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磨加工对轴承套圈磁痕的影响


[中华轴承网] 2018/10/11 作者:中华轴承网

轴承套圈磨加工工序是采用高速旋转的砂轮作为工具,与旋转的工件表面接触,在磨削力的作用下,切除工件表面金属,形成新的表面的过程,使其表面达到一定的精度要求。磨加工原理实际是一种多刃高速的切削加工,是通过刀具作用的外力使金属受到挤压,形成局部塑性变形,当变形应力超过材料的屈服极限时断裂,达到去除表层金属的目的。磨削的过程实质上是滑擦、耕犁和切削的过程,从而使工件表面产生变形应力和热应力。

  高碳铬轴承钢制零件在磨加工后的磁粉探伤中,可以发现其表面具有不同特征和不同原因所导致的多种形貌的磁痕。磁痕有相关磁痕和非相关磁痕两类。通过探讨影响轴承套圈在磨加工工序探伤发现的聚磁因素,可以判断磨加工工序中产生磁痕的性质,有利于磨加工工序中对产品质量的合理控制,满足高附加值产品加工的要求。

  一、磨削加工过程中过高温度对聚磁的影响

  磨削过程是切削的过程,切削过程中金属受到反复的塑性变形产生高温。根据文献资料可知,高碳铬轴承钢的磨削区域温度高达1 000℃左右,磨削加工约60%~95%的热量传入工件和磨削液,仅有10%不到的热量被切屑带走。

  传入工件的热量在工件表面形成局部高温,当冷却不充分时,将会导致工件表面高温回火、烧伤以及加大磨削裂纹产生的可能性。尤其是双端面磨削、内表面的磨削,在磨削瞬时是无冷却水参与状态。磨削加工不当导致的磨削裂纹,其滚道面磨削裂纹磁痕形貌如图1所示。


 

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  图1 滚道面裂纹形貌

  外径面磨削裂纹磁痕形貌如图2所示。


 

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  图2 外径面裂纹形貌

  某型号轴承外圈采用先进的高精度设备保证加工精度和精度稳定性,该产品终磨外滚道在NOVA自动生产线的4GSP 140/350CNC机床上加工,外滚道磨削量不超过0.22mm(直径),采用高磨液配方的冷却水,产生的热量有限。所以即使工件表面有轻度“烧伤”,更甚的是浅表层有“裂纹”(见图1b),经显微分析,残留在工件表面的深度不会超过0.005mm(直径)。

  通过延长光磨(无进给磨削)时间(≥5s),可以消除缺陷表面。磨削热对聚磁的影响基本可以排除。该轴承外圈终磨外滚道磨削工艺参数如附表所示。

  二、摩擦形成的聚磁

  砂轮的磨削过程除切削金属外,也存在摩擦。砂轮磨粒脱落性好、自锐性好,摩擦力就小;自锐性差的砂轮,工件表面承受的是较大的摩擦压应力。摩擦的结果除烧伤工件表面外,压应力作用的结果能在工件表面产生磁性。

  当金属受摩擦后,使得内部自由电子的运动或排列变得有规律,因而不显示磁性的工件具有了磁场的方向性。这类聚磁方向与工件的磨削纹路一致。现在无心电磁夹具的磨床大多有磨削后退磁(消磁)功能,工件退卸后,磁力线已经被打乱,所以不显示磁纹方向(见图1b),也有个别在机床退磁、消磁功能不足的情况下,探伤发现工件表面有与磨削纹路一致的短磁痕。

  因此,经过试验,这类产品一般放置一段时间后,重新探伤检验,聚磁现象减轻或者消失;聚磁程度较轻或更换精度等级好的设备再次探伤检验,聚磁现象消失。

  三、砂轮中的铁磁性材料造成的聚磁

  砂轮在制造过程中要反复剔除磨料中的铁磁性材料,用无磁性的材料制作砂轮。但在制造过程中不可避免或者剔除得不彻底,砂轮中会存在分散或者比较集中的铁磁性材料,反而铁磁性材料参与磨削过程中,在工件表面形成“磁写”,使得工件在探伤时产生密集聚磁,它与摩擦形成的聚磁相似,但不同的是,“磁写”过的工件即使放置较长时间,聚磁也难以自动消失并且有复探的重复性。

  曾经在NOVA自动生产线上终磨套圈外滚道工序,出现外滚道全部存在密集的聚磁现象。为了验证是否因砂轮的不纯净造成铁磁性材料形成“磁写”,将砂轮更换后返修该班产品,聚磁现象全部消失。因此“磁写”属于非相关磁痕。经过砂布或油石打光,或者使用新的砂轮返工处置,原来的聚磁现象均能够消除。

  四、机械加工因素引起的非相关聚磁

  工件表面因塑性变形和冷作硬化而导致的磁痕。套圈被磁化时,外径表面有磕碰的区域因为产生塑性变形和冷作硬化,形成局部漏磁场,磁粉粒子被漏磁场吸附而聚集形成磁痕,当表面磕碰伤、划伤被继续磨削消除后,虽肉眼观察不到明显的磕碰痕迹,但因其表面残余内应力未完全消失,该部位仍会形成微弱的漏磁场而吸附磁粉,这类磁痕属于非相关磁痕,磁痕形貌如图3所示。


 

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  图3 外径面磁痕形貌

  五、流线不合理导致的磁痕

  某批次产品加工过程中,磁粉探伤发现,套圈滚道表面密集大面积且沿滚道圆周方向的磁痕形貌,且产品中出现的比例较大。流线型磁痕形貌如图4所示。


 

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  图4 流线型磁痕形貌

  采用相同的磨加工机床,通过样品解剖及内部组织分析,对过磨磁痕套圈与非磁痕套圈进行对比试验,结果发现过磨后的磁痕样圈仍然具有磁痕,而无磁痕样圈仍无磁痕,排除了原材料及其他工序引起的磁痕,显然,此类磁痕的发生与磨加工工序无关。

  六、其他磨加工因素的影响

  磨削参数设置的进给量大、冷却水冷却不充分或者冷却性能下降、加工余量过大、空行程距离调整不足,以及砂轮与工件撞击都是影响磨加工后聚磁的重要因素,这些因素的影响机理不外乎是温度对聚磁的影响。

  测量仪器、工作台面上带磁也会有所影响,这类影响的机理同“磁写”机理一样。另外,砂轮的粒度、磨削后表面粗糙度值、探伤用磁粉目数(目数越大,磁粉越细)等都影响探伤后聚磁判定的准确性。

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