大型套圈淬火油槽冷却装置的改进
发布时间：2013-06-14 浏览次数：700
孙克钧 戚辉 李善文
（大连冶金轴承股份有限公司 技术中心，辽宁 大连）
摘 要：根据特大型套圈的特点，针对其在淬火冷却过程中存在的外径油槽处因应力集中而开裂的现象，改进油槽冷却装置，并对比了改进前、后结果。
关键词：滚动轴承；大型套圈；淬火；冷却装置
1 淬火冷却过程分析
资料表明，不同壁厚的轴承零件在淬火过程中随着时间的变化，其尺寸变化是不同的。随着淬火温度的降低首先是尺寸明显收缩，壁厚越小，收缩的程度越大，到达的Z低点值越小。尺寸收缩到一定程度后，由于组织转变，尺寸又开始胀大（称为尺寸反弹），零件厚度越小，反弹越明显，尺寸变化幅度越大。淬火冷却过程中存在热应力和组织应力，热应力在组织转变之前就已经产生，而组织应力则在组织转变过程中产生，工件中实际存在的应力是热应力与组织应力综合作用的结果。为了达到淬火的目的，在高温段加速零件的冷却速度，在低温段减小冷却速度，从而减小截面温差和截面中心部位金属的收缩速度，减小应力值，抑制淬火裂纹的产生。
大型套圈的外径和宽度大，有效厚度也较大，一般在60mm以上，Z厚处和Z薄处相差也很大，在加热后淬火冷却过程中，单靠现有的冷却装置，远不能达到所希望的冷却效果。另外，由于套圈的结构特点，端面与心部冷却不均，造成中心胀大，两端收缩，体现在淬火件外径上是中间凸出，造成弯曲压力，在外径润滑油槽处产生应力集中。淬火冷却时，外表面由于受挂桨机的强制吹冷，冷却速度快，冷却较均匀，外表面先于内表面发生相变，由于受组织转变产生的拉应力，轴向缩短；内表面的冷却受套圈宽度的影响，产生的热量不能及时散出，单靠套圈在油中的自由旋转和吊具的来回摆动来完成冷却过程，相变滞后于外表面，淬火后硬度偏低，受拉应力的作用。外径收缩的拉应力和外径油槽处的应力集中，Z容易导致外径油槽处开裂，如图1所示。
2 改进措施
在淬火油槽底部增加冷却装置，用冷却装置形成的强大循环油流来改善内表面的冷却速度；改变原挂桨机的侧面吹冷为底部吹冷，使套圈的内、外表面在共同的冷却条件下完成淬火。内、外表面很好地完成相变，即能解决内表面淬不硬的问题，又能使套圈在冷却过程中淬火应力分布均匀，减少淬火变形和开裂的倾向。改进后的风冷器结构如图2所示。
3 改进前、后质量对比及分析
以外径1586mm，宽度517mm，Z薄处厚度为68mm，Z厚处厚度为112mm的GCr15SMn钢制232/900CA/01轴承外圈为例，进行冷却系统改进前、后套圈淬、回火后端面和滚道的硬度对比试验。外圈有效厚度为104mm，在RJJ-300井式热处理炉中加热后淬火。淬火加热温度为850℃，总加热时间为300min ，保温时间为90min ，检测结果如表1所示。由试验数据可知硬度提高。改造前套圈端面淬、回火硬度值已经达到标准要求，但滚道部位与端面相比，硬度值明显偏低；改造后套圈的端面和滚道淬、回火硬度值均满足标准的规定，且硬度值较高，耐磨性和疲劳强度增加。
对改进冷却系统后套圈淬、回火变形的测试表明；在改进前外径锥度为1.5~2.0mm，改进后外表面锥度明显减小，锥度差为0.40~ 0.50mm，锥度的减小说明轴承套圈在冷却过程中，内、外表面的冷却速度相差不大，冷却较均匀，淬火应力分布均匀且减小，变形开裂倾向减少。
4 结束语
通过对淬火冷却装置的改造，使套圈在淬火冷却过程中，形成强大的内、外循环油流，使得内、外表面Z大限度地在共同的冷却能力下完成相变，即解决了内表面淬不硬的问题，又能使套圈在淬火冷却过程中各部位应力分布均匀，有效地减少了淬火变形和开裂的倾向。
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