CN101049665A

CN101049665A - 精密钢球的生产方法

Info

Publication number: CN101049665A
Application number: CN 200710014443
Authority: CN
Inventors: 王作山
Original assignee: DONGE STEEL BALLS Co Ltd SHANDONG
Current assignee: DONGE STEEL BALLS Co Ltd SHANDONG
Priority date: 2007-05-15
Filing date: 2007-05-15
Publication date: 2007-10-10
Anticipated expiration: 2027-05-15
Also published as: CN100464940C

Abstract

一种精密钢球的生产方法采用如下步骤：钢球冷墩原材料采用轻拉钢丝；粗加工采用光球或光球加软磨工艺；采用网带式电炉对钢球进行可控保护气氛加热淬火及回火热处理，钢球冷却到室温后在表面强化处理机上进行表面冷作强化；硬磨采用陶瓷砂轮加工；光电涡流外观后进行时效处理；时效处理后进行冷处理；最后进行超精研。通过本发明加工的钢球疲劳寿命经国家轴承质量监督检验中心对通过本发明制作的钢球合套后的轴承样品检测，基本额定寿命的试验值L_10t大于1200小时，基本额定寿命的试验值L_10t与基本额定寿命L₁₀之比大于12，L₁₀的可靠度Re达到99.92％以上，达到《滚动轴承精品钢球技术条件》的要求。

Description

精密钢球的生产方法

技术领域

本发明涉及一种精密钢球的生产方法，属于钢球生产制造技术领域。

背景技术

我国钢球工业自1948年生产出第一批产品已有56年的历史，从技术进步和行业发展看，改革开放后的发展是最快的阶段，目前我国钢球行业已经能生产0.5～200多mm的钢球，精度已经能批量生产G1000～G10，产品广泛用于轴承、工程机械、家用电器、汽车、农业机械、机床、摩托车、冶金、化工、仪器仪表等行业，我国已经成为世界上钢球企业最多的国家，也是产量最大的国家。

但从我国钢球的质量现状看，部分钢球质量已接近和达到国际先进水平，总体仍有差距由于加工技术的原因，高精度、耐疲劳长寿命钢球仍需进口。据统计2006年钢球进口量为2630吨，用汇2828.5万美元，进口量虽然只是出口量的9.68％，但每吨价值却是出口的5.49倍，这从另一侧面也反应质量要求高的钢球仍在进口。目前，我国钢球在工艺环节上的差异，导致精度差异较大，同时直接影响钢球寿命，据统计，国内轴承的损坏有50％是由钢球所致。随着我国汽车工业的大发展，汽车轴承的精度、可靠性直接影响汽车的可靠性，因此研究提高钢球精度、疲劳寿命是钢球行业的重要发展趋势。

传统的钢球生产工艺一般采用钢球冷墩、光球、淬火回火热处理、硬磨、初研、精研等工序加工，但尚还不能达到精品钢球的要求。

发明内容

针对现有钢球生产工艺的不足，本发明提供一种精密钢球的生产方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种精密钢球的生产方法，采用如下步骤：

(1)、预加工：

将轻拉钢丝经过预处理加工成钢球毛坯；

(2)、热处理：

将经过预处理后的钢球毛坯用网带式电炉进行可控保护气氛加热淬火，淬火加热温度830～860℃，加热时间15～50min；淬火介质为柴油，温度40～80℃，然后进行回火热处理，热处理条件：回火加热温度140～160℃，保温时间：120～150min；待钢球冷却到室温后在表面强化处理机上进行表面冷作强化；强化后硬度达到HRC61～66；

(3)、精加工：

将经过表面冷作强化的钢球在磨球机上用陶瓷砂轮加工，然后将硬磨后的钢球在立式或卧式研球机上进行初研和精研加工，初研采用2000#树脂砂轮，加工速度10～30r/min，压力2～4KN，精研采用4000#树脂砂轮，加工速度10～20r/min，压力1～3KN；

(4)、光电涡流外观：

经过精研后的钢球要采用光电涡流外观仪对钢球缺陷进行挑选，光电涡流外观仪采用阿维科AVIKO系列，检测由三个探头同步进行光电、涡流和振动测试。钢球经检测后被分为合格品、可修复品和不良品。光电探头根据照射在缺陷部分后反射光束的百分比判定斑点，瑕疵和被污染等缺陷，标准为20％到80％；通过涡流探头检测表面和潜表面的缺陷，标准为20μm到40μm；通过振动探头检测有显著表面缺陷的钢球，标准为0.7到0.8。合格品必须全部合格，可修复品通过光电探头检测；不良品通过涡流和振动探头检测。

由于钢球前面几道工序加工量较大，钢球表面存在残余加工应力，为消除残余应力，光电外观后将挑选后的钢球合格品采用网带式回火炉进行时效处理，温度为120～150℃；

(5)、钢球的成型处理：

将上述经过时效处理的钢球，采用冷处理和超精研的工序后得到成品钢球，冷处理温度范围-60℃～-80℃之间；超精研工序不添加磨料，采用6000#树脂砂轮，加工速度10～15r/min，压力0.8～1KN。

在上述骤中磨球机和研球机上研磨时要用到研磨剂，所述的研磨剂是磨料与水溶性精研液在混磨机上充分混磨后使用，采用水剂大循环方式进行加工。

所述的水溶性精研液可采用洛阳ZYS-998精研液。

本发明有如下的有益效果：通过本发明加工的钢球球批直径变动量0.09～0.11μm，球直径变动量小于0.08μm，球形误差0.03～0.05μm，表面粗糙度Ra0.004～0.007μm，圆度0.03～0.05μm，钢球疲劳寿命经国家轴承质量监督检验中心对通过本发明制作的钢球合套后的轴承样品检测，基本额定寿命的试验值L_10t大于1200小时，基本额定寿命的试验值L_10t与基本额定寿命L₁₀之比大于12，L₁₀的可靠度Re达到99.92％以上，达到《滚动轴承精品钢球技术条件》要求。采用本发明所提供的工艺路线及参数，对于钢球精度的提高具有较大的潜在能力且可批量生产。

本发明所采用的工艺方法是在现有钢球加工工艺的基础上，通过分析影响钢球精度、寿命的相关因素，选择可靠、合理的工艺方法，对磨削、研磨的磨料及辅助材料作到合理的选择，选择合理的工艺装备及工艺参数来提高钢球的制造精度、表面粗糙度、球型加工误差、表面质量、金相组织及表面硬度等，从而提高钢球精度。

具体实施方式

实施例1：一种精密钢球的生产方法，包括如下步骤：

(1)、钢球冷墩：

将轻拉钢丝采用高速或低速冷墩机加工成钢球毛坯，毛坯加工余量为30～40mm，位移偏差小于0.06～1.2mm；

(2)、粗加工：

将上述钢球毛坯进行粗加工，其一是采用光球机将毛坯进行加工，加工速度100～140r/min，压力100～250KN；其二是在光球机加工后，再利用磨球机进行软磨加工，软磨时加工速度60～120r/min，压力40～70KN；

钢球粗加工磨削量为0.15～0.25mm；

(3)、热处理：

将经过粗加工后的钢球毛坯用网带式电炉进行可控保护气氛加热淬火，淬火加热温度830～860℃，加热时间15～50min；淬火介质为柴油，温度40～80℃，然后进行回火热处理，热处理条件：回火加热温度140～160℃，保温时间：120～150min；待钢球冷却到室温后在表面强化处理机上进行表面冷作强化；强化后硬度达到HRC61～66；

(4)、精加工：

将经过表面冷作强化的钢球在磨球机和陶瓷砂轮上加工，然后将硬磨后的钢球在在立式或卧式研球机上进行初研和精研加工，初研采用2000#树脂砂轮，加工速度10～30r/min，压力2～4KN，精研采用4000#树脂砂轮，加工速度10～20r/min，压力1～3KN；

(5)、光电涡流外观：

经过精研后的钢球要采用光电涡流外观仪对钢球缺陷进行挑选，光电涡流外观仪采用阿维科AVIKO系列，检测由三个探头同步进行光电、涡流和振动测试。光电探头根据照射在缺陷部分后反射光束的百分比判定斑点、瑕疵和被污染等缺陷，标准为20％到80％；通过涡流探头检测表面和潜表面的缺陷，标准为20μm到40μm；通过振动探头检测有显著表面缺陷的钢球，标准为0.7到0.8。合格品必须全部合格，可修复品通过光电探头检测；不良品通过涡流和振动探头检测。

由于钢球前面几道工序加工量较大，钢球表面存在残余加工应力，为消除残余应力，光电外观后将挑选后的钢球采用网带式回火炉进行时效处理，温度为120～150℃；

(6)、冷处理：

钢球经热处理、精加工后内部组织仍保留较多的残余奥氏体，这种残余奥氏体是不稳定的组织，在储存和使用过程中，会不断地发生变化，从而改变钢球的精度，影响钢球疲劳寿命，为此采用冷处理工艺，它能减少组织中的残余奥氏体，稍微提高零件的硬度，对钢球尺寸稳定性显著提高，冷处理温度范围-60℃～-80℃之间；

(7)、超精研：

经过上述冷处理的钢球在立式或卧式研球机上加工，不添加磨料，采用6000#树脂砂轮，加工速度10～15r/min，压力0.8～1KN。

在上述骤(2)、(4)中磨球机和研球机上研磨时要用到研磨剂，所述的研磨剂是磨料与水溶性精研液在混磨机上充分混磨后使用，采用水剂大循环方式进行加工。

所述的水溶性精研液可采用洛阳ZYS-998精研液。

所述的磨料为氧化铝或碳化硅或碳化硼。

实施例2：以φ5.953mm(15/64in)钢球的生产工艺为例，钢球材质为GCr15，磨料采用氧化铝

(1)钢球冷墩：在高速冷墩机Z32G-5上将钢球轻拉钢丝进行加工，毛坯尺寸φ6.3mm；

(2)粗加工：

a.在光球机上加工，加工速度130r/min，压力150KN，磨削量0.05mm，

b.在磨球机上进行软磨加工，加工速度120r/min，压力50KN，磨削量0.18mm

(3)热处理：淬火加热温度830℃，加热时间35min；淬火介质为柴油，温度50℃；回火加热温度145℃，保温时间：120min，表面冷作强化时间5小时，强化后硬度达到HRC66。

(4)精加工：

a.硬磨：在磨球机上加工，采用陶瓷砂轮加工，磨削量0.095mm；

b.初研和精研在立式研球机上加工，初研采用2000#树脂砂轮，加工速度30r/min，压力4KN，理论磨削量0.032mm精研采用4000#树脂砂轮，加工速度20r/min，压力2KN，磨削量4μm；

(5)光电涡流外观：采用光电涡流外观仪将缺陷钢球进行挑选，光电涡流外观仪采用AVIKO(阿维科)K0306C，检测由三个探头同步进行光电、涡流和振动测试。光电探头反射光束的百分比设定为40％判定斑点；涡流检测设定标准为40μm；振动检测设定标准为0.8。

挑选后的合格品采用网带式回火炉进行时效处理，温度为120℃。

(6)冷处理：冷处理温度范围-60℃。

(7)超精研：在卧式研球机上加工，不添加磨料，采用6000#树脂砂轮，加工速度10r/min，压力0.8KN。

经过上述工序加工的钢球球批直径变动量0.09μm，球直径变动量0.07μm，球形误差0.04μm，表面粗糙度Ra0.004μm，圆度0.03μm。钢球疲劳寿命经国家轴承质量监督检验中心对钢球合套后的轴承样品检测，基本额定寿命的试验值L_10t＝1309小时，基本额定寿命的试验值L_10t与基本额定寿命L₁₀之比为13，L₁₀的可靠度Re达到99.95％，达到《滚动轴承精品钢球技术条件》要求。

在本申请中，2000#树脂砂轮、4000#树脂砂轮、6000#树脂砂轮指的是2000目树脂砂轮、4000目树脂砂轮、6000目树脂砂轮。

Claims

1、一种精密钢球的生产方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)、预加工：

将轻拉钢丝经过预加工成钢球毛坯；

(2)、热处理：

将经过预加工后的钢球毛坯用网带式电炉进行可控保护气氛加热淬火，淬火加热温度830～860℃，加热时间15～50min；淬火介质为柴油，温度40～80℃，然后进行回火热处理，热处理条件：回火加热温度140～160℃，保温时间：120～150min；待钢球冷却到室温后在表面强化处理机上进行表面冷作强化；强化后硬度达到HRC61～66；

(3)、精加工：

将经过表面冷作强化的钢球在磨球机和陶瓷砂轮上加工，然后将硬磨后的钢球在立式或卧式研球机上进行初研和精研加工，初研采用2000#树脂砂轮，加工速度10～30r/min，压力2～4KN，精研采用4000#树脂砂轮，加工速度10～20r/min，压力1～3KN；

(4)、光电涡流外观：

经过精研后的钢球要采用光电涡流外观仪对钢球缺陷进行挑选，具体对光电、涡流和振动三个方面同步进行测试，光电探头反射光束的百分比标准设定为20％到50％判定斑点；光电外观后将挑选后合格的钢球采用网带式回火炉进行时效处理，温度为120～150℃；

(5)、钢球的成型处理：

将上述经过时效处理的钢球，采用采用冷处理和超精研后得到成品钢球。

2、如权利要求1所述的精密钢球的生产方法，其特征在于：所述的步骤(1)中的预处理是将轻拉钢丝采用高速或低速冷墩机加工成钢球毛坯，毛坯加工余量为30～40mm，位移偏差小于0.06～1.2mm；将上述钢球毛坯采用光球机进行加工，加工速度100～140r/min，压力100～250KN；经粗加工后的钢球毛坯磨削量为0.15～0.25mm；

3、如权利要求1所述的精密钢球的生产方法，其特征在于：所述的步骤(1)中的预处理是将轻拉钢丝采用高速或低速冷墩机加工成钢球毛坯，毛坯加工余量为30～40mm，位移偏差小于0.06～1.2mm；将上述钢球在光球机加工后，再利用磨球机进行软磨加工，软磨时加工速度60～120r/min，压力40～70KN；经粗加工后的钢球毛坯磨削量为0.15～0.25mm；

4、如权利要求1所述的精密钢球的生产方法，其特征在于：所述的步骤(5)中钢球的成型处理是将经过时效处理的钢球采用冷处理工艺，冷处理温度范围-60℃～-80℃；经过上述冷处理的钢球在立式或卧式研球机上加工，不添加磨料，采用6000#树脂砂轮，加工速度10～15r/min，压力0.8～1KN。

5、如权利要求1或2或4所述的精密钢球的生产方法，其特征在于：在上述步骤中磨球机和研球机上研磨时用到研磨剂，所述的研磨剂是磨料与水溶性精研液在混磨机上充分混磨后使用，采用水剂大循环方式进行加工。