CN101504037A - 低噪音精密微型钢球制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低噪音精密微型钢球制造工艺，该工艺由优选原材料、球坯高速冷镦成型、光球热处理、磨球表面强化、磨球初研及探伤、后进入超细粒度超硬树脂砂轮精研、清洗、涂油防锈、包装步骤组成，其创新点在于：所述球坯成型步骤中增加了对原材料成型前轻拉工序，并将球坯设计成两极圆锥角2a在95~125°之间，带微小环带的球坯，然后对球坯进行冷墩；所述表面强化步骤中增加钢球以自主落差撞击和相互撞击工序；所述精研工序采用3000目树脂砂轮、5000目树脂砂轮、8000目树脂砂轮进行三次精研。由该工序制成的微型钢球低噪音、精密度高。

Description

低噪音精密微型钢球制造工艺

技术领域

本发明涉及一种精密电器用低噪音精密微型用钢球的制造工艺，具体使用真空脱气精炼轴承钢材料制造的低噪音精密微型轴承钢球的制造工艺。

背景技术

目前国内外市场上使用的微型钢球在选用原材料的材质上、以及钢球在球坯冷镦成型工艺处理还是比较传统的。由于原材料一般都是一般的普通GCr15轴承钢，其普通的材质使得钢球本身在轴承运转时产生的噪音大；振动值高；在球坯成型工艺上，就是直接将轴承钢制成圆形的的球坯及球坯形状有环带和极柱，其钢球成型质量既不能保证，且球坯有环带等使材料损耗增大。另外，该方法：原材料至冷镦冲压形成变球坯的整个过程，包括光球淬火、回火工艺，都不能有效提高材料的塑性，改变应力状态，使产品容易出现裂纹；在表面强化工艺上钢球强化的原理是利用机械方法对钢球表面进行一定力和时间的相互撞击，形成具有一定深度的强化层，且使不均匀残余应力控制在700～900Mpa之间，传统的方法将钢球进行机械撞击，但撞击后的残余压应力的大小和分布不合理，在磨球工序加工中还产生拉应力，使钢球在使用过程中出现裂纹，加大了钢球的疲劳，具缩短钢球的寿命；最后，在精研和超精研过程中，传统的精研和超精研方式为：普通钢球的几何精度在后序加工中以传统铸铁板加研磨剂和研磨液混合方式生产并提高，但由于铁板是普通铸铁，存在组织不均、硬软不一、杂质、缩孔等问题，容易造成钢球表面划、碰伤、烧伤及几何精度达不到要求等不利因素。从而会产生表面烧伤特别是二次淬火烧伤和二次回火烧伤，这些现象是影响钢球寿命的一个主要问题，在轴承运转中会出现提前剥落、掉块和早期疲劳等失效现象。

发明内容

本发明提供了一种用真空脱气精轴承钢制作而成的精度高、耐磨性强、噪音低的精密微型钢球的制造工艺。

为了解决以上技术难题，本发明的一种低噪音精密微型钢球制造工艺，由优选原材料、球坯高速冷镦成型、光球热处理、磨球表面强化、磨球初研及探伤、后进入超细粒度超硬树脂砂轮精研、清洗、涂油防锈、包装步骤组成，其创新点在于：所述球坯成型步骤中增加了对原材料成型前轻拉工序，并将球坯设计成两极圆锥角2a在95~125°之间，带微小环带的球坯，然后对球坯进行冷墩；所述表面强化步骤中增加钢球以自主落差撞击和相互撞击工序；所述精研工序采用3000目树脂砂轮、5000目树脂砂轮、8000目树脂砂轮进行三次精研。

所述两极具有圆锥角的球坯在冷墩成型中球坯产生的镦压应力通过低温回火温度为150-170℃，保温时间2-3小时去除镦压应力。

所述表面强化工序步骤中球面形成强化层深度为大于0.2mm。

所述精研步骤中三步精研工序的工艺参数为：第一步精研工序是限制压力，正常为2~3Mpa；第二部精研工序是选择最佳转速，正常为35~40r/min；第三步精研工序三是统一树脂砂轮盘的沟槽深度。

以上工艺的优点在于：1.优选原材料：因为钢球生产的原材料非常重要，我公司选择优质的模注SUJ2优质真空脱气精炼钢轴承钢，该种材料远远优于我们国家标准的SAC TC 98.91-2006《滚动轴承GCr15轴承钢》，经过检验使用，该原材料的稳定可靠，该材料质量已达到国际高质量先进水平；

2.球坯成型新工艺：通过研究材料高速冷镦成形的规律，分析了材料组织纤维流动应力的特征和球坯成形速度等对微观组织的影响规律：a.增加成型前轻拉0.2-0.3mm技术，去除表面轻微缺陷，统一尺寸与圆度，严格控制稳定冷镦成型压缩比，实现应变均匀化，使材料处于三个相互压应力状态下，这样有利于提高材料的塑性变形无损伤，改变应力状态，避免材料纤维组织损伤，保证了原材料原始组织的结构，为后序加工打好质量基础；b、将球坯两极设计成圆锥角2a在95~125°，并减小或去除环带厚度与宽度，使其最大成型球坯的变形应力仅是原球形球坯的65.3％，球坯呈小环带无两极，一是减少光球、研磨和使用中对外漏金属纤维的影响，二是减少因为外漏纤维越多，被腐蚀和磨损材料组织的机会就越大；c.由于球形变化与压缩比的调整合理，用料明显减少，从试验统计表明，仅此一项材料利用率能提高近3.5％左右；d.增加冷镦成型后的球坯去压应力回火工艺，回火温度为150-170℃，保温时间2-3小时去除压应力。该技术是创新产品。

3.表面强化工艺：钢球表面强化原理是利用机械方法对钢球表面进行一定力和时间的撞击，形成具有一定深度的强化层，并控制残余应力在700~900Mpa之间。本发明在强化机内安装了一根高强度转子轴，并运用使钢球在高速撞击强化的原理，使钢球在桶内自由数万次和转子撞击。促使钢球表面快速形成一层表面强化层，从而使钢球改善表面强化层，增强了抗划伤，提高表面硬化层，且在强化工艺参数的合理调整下来控制表面强化层的深度、硬化层的均匀及消除残余应力。

强化工艺的成熟使得残余压应力有效改善，使钢球在轴承运转工作时的受力状态均匀稳定，钢球表面的应力和内在压应力得到平衡，这样出现裂纹的机会明显降低，残余应力的大小和分布是否合理直接影响到钢球在轴承内运转工作的状态和寿命长短，这些都会影响到钢球在使用中的寿命疲劳与早期剥落。

本发明的精密微型钢球，钢球在强化机内自由撞击强化工艺，是让钢球以自由落撞击在转子上和相互球撞使得球面形成深度为0.2mm以上强化层，并由表层逐渐向钢球里边至有效深度内以梯度方式过渡到正常组织层，防止没有过渡层而出现“起壳”提早剥落失效的不良现象，这如同是在钢球表面穿上一层薄薄的“防弹衣”，防撞击、耐磨损，最终提高钢球的使用寿命。特别是有效降低了钢球在轴承内运转中产生的噪音。

精密微型钢球强化工艺放在两个硬磨工序中间，硬磨(一)去除上道工序热处理产生的氧化皮，纠正基本圆度，这有利于强化过程中产生的强化层控制，而且通过对原有留磨量的分解，作二次磨球，既提高了钢球精度，又降低了新的磨削应力产生的可能性，减少对强化层的破坏，特别是硬磨(二)既对尺寸精度适当磨削控制，又要提高几何精度，还要保持表面强化层不受破坏，达到设计要求。

4.所述超细粒度超硬树脂砂轮精研磨工艺：对初研后的钢球增加二道初研研磨，采取了三次精研，三次精研磨量小、压力低、时间相对稳定并有效控制了因压力超大造成球体挤压产生的应力问题。三次精研为3000目树脂砂轮精研一、5000目树脂砂轮精研二、8000目树脂砂轮精研三。进一步提高钢球表面质量与几何精度和表面粗糙度。

具体实施方式

先选择优质的日本大同SUJ2优质精炼真空脱气钢的模注轴承钢，并对照中国标准的SAC TC 98.91-2006《滚动轴承GCr15轴承钢》进行验比，该材料的性能稳定可靠，并能代表当今国际先进水平。

然后将选择好的日本大同SUJ2优质精炼真空脱气钢盘料，并通过轻拉机进行轻拉，该材料轻拉消耗0.2-0.3mm，去除表面轻微缺陷，统一尺寸与圆度并较直，稳定了冷镦高速机成型压缩比，实现冲压变化均匀，使材料处于三向压应力状态下，这样有利于提高材料的塑性，改变应力状态，避免裂纹的出现，为后序加工打好质量基础。在轻拉结束后，将该材料进行高速切割成各种尺寸所需的规格球坯状大小，然后进入锥鼓圆形模具中通过高速镦压压制成两极带圆锥角2a，所述圆锥角在95～125°之间的，呈小环带无两极的球坯。将上述冷镦成型后的球坯进行去冲压应力回火，回火温度为150-170℃，保温时间2-3小时去除冲压应力。最后调整光球加工的两个工序，光球加工的第一个步骤去除环带与初步成圆状，保证多余留量与高压切削不再生产切削应力和拉应力，光球的第二个步骤为正常切削，保证热处理前的球形精度、球尺寸和粗糙度要求。

经过上面的两个步骤后，进入常规热处理工艺，通过对加热保温时间、淬火温度、冷却速度、冷却介质温度使球坯为残余奥氏体达8~10％范围；能提高产品硬度均匀性，控制在0.5HRC以内，优于国标50％以上；提高钢球耐压碎负荷，超过国标20-50％以上；显微组织控制在最佳状态，为马氏体2-3级。

热处理后进入表面强化步骤，在表面强化步骤中，使用直径为1600mm、内带8个瓦形打击提升板的圆柱桶，让钢球在里面以自由着落差撞击和相互撞击使得球面形成深度为0.2mm以上强化层，并由表层至有效深度内呈梯度方式过渡到正常组织和硬化层，防止没有过渡层而出现“起壳”提早失效的不良现象，使钢球能防撞击、耐磨损，从而提高钢球的使用寿命，降低了噪音。经过上述强化步骤，将钢球的强化工艺放在硬磨工序中间，硬磨(一)去除上道工序热处理产生的氧化皮，这有利于强化过程中强化层的有效控制和实现，而且通过对原留磨量的合理分解，减少对强化层的破坏，硬磨(二)在保证几何精度的情况下对尺寸适当磨削，做到保持表面强化层不受破坏即可。

随即接下来是初研及探伤步骤，初研分两步骤，初研的第一个步骤是将钢球从粗加工到精加工的过渡，主要是对球形的修正，缩小批直径变动量误差，提高钢球圆度，并进一步减少加工余量，初研的第二步是进一步提高精度，并逐步提高钢球表面质量及表面粗糙度，为后道的探伤工序工序打好基础。初研后的工序是探伤，探伤是通过探伤仪以涡流、光电和振动这样三种方式的进行探伤，将毛刺、垫伤、啃伤和表面等缺陷全部分选出来，消除可能存在的质量隐患，分选出合格产品。

接探伤后合格的钢球进入超细粒度超硬树脂砂轮进行精研，在精研通过精研磨机进行三次精研：第一次采用3000目树脂砂轮精研、第二次采用5000目树脂砂轮精研、第三次采用8000目树脂砂轮精研，在最后超精研时，技术参数如下：一是限制压力，正常为3~3.5Mpa；二是选择转速，正常为35~40r/min；三是统一树脂砂轮盘的沟槽深度；四是使用新工艺软球磨沟的方法，沟渠散差不允许超过0.001mm。钢球经过8-10个小时左右的精研加工工时，形成并满足工艺所规定的标准钢球。

对成品钢球在软毛刷自动清洗机进行清洗，去除钢球表面附着物，即清洗检验；采用奎克F201薄型防锈油防锈；最后，采用自动包装程序，即完成。

Claims (4)

1、一种低噪音精密微型钢球制造工艺，由优选原材料、球坯高速冷镦成型、光球热处理、磨球表面强化、磨球初研及探伤、后进入超细粒度超硬树脂砂轮精研、清洗、涂油防锈、包装步骤组成，其特征在于：所述球坯成型步骤中增加了对原材料成型前轻拉工序，并将球坯设计成两极圆锥角2a在95～125°之间，带微小环带的球坯，然后对球坯进行冷墩；所述表面强化步骤中增加钢球以自主落差撞击和相互撞击工序；所述精研工序采用3000目树脂砂轮、5000目树脂砂轮、8000目树脂砂轮进行三次精研。

2、根据权利要求1所述的低噪音精密微型钢球制造工艺，其特征在于：所述两极具有圆锥角的球坯在冷墩成型中球坯产生的镦压应力通过低温回火温度为150-170℃，保温时间2-3小时去除镦压应力。

3、根据权利要求1所述的低噪音精密微型钢球制造工艺，其特征在于：所述表面强化工序步骤中球面形成强化层深度为大于0.2mm。

4、根据权利要求1所述的低噪音精密微型钢球制造工艺，其特征在于：所述精研步骤中三步精研工序的工艺参数为：第一步精研工序是限制压力，正常为2～3Mpa；第二部精研工序是选择最佳转速，正常为35～40r/min；第三步精研工序三是统一树脂砂轮盘的沟槽深度。