轴承圈烧伤和裂纹产生原因初探
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作者: 贾雪晶
摘 要：机械制造行业是社会经济发展的支柱产业之一，机械设备是机械制造行业生产产品的重要设备，其运行质量直接关系到产品的生产质量与生产效率。机械设备在生产产品的过程中，轴承圈具有至关重要的作用。但是在实际工作中，往往受到各种因素的影响，导致轴承圈出现烧伤、裂缝等质量问题，直接影响到轴承圈的正常使用，不利于产品的生产质量。本文就轴承圈烧伤与裂纹产生的原因进行全面分析，以供参考。
关键词：轴承圈；烧伤；裂缝；产生原因；措施
磨削加工是产品生产与加工中最关键的环节，其加工质量直接关系到产品的生产质量。但是在对产品进行磨削加工的过程中，往往会因为各种因素的影响而导致其出现磨削烧伤、磨削裂纹等质量缺陷。从《磨工工艺学》中对于这一质量缺陷作出了深入的研究。另外，在产品加工的过程中，操作者在对轴承圈进行操作的过程中同样也会出现这一情况，影响到产品的生产质量，下文对此进行详细分析。
一、轴承圈的概述
所谓轴承圈也就是应用在产品磨削加工中的一个零部件，这种材质一般为GCr15或者GCr15SiMn两种材质制作而成。这种轴承圈在实际应用中具有明显的优越性，例如强度大、硬度高、耐磨性好、疲劳强度高、弹性极限高等优点，因此受到了人们的广泛关注。但是在对产品进行磨削加工的过程中，如果操作者的操作方法不正确或者出现失误，那么必然会导致轴承圈在操作过程中产生烧伤或者裂纹，影响到其正常使用，也对产品的生产质量产生较大的影响。以下对磨削烧伤与磨削裂纹两种缺陷进行分析，了解其特点以及产生的原因，以求确保轴承圈的正常使用，提高产品的生产效率与生产质量。
二、磨削烧伤
磨削加工是产品加工中一种常见的加工形式，相对于其他加工形式而言，这种加工形式具有以下几个方面的特点：首先，磨削加工中限速相对较高，一般在35m/s，相对于车削加工形式而言，具有明显的优越性；其次，相对于其他加工模式而言，磨削加工中所使用的是砂轮磨粒切削刃，这种的切削角度具有规律性特点，且具有较高的切削性能，能够满足产品的各种加工；再次，在对产品进行磨削的过程中，其磨削的面积相对比较大，工作人员不易将冷却液直接注入切削区，因此这种加工形式的冷却效果要比其他加工形式的冷却效果差。
由上述特点可以证明，磨削加工过程中由于对热量与温度的要求非常高，因此在实际加工过程中，极易出现磨削烧伤、磨削裂缝等现象。
产生轴承圈出现磨削烧伤的原因多种多样，例如技术人员采用的磨削方式不合理、磨削时应用的材料用量不足或者过量、操作人员的不合理操作等，都会导致其出现烧伤等不良现象。但是通过我们对其进行全面分析与总结发现，要想避免轴承圈在磨削加工过程中出现烧伤等现象，那么我们可以在实际工作中采取措施降低磨削热量或者减少轴承圈传递给工件的磨削热量，这样也就能够达到理想的效果。
根据傅立叶热传导定律：
Q=λFT（-dQ/dδ）（1）
式中：
Q――热量；λ――热传导率；F――传热面积；T――传热时间；dQ/dδ――温度梯度。
而F=BL、T=L/Vw
将其代入（1）式得：
Q=（-dQ/dδ）λBL2/Vw（2）
式中：
B――砂轮宽度；L――磨削弧长；Vw――工件线速度。
根据公式（2）减少磨削弧长L，可以使传递到工件上的热量按L2的关系下降，增大工件的线速度Vw时，一方面会使磨削温度Q上升；另一方面会使热传导时间按1/Vw比例关系迅速缩短。如选择得当，则提高工件线速度Vw可以减少传递到工件上的热量。各类磨削形式热量计算公式如下：
外圆磨削：Q1=2λB1（3）
内圆磨削：Q2=2λB2（4）
平面磨削：Q3=2λB3（5）
在计算中：
ρ――工件曲率半径；
R――砂轮半径；
ap――磨削深度。
据以上公式可以看出，减小砂轮直径可以减少传递到工件上的磨削热量，随着砂轮直径的减小，烧伤情况大有好转；提高工件线速度V对降低烧伤率具有显著的作用。
根据公式（3）、（4）、（5）不同磨削形式与传递给工件热量之间的比例关系，充分表明了内圆磨削比平面磨削容易产生磨削烧伤，平面磨削比外圆磨削容易产生磨削烧伤。
在上述公式运算和数据分析的基础上，采用如下磨削工艺规程，则工件基本上不会产生烧伤现象：
砂轮：P400×100×127WA46K5V35
冷却液：乳化液
磨削参数：
砂轮线速度Vs21m/s
工件线速度Vw0.67m/s
工作台速度V纵2.4m/min
磨削深度ap0.01mm
对内圆磨削来说：砂轮直径/工件直径<0.75。总的来说，在不降低磨削效率的前提下，减少砂轮直径和提高工件线速度，是防止磨削烧伤的有效途径。
三、磨削裂纹
在磨削过程中，磨削裂纹是各种应力叠加后超过材料的极限强度，从而使工件表面产生细微的裂纹。为防止磨削裂纹的产生，就必须从降低表面应力上采取措施。本文仅对轴承钢组织对磨削应力和磨削裂纹的影响进行探索，有以下几个方面。
1、热阻的影响
轴承钢具有较高的热阻，高热阻必然要形成很高的温度梯度。在磨削加工层的残余应力中，由磨削温度和温度梯度形成的热应力是主要的，而由磨削阻力而产生的机械应力则非常小。
2、热膨胀系数的影响
在马氏体轴承钢中，碳化物的热膨胀系数比基本金属要小。因此随着磨削温度的周期性变化，碳化物和基体金属之间的形变差也将在晶界处形成和积累相应的热应力。
3、碳化物的影响
当碳化物均匀分布的点状碳化时，对磨削应力的分散是有利的，因而不容易产生磨削裂纹。当存在着带状碳化物时，则容易引起应力集中，也容易产生磨削裂纹。在存在网状碳化物时，特别是当网状碳化物完全地包围晶界，割断了基体组织的连续性时，在晶界处应力集中就非常严重的。这时即使采用合理的磨削规范，磨削裂纹也难以避免，严重时会产生表面材料剥落现象。
4、残余奥氏体的影响
在马氏体轴承钢（GCr15或GCr15SiMn）中，存在着一定的残余奥氏体，当残余奥氏体向马氏体转变时，体积膨胀。因此，当磨削轴承钢时，在交变的磨削温度和应力作用下，会有部分的残余奥氏体转变为马氏体，引起工件表面层的局部膨胀，不可避免地产生一定的组织应力。
防止产生磨削裂纹与防止产生磨削烧伤一样，必须降低磨削热量，减少磨削热对工件的影响，缩小温度梯度。同时在零件设计结构上和磨削加工前的各种加工过程中采取一些措施，避免产生应力集中。例如：碳化物偏析、成分偏析、非金属杂物、组织疏松、缩孔、夹层、折叠等冶金缺陷和打记号、刀痕、碰伤等机械加工缺陷，都会引起应力集中，应采取适当的措施。
根据有关资料表明，回火温度的提高，会大大改善磨削前的应力状态，使磨削裂纹率大为下降。
四、结语
在对产品进行磨削加工的过程中，磨削裂纹与磨削烧伤是轴承圈加工过程中常见的质量缺陷。通过上述分析发现，产生这两种缺陷的原因有很多种，这就需要我们对其进行全面分析，然后采取有效的措施对其进行处理，以求轴承圈在实际加工过程中充分发挥其功能，保证产品生产的质量，达到理想的效果。■
参考文献
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