磨削加工对滚动轴承套圈工作表面影响与措施

　　摘  要：本文主要分析磨削加工对滚动轴承工作表面影响，磨削变质层形成的机理，分类及减少或消除滚道表面变质层的措施，以确保轴承加工质量。
　　关键词：滚动轴承；工作表面；变质层；形成机理；措施；砂轮；磨削工艺参数；磨削液
　　
　　滚动轴承套圈的工作表面主要是内外滚道，滚道表面质量的好坏直接影响轴承的使用寿命和可靠性，磨削加工是滚动轴承零件加工的重要工序，甚至是最后工序，它对滚动轴承工作表面性能影响较大，主要表现在滚道磨削后，易引起滚道表面层几何形状、金相组织、物理力学性能和化学性能等方面的改变。如磨削后滚道表面金相组织、残余应力、冷作硬化等导致轴承早期失效，影响整机或工作系统的可靠性。因此磨削加工对轴承工作表面的质量起着重要作用。
　　磨削加工中，由于磨削力和磨削热的作用，使滚道表面层组织、力学性能等与心部基体有很大不同，该表面层称为磨削变质层，本文重点分析磨削加工对滚道磨后的变质层的影响。
　　1 磨削变质层形成的机理
　　磨削加工是用高速回转的砂轮，以微小的切削深度进行精加工的一种切削加工方法，其最突出的特征是使用砂轮。砂轮是具有大量微细而形状不规则的磨粒切削刃的多刃刀具，每一个磨粒就相当于一个切削刃，大多磨粒的切削刃为负前角，因此，磨削力较大。在磨削过程中，滚道表面将受到砂轮的切削力、挤压和摩擦力的作用。尤其是后两者的作用，使滚道表面形成方向性很强的塑性变形层和加工硬化层。同时，由于砂轮的磨削速度非常高，磨粒经过磨削区的时间极短，砂轮和工件在磨削区内产生大量的磨削热，由于砂轮的导热性差，切削液不易进入磨削区，绝大部分热量传入工件，使工件表面局部温度迅速上升，有时高达800～1000℃，甚至更高，它必然导致轴承滚道表面金相组织和残余应力发生变化，造成滚道表面变质。尤其对淬火的轴承钢套圈磨削加工时，由于轴承钢强度高、韧性大，导热率又低，不易散热，在工件磨削表面聚集的热量较多，使磨削温度升高，更易造成种种表面热损，所以磨削加工温度越高，越易使滚道表面产生磨削变质层或烧伤。因此磨削加工的变质层主要是由磨削力和磨削热引起的。
　　2 滚道表面变质层分类及特点
　　2.1 磨削热造成的变质层：
　　表面氧化层：瞬时高温作用下的钢表面与空气中的氧作用，形成极薄的铁氧化物薄层。氧化层厚度与磨削工艺直接相关，是磨削质量的重要标志。
　　非晶态组织层：磨削区的瞬时高温使工件表面达到熔融状态时，熔融的金属分子流又被均匀地涂敷于工作表面，并被基体金属以极快的速度冷却，形成了极薄的一层非晶态组织层。很容易在精密磨削加工中被去除。
　　高温回火层：磨削区的瞬时高温可以使滚道表面被加热到回火温度以上时（但没有达到奥氏体化相变温度）滚道表面层将产生与加热温度相对应的回火组织转变，加热温度愈高，回火组织转变越充分，表面层硬度下降也愈厉害，造成回火烧伤。
　　二次淬火层：当磨削区的瞬时高温将工件表面层加热到奥氏体化温度以上时，该层奥氏体组织在随后的冷却过程中，又被重新淬火成马氏体组织，造成淬火烧伤。
　　磨削裂纹：二次淬火烧伤将使工件表面层应力分布发生变化。二次淬火区处于受压状态，其下面的高温回火区存在着最大的拉应力，这里易发生磨削裂纹。严重的烧伤会导致整个磨削表面出现裂纹，造成工件报废。
　　2.2 磨削力造成的变质层：
　　冷塑性变形层：在磨削过程中，磨粒除切削作用外，还使滚道表面承受挤压作用，并留下明显的塑性变形层。这种变形层的变形程度将随着砂轮磨钝的程度和磨削进给量的增大而增大。
　　热塑性变形层：磨削热形成的瞬时温度，使滚道表层一定深度的弹性极限急剧下降，甚至消失。此时滚道表层在磨削力，特别是挤压力和摩擦力的作用下，引起的自由伸展，受到基体金属的限制，表面被压缩，在表面层造成热塑性变形。
　　加工硬化层：由于加工变形引起的滚道表面层局部硬度升高。
　　3 减少或消除滚道表面变质层的措施
　　要减少或消除滚道表面变质层，主要是控制磨削过程中砂轮和工件接触面的磨削温度。在生产中影响磨削温度的主要因素为砂轮、磨削工艺参数、磨削液等，下面针对这些因素并结合生产情况进行分析。
　　3.1 合理选择砂轮
　　砂轮对滚道磨削有重要的影响，砂轮选择是否合适，是影响磨削质量，磨削成本的重要条件，必须正确的选择砂轮。砂轮的磨料、粒度、硬度、组织、粘结剂是影响砂轮磨削性能的主要因素，而最重要的为磨料、粒度、硬度。
　　磨料：磨料是砂轮的主要组成部分，直接担负着切削作用。滚道磨削用的砂轮材料一般为刚玉类磨料，如棕刚玉（A）、白刚玉（WA）、等。根据加工质量，选取不同的磨料，圆锥滚子轴承粗磨滚道常用棕刚玉（A），终磨滚道常用白刚玉（WA）。
　　粒度：在保证几何精度和表面粗糙度及磨削效率的前提下，宜选用粗粒度的砂轮。粗磨时，砂轮粒度要适当的粗些，如果磨粒太细，磨削能力变差，排屑不利，磨削热增加，磨削变质层加厚，烧伤。滚道粗磨可选择60、70粒度号。终磨时由于磨削余量较小，可适当选用80、100等粒度号。
　　硬度：砂轮的硬度是指砂轮在外力的作用下磨粒脱落的难易程度，它表示固着磨粒的结合力大小。与粘结剂、组织等因素有关。砂轮硬度高，磨削温度高，由于磨粒不易脱落，磨削过程中磨粒钝化，摩擦热将显著升高，造成表面磨削变质层加厚。若砂轮硬度过软，自锐性差，砂轮消耗大，效率低。因此在现行工艺条件下，滚道磨削一般采用中软G、K，或采用中硬L、M等砂轮。
　　在实际加工中，外圈滚道磨削在MZ2015C机床上一般采用砂轮为A60K5V、A70K5V、WA80K5V；内圈滚道3MZ2116和3MZ215A砂轮采用A60K5V、A70K5V、WA80K5V等。
　　3.2 合理选择磨削工艺参数
　　对滚道表面变质层影响较大的工艺参数有：进给量、工件和砂轮线速度、磨削深度和电主轴功率等。
　　进给量：磨削进给量对表面变质层影响很大。成品轴承表面的磨削变质层，主要是粗磨阶段形成并一直带入成品的。因此，要合理地选择粗磨进给量，使其产生的表面磨削变质层在精磨加工能够去除，而精磨进给量的选取，也必须依其可能产生的磨削变质层能够在以后的光磨加工中被去除为好，各工序进给量可通过试验优化确定。磨削时必须保证光磨时间，适当的光磨时间对保证轴承滚道表面精度、粗糙度和控制表面变质层都非常重要。
　　工件和砂轮线速度：如果砂轮线速度过高、工件速度过低都将造成磨削温度的增加，所以必须合理选择砂轮和工件线速度。[!--empirenews.page--]
　　磨削深度：磨削深度增大，磨粒所受阻力增大，同时磨粒与工件表面摩擦加剧，磨削热增加，容易烧伤工件，必须合理选择磨削深度，合理分配磨削余量。
　　电主轴功率：要合理选择砂轮驱动电动机功率，否则将造成大批工件表面严重的磨削烧伤。若电动机功率过小，加工零件尺寸较大，进给量没有相应地减小，磨削加工时电动机负荷超载，当进给时发出尖叫声，主轴速度在切入时有减慢现象，检查所加工的轴承套圈表面，95％以上的磨削表面有变质层，酸洗检验发现大批表面有严重烧伤。
　　3.3 磨削液
　　不同的磨削液，其磨削效果差别很大，选择适宜的磨削液可以提高生产率，减少砂轮的消耗，降低工件表面温升，降低工件表面粗糙度。一般说来，磨削液应以冷却为主，并应大量使用。轴承生产中，主要选用水溶性磨削液，例如69-1乳化油，加适量的添加剂。滚道高速磨削时采用合成磨削液，如GMY-3磨削液。冷却时，磨削液应以一定压力和流量直接浇注在磨削区，达到降温目的，减少表面磨削变质层。
　　结束语
　　本文分析了磨削加工对滚动轴承工作表面的影响与措施，特别是对磨削变质层的影响，使我们在现有的生产条件下，可以通过选择合理工艺参数，合理选择砂轮、磨削液等措施，有效减少或避免变质层的形成，消除滚道表面烧伤、裂纹，确保滚道加工表面质量，提高滚动轴承工作质量和使用寿命。
　　
　　参考文献
　　[1] 靳九成赵传国. 磨削变质层及表面改性[M].湖南: 湖南大学出版社1988.

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　　磨削深度：磨削深度增大，磨粒所受阻力增大，同时磨粒与工件表面摩擦加剧，磨削热增加，容易烧伤工件，必须合理选择磨削深度，合理分配磨削余量。
　　电主轴功率：要合理选择砂轮驱动电动机功率，否则将造成大批工件表面严重的磨削烧伤。若电动机功率过小，加工零件尺寸较大，进给量没有相应地减小，磨削加工时电动机负荷超载，当进给时发出尖叫声，主轴速度在切入时有减慢现象，检查所加工的轴承套圈表面，95％以上的磨削表面有变质层，酸洗检验发现大批表面有严重烧伤。
　　3.3 磨削液
　　不同的磨削液，其磨削效果差别很大，选择适宜的磨削液可以提高生产率，减少砂轮的消耗，降低工件表面温升，降低工件表面粗糙度。一般说来，磨削液应以冷却为主，并应大量使用。轴承生产中，主要选用水溶性磨削液，例如69-1乳化油，加适量的添加剂。滚道高速磨削时采用合成磨削液，如GMY-3磨削液。冷却时，磨削液应以一定压力和流量直接浇注在磨削区，达到降温目的，减少表面磨削变质层。
　　结束语
　　本文分析了磨削加工对滚动轴承工作表面的影响与措施，特别是对磨削变质层的影响，使我们在现有的生产条件下，可以通过选择合理工艺参数，合理选择砂轮、磨削液等措施，有效减少或避免变质层的形成，消除滚道表面烧伤、裂纹，确保滚道加工表面质量，提高滚动轴承工作质量和使用寿命。
　　
　　参考文献
　　[1] 靳九成赵传国. 磨削变质层及表面改性[M].湖南: 湖南大学出版社1988.

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　　磨削深度：磨削深度增大，磨粒所受阻力增大，同时磨粒与工件表面摩擦加剧，磨削热增加，容易烧伤工件，必须合理选择磨削深度，合理分配磨削余量。
　　电主轴功率：要合理选择砂轮驱动电动机功率，否则将造成大批工件表面严重的磨削烧伤。若电动机功率过小，加工零件尺寸较大，进给量没有相应地减小，磨削加工时电动机负荷超载，当进给时发出尖叫声，主轴速度在切入时有减慢现象，检查所加工的轴承套圈表面，95％以上的磨削表面有变质层，酸洗检验发现大批表面有严重烧伤。
　　3.3 磨削液
　　不同的磨削液，其磨削效果差别很大，选择适宜的磨削液可以提高生产率，减少砂轮的消耗，降低工件表面温升，降低工件表面粗糙度。一般说来，磨削液应以冷却为主，并应大量使用。轴承生产中，主要选用水溶性磨削液，例如69-1乳化油，加适量的添加剂。滚道高速磨削时采用合成磨削液，如GMY-3磨削液。冷却时，磨削液应以一定压力和流量直接浇注在磨削区，达到降温目的，减少表面磨削变质层。
　　结束语
　　本文分析了磨削加工对滚动轴承工作表面的影响与措施，特别是对磨削变质层的影响，使我们在现有的生产条件下，可以通过选择合理工艺参数，合理选择砂轮、磨削液等措施，有效减少或避免变质层的形成，消除滚道表面烧伤、裂纹，确保滚道加工表面质量，提高滚动轴承工作质量和使用寿命。
　　
　　参考文献
　　[1] 靳九成赵传国. 磨削变质层及表面改性[M].湖南: 湖南大学出版社1988.