限公司制造工程部，哈尔滨 150066)

渗碳钢轴承套圈工作表面进行渗碳处理是为了通过提高工件硬度和韧性，增加耐磨性，以提高轴承的使用寿命。由于套圈在渗碳和淬火处理时会发生变形，加工难度增加，尤其对于结构复杂，外径较大，壁薄的轴承，精度难以保证。如何控制热处理变形量是关键，需要从工艺流程、加工留量、刀具选择等多方面进行分析优化。

1 问题的提出

1.1 产品结构特点

某型轴承外圈结构如图1所示，其凸缘外径为φ188 mm，8个等分孔的位置度为φ0.2 mm；壁厚均在7.5 mm以下；圆周均布60个长46 mm、宽4 mm的长槽，槽的圆周等分差不大于0.1 mm。

图1 外圈结构

1.2 加工工艺流程

常规方法的主要加工工艺流程为：粗车成形→渗碳→细车成形→钻铣凸缘→铣轴向槽→淬火→磨加工。车加工时，除有较严的表面粗糙度要求部位(如滚道等)外，其余部分均直接加工至成品尺寸，然后进行淬火处理，最后磨加工。

1.3 存在的问题

1)由于套圈壁薄，热处理后发生严重变形，滚道位置度、滚道圆度、长槽梁的直线度、长槽的圆周等分差等技术指标超差，且变形量没有规律。

2)长槽梁的两侧淬火处理后呈黑色，无法进行光饰，影响外观。

2 变形原因分析

外圈变形原因分析如图2所示，主要影响因素为：

1)外圈壁厚不统一。外圈内径、外径存在阶梯，渗碳、淬火处理时内应力导致滚道圆度超差，无法继续加工。

2)外圈壁薄且有槽，断续不连贯。外圈最薄处仅4 mm，圆周方向长槽梁的宽度不足4.3 mm，渗碳、淬火处理时细长的梁产生弯曲变形，无法保证槽的圆周等分差；同时会导致滚道位置尺寸L和宽度C变小。

图2 变形分析图

3 改进措施

根据上述分析，改变传统的加工理念，将变形量较大部位的加工(如外径面、内台阶、外台阶、槽等的车加工)移至渗碳和淬火处理工序之后进行硬车。

由于热处理后套圈硬度提高，增加了车削加工难度，原采用的硬质合金车刀和加工留量已不能满足生产需求，致使在工艺流程、加工刀具、加工留量及加工方法上均需做相应调整。

3.1 工艺流程

改进后的工艺流程为：细车A面、内圆，粗车挡边外圆，倒内、外角→细车B面、粗车外圆、挡边、滚道，倒挡边外角及内、外角→镀铜→车滚道铜层、滚道斜坡→渗碳→脱铜→细车外圆、挡边外圆、挡边，倒外角及挡边外角→钻孔，铣凸缘，去孔边锐角→去凸缘毛刺→去另一侧孔边毛刺→热处理→细磨B面→退磁清洗→粗车内台阶→终车外圆、挡边，倒外角及挡边外角→车槽，去槽边毛刺→细车内台阶，倒内角及与滚道的交角→车外台阶→稳定处理→磨端面→磨外圆→磨滚道→铣轴向等分槽。

3.2 加工留量的确定

粗车成形时加大留量，尽量保留套圈壁厚，保证壁厚的均匀一致性，以增大对内应力的承受力，减小渗碳时的变形量；硬车时减小磨加工留量，因为热处理后磨削难度增加，硬车已经修整了淬火处理时的变形量，磨加工只需进一步提高产品的几何精度及表面质量即可。淬火前、后的磨加工留量对比见表1。

表1 淬火前、后磨加工留量对比

3.3 刀具的选择

滚道和内径面进行渗碳处理，要求热处理后表面硬度达到58～63 HRC，心部硬度达到35～48 HRC，超出了普通硬质合金车刀所能加工的硬度范围。为避免因刀具磨损而产生表面质量问题，可选用进口耐磨损性更高的硬质合金车刀、铣刀。

3.4 轴向槽的加工

如图3所示，首先用φ3.8 mm的钻头在轴向槽的两端钻孔，之后用φ4 mm的铣刀铣削加工至成品要求尺寸。为了完全达到成品要求的表面质量，需要着重指出2点：

图3 轴向槽加工示意图

1)由于刀具的磨损，轴向槽的尺寸会发生变化，因此考虑到铣刀的使用寿命、材料的硬度及加工一件产品铣刀的工作行程(60×46=2 760 mm)，要求每加工一件产品中途必须更换一次铣刀，即一把刀加工30个槽。

2)每加工一个槽，要求铣刀运行一个循环，即从M点到N点再到M点，这样铣刀返回时可以起到修整的作用，既提高了加工表面的质量，又提高了尺寸精度。

4 结束语

加工实践表明，改进后的工艺合理可行，改进前渗碳和淬火处理工序出现的变形问题得到明显解决，且产品的各项精度完全能够满足设计要求；杜绝了热处理后长槽梁两侧呈黑色而影响外观的问题。另外，淬火后再硬车加工的工艺路线基本修整了套圈淬火处理的变形，硬车留量适当减小，明显缩短了磨加工工时，加工效率提高。

通过工艺改进，克服了渗碳钢薄壁轴承套圈难加工的缺点，此方法可推广应用到其他渗碳钢材料轴承的加工中。