磨削加工对滚动轴承套圈工作表面影响与措施

张朋

摘 要：在中国工业企业生产过程中离不开机械设备，而轴承质量对其是否良性运转起到了决定性作用，可见轴承作为各种机器设备中所安装的零部件是不可忽视的。在生产轴承以及加工过程中，需要经历多个工序，最后的环节，也是最为重要环节则为磨削工艺，会在很大程度上影响滚动轴承工作表面。操作磨削工艺技术的过程中，由于各种因素存在影响轴承表面，对于此要采取必要技术措施解决。本论文着重于研究磨削加工影响滚动轴承套圈工作表面具体情况以及需要采取的技术措施。

关键词：滚动轴承；磨削加工；套圈工作；表面；影响因素；技术措施

引言：

滚动轴承套圈工作表面有两个滚道，即内滚道和外滚道，滚道表面如果存在质量问题，会对轴承的可靠性产生一定影响，甚至缩短使用寿命。滚动轴承零件生产过程中，磨削加工作为最后一道工序，也是决定轴承质量的重要环节，其会对滚动轴承工作表面产生不良影响，导致其性能不能发挥出来^[1] 。当滚道经过磨削之后，改变了表面层的几何形状，金相组织发生变化，化学性能以及物理力学性能不符合要求，整机运行就会受到影响，工作系统不再具有可靠性。

一、形成磨削变质层的机理

进行磨削加工的过程中，砂轮回转速度飞快，切削深度非常微小。这种切削方法有很高精确度，其所具备的一个重要特征是将砂轮作为工具。砂轮本身是多刃刀具，切削刃上的磨粒微细，而且形状各异，都是不规则的，这就使得每一个磨粒都可以作为切削刃，其中负前角比较多，所以有很大磨削力。在进行磨削的时候，砂轮运转过程中产生切削力作用于滚道表面，产生挤压，此时还会产生摩擦力。特别是挤压和摩擦力作用，会在滚道表面形成塑性变形层，有很强方向性，同时还会有加工硬化层。砂轮快速磨削，磨粒在磨削区短时间内经过，就会有磨削热产生，如果砂轮没有很好的导热性，切削液就不会进入到磨削区，这些热量向工件传输，工件表面呈现高温状态，可以达到800摄氏度，甚至超过1000摄氏度，这样就严重影响轴承滚道表面的金相组织，因此产生变化，残余应力也会改变，滚道表面质量有所变化。轴承钢套圈经过淬火处理之后，经过磨削加工，由于轴承有很高的钢强度，而且有很大韧性，严重影响其导热率，造成热量过于其中，聚集在工件磨削表面，导致磨削温度非常高，由此产生表面严重散热损失，可见，进行磨削加工过程中，随着温度升高，滚道表面就会有磨削变质层产生，甚至产生烧伤。所以，磨削力以及磨削热是导致磨削加工变质层产生的重要原因。

二、滚道表面变质层减少以及消除的主要方法

在磨削加工过程中，要使得滚道表面变质层减少或者彻底消除，就要认识到对磨削中砂轮表面以及工件接触面温度有效控制的重要性。在生产加工的过程中，对磨削温度产生影响的主要因素是三个，即砂轮、磨削液以及磨削工艺参数。具体介绍如下：

（一）对砂轮的选择

其一，磨料的选择。砂轮的磨料起到切削作用，是保证其作用充分发挥出来的关键。滚道磨削中所使用的砂轮材料中以刚玉类磨料为主，有白刚玉，也有棕刚玉。选择磨料时要充分考虑到加工质量，如果使用圆锥滚子轴承，粗磨滚道普遍使用棕刚玉，如果是终磨滚道，白刚玉是比较好的选择。

其二，粒度的选择。要使得几何精度以及表面粗糙度有所保证，提高磨削效率，使用砂轮的时候以粗粒度为好。在进行粗磨过程中，砂轮粒度要尽量粗一些，可以提高磨削能力，能够顺利排屑。随着磨削热逐渐增高，磨削变质层也会更厚，甚至产生烧伤现象。

其三，硬度的选择。外力对砂轮产生作用会导致磨粒脱落，砂轮硬度则是用于表达产生磨粒脱落难易程度，表示固着磨粒的结合力。砂轮有很高硬度，磨削在高温状态下进行，磨粒不容易脱落，就会出现钝化，摩擦热大量聚集而升高，就会加厚面磨削变质层。如果砂轮硬度不是很大，缺少锐性，砂轮低效率运转的过程中造成大量消耗。

（二）对磨削液的选择

所选择用磨削液不同，在磨削加工过程中所产生的效果也会不同，要使得生产效率有所提高，就要合理选择磨削液，避免砂轮运转过程中过度消耗，或者工件表面聚集大量的热而造成高温状态，避免工件表面过于粗糙。通常而言，要保证磨削液维持冷却状态，使用量要大一些。在生产轴承的过程中，所选用磨削液要以水溶性为主，诸如69-1乳化油就是水溶性，将添加剂适量加入其中就可以使用。滚道磨削速度如果非常快，合成磨削液是比较好的选择，诸如GMY-3磨削液就属于这一种^[2] 。当处于冷却状态，磨削液向磨削区浇注的时候要在压力的作用下实现，注入一定流量，以起到降低温度效果，使得表面磨削变质层减少。

（三）对磨削工艺参数合理选择

在影响滚道表面变质层的因素中，工艺参数是需要高度重视的。相关的工艺参数有很多，比如磨削进给量、工件运转速度、砂轮线运转速度、电主轴功率以及磨削深度等等。下面详细介绍：

其一，磨削进给量。这项参数会严重影响表面变质层，成品轴承表面如果产生磨削变质层，在粗磨环节形成，被带入到成品轴承。所以，对粗磨进给量要合理选择，当有表面磨削变质层的时候，去除的一个有效方式就是精磨加工。在选择精磨进给量的时候，要将磨削变质层有效去除，确定可能产生磨削变质层具体位置，进行观察，发现有变质层产生就要光磨加工，采用这种去除方式效果非常好，用试验优化方式确定各工序进给量。在进行磨削的过程中，光磨时间要有所保证。光磨时间适当，可以使轴承滚道表面精度有保证，粗糙度以及表面变质层都能够得到有效控制。

其二，工件运转速度以及砂轮线运转速度。当砂轮线处于高速运转状态，而工件运转处于低速状态，磨削温度就会有所增加，所以，对砂轮速度和工件线速度合理选择是非常必要的。

其四，电主轴的功率。电动机需要受到砂轮的驱动，对于驱动功率要合理选择，避免大量的工件表面被严重磨削烧伤。如果电动机为很小功率，而加工零件规格很大，在没有减小进给量的情况下进行磨削加工过程中，电动机负荷增加，甚至严重超载，如果进给过程中有尖叫声发出，主轴切入的时候运转速度逐渐减慢，对加工轴承套圈表面进行检查，就会发现有变质层产生，使用酸洗检验方式，会发现超过95%的表面烧伤严重^[3] 。

其四，磨削的深度。随着不断增加的磨削深度，磨粒就会承受非常大阻力，此时，磨粒与工件表面之间产生巨大摩擦。在不断增加磨削热的过程中，工件很容易被烧伤，所以，对磨削深度要合理选择，还要对磨削余量科学分配。

结束语：

通过上面的研究可以明确，滚动轴承是工业机械设备中所安装零部件，轴承质量对设备运转状态起到了决定性作用。所以，保证轴承质量，才能保证生产质量。在加工轴承的时候，磨削工艺会影响滚动轴承工作表面质量，需要高度重视。只有保证轴承工作表面不会存在质量问题，轴承才能发挥其应有的使用性能，延长其使用寿命，确保工程生产顺利展开。

参考文献：

[1] 刘晓初， 刘镇， 郝晓斌，等. 强化研磨-超精加工时间对轴承套圈表面粗糙度的影响[J]. 工具技术， 2020， 054(9):37-38.

[2] 萧金瑞， 刘晓初， 梁忠伟，等. 强化研磨微纳加工参数对轴承套圈滚道表面硬度的影响[J]. 精密成形工程， 2020， 012(4):69-70.

[3] 郑晓猛， 杜三明， 张永振，等. 磨削加工对GCr15SiMn轴承钢表面组织性能的影响[J]. 材料热处理学报， 2020， 041(1):89-90.