專利名稱：精密鋼球的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種精密鋼球的生產(chǎn)方法，屬于鋼球生產(chǎn)制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國(guó)鋼球工業(yè)自1948年生產(chǎn)出第一批產(chǎn)品已有56年的歷史，從技術(shù)進(jìn)步和行業(yè)發(fā)展看，改革開放后的發(fā)展是最快的階段，目前我國(guó)鋼球行業(yè)已經(jīng)能生產(chǎn)0.5～200多mm的鋼球，精度已經(jīng)能批量生產(chǎn)G1000～G10，產(chǎn)品廣泛用于軸承、工程機(jī)械、家用電器、汽車、農(nóng)業(yè)機(jī)械、機(jī)床、摩托車、冶金、化工、儀器儀表等行業(yè)，我國(guó)已經(jīng)成為世界上鋼球企業(yè)最多的國(guó)家，也是產(chǎn)量最大的國(guó)家。
但從我國(guó)鋼球的質(zhì)量現(xiàn)狀看，部分鋼球質(zhì)量已接近和達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，總體仍有差距由于加工技術(shù)的原因，高精度、耐疲勞長(zhǎng)壽命鋼球仍需進(jìn)口。據(jù)統(tǒng)計(jì)2006年鋼球進(jìn)口量為2630噸，用匯2828.5萬美元，進(jìn)口量雖然只是出口量的9.68％，但每噸價(jià)值卻是出口的5.49倍，這從另一側(cè)面也反應(yīng)質(zhì)量要求高的鋼球仍在進(jìn)口。目前，我國(guó)鋼球在工藝環(huán)節(jié)上的差異，導(dǎo)致精度差異較大，同時(shí)直接影響鋼球壽命，據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)軸承的損壞有50％是由鋼球所致。隨著我國(guó)汽車工業(yè)的大發(fā)展，汽車軸承的精度、可靠性直接影響汽車的可靠性，因此研究提高鋼球精度、疲勞壽命是鋼球行業(yè)的重要發(fā)展趨勢(shì)。
傳統(tǒng)的鋼球生產(chǎn)工藝一般采用鋼球冷墩、光球、淬火回火熱處理、硬磨、初研、精研等工序加工，但尚還不能達(dá)到精品鋼球的要求。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有鋼球生產(chǎn)工藝的不足，本發(fā)明提供一種精密鋼球的生產(chǎn)方法。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種精密鋼球的生產(chǎn)方法，采用如下步驟(1)、預(yù)加工將輕拉鋼絲經(jīng)過預(yù)處理加工成鋼球毛坯；(2)、熱處理將經(jīng)過預(yù)處理后的鋼球毛坯用網(wǎng)帶式電爐進(jìn)行可控保護(hù)氣氛加熱淬火，淬火加熱溫度830～860℃，加熱時(shí)間15～50min；淬火介質(zhì)為柴油，溫度40～80℃，然后進(jìn)行回火熱處理，熱處理?xiàng)l件回火加熱溫度140～160℃，保溫時(shí)間120～150min；待鋼球冷卻到室溫后在表面強(qiáng)化處理機(jī)上進(jìn)行表面冷作強(qiáng)化；強(qiáng)化后硬度達(dá)到HRC61～66；(3)、精加工將經(jīng)過表面冷作強(qiáng)化的鋼球在磨球機(jī)上用陶瓷砂輪加工，然后將硬磨后的鋼球在立式或臥式研球機(jī)上進(jìn)行初研和精研加工，初研采用2000#樹脂砂輪，加工速度10～30r/min，壓力2～4KN，精研采用4000#樹脂砂輪，加工速度10～20r/min，壓力1～3KN；(4)、光電渦流外觀經(jīng)過精研后的鋼球要采用光電渦流外觀儀對(duì)鋼球缺陷進(jìn)行挑選，光電渦流外觀儀采用阿維科AVIKO系列，檢測(cè)由三個(gè)探頭同步進(jìn)行光電、渦流和振動(dòng)測(cè)試。鋼球經(jīng)檢測(cè)后被分為合格品、可修復(fù)品和不良品。光電探頭根據(jù)照射在缺陷部分后反射光束的百分比判定斑點(diǎn)，瑕疵和被污染等缺陷，標(biāo)準(zhǔn)為20％到80％；通過渦流探頭檢測(cè)表面和潛表面的缺陷，標(biāo)準(zhǔn)為20μm到40μm；通過振動(dòng)探頭檢測(cè)有顯著表面缺陷的鋼球，標(biāo)準(zhǔn)為0.7到0.8。合格品必須全部合格，可修復(fù)品通過光電探頭檢測(cè)；不良品通過渦流和振動(dòng)探頭檢測(cè)。
由于鋼球前面幾道工序加工量較大，鋼球表面存在殘余加工應(yīng)力，為消除殘余應(yīng)力，光電外觀后將挑選后的鋼球合格品采用網(wǎng)帶式回火爐進(jìn)行時(shí)效處理，溫度為120～150℃；(5)、鋼球的成型處理將上述經(jīng)過時(shí)效處理的鋼球，采用冷處理和超精研的工序后得到成品鋼球，冷處理溫度范圍-60℃～-80℃之間；超精研工序不添加磨料，采用6000#樹脂砂輪，加工速度10～15r/min，壓力0.8～1KN。
在上述驟中磨球機(jī)和研球機(jī)上研磨時(shí)要用到研磨劑，所述的研磨劑是磨料與水溶性精研液在混磨機(jī)上充分混磨后使用，采用水劑大循環(huán)方式進(jìn)行加工。
所述的水溶性精研液可采用洛陽ZYS-998精研液。
本發(fā)明有如下的有益效果通過本發(fā)明加工的鋼球球批直徑變動(dòng)量0.09～0.11μm，球直徑變動(dòng)量小于0.08μm，球形誤差0.03～0.05μm，表面粗糙度Ra0.004～0.007μm，圓度0.03～0.05μm，鋼球疲勞壽命經(jīng)國(guó)家軸承質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心對(duì)通過本發(fā)明制作的鋼球合套后的軸承樣品檢測(cè)，基本額定壽命的試驗(yàn)值L10t大于1200小時(shí)，基本額定壽命的試驗(yàn)值L10t與基本額定壽命L10之比大于12，L10的可靠度Re達(dá)到99.92％以上，達(dá)到《滾動(dòng)軸承精品鋼球技術(shù)條件》要求。采用本發(fā)明所提供的工藝路線及參數(shù)，對(duì)于鋼球精度的提高具有較大的潛在能力且可批量生產(chǎn)。
本發(fā)明所采用的工藝方法是在現(xiàn)有鋼球加工工藝的基礎(chǔ)上，通過分析影響鋼球精度、壽命的相關(guān)因素，選擇可靠、合理的工藝方法，對(duì)磨削、研磨的磨料及輔助材料作到合理的選擇，選擇合理的工藝裝備及工藝參數(shù)來提高鋼球的制造精度、表面粗糙度、球型加工誤差、表面質(zhì)量、金相組織及表面硬度等，從而提高鋼球精度。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1一種精密鋼球的生產(chǎn)方法，包括如下步驟(1)、鋼球冷墩將輕拉鋼絲采用高速或低速冷墩機(jī)加工成鋼球毛坯，毛坯加工余量為30～40mm，位移偏差小于0.06～1.2mm；(2)、粗加工將上述鋼球毛坯進(jìn)行粗加工，其一是采用光球機(jī)將毛坯進(jìn)行加工，加工速度100～140r/min，壓力100～250KN；其二是在光球機(jī)加工后，再利用磨球機(jī)進(jìn)行軟磨加工，軟磨時(shí)加工速度60～120r/min，壓力40～70KN；鋼球粗加工磨削量為0.15～0.25mm；(3)、熱處理將經(jīng)過粗加工后的鋼球毛坯用網(wǎng)帶式電爐進(jìn)行可控保護(hù)氣氛加熱淬火，淬火加熱溫度830～860℃，加熱時(shí)間15～50min；淬火介質(zhì)為柴油，溫度40～80℃，然后進(jìn)行回火熱處理，熱處理?xiàng)l件回火加熱溫度140～160℃，保溫時(shí)間120～150min；待鋼球冷卻到室溫后在表面強(qiáng)化處理機(jī)上進(jìn)行表面冷作強(qiáng)化；強(qiáng)化后硬度達(dá)到HRC61～66；(4)、精加工將經(jīng)過表面冷作強(qiáng)化的鋼球在磨球機(jī)和陶瓷砂輪上加工，然后將硬磨后的鋼球在在立式或臥式研球機(jī)上進(jìn)行初研和精研加工，初研采用2000#樹脂砂輪，加工速度10～30r/min，壓力2～4KN，精研采用4000#樹脂砂輪，加工速度10～20r/min，壓力1～3KN；
(5)、光電渦流外觀經(jīng)過精研后的鋼球要采用光電渦流外觀儀對(duì)鋼球缺陷進(jìn)行挑選，光電渦流外觀儀采用阿維科AVIKO系列，檢測(cè)由三個(gè)探頭同步進(jìn)行光電、渦流和振動(dòng)測(cè)試。光電探頭根據(jù)照射在缺陷部分后反射光束的百分比判定斑點(diǎn)、瑕疵和被污染等缺陷，標(biāo)準(zhǔn)為20％到80％；通過渦流探頭檢測(cè)表面和潛表面的缺陷，標(biāo)準(zhǔn)為20μm到40μm；通過振動(dòng)探頭檢測(cè)有顯著表面缺陷的鋼球，標(biāo)準(zhǔn)為0.7到0.8。合格品必須全部合格，可修復(fù)品通過光電探頭檢測(cè)；不良品通過渦流和振動(dòng)探頭檢測(cè)。
由于鋼球前面幾道工序加工量較大，鋼球表面存在殘余加工應(yīng)力，為消除殘余應(yīng)力，光電外觀后將挑選后的鋼球采用網(wǎng)帶式回火爐進(jìn)行時(shí)效處理，溫度為120～150℃；(6)、冷處理鋼球經(jīng)熱處理、精加工后內(nèi)部組織仍保留較多的殘余奧氏體，這種殘余奧氏體是不穩(wěn)定的組織，在儲(chǔ)存和使用過程中，會(huì)不斷地發(fā)生變化，從而改變鋼球的精度，影響鋼球疲勞壽命，為此采用冷處理工藝，它能減少組織中的殘余奧氏體，稍微提高零件的硬度，對(duì)鋼球尺寸穩(wěn)定性顯著提高，冷處理溫度范圍-60℃～-80℃之間；(7)、超精研經(jīng)過上述冷處理的鋼球在立式或臥式研球機(jī)上加工，不添加磨料，采用6000#樹脂砂輪，加工速度10～15r/min，壓力0.8～1KN。
在上述驟(2)、(4)中磨球機(jī)和研球機(jī)上研磨時(shí)要用到研磨劑，所述的研磨劑是磨料與水溶性精研液在混磨機(jī)上充分混磨后使用，采用水劑大循環(huán)方式進(jìn)行加工。
所述的水溶性精研液可采用洛陽ZYS-998精研液。
所述的磨料為氧化鋁或碳化硅或碳化硼。
實(shí)施例2以φ5.953mm(15/64in)鋼球的生產(chǎn)工藝為例，鋼球材質(zhì)為GCr15，磨料采用氧化鋁(1)鋼球冷墩在高速冷墩機(jī)Z32G-5上將鋼球輕拉鋼絲進(jìn)行加工，毛坯尺寸φ6.3mm；(2)粗加工a.在光球機(jī)上加工，加工速度130r/min，壓力150KN，磨削量0.05mm，b.在磨球機(jī)上進(jìn)行軟磨加工，加工速度120r/min，壓力50KN，磨削量0.18mm(3)熱處理淬火加熱溫度830℃，加熱時(shí)間35min；淬火介質(zhì)為柴油，溫度50℃；回火加熱溫度145℃，保溫時(shí)間120min，表面冷作強(qiáng)化時(shí)間5小時(shí)，強(qiáng)化后硬度達(dá)到HRC66。
(4)精加工a.硬磨在磨球機(jī)上加工，采用陶瓷砂輪加工，磨削量0.095mm；b.初研和精研在立式研球機(jī)上加工，初研采用2000#樹脂砂輪，加工速度30r/min，壓力4KN，理論磨削量0.032mm精研采用4000#樹脂砂輪，加工速度20r/min，壓力2KN，磨削量4μm；(5)光電渦流外觀采用光電渦流外觀儀將缺陷鋼球進(jìn)行挑選，光電渦流外觀儀采用AVIKO(阿維科)K0306C，檢測(cè)由三個(gè)探頭同步進(jìn)行光電、渦流和振動(dòng)測(cè)試。光電探頭反射光束的百分比設(shè)定為40％判定斑點(diǎn)；渦流檢測(cè)設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)為40μm；振動(dòng)檢測(cè)設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)為0.8。
挑選后的合格品采用網(wǎng)帶式回火爐進(jìn)行時(shí)效處理，溫度為120℃。
(6)冷處理冷處理溫度范圍-60℃。
(7)超精研在臥式研球機(jī)上加工，不添加磨料，采用6000#樹脂砂輪，加工速度10r/min，壓力0.8KN。
經(jīng)過上述工序加工的鋼球球批直徑變動(dòng)量0.09μm，球直徑變動(dòng)量0.07μm，球形誤差0.04μm，表面粗糙度Ra0.004μm，圓度0.03μm。鋼球疲勞壽命經(jīng)國(guó)家軸承質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心對(duì)鋼球合套后的軸承樣品檢測(cè)，基本額定壽命的試驗(yàn)值L10t＝1309小時(shí)，基本額定壽命的試驗(yàn)值L10t與基本額定壽命L10之比為13，L10的可靠度Re達(dá)到99.95％，達(dá)到《滾動(dòng)軸承精品鋼球技術(shù)條件》要求。
在本申請(qǐng)中，2000#樹脂砂輪、4000#樹脂砂輪、6000#樹脂砂輪指的是2000目樹脂砂輪、4000目樹脂砂輪、6000目樹脂砂輪。
權(quán)利要求
1.一種精密鋼球的生產(chǎn)方法，其特征在于包括如下步驟(1)、預(yù)加工將輕拉鋼絲經(jīng)過預(yù)加工成鋼球毛坯；(2)、熱處理將經(jīng)過預(yù)加工后的鋼球毛坯用網(wǎng)帶式電爐進(jìn)行可控保護(hù)氣氛加熱淬火，淬火加熱溫度830～860℃，加熱時(shí)間15～50min；淬火介質(zhì)為柴油，溫度40～80℃，然后進(jìn)行回火熱處理，熱處理?xiàng)l件回火加熱溫度140～160℃，保溫時(shí)間120～150min；待鋼球冷卻到室溫后在表面強(qiáng)化處理機(jī)上進(jìn)行表面冷作強(qiáng)化；強(qiáng)化后硬度達(dá)到HRC61～66；(3)、精加工將經(jīng)過表面冷作強(qiáng)化的鋼球在磨球機(jī)和陶瓷砂輪上加工，然后將硬磨后的鋼球在立式或臥式研球機(jī)上進(jìn)行初研和精研加工，初研采用2000#樹脂砂輪，加工速度10～30r/min，壓力2～4KN，精研采用4000#樹脂砂輪，加工速度10～20r/min，壓力1～3KN；(4)、光電渦流外觀經(jīng)過精研后的鋼球要采用光電渦流外觀儀對(duì)鋼球缺陷進(jìn)行挑選，具體對(duì)光電、渦流和振動(dòng)三個(gè)方面同步進(jìn)行測(cè)試，光電探頭反射光束的百分比標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定為20％到50％判定斑點(diǎn)；光電外觀后將挑選后合格的鋼球采用網(wǎng)帶式回火爐進(jìn)行時(shí)效處理，溫度為120～150℃；(5)、鋼球的成型處理將上述經(jīng)過時(shí)效處理的鋼球，采用采用冷處理和超精研后得到成品鋼球。
2.如權(quán)利要求1所述的精密鋼球的生產(chǎn)方法，其特征在于所述的步驟(1)中的預(yù)處理是將輕拉鋼絲采用高速或低速冷墩機(jī)加工成鋼球毛坯，毛坯加工余量為30～40mm，位移偏差小于0.06～1.2mm；將上述鋼球毛坯采用光球機(jī)進(jìn)行加工，加工速度100～140r/min，壓力100～250KN；經(jīng)粗加工后的鋼球毛坯磨削量為0.15～0.25mm；
3.如權(quán)利要求1所述的精密鋼球的生產(chǎn)方法，其特征在于所述的步驟(1)中的預(yù)處理是將輕拉鋼絲采用高速或低速冷墩機(jī)加工成鋼球毛坯，毛坯加工余量為30～40mm，位移偏差小于0.06～1.2mm；將上述鋼球在光球機(jī)加工后，再利用磨球機(jī)進(jìn)行軟磨加工，軟磨時(shí)加工速度60～120r/min，壓力40～70KN；經(jīng)粗加工后的鋼球毛坯磨削量為0.15～0.25mm；
4.如權(quán)利要求1所述的精密鋼球的生產(chǎn)方法，其特征在于所述的步驟(5)中鋼球的成型處理是將經(jīng)過時(shí)效處理的鋼球采用冷處理工藝，冷處理溫度范圍-60℃～-80℃；經(jīng)過上述冷處理的鋼球在立式或臥式研球機(jī)上加工，不添加磨料，采用6000#樹脂砂輪，加工速度10～15r/min，壓力0.8～1KN。
5.如權(quán)利要求1或2或4所述的精密鋼球的生產(chǎn)方法，其特征在于在上述步驟中磨球機(jī)和研球機(jī)上研磨時(shí)用到研磨劑，所述的研磨劑是磨料與水溶性精研液在混磨機(jī)上充分混磨后使用，采用水劑大循環(huán)方式進(jìn)行加工。
全文摘要
一種精密鋼球的生產(chǎn)方法采用如下步驟鋼球冷墩原材料采用輕拉鋼絲；粗加工采用光球或光球加軟磨工藝；采用網(wǎng)帶式電爐對(duì)鋼球進(jìn)行可控保護(hù)氣氛加熱淬火及回火熱處理，鋼球冷卻到室溫后在表面強(qiáng)化處理機(jī)上進(jìn)行表面冷作強(qiáng)化；硬磨采用陶瓷砂輪加工；光電渦流外觀后進(jìn)行時(shí)效處理；時(shí)效處理后進(jìn)行冷處理；最后進(jìn)行超精研。通過本發(fā)明加工的鋼球疲勞壽命經(jīng)國(guó)家軸承質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心對(duì)通過本發(fā)明制作的鋼球合套后的軸承樣品檢測(cè)，基本額定壽命的試驗(yàn)值L
文檔編號(hào)C21D10/00GK101049665SQ20071001444
公開日2007年10月10日 申請(qǐng)日期2007年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月15日
發(fā)明者王作山 申請(qǐng)人:山東東阿鋼球集團(tuán)有限公司