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FAG轴承热处理技术及其装备

〖 所属分类:轴承知识 作者:wxghc-09yue 更新时间:2015-9-8 〗

 FAG轴承热处理技术

热处理质量好坏直接关系着后续的加工质量以致最终影响零件的使用性能及寿命,同时热处理又是机械行业的能源消耗大户和污染大户。近年来,随着科学技术的进步及其在热处理方面的应用,热处理技术的发展主要体现在以下几个方面:

  (1)清洁热处理热处理生产形成的废水、废气、废盐、粉尘、噪声及电磁辐射等均会对环境造成污染。解决热处理的环境污染问题,实行清洁热处理(或称绿色环保热处理)是发达国家热处理技术发展的方向之一。为减少SO2、CO、CO2、粉尘及煤渣的排放,已基本杜绝使用煤作燃料,重油的使用量也越来越少,改用轻油的居多,天然气仍然是最理想的燃料。燃烧炉的废热利用已达到很高的程度,燃烧器结构的优化和空-燃比的严格控制保证了合理燃烧的前提下,使NOX和CO降低到最低限度;使用气体渗碳、碳氮共渗及真空热处理技术替代盐浴处理以减少废盐及含CN-有毒物对水源的污染;采用水溶性合成淬火油代替部分淬火油,采用生物可降解植物油代替部分矿物油以减少油污染。

  (2)精密热处理精密热处理有两方面的含义:一方面是根据零件的使用要求、材料、结构尺寸,利用物理冶金知识及先进的计算机模拟和检测技术,优化工艺参数,达到所需的性能或最大限度地发挥材料的潜力;另一方面是充分保证优化工艺的稳定性,实现产品质量分散度很小(或为零)及热处理畸变为零。

  (3)节能热处理科学的生产和能源管理是能源有效利用的最有潜力的因素,建立专业热处理厂以保证满负荷生产、充分发挥设备能力是科学管理的选择。在热处理能源结构方面,优先选择一次能源;充分利用废热、余热;采用耗能低、周期短的工艺代替周期长、耗能大的工艺等。

  (4)少无氧化热处理由采用保护气氛加热替代氧化气氛加热到精确控制碳势、氮势的可控气氛加热,热处理后零件的性能得到提高,热处理缺陷如脱碳、裂纹等大大减少,热处理后的精加工留量减少,提高了材料的利用率和机加工效率。真空加热气淬、真空或低压渗碳、渗氮、氮碳共渗及渗硼等可明显改善质量、减少畸变、提高寿命。

  轴承零件的热处理质量控制在整个机械行业是最为严格的。轴承热处理在过去的20来年里取得了很大的进步,主要表现在以下几个方面:热处理基础理论的研究;热处理工艺及应用技术的研究;新型热处理装备及相关技术的开发。

一、FAG轴承热处理技能的开展趋势

    FAG轴承热处理直接关系着后续的加工质量,致使终究影响零件的运用功能及寿数,一起FAG轴承热处理又是FAG轴承制作中的动力消耗大户和污染大户。FAG轴承的热处理配备直接影响FAG轴承热处理质量,以及动力消耗和污染。这些年,跟着科技的前进,热处理技能的开展趋势首要体现在以下几个方面:

    (1)清洁热处理 热处理出产构成的废水、废气、废盐、废油及电磁辐射等均会对环境构成污染。处理热处理的环境污染疑问,实施清洁热处理(或称绿色环保热处理)是热处理技能开展的方向之一。这关于热处理的氛围、淬火油和清洁设备都提出了高请求。

    (2)精细热处理 精细热处理即是充沛确保优化技能的稳定性,完结产品质量分散度很小(或为零)、热处理畸变为零,削减磨削留量进步出产功率,节约资料。完结精细热处理必须有杰出的炉温均匀性、控温准确性,以及淬火剂杰出的冷却性和稳定性。完结FAG轴承的精细热处理能够走全体淬火和感应淬火两条路。

    (3)节能热处理 选用新型的保温资料以进步热处理配备的动力利用率;优化热处理技能,进步技能产值,充沛发挥设备的才能。现期间各FAG轴承厂家都在做这方面的实验,例如充沛利用废热、余热,有些厂家已利用铸造余热进行FAG轴承零件的球化退火;选用耗能低、周期短的技能代替周期长、耗能大的技能等;下贝氏体淬火技能在必定程度上、必定范围内,用较短的贝氏体淬火技能代替了周期长、耗能大的渗碳技能。

    (4)少无氧化热处理 由选用维护氛围加热代替氧化氛围加热到准确操控碳势、氮势的可控氛围加热,热处理后零件的功能得到进步,热处理缺点如氧化、脱碳和裂纹等大大削减,热处理后的精加工留量削减,进步了资料的利用率和机加工功率。真空加热气淬、真空或低压渗碳、渗氮、氮碳共渗及渗硼等可明显地改进工件质量,削减畸变,进步寿数。

    二、FAG轴承热处理配备

    1.退火设备

    现期间我国的退火设备是氧化炉和维护氛围炉共存,氧化炉多于维护氛围炉;周期炉和接连炉共存,且周期炉多于接连炉。美国、英国、日本等国家早在20世纪六七十年代就已全面推行推杆式和辊底式等温球化退火炉,缩短退火周期,节约动力,并进步退火质量。跟着FAG轴承零件加工技能的开展,以及精细铸造和精细辗扩(冷辗)技能的选用,零件毛坯的加工精度越来越高,由此带来了对维护氛围退火的需求。FAG轴承职业应敏捷推行维护氛围球化退火,以削减退火后的氧化脱碳,进步加工功率,节材节能,降低成本。

    2.惯例马氏体淬火的工装设备

    现期间我国FAG轴承职业惯例马氏体淬火的工装设备良莠不齐,从维护介质上可分为无维护介质的氧化炉、可控氛围炉和真空炉。无维护介质的氧化炉占FAG轴承热处理配备的25%摆布,有维护介质的少无氧化炉占FAG轴承热处理配备的50%摆布,可控氛围炉占FAG轴承热处理配备的20%摆布,真空炉占FAG轴承热处理配备的5%摆布。从出产周期上可分为周期炉和接连炉。

    近几十年来,马氏体淬火的工装设备开展首要会集在以下几个方面:

    (1)主动化出产线 现在,国内选用的主动出产线按其构造(或工件在炉中的运动方法)可分为:有马弗网带炉、无马弗网带炉、铸链炉、辊底炉、滚筒炉网带炉和转底炉系列出产线,上料、前清洁、维护氛围(或可控氛围)下加热、淬火、后清洁(有时还进行二次深冷辊底炉进行二次深冷)及回火均主动完结。出产线主动化程度及操控精度高,处理后工件的质量均匀,整条热处理出产线可作为FAG轴承主动出产线的一有些运用。不一样的热处理出产线依据其构造特色适用于不一样类型和尺度的FAG轴承零件的热处理,如网带炉适用于中小型FAG轴承套圈;转底炉适用于小批量FAG轴承套圈;辊底炉配有主动升降淬火设备,适用于壁厚较大的FAG轴承零件;滚筒炉适用于翻滚体及小型套圈。

    (2)多用炉 即可在可控氛围下渗碳或碳氮共渗,又可在维护氛围下淬火,完结工件的无氧化淬火技能进程。它是一种周期炉,首要适用于小批量、多种类的FAG轴承零件热处理。

    (3)感应加热淬、回火设备 感应加热具有加热速度快、节能和变形小等长处,处理后的工件具有一些惯例加热所没有的功能。我国现期间FAG轴承热处理运用首要会集在转盘FAG轴承和汽车轮毂FAG轴承上,而在GCr15钢上根本没有运用。

    (4)真空炉 真空状态下加热可削减或防止工件的氧化,合作高压气淬可操控工件的冷却及变形,防止了油淬带来的环境污染疑问,完结清洁热处理。别的,真空热处理后,工件的显微安排愈加细小均匀,外表与心部安排共同,硬度均匀,有利于FAG轴承疲惫寿数的进步。真空炉首要运用在特别钢的热处理(加热温度在1 000℃以上)和一些请求较高的GCr15钢制的FAG轴承零件的淬火上,在我国FAG轴承热处理范畴运用较广。真空炉的开展趋势是超高压气淬火代替油淬火,以及运用真空渗碳炉等以处理新钢种在FAG轴承范畴的运用。

    (5)淬火冷却介质及配备 淬火介质可分为三大类:油基、水基和气体淬火介质。油基淬火介质是最常用的淬火介质。普通的淬火油是N32或N22全体系损耗用油,为进步其冷却功能、抗老化功能、亮光功能和高温功能等别离参加催冷剂、清洁剂、亮光剂和抗氧化剂,构成了疾速油、疾速亮光油和高温分级等温油等系列淬火油,以运用于不一样尺度和请求的FAG轴承零件的淬火;别的,还有低挥发性的真空淬火油。油基淬火介质的缺点是在淬火进程中发生油烟构成空气污染,在随后的清洁进程中构成水污染。

    水基淬火介质是由有机聚合物、抗腐蚀剂和别的添加剂构成的水溶液。经过改动有机聚合物的类型和浓度可得到不一样的冷却特性,以合适于不一样FAG轴承零件的淬火冷却请求。在淬火冷却进程中,有机物附着在零件外表,可削减零件淬火开裂的危险性,且不发生油烟,清洁便利,无污染,是淬火介质的开展方向。

    气体淬火是选用惰性气体为介质(常用的氮气),把压缩气体经过特别规划的喷嘴喷射到工件外表,以完结工件的淬火冷却。经过调节气体的压力和喷嘴的构造能够操控冷却特性和变形。气体淬火比水基淬火更洁净,且成本更低,其关键技能是喷嘴的构造规划。我国气体淬火在FAG轴承范畴还处于起步期间,在喷嘴的构造规划技能方面还有必定间隔。

    淬火冷却配备是除淬火介质外影响工件淬火效果的另一大要素。我国现期间淬火冷却配备操控参数较少,通常只对油温和油的循环进行操控。国外对常用的淬火油槽实施多参数操控,如油温、油的冷却特性、油的循环与拌和的方向,以及速度、工件入油的方法等,以求得到最佳的淬火安排与功能,一起把变形减小到最小程度。我国一些FAG轴承厂家也在测验多参数操控,特别是经过对圆锥FAG轴承进行工件入油方法的操控来处理FAG轴承零件淬火进程中视点的变化。

    多工位主动淬火压床在我国已运用,但主动化程度赶不上国外。

    (6)清洁设备 清洁通常是油淬后的必备工序。接连出产线所用的清洁设备通常完结热皂水浸泡、清水喷淋和热风烘干等进程,并带有油水分离设备。在领先的清洁设备中,烘干前还加有二次冷却设备(配有制冷设备,温度在5~10℃之间可调),以削减残留奥氏体的含量,进步尺度的稳定性。我国现期间的清洁设备首要选用高压清洁液清洁,这种清洁对不通孔和小的油沟无效,通常构成回火油烟多、污染大,有时还构成着火。

    真空清洁是这些年开展起来的清洁设备。该类清洁设备的长处是:清洁效果好,尤其是对构造杂乱零件的清洁效果更为明显,清洁后工件外表亮光;安全、清洁,清洁液为清水,不添加对环境有害的氯化物和石油类溶剂;主动化程度高,且可利用清洁加热代替低温回火,节约回火费用。这些年,超声波清洁、涡流清洁在热处理上的运用效果也极好。

    3.贝氏体等温淬火配备

    依据FAG轴承加工的特色,所运用的设备首要有两大类:主动出产线和周期炉。

    (1)主动出产线 种类少、批量大的FAG轴承合适主动化出产,如铁路FAG轴承的出产多运用主动出产线。主动出产线首要由维护氛围加热炉和等温淬火槽构成,其间等温淬火有些所用设备按运送工件的动作又可分为三类:转底式、推盘式及输送带式。由爱协林公司开发的转底式、推盘式等温淬火设备是把转底或推盘组织置于等温盐浴中,工件按必定的节拍进出,记忆操控次序出料,动作由PLC程序操控。该类设备主动化程度高,但出资大。

    (2)周期式等温淬火设备 轧机FAG轴承由于种类多、批量小,中小型轧机FAG轴承出产厂家多选用箱式炉或井式炉+淬火冷却槽+等温槽+清洁槽,也有选用箱式炉+多个等温槽。该配备出资少,适用性强,但劳动强度大,安全性差。现在,在贝氏体等温淬火大力推行之际,以贝氏体等温淬火代替渗碳钢用在负荷较小的轧机FAG轴承上在我国已成功得到运用。

    4.维护氛围及操控

    跟着对工件淬火后外表质量请求的进步,维护(可控)氛围加热越来越遍及,包含退火在内的热处理均选用维护(或可控)氛围加热。20世纪70年代,首要选用吸热式氛围。吸热式氛围是质料气和空气的混合气体在催化剂的效果下有些反响构成一种含?(CO)18%~23%、?(H2)37%~42%、余量N2的维护氛围,这种氛围在我国FAG轴承热处理范畴还有运用。氮基丙烷氛围在我国FAG轴承范畴的热处理淬火线上运用最广,氮甲醇氛围的组份与吸热式氛围附近,以氮-甲醇为代表的氮基氛围在网带炉上运用较多。90年代,呈现了把空气和碳氢化合物直接通入高于800℃炉膛内的产气方法,即直生式氛围。经过研讨发现,这种含有高CH4成分的氛围,尽管其气体反响达不到类似于吸热式氛围的平衡程度,但其碳的传输才能仍是由氛围中CO与H2的含量来操控,用氧探头联系CO2分析仪进行碳势操控是能够完结的。直生式氛围的首要长处是很多节约了质料气消耗量,据统计这种氛围无论用在周期式氛围炉仍是接连性氛围炉上,其质料气消耗节约费用均可达70%摆布。今日,全球约有300多台套氛围炉运用这种氛围进行渗碳、碳氮共渗和维护氛围淬火等多种热处理。直生式氛围在我国FAG轴承范畴多运用在渗碳范畴。

    近几年的实践运用标明,氧探头的运用寿数是欠好断定的,氧探头丈量的碳势与实践值之间区别也是不可预见的。因而,可控氛围有时由于氧探头的失效而不可控,构成脱碳氧化等缺点。我国现期间常选用定期校验其丈量精度,不利于炉子完结全主动化,有时甚至会影响正常出产。

    鉴于上述缘由,国外开发了一个两层丈量体系,其间一个带规范氧探头用于正常的操控碳势,另一个独立丈量体系用于检测这个氧探头的作业状况,即这两个体系别离丈量氛围的碳势,当成果呈现很大偏差时,就会报警。第二个丈量体系作业元件能够是CO2红外分析仪,也能够是一个微型氧探头(λ—探头)。迄今为止,已有很多氛围炉安装了这种两层丈量体系。

    综观全体,国内FAG轴承热处理技能和配备较发达国家还有很大间隔,特别是在退火配备上间隔更大。FAG轴承热处理技能和配备较别的职业也有必定间隔,进步FAG轴承质量关系到我国配备制作业的复兴。

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