CN103008994B - 高速高精数控机床轴承专用钢球生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高速高精数控机床轴承专用钢球的生产方法，采用如下步骤：钢球冷镦采用套筒切料、整形、冷镦多工位高速冷镦方式加工毛坯；粗加工采用大循环光球工艺；采用连续滚筒炉进行可控气氛淬火、冷处理、回火处理，碳势自动控制；应用变频调速多打板结构进行表面强化；硬磨采用陶瓷砂轮大循环工艺加工；初研后采用双辊分选；精研后进行光电涡流探伤；时效处理后进行超精研加工；超精研后光电检测。通过本发明加工制作的钢球球直径变动量小于0.07μm，圆度小于0.05μm，球形误差小于0.05μm，表面粗糙度Ra小于0.007μm，球批直径变动量小于0.09μm，钢球合套后轴承dmn值大于2.5×106mm·r/min。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢球生产方法，尤其是一种高速高精数控机床轴承专用钢球的生产方法。
背景技术
目前精密高速数控机床轴承属于高精度、高技术轴承品种，技术含量较高，开发难度较大，目前大部分需要依赖进口，严重制约着精密高速数控机床的国产化进程，已经成为急需替代进口的关键零部件。轴承主要有钢球、内外套圈和保持架四部分组成，在轴承的四大组成部分中，钢球是最薄弱环节，钢球的表面纹理直接影响轴承的寿命，对轴承振动和噪音的影响率在60%以上，而且80%以上的轴承失效源于钢球的失效。
目前我国钢球与国外高精度钢球经测试在“粗糙度”、“圆度”等单粒几何精度等方面并无多大差别，但合套后轴承的振动噪音值差别较大，造成这种差别的，除了原材料的差别外，更重要的是热处理水平及钢球成型工艺的差异，导致钢球在轴承中工作状态的不同，从而对轴承振动、噪音和寿命产生了较大的影响。
传统的钢球生产工艺一般采用钢球冷镦、光球、淬火回火处理、硬磨、初研、精研等工序加工，但还达不到高速高精数控机床轴承专用钢球的要求。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种高速高精数控机床轴承专用钢球生产方法，该方法工艺简单，生产的钢球能够达到《滚动轴承精品钢球技术条件》要求。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种高速高精数控机床轴承专用钢球生产方法，步骤如下：
（1）钢球冷镦，采用多工位高速冷镦方式加工毛坯；
（2）粗加工，采用大循环光球工艺；
（3）热处理，采用连续滚筒炉可控气氛淬火、冷处理、回火处理，碳势自动控制；
（4）表面强化，应用变频调速多打板结构表面强化；
（5）硬磨，采用陶瓷砂轮大循环工艺加工；
（6）初研，然后采用双辊分选；
（7）精研，然后光电涡流探伤；
（8）时效处理，然后超精研加工；
（9）光电检查，超精研后采用光电外观仪检测钢球表面缺陷。
所述步骤（1）中首先将轴承钢丝用套筒切料方式切成料段，然后将料段整形，最后将料段鐓制成钢球毛坯。
所述步骤（2）中每车加工量1000-1200Kg，锉削和磨削分开进行；首先采用锉削工艺，消除环带及两极毛刺，然后再磨削加工，加工速度90-130r/min，压力100-200KN，磨削量0.15-0.20mm。
所述步骤（3）中采用连续滚筒炉氮基可控气氛淬火，淬火介质为快速淬火油，淬火后进行冷处理，最后回火处理，淬火加热温度830-850℃，淬火介质温度60-80℃，冷处理温度6-8℃，回火温度140-160℃，气氛为氮气+丙烷+甲醇（氮气8-10m3/h，丙烷0-300L/h自动控制,甲醇1-2.5L/h）。
所述步骤（4）中打板转速160-200r/min，滚筒转速8-12r/min，强化后表面硬度HRC62-63.5，然后进行回火处理，回火温度140-150℃。
所述步骤（6）中初研在立式研球机上加工，采用2000#树脂砂轮，加工速度10-30r/min，压力2-4KN；双辊分选采用钢球尺寸检验方式，双辊成倾斜分布，根据不同的产品规格，调整相应的距离及倾斜角度，将合格产品、规值偏大、规值偏小尺寸分类选出。
所述步骤（7）中精研在立式研球机上加工，采用4000#树脂砂轮，加工速度10-20r/min，压力1-3KN；光电涡流探伤，采用光电、涡流和振动三个探头同步检测钢球表面和内在缺陷。
所述步骤（8）中的时效处理采用网带式回火炉人工时效，温度为120～150℃，消除残余应力，提高尺寸精度；超精研在立式研球机上加工，不添加磨料，采用6000#树脂砂轮，水剂精研液，加工速度10-15r/min，压力0.8-1KN。
所述步骤（2）、步骤（5）中采用水剂磨削液加工；步骤（6）和步骤（7）中采用金刚石微粉与水剂精研液混合（每公斤水剂精研液添加150-500克金刚石微粉）作为研磨剂。
本发明的有益效果是：通过本发明加工的钢球球直径变动量小于0.07μm，圆度小于0.05μm，球形误差小于0.05μm，表面粗糙度Ra小于0.007μm，球批直径变动量小于0.09μm，钢球合套后轴承dmn值大于2.5X106mm·r/min。
本发明所采用的工艺路线是在现有钢球加工工艺基础上，通过分析影响钢球精度、寿命、高速性能指标（dmn）的相关因素，选择可靠、合理的工艺方法、合理的工艺装备来提高钢球的制造精度、寿命及高速性能
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明。
实施例1：以3.969mm（5/32）钢球的生产工艺为例，钢球材质为GCr15。
(1)钢球冷镦：在高速冷镦机上将轴承钢丝采用套筒切料；然后将料段整形，去除毛刺；然后进行冷镦。采用多工位冷镦方式，每分钟加工毛坯700粒，毛坯尺寸4.27mm。
(2)粗加工
采用大循环光球工艺，水剂磨削液加工，加工量1000Kg，首先采用锉削工艺，消除环带及两极毛刺，然后转车进行磨削加工。加工速度90r/min，压力100KN，磨削量0.18mm。
(3)热处理
采用连续滚筒炉进行氮基可控气氛淬火，淬火介质为快速淬火油，淬火后进行冷处理，最后回火处理。淬火加热温度830℃，淬火介质温度70℃，冷处理温度7℃，回火温度160℃，气氛为氮气+丙烷+甲醇（氮气8m3/h，丙烷0-300L/h自动控制,甲醇2L/h），淬火-冷处理-回火联线生产。
（4）表面强化
应用变频调速多打板结构进行表面强化，打板转速160r/min，滚筒转速8r/min，强化后表面硬度HRC62-63.5。然后进行回火处理，回火温度140℃。
（5）硬磨
硬磨采用陶瓷砂轮大循环工艺，水剂磨削液加工，磨削量0.09mm。
（6）初研
在立式研球机上进行初研加工，采用金刚石微粉与水剂精研液混合作为研磨剂（每公斤水剂精研液配150克金刚石微粉），2000#树脂砂轮，加工速度15r/min，压力2KN。
（7）双辊分选
双辊分选采用钢球尺寸检验方式，双辊成倾斜分布，将合格产品、规值偏大、规值偏小尺寸分类选出。
（8）精研
在立式研球机上进行初研加工，采用金刚石微粉与水剂精研液混合作为研磨剂（每公斤水剂精研液配150克金刚石微粉），4000#树脂砂轮，加工速度15r/min，压力1KN。
（9）光电涡流探伤
采用光电、涡流和振动三个探头同步检测钢球表面和内在缺陷。
（10）时效处理
采用网带式回火炉进行人工时效，温度为120℃，消除残余应力，提高尺寸精度。
（11）超精研
在立式研球机上进行初研加工，不添加磨料，采用6000#树脂砂轮，水剂精研液。加工速度10r/min，压力0.8KN。
（12）光电检查
采用光电外观仪检测钢球表面缺陷。
实施例2：以5.953mm（15/64）钢球的生产工艺为例，钢球材质为GCr15。
(1)钢球冷镦：在高速冷镦机上将轴承钢丝采用套筒切料；然后将料段整形，去除毛刺；然后进行冷镦。采用多工位冷镦方式，每分钟加工毛坯600粒，毛坯尺寸6.26mm。
(2)粗加工
采用大循环光球工艺，水剂磨削液加工，加工量1100Kg，首先采用锉削工艺，消除环带及两极毛刺，然后转车进行磨削加工。加工速度130r/min，压力150KN，磨削量0.15mm。
(3)热处理
采用连续滚筒炉进行氮基可控气氛淬火，淬火介质为快速淬火油，淬火后进行冷处理，最后回火处理。淬火加热温度845℃，淬火介质温度60℃，冷处理温度8℃，回火温度140℃，气氛为氮气+丙烷+甲醇（氮气9m3/h，丙烷0-300L/h自动控制,甲醇1L/h），淬火-冷处理-回火联线生产。
（4）表面强化
应用变频调速多打板结构进行表面强化，打板转速180r/min，滚筒转速10r/min，强化后表面硬度HRC62-63.5。然后进行回火处理，回火温度140℃。
（5）硬磨
硬磨采用陶瓷砂轮大循环工艺，水剂磨削液加工，磨削量0.09mm。
（6）初研
在立式研球机上进行初研加工，采用金刚石微粉与水剂精研液混合作为研磨剂（每公斤水剂精研液配400克金刚石微粉），2000#树脂砂轮，加工速度,25r/min，压力3KN。
（7）双辊分选
双辊分选采用钢球尺寸检验方式，双辊成倾斜分布，将合格产品、规值偏大、规值偏小尺寸分类选出。
（8）精研
在立式研球机上进行初研加工，采用金刚石微粉与水剂精研液混合作为研磨剂（每公斤水剂精研液配200克金刚石微粉），4000#树脂砂轮，加工速度15r/min，压力2.5KN。
（9）光电涡流探伤
采用光电、涡流和振动三个探头同步检测钢球表面和内在缺陷。
（10）时效处理
采用网带式回火炉进行人工时效，温度为135℃，消除残余应力，提高尺寸精度。
（11）超精研
在立式研球机上进行初研加工，不添加磨料，采用6000#树脂砂轮，水剂精研液。加工速度12r/min，压力0.9KN。
（12）光电检查
采用光电外观仪检测钢球表面缺陷。
实施例3：以6.747mm（17/64）钢球的生产工艺为例，钢球材质为GCr15。
(1)钢球冷镦：在高速冷镦机上将轴承钢丝采用套筒切料；然后将料段整形，去除毛刺；然后进行冷镦。采用多工位冷镦方式，每分钟加工毛坯600粒，毛坯尺寸7.05mm。
(2)粗加工
采用大循环光球工艺，水剂磨削液加工，加工量1200Kg，首先采用锉削工艺，消除环带及两极毛刺，然后转车进行磨削加工。加工速度110r/min，压力200KN，磨削量0.20mm。
(3)热处理
采用连续滚筒炉进行氮基可控气氛淬火，淬火介质为快速淬火油，淬火后进行冷处理，最后回火处理。淬火加热温度850℃，淬火介质温度80℃，冷处理温度6℃，回火温度150℃，气氛为氮气+丙烷+甲醇（氮气10m3/h，丙烷0-300L/h自动控制,甲醇2.5L/h），淬火-冷处理-回火联线生产。
（4）表面强化
应用变频调速多打板结构进行表面强化，打板转速200r/min，滚筒转速12r/min，强化后表面硬度HRC62-63.5。然后进行回火处理，回火温度150℃。
（5）硬磨
硬磨采用陶瓷砂轮大循环工艺，水剂磨削液加工，磨削量0.09mm。
（6）初研
在立式研球机上进行初研加工，采用金刚石微粉与水剂精研液混合作为研磨剂（每公斤水剂精研液配500克金刚石微粉），2000#树脂砂轮，加工速度,30r/min，压力4KN。
（7）双辊分选
双辊分选采用钢球尺寸检验方式，双辊成倾斜分布，将合格产品、规值偏大、规值偏小尺寸分类选出。
（8）精研
在立式研球机上进行初研加工，采用金刚石微粉与水剂精研液混合作为研磨剂（每公斤水剂精研液配500克金刚石微粉），4000#树脂砂轮，加工速度20r/min，压力3KN。
（9）光电涡流探伤
采用光电、涡流和振动三个探头同步检测钢球表面和内在缺陷。
（10）时效处理
采用网带式回火炉进行人工时效，温度为150℃，消除残余应力，提高尺寸精度。
（11）超精研
在立式研球机上进行初研加工，不添加磨料，采用6000#树脂砂轮，水剂精研液。加工速度10r/min，压力1KN。
（12）光电检查
采用光电外观仪检测钢球表面缺陷。
经过上述加工的钢球产品参数如下：
| 检查项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 标准值 |
| 球直径变动量（μm） | 0.04 | 0.06 | 0.05 | ≤0.13 |
| 圆度（μm） | 0.027 | 0.025 | 0.016 | ≤0.13 |
| 球形误差（μm） | 0.032 | 0.032 | 0.034 | ≤0.13 |
| 表面粗糙度Ra（μm） | 0.007 | 0.008 | 0.008 | ≤0.10 |
| 球批直径变动量(μm) | 0.08 | 0.08 | 0.09 | ≤0.25 |
| dmn mm·r/min） | 2.8×106 | 2.7×106 | 2.67×106 | ≥1.5×106 |
达到《滚动轴承精品钢球技术条件》要求。
上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (5)
1.一种高速高精数控机床轴承专用钢球生产方法，其特征是，步骤如下：
(1)钢球冷镦，采用多工位高速冷镦方式加工毛坯；首先将轴承钢丝用套筒切料方式切成料段，然后将料段整形，最后将料段鐓制成钢球毛坯；
(2)粗加工，采用大循环光球工艺；每车加工量1000-1200Kg，锉削和磨削分开进行；首先采用锉削工艺，消除环带及两极毛刺，然后再磨削加工，加工速度90-130r/min，压力100-200KN，磨削量0.15-0.20mm；
(3)热处理，采用连续滚筒炉可控气氛淬火、冷处理、回火处理，碳势自动控制；采用连续滚筒炉氮基可控气氛淬火，淬火介质为快速淬火油，淬火后进行冷处理，最后回火处理，淬火加热温度830-850℃，淬火介质温度60-80℃，冷处理温度6-8℃，回火温度140-160℃，气氛为氮气+丙烷+甲醇，其中氮气8-10m3/h，丙烷0-300L/h自动控制,甲醇1-2.5L/h；
(4)表面强化，应用变频调速多打板结构表面强化；打板转速160-200r/min，滚筒转速8-12r/min，强化后表面硬度HRC62-63.5，然后进行回火处理，回火温度140-150℃；
(5)硬磨，采用陶瓷砂轮大循环工艺加工；
(6)初研，然后采用双辊分选；
(7)精研，然后光电涡流探伤；
(8)时效处理，然后超精研加工；
(9)光电检查，超精研后采用光电外观仪检测钢球表面缺陷。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述步骤(6)中初研在立式研球机上加工，采用2000#树脂砂轮，加工速度10-30r/min，压力2-4KN；双辊分选采用钢球尺寸检验方式，双辊成倾斜分布，根据不同的产品规格，调整相应的距离及倾斜角度，将合格产品、规值偏大、规值偏小尺寸分类选出。
3.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述步骤(7)中精研在立式研球机上加工，采用4000#树脂砂轮，加工速度10-20r/min，压力1-3KN；光电涡流探伤，采用光电、涡流和振动三个探头同步检测钢球表面和内在缺陷。
4.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述步骤(8)中的时效处理采用网带式回火炉人工时效，温度为120～150℃，消除残余应力，提高尺寸精度；超精研在立式研球机上加工，不添加磨料，采用6000#树脂砂轮，水剂精研液，加工速度10-15r/min，压力0.8-1KN。
5.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述步骤(2)、步骤(5)中采用水剂磨削液加工；步骤(6)和步骤(7)中采用金刚石微粉与水剂精研液混合作为研磨剂，其中每公斤水剂精研液添加150-500克金刚石微粉。
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Granted publication date: 20150311 Termination date: 20171212 |
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