改進鋼球生產工藝與提高鋼球制造精度等級

聶明輝

摘 要：隨著軸承行業的快速發展，對鋼球精度的要求也在逐步提高。研磨是鋼球加工的最后一道工序，直接決定著鋼球表面的最后質量和精度。本人根據多年工作經驗，同時參考現有研究成果，對鋼球生產工藝關鍵技術以及提高鋼球制造精度等級措施進行了簡要的論述。

關鍵詞：鋼球；生產工藝；制造精度；措施

引言

國內鋼球加工設備經過多年的發展，已經發展成為專業化生產企業進行制造，同時滿足所有加工工藝需求和工藝過程，以及品種齊全的一類專業設備。我們現在主要關心的是如何改進鋼球生產工藝，提高鋼球精度等級，降低生產成本，將企業的生產利益最大化，同時將鋼球生產質量進一步的提升。

1鋼球質量技術指標

1.1表面粗糙度

表面粗糙度是指鋼球表面有區別于球形誤差和波紋度的微觀不平度，其對球軸承中頻和高頻振動的產生有很大影響。并且表面粗糙度越大，球軸承產生的振動也越大，所以在鋼球的制造過程中，需嚴格控制其表面粗糙度的值。

1.2形狀誤差

形狀誤差是球軸承產生噪聲和振動的主要原因之一，在鋼球的生產過程中，磨盤通過對鋼球的接觸點進行擠壓和刮擦，從而達到去除多余材料，磨削成圓的目的。由于形狀誤差的存在，會使球軸承中鋼球的中心位置不斷變化，從而產生低頻振動和噪聲，并且鋼球的形狀誤差越大，球軸承在正常工作時的振動也就越大。

2鋼球基本加工工藝

隨著鋼球加工設備的發展，目前國內鋼球的基本加工工藝過程為：原材料檢查→冷鐓→光磨→（軟磨）→熱處理→硬磨→（表面強化）→初研→精研→（渦流探傷、外觀檢查）→超精研→（光學外觀）→清洗防銹→成品檢查→成品包裝。在每道工序之間根據需要進行清洗防銹、干燥烘干、挑揀工序缺陷球和質量控制檢查，工藝質量控制指標更加嚴格，工藝工裝和工藝細節的控制更加完善，對汽車軸承等專用鋼球進行100%渦流探傷和光電外觀，可以穩定批量生產G5，G10鋼球，滿足不同軸承的裝配要求。

3常用兩種臥式和立式研球機分析

研磨鋼球的設備有臥式和立式兩種，其中，立式研球機的特點是主軸垂直放置、兩研磨板水平放置和水平輸球方式，如圖1所示；而臥式研球機的結構所具有的特點則是主軸水平放置、兩研磨板垂直放置，如圖2所示。

對于立式研球機兩研磨板是水平放置的，它的優點在于鋼球在研磨盤中磨削時速度方向始終和重力方向相垂直，重力和離心力對其影響比較小，這樣鋼球在加工時就能夠有較好的尺寸選擇性，可以及時修正鋼球在加工時的幾何誤差，從而生產出高質量的鋼球。

對于臥式研球機兩研磨板是垂直安裝的，它的優點在于鋼球可以在不借助于外力的作用下，依靠自身的重力比較順暢的進入兩板之間，避免鋼球由于與研磨板碰撞而產生表面損傷。但從操作性上來說，立式研球機更具優越性。因為臥式研球機的輸球裝置是置前的，出球口會很大一部分被進球口遮擋；在鋼球的實際加工中，操作人員不能夠清楚的觀察到進球口的分布情況，也就不能控制控制最佳的進球量。

4鋼球研球機壓溝工藝的改進

對于臥式研球機，在對鋼球加工一段時間后，研磨盤將會發生變形，這時需對其進行重新壓溝，防止各溝槽中因誤差的產生而導致鋼球碰撞，有效地避免鋼球表面發生燒傷的可能。此外，如果研球機對鋼球進行長時間研磨，轉動盤和固定盤之間的距離會逐漸變小，即產生合板現象。合板現象會嚴重的破壞鋼球表面，致使其質量下降甚至報廢。所以，合理的溝槽壓溝對鋼球研磨至關重要，是生產出高精度鋼球的技術保證。

改進的壓溝工藝是采用循環式壓溝，其原理與鋼球正常研磨相似。通過轉動盤的帶動作用，鋼球被帶入料道，在料道中各溝槽中的鋼球經過混合，會重新回到溝槽中。為了能使各盤溝消耗均勻，適當的向料道中加入一些新的鋼球，鋼球通過分配器進入溝槽中，經過反復的循環可完成對盤的壓溝。改進后的壓溝方法與原方法相比，可以通過壓溝時間的延長，消除不同盤溝之間的誤差。對于改進后的方法，在壓溝剛開始時，其壓力和速度不可太大，因為壓力過大會使鋼球進入盤溝瞬間造成對盤溝的壓傷破壞。為了縮短延長的時間，在壓溝前可調整轉動盤與固定盤之間的空間位置減小平行度，同時壓溝時可不拆下和調整分配器。

5提高鋼球制造精度等級措施分析

5.1用深酸洗

熱酸洗過程不僅消耗鋼球整體尺寸，而且由于環帶和兩極應力大，導致腐蝕速度大，腐蝕層深度為0.18mm，嚴重的出現晶間腐蝕。這不但需增加鋼球加工總留量，同時在加工過程中還易產生疲勞。為此，采用深酸洗配合渦流探傷代替熱酸洗，并采用合理的酸配比，使鋼球深酸洗尺寸消耗控制在0.04-0.05mm。為驗證其可靠性，用500粒經深酸洗和渦流探傷的鋼球進行熱酸洗檢查，未發現問題。由此可見，用深酸洗和渦流探傷取代熱酸洗檢查是可行的。

5.2提高鋼球表面硬度的均勻性

用保護氣氛淬火代替空氣爐加熱淬火，并提高設備控溫精度，鋼球表面硬度的均勻性得到有效提高，成品鋼球單一硬度差小于等于0.5HRC，批硬度差小于等于1HRC。

5.3改進工具設計、減少鋼球加工留量

在保證精度的前提下，減少鋼球各工序留量，可以減少磨削時間，同時減少因磨削量過大產生的變質層，降低產生磨削質量問題的幾率。根據航空軸承材料的原始特性，自行研制硬度合金沖壓模具及輔助工具，并進行反復的壓球驗證，結果表明：采用硬質合金刀板和切料胎，提高了切料質量，減少了壓型折疊；采用硬質合金壓球胎，保持胎具在沖壓過程中基本不變形，提高了球坯的精度。同時，選用的料徑和切料長，保證壓縮比（切料長/料徑）在2.0-2.2之間，使料段在壓型過程處于最佳變形狀態。由此，加工出的球坯尺寸基本一致，且環帶小而薄，從而使鋼球加工的總留量由1.2mm減少到0.8mm。

結束語

總而言之，鋼球是球體形狀的零件，其整個表面既是工作面，又是加工中的基準面和支承面。鋼球的加工具有獨特的專業化特征，對原材料的質量、工藝水平和加工設備的要求都非常高，這就需要我們對其加工工藝以及設備進行合理的優化。

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