一种抑制轴承滚道亚表面磨削裂纹的磨削工艺方法

本发明属于轴承制造，尤其涉及一种抑制轴承滚道亚表面磨削裂纹的磨削工艺方法。

背景技术：

1、轴承滚道磨削是轴承制造中最关键的工序之一，滚道的磨削质量将直接影响轴承的使用性能和疲劳寿命。传统的轴承滚道磨削，通常只考虑尺寸公差、形位公差和表面粗糙度，不考虑磨削导致的滚道亚表面磨削裂纹等表面完整性问题。而滚道存在的表面完整性缺陷将大幅缩短轴承的疲劳寿命。由于传统轴承的制造缺少对轴承滚道表面质量进行控制的表面完整性关键指标，同时缺少调控关键指标的工艺方法，这使国产轴承疲劳寿命远低于国际知名品牌。因此，需要面向轴承疲劳寿命提升的需求，给出影响轴承疲劳寿命关键指标，即滚道亚表面磨削裂纹及其表征参量，以及抑制磨削裂纹的工艺方法。

2、现有技术在轴承滚道磨削过程中存在以下几个关键技术问题，这些问题直接影响到轴承的使用性能和疲劳寿命：

3、1)缺乏表面完整性控制：

4、传统的轴承滚道磨削工艺主要关注尺寸公差、形位公差和表面粗糙度，而忽视了磨削过程对滚道表面和亚表面完整性的影响。磨削裂纹等表面缺陷会大幅缩短轴承的疲劳寿命，然而这些关键的表面完整性指标在传统工艺中未得到有效控制和监测。

5、2)表面完整性缺陷的影响：

6、滚道表面存在的磨削裂纹等缺陷会在轴承运行中成为疲劳裂纹的起始点，导致早期失效。这些表面缺陷大大降低了轴承的疲劳寿命，使得国产轴承在使用寿命上远远落后于国际知名品牌。然而，传统制造工艺缺乏针对这些缺陷的有效调控方法。

7、3)缺乏科学的工艺参数设计：

8、在传统轴承滚道磨削工艺中，工艺参数的设计往往基于经验和简单的公差控制，缺乏科学的数学模型和调控方法。这种情况下，很难保证磨削过程中的关键参数(如砂轮速度、磨削深度、切屑厚度等)在最优范围内，导致磨削质量不稳定，亚表面裂纹难以控制。

9、4)系统化、科学化的工艺方法不足：

10、当前的轴承制造工艺中，缺少系统化、科学化的工艺来控制和调控表面完整性关键指标，尤其是磨削裂纹的产生和扩展。缺乏这样的工艺，使得轴承制造过程中难以有效抑制磨削裂纹，从而提升轴承的疲劳寿命。

11、现有技术在轴承滚道磨削工艺中存在着表面完整性控制不足、表面缺陷对疲劳寿命的负面影响未得到有效解决、工艺参数设计不科学、缺乏有效的工艺调控方法等问题。这些问题严重制约了国产轴承的使用性能和寿命提升。因此，针对这些技术问题，提出针对性解决方案和工艺显得尤为重要。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种抑制轴承滚道亚表面磨削裂纹的磨削工艺方法。

2、本发明是这样实现的，(1)一种抑制轴承滚道亚表面磨削裂纹的磨削工艺方法，采用的砂轮线速度一般不低于60m/s；(2)所述抑制轴承滚道亚表面磨削裂纹的磨削工艺方法，当砂轮线速度低于60m/s时，磨削工艺方法参数的设计应满足最大未变形切屑厚度的控制要求。

3、进一步，(3)轴承滚道磨削的最大未变形切屑厚度用agmax表示，其特征在于，可以将agmax作为抑制轴承滚道亚表面磨削裂纹的关键调控参数，即：最大未变形切屑厚度需要满足agmax<agmax*。这里，在轴承材料采用高碳铬合金(din100cr6)和陶瓷烧结刚玉砂轮(圣戈班-诺顿)条件下，agmax*的取值范围为agmax*≤1.10μm。

4、进一步，(4)当砂轮速度低于60m/s时，所述磨削工艺参数的设计应满足最大未变形切屑厚度的控制要求，即：

5、

6、式中，vw是工件速度，vs是砂轮速度，ap是切深，ds是砂轮直径，dw是工件直径，λsl是连续切削刃间距。

7、本发明的另一目的在于提供一种所述轴承滚道亚表面磨削裂纹的评价方法，包括轴承滚道亚表面磨削裂纹的长度和深度。

8、进一步，轴承滚道亚表面磨削裂纹度量指标，包括轴承滚道亚表面磨削裂纹的长度l、轴承滚道亚表面磨削裂纹的深度d。

9、结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

10、第一、本发明包括抑制轴承滚道亚表面磨削裂纹的磨削工艺方法，一种轴承滚道亚表面磨削裂纹的评价方法。其中，轴承滚道磨削工艺方法主要包括磨削工艺参数的组合方法，以及砂轮速度和最大未变形切屑厚度的控制要求。

11、第二，本发明可有效抑制轴承滚道磨削的磨削裂纹，克服滚动轴承滚道表面磨削质量差、磨削工艺参数难以合理优化设计等难题，为提升高档轴承产品的使役性能和疲劳寿命提供了合理有效的机械加工工艺方法和工艺参数。本发明通过有效抑制轴承滚道亚表面磨削裂纹，可以显著提高轴承实际运行的长期稳定性及其疲劳寿命，缩小与进口高端轴承的寿命差距。

12、第三，作为本发明的权利要求的创造性辅助证据，还体现在以下几个重要方面：

13、(1)本发明提出的轴承滚道的磨削工艺方法，有效抑制了轴承滚道亚表面的磨削裂纹，通常可使轴承的实际测试寿命显著提高。工程实践中，采用本发明技术方案制造的轴承，其实际测试的寿命范围有时比较大，其原因是，轴承的零件加工及其装配工序很多，各工序的生产环境、轴承相关零件的加工误差，以及自动上下料机构的稳定性、砂轮磨损等工艺条件的任何变化所引发的不一致性和不稳定性等。

14、(2)本发明的技术方案克服了轴承制造中传统技术偏见，突破了现有的工艺技术与方法。

15、(3)本发明的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：

16、以本发明疲劳寿命测试用的试验轴承型号7002p4为例，由于国产轴承，尤其是高端轴承的疲劳寿命与国际著名品牌轴承存在很大差距，按目前市场价格，国际著名品牌的轴承(如nsk)价格一般是国产轴承的3倍或以上。

17、综上所述，采用本发明提出的工艺方法，将显著提升国产轴承的疲劳寿命，为企业带来巨大收益和商业价值。

18、第四，本发明通过引入砂轮线速度和最大未变形切屑厚度作为关键调控参数，有效解决了现有技术中轴承滚道亚表面磨削裂纹的问题。在传统的磨削工艺中，由于缺乏对关键参数的精确控制，容易导致轴承滚道表面和亚表面出现裂纹，影响其使用寿命和性能。本发明在高碳铬合金和陶瓷烧结刚玉砂轮条件下，通过提高砂轮线速度至不低于60m/s，显著减少了亚表面裂纹的发生，从而提高了磨削质量和效率。

19、当砂轮线速度低于60m/s时，本发明通过将最大未变形切屑厚度作为关键调控参数，进一步优化了磨削工艺。在低速磨削条件下，传统方法难以有效控制亚表面裂纹的产生。而本发明通过数学模型精确计算最大未变形切屑厚度，确保其满足合理的取值范围，从而有效抑制亚表面裂纹。这一基于切屑厚度的调控方法，使得磨削工艺更加科学和精确。

20、本发明中，具体的磨削工艺参数设计通过数学模型实现。该模型描述了砂轮速度、工件速度、磨削切深、砂轮连续切削刃间距、砂轮直径和工件直径之间的关系，并通过计算确保最大未变形切屑厚度控制在合理范围内。这样的参数设计不仅优化了磨削工艺，还显著提高了工艺的稳定性和一致性，减少了因参数波动导致的质量问题。

21、通过实际应用验证，本发明在高碳铬合金和陶瓷烧结刚玉砂轮条件下，显著减少了轴承滚道亚表面磨削裂纹的长度和深度。与传统工艺相比，本发明的磨削工艺在提高表面质量和减少裂纹方面表现出显著的技术进步。利用科学的参数设计和严格的调控方法，本发明为轴承制造业提供了一种高效、可靠的磨削工艺，显著延长了轴承的使用寿命，提高了其运行可靠性和安全性。