立式鑄鐵盤初研鋼球淺析

白廣春，王世平

（1.哈爾濱軸承配件有限公司，黑龍江 哈爾濱 150036；2.哈爾濱軸承集團公司 推力軸承分廠，黑龍江 哈爾濱 150036）

1 前言

在鋼球生產過程中，鋼球初研工序是鋼球精研的基礎工序，對鋼球的生產質量和效率至關重要。本文就鋼球立式鑄鐵盤初研鋼球的機理、常見的質量問題及正確的操作方法做一探討。

2 立式初研加工概述

鋼球初研，也稱為細研。初研工藝特點是不用砂輪磨削，而是用鑄鐵盤研磨。鋼球初研是在專用的研球機上進行的。研球機上設有兩個研磨盤，其工作面互相平行，其中一個研磨盤旋轉，叫作轉動研磨盤，在其工作面上車削有若干個同心的V型溝槽；另一個研磨盤不轉動，叫作固定研磨盤，其工作表面是平的。兩個研磨盤中的一個可作軸向移動，以便借助于液壓系統對鋼球施加必要的研磨壓力。研磨盤裝機之后，首先要進行必要的調整，並用與被加工鋼球尺寸相同的淬火鋼球和正常的研磨壓力和轉速對溝槽進行滾壓和研合，使溝槽三個接觸面得到三個接觸圓弧（如圖1）。將鋼球放入溝槽里，添加白剛玉微粉（或其它磨料微粉）和潤滑冷卻液，在研磨盤連續轉動和研磨壓力作用下，使鋼球得到研磨。

圖1 初研鋼球示意圖

3 立式初研加工的機理分析

由于鋼球在兩個研球盤之間處于三弧接觸狀態，而且研球盤的硬度（190～230HBS）比被加工鋼球硬度（61～66HRC）低得多，在研磨液中的微粉磨料比鋼球硬得多，在磨削壓力和研磨盤旋轉的綜合作用下，磨粒被鋼球擠壓而嵌入在研磨盤三弧接觸的表面上，形成一個非常細密的磨具。

鋼球在溝槽里滾動，它一方面隨轉動盤作公轉運動，另一方面因ωR2＞ ωR1，即鋼球在溝槽外側接觸弧的線速度V2大于內側接觸弧的線速度V1，鋼球在公轉的同時也產生連續自轉運動。因此，鋼球表面必然產生與盤的接觸弧表面相對滑動和相對滾動，而且鋼球與接觸弧線的各點的壓力不同，滑動速度與滾動速度也各不相同。于是，嵌在溝槽接觸弧表面上的磨粒對鋼球表面就產生微細的磨削作用。在相對滑動過程中磨粒對鋼球表面的磨削作用稱之為滑動磨削，這是加工中的主要磨削形式，磨粒在壓力的作用下，除滑動磨削外也對鋼球表面形成極小壓痕，並從鋼球表面擠掉金屬微粒，稱之為滾壓磨削，這種滑動磨削和滾壓磨削的綜合作用使鋼球得到研磨。研磨液又具有良好的潤滑性，使鋼球得到良好的潤滑，有利于鋼球自轉，從而有利于改善球形精度。

4 立式初研加工質量問題及原因分析

影響初研加工質量因素是多方面的，有前工序的影響及本工序的因素，前工序的影響在此略去。初研加工過程中常見的質量問題如下。

4.1 球直徑變動量和球形誤差超差

球直徑變動量和球形誤差超差，將會增加精研工序研磨時間或造成精研尺寸超差。

直接原因是鋼球在加工過程中自轉性較差。間接原因：

（1）研磨盤溝槽太淺或著溝槽沒壓好。

（2）溝槽太深。當溝槽太深時，球直徑變動量容易達到要求，但球形誤差卻不容易達到要求；當溝槽太深並接近或超出極限深度時，則球直徑變動量、球形誤差均不容易達到要求。

（3）在加工過程中出現個別大球將溝壓壞或用了大球或小球壓溝，造成溝槽接觸弧半徑大于或小于被加工鋼球的半徑，鋼球在溝槽滾動自轉失去約束力。

4.2 點狀燒傷

點狀燒傷又稱為黑點燒傷，是加工時鋼球局部表面受到瞬間撞擊，瞬間溫度達到一定程度，而后又被研磨液迅速冷卻，使其金相組織發生變化，經冷酸洗后在球表面形成一個或多個黑點，如圖2 所示。

直接原因是鋼球加工時局部表面受到瞬間撞擊，而后又迅速被冷卻。

間接原因：

（1）研磨盤的轉速太高，當其超過110r/min時，鋼球來不及進入溝槽產生瞬間斷流現象，鋼球恢復進入溝槽時，研磨盤就產生對鋼球的沖擊，形成點狀燒傷。

（2）分球器與溝槽入口不吻合，造成鋼球在入口處瞬間停頓而被研球盤沖擊。

（3）研球盤表面有砂眼、氣孔、縮孔等缺陷，當鋼球與這些缺陷接觸時，產生瞬間沖擊。

（4）研磨劑中混有硬質物塊，鋼球運轉中突然遭到阻礙。

4.3 線狀燒傷

線狀燒傷又分為二次回火、二次淬火燒傷，這種燒傷只有用酸洗的方法才能顯示出來，如圖3 所示。在磨削過程中，有兩個或多個鋼球連在一起，在磨削速度和磨削壓力的作用下，鋼球表面滾動接觸點產生了一定的磨擦溫度，當磨擦溫度達到金屬的淬火溫度，且旋即受冷卻液冷卻時，即成為線狀磨削二次淬火燒傷。當磨擦溫度達到回火溫度，且旋即被冷卻，就成為線狀磨削二次回火燒傷。

直接原因是球的接觸點相對運動而摩擦溫升，當溫度達到一定程度時，受熱的接觸點軌跡部份的金相組織發生變化，而形成了線狀燒傷。

間接原因：

（1）研磨盤轉速過低，致使溝槽中的進球過多。

（2）溝槽過深，鋼球自轉性變差。

（3）在立式研球機上溝槽之間的距離不均等，造成個別溝槽進球過多。

（4）溝槽深度差過大。

（5）壓力太小，失去了對鋼球的約束力。

（6）兩研磨盤工作面不平行，工作時由于軸向跳動而使鋼球受力不均衡，迫使鋼球滾到一起。

（7）加工中出現個別大球，將溝槽壓寬、壓深。

4.4 啃傷

啃傷如圖4 所示，在初研加工中一旦出現，由于其破壞層可達0.05mm，而初研磨量只有0.02～0.03mm，研量留量小，將會導致產品報廢，必須引起重視。

直接原因是鋼球局部被研磨盤磨損。

圖2 點狀燒傷

圖3 線狀燒傷

圖4 啃傷

間接原因：

（1）聚球刀板座松動，將鋼球卡死而被轉動研磨盤磨傷。

（2）由于分球器嚴重后退或溝槽入口處溝臺棱角被磨損，鋼球被阻擋停留在入口處而被轉動盤磨傷。

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（3）聚球刀板的齒被鋼球嚴重磨損，鋼球在刀板齒尖處停留或卡住而被轉動盤啃傷。

4.5 批直徑變動量超差

批直徑變動量超差勢必給精研工序的加工代來困難，嚴重的會產生線狀燒傷，影響成品鋼球的使用壽命。

直接原因是溝槽深度不一致。

間接原因：

（1）壓溝球的公差不同，壓溝后各溝槽深度不一致。

（2）研磨盤的硬度不均勻，造成溝槽磨損程度不一樣。

（3）加工中循環不好，有存球死角。

5 立式精研機初研加工的質量控制

（1）操作人員必須熟悉所用機床的技術性能，調整程序與啟動方法。檢查機床精度應符合工藝要求。根據加工鋼球的規格不同合理選擇研磨盤轉速，研磨盤轉速選用的原則是，研磨小球選擇高速，研磨大球選擇低速。轉速選擇見表1。

（2）初研前的鋼球尺寸差、球形誤差、磨削燒傷、表面缺陷必須符合前工序的要求。加工前要對其進行嚴格的清洗和分選，剔除混入的大、小球，做到鋼球表面上沒有任何硬質點和其它污物。

表1 研磨盤轉速選用表

（3）機床開動前要對其檢查和調整，檢查進球器，不準有緊固鑼釘松動現象，不準有錯位、不對口、前移和后退的現象。檢查溝槽，不準有掉邊、溝槽入口被打壞、破壞了溝槽深度的情況，使溝槽深度不一致。新換用的研球盤必須進行校平和校正，兩研磨盤的同軸度<0.05mm，轉動研球盤的徑向跳動和軸向跳動<0.15mm，兩研球盤工作面平行度<0.1mm。收球刀板要正確安裝，避免卡球。

（4）做好壓溝和磨溝工作。壓溝或磨溝時首先將少量的同規格硬磨鋼球放入溝槽中，開動轉動盤並施加必要的壓力，用鋼球對溝槽進行滾壓，使研球盤溝槽的工作面形成鋼球滾道。滾道寬度C為加工鋼球直徑的1/3～2/5，如圖5 所示。當滾道寬度小于被加工球徑的1/3時，球直徑變動量難以達到要求。當滾道寬度大于被加工球徑的2/5時，球形誤差難以達到要求。

圖5 滾道寬度

6 結束語

鋼球初研加工質量，直接影響到鋼球的成品質量。鋼球初研質量重在預防，只要按照初研加工質量控制方法，使工藝裝備標準化、操作一致、原輔料質量合格穩定，就能有效地做好鋼球初研加工。