鼠笼弹支轴承外圈加工中的双重渗碳保护工艺

摘要

本发明属于轴承制造技术领域，主要涉及一种鼠笼弹支轴承外圈加工中的双重渗碳保护工艺；1)在车加工时，考虑非滚道表面和滚道表面进行加留量保护预留的留量；对鼠笼弹支轴承外圈进行整体镀铜保护；2)在渗碳工序前，车去需要进行表面渗碳的轴承镀铜层，使轴承滚道达到车工成品要求的尺寸；3)对鼠笼弹支轴承外圈进行整体渗碳，使滚道表面达到工艺要求的表面硬度；4)车去非滚道表面渗碳保护层，加工非滚道表面至精加工尺寸要求，随后转入下道工序按正常工序进行加工。本发明采用镀铜及加留量双重渗碳保护手段互为补充，材料的利用率高，机加工成本低，稳定可靠，保证滚道加工时的位置精度。更加安全可靠，完全能够满足产品的要求。

说明书

技术领域

本发明属于轴承加工技术领域，主要涉及一种鼠笼弹支轴承外圈加工中的双重渗碳保护工艺。

背景技术

渗碳是为了提高工作表层的含碳量，并在其中形成一定的含碳量梯度，将工件置于渗碳介质中加热、保温，使碳原子渗入到渗碳钢的钢表面层的过程，也是使低碳钢的工件具有高碳钢的表面层，再经过淬火和低温回火，使工件的表面层具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持着低碳钢的韧性和塑性，使工件能承受冲击载荷。渗碳后的工件由于表面硬度和耐磨性的改变，给后序的加工带来了困难，所以渗碳过程中通常采取有选择性的渗碳，对不需要渗碳的部分进行渗碳保护，普通轴承采用的渗碳保护方法有以下两种：

1.如镀铜保护，是将轴承零件不需要渗碳层的表面一次车削加工到磨削加工前尺寸，需要渗碳层的表面则预留一定的留量，然后轴承零件整体镀铜。镀铜后将需要渗碳层的表面镀铜层车去且精加工到磨削加工前尺寸，然后轴承零件进入渗碳工序。渗碳时不需要渗碳层的表面依靠镀铜层防止碳元素的渗入，而需要渗碳层的表面则可以使碳元素充分的渗入，从而达到渗碳保护的目的。其优点是提高材料的利用率，降低机加工成本，但缺点是效率低，镀铜层厚度不易保证，影响后工序各表面的加工精度滚道加工时的位置精度。

2.加留量保护：加留量保护是根据渗碳工艺的特性，轴承零件渗碳前依据成品零件渗碳表面渗碳层的深度计算出不需要渗碳层的表面应预留的加工留量，在轴承零件渗碳后把不需要渗碳层的表面渗碳层车去，达到渗碳保护的目的。其缺点是材料损耗大，大部分表面需要两次车削，增加了机加工成本，对个别材料更为特殊的零件，渗碳后硬度高，加工困难，大大增加了刀具成本。

目前，国内轴承行业较为尖端的鼠笼弹支结构轴承是航空发动机采用的配套轴承，具有体积小，结构特殊，精度高等特点，外圈鼠笼弹支结构尤为复杂(如图1套圈外形)，圆周方向均匀分布有10个长35±0.05，宽为3.47±0.03的弹支梁，且梁的截面两端平行，槽为扇形结构，零件属于薄壁件极易变形，且精度很难保证，考虑到热处理变形，鼠笼弹支结构需在热处理淬火后加工，且除滚道外其它加工表面硬度不能太高。综合这些特点轴承材料选用性能特殊的高温渗碳钢，在热处理过程中只对滚道表面进行渗碳处理，其余表面不保留渗碳层，因此渗碳时对非滚道表面需进行特殊的渗碳保护。采用现有轴承外圈的加工方法难以保证技术要求。如只采用镀铜层保护的方法，非滚道表面镀铜层厚度不易保证，影响零件加工精度，难以达到零件技术要求；鼠笼弹支结构轴承属于薄壁件，如只采取加留量保护的方法，零件非滚道表面留量变大，渗碳后零件表面硬度有所增高，使零件在加工过程中产生更大的内应力，加工困难，且零件极易变形，达不到零件技术要求，并且由于鼠笼弹支轴承材料特殊(材料为G13Cr4Mo4Ni4V)，价格昂贵，采取加留量保护的方法造成材料浪费增加生产成本。因此，需要一种全新的渗碳保护方法在满足对零件渗碳保护的同时，又能满足零件精度要求，并且在加工过程中不会产生太大内应力，减少零件变形。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供一种鼠笼弹支轴承外圈加工中的双重渗碳保护工艺，具有材料的利用率高，机加工成本低，稳定可靠，保证滚道加工时的位置精度。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

所述的鼠笼弹支轴承外圈加工中的双重渗碳保护工艺，是为能保证淬火后外圈鼠笼弹支结构车加工的顺利进行，采用镀铜及加留量双重渗碳保护措施；所述双重渗碳保护工艺如下：

1.在车加工时，考虑非滚道表面和滚道表面进行加留量保护预留的留量，非滚道表面预留2mm±0.05的留量，滚道面预留0.5mm±0.05的留量；然后对鼠笼弹支轴承外圈进行整体镀铜保护；

2.在渗碳工序前，车去需要进行表面渗碳的轴承镀铜层，使轴承滚道达到车工成品要求的尺寸；

3.对鼠笼弹支轴承外圈进行整体渗碳，使滚道表面达到工艺要求的表面硬度；

4.车去非滚道表面渗碳保护层，加工非滚道表面至精加工尺寸要求，随后转入下道工序按正常工序进行加工。

采取双重渗碳保护有以下优点：

1.零件表面采取镀铜层进行保护，相对于表面直接采用加留量保护的方法，镀铜层表面厚度小，表面硬度低，在随后车去渗碳保护层的过程中，减小了切削力，降低了零件内应了，避免了工件变形。

2.由于零件表面采取镀铜层进行渗碳保护，镀铜层内的留量层预留量可以减小，降低了零件材料损耗，降低了加工成本和刀具成本，减小了留量层过大在去除留量层过程中零件产生的内应力。

3.由于零件表面镀铜层内，增加了留量层，去除镀铜层后可以对留量层进行精加工，解决了镀铜层厚度不一，滚道加工精度难以保证这一难题。

镀铜及加留量双重渗碳保护的效果验证方法：

1、检查有渗碳层的滚道面与非渗碳层表面颜色有明显差别，滚道面颜色较深呈黑色，非滚道面呈银灰色，证明滚道面已经充分渗入碳元素，其它表面基本未残留渗碳层。

2、做渗碳层的滚道面与非渗碳层表面的硬度对比测试数据为：

1)滚道面硬度达到59~64HRC，

2)其它表面硬度在42~48HRC，完全满足产品的要求。

根据双重渗碳保护这一技术方案，我们进行了多次试验和对比，以下为镀铜加留量双重渗碳保护和只采用镀铜层渗碳保护方法以及只采用加留量渗碳保护方法的实际效果对比：

1.在渗碳保护方面：三种渗碳保护方法在检查有渗碳层的滚道面与非渗碳层表面颜色有明显差别，滚道面颜色较深呈黑色，非滚道面呈银灰色，证明滚道面已经充分渗入碳元素，其它表面基本未残留渗碳层。三种方法均起到了渗碳保护作用。

2.表面硬度方面；三种方法做渗碳层的滚道面与非渗碳层表面的硬度对比测试数据为：

采用镀铜及加留量双重渗碳保护的方法，滚道面硬度很均匀而且稳定能保证在62HRC左右，其它表面硬度应在46HRC左右，后序加工很容易完成。如果只采用加留量保护和镀铜保护一种措施，经常会出现轴承零件滚道表面硬度不够或是非滚到面硬度过高等现象，给后工序加工带来很大的困难。由于此产品结构的特殊性，选用镀铜及加留量双重渗碳保护的方法是最安全可靠的，只有在保证了硬度稳定性同时才能顺利加工鼠笼弹支梁。

3.由于采用了镀铜及加留量双重渗碳保护的方法，非滚道面硬度均匀，且硬度在46HRC左右，加工弹支梁时选用一般硬质合金刀具，分粗铣和精铣两遍加工完成，这样节省了加工中心专用刀具的成本，缩短了加工时间，保证了产品的精度要求。

通过比较可以发现虽然三种渗碳保护方法都能达到渗碳保护的目的但是只有采取镀铜和加留量双重保护的零件能满足零件精度要求，避免了零件报废，是最经济可靠有效的渗碳保护方法。、

本发明鼠笼弹支轴承外圈加工中的双重渗碳保护工艺，根据此轴承结构性能的特殊性，工艺编制中经过反复考虑和多方调研及试验证明，采用镀铜及加留量双重渗碳保护手段互为补充，具有材料的利用率高，机加工成本低，稳定可靠，保证滚道加工时的位置精度。更加安全可靠，完全能够满足产品的要求。

附图说明

附图1鼠笼弹支轴承的套圈外形。

附图2鼠笼弹支轴承的套圈加工过程图。

图中；1、弹支梁，2、端面孔，3、滚道。

具体实施方式

如图1所示：该鼠笼弹支轴承外圈的加工工艺，是在淬火后保证车加工的顺利进行，采用镀铜及加留量双重渗碳保护措施；车加工时，首先考虑非滚道表面预留的留量2mm±0.05，渗碳工序后车去渗碳层已达到车工成品要求的尺寸，滚道面适当预留的留量为0.5mm±0.05，并且在镀铜工序后渗碳工序前精车滚道，来保证滚道面碳元素的充分渗入。鼠笼弹支轴承外圈加工工艺的主要工艺流程如下所述：

一、车加工成形工序后，为保证产品精度安排软磨外径、精车内径工序→数控车床上精车外内径及内径台阶→套圈表面镀铜→精车滚道3→渗碳→车非滚道面渗碳层→热处理、初磨→在加工中心上加工弹支梁1及端面孔2；在淬火后，加工鼠笼弹支轴承的弹支梁及端面孔比较容易，选用一般硬质合金刀具就能顺利完成加工。本发明主要涉及鼠笼弹支轴承外圈加工工艺中的双重渗碳保护工艺，对其它工艺部分不作过多说明。

所述套圈表面镀铜，是已达到车工成品要求的尺寸，滚道面留有适当预留的留量，进行镀铜，并且在镀铜工序后渗碳工序前精车滚道，使滚道面的碳元素充分渗入。

所述套圈渗碳为非滚道表面预留的留量进行渗碳；渗碳工序后车去渗碳层。