專利名稱：低噪音精密微型鋼球制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種精密電器用低噪音精密微型用鋼球的制造工藝， 具體使用真空脫氣精煉軸承鋼材料制造的低噪音精密微型軸承鋼球 的制造工藝。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)外市場上使用的微型鋼球在選用原材料的材質(zhì)上、以及 鋼球在球坯冷鐓成型工藝處理還是比較傳統(tǒng)的。由于原材料一般都是
一般的普通GCr15軸承鋼，其普通的材質(zhì)使得鋼球本身在軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí) 產(chǎn)生的噪音大；振動(dòng)值高；在球坯成型工藝上，就是直接將軸承鋼制 成圓形的的球坯及球坯形狀有環(huán)帶和極柱，其鋼球成型質(zhì)量既不能保 證，且球坯有環(huán)帶等使材料損耗增大。另外，該方法原材料至冷鐓 沖壓形成變球坯的整個(gè)過程，包括光球淬火、回火工藝，都不能有效 提高材料的塑性，改變應(yīng)力狀態(tài)，使產(chǎn)品容易出現(xiàn)裂紋；在表面強(qiáng)化 工藝上鋼球強(qiáng)化的原理是利用機(jī)械方法對鋼球表面進(jìn)行一定力和時(shí) 間的相互撞擊，形成具有一定深度的強(qiáng)化層，且使不均勻殘余應(yīng)力控 制在700 900Mpa之間，傳統(tǒng)的方法將鋼球進(jìn)行機(jī)械撞擊，但撞擊后 的殘余壓應(yīng)力的大小和分布不合理，在磨球工序加工中還產(chǎn)生拉應(yīng)力， 使鋼球在使用過程中出現(xiàn)裂紋，加大了鋼球的疲勞，具縮短鋼球的壽 命；最后，在精研和超精研過程中，傳統(tǒng)的精研和超精研方式為普 通鋼球的幾何精度在后序加工中以傳統(tǒng)鑄鐵板加研磨劑和研磨液混 合方式生產(chǎn)并提高，但由于鐵板是普通鑄鐵，存在組織不均、硬軟不 一、雜質(zhì)、縮孔等問題，容易造成鋼球表面劃、碰傷、燒傷及幾何精 度達(dá)不到要求等不利因素。從而會(huì)產(chǎn)生表面燒傷特別是二次淬火燒傷和二次回火燒傷，這些現(xiàn)象是影響鋼球壽命的一個(gè)主要問題，在軸承
運(yùn)轉(zhuǎn)中會(huì)出現(xiàn)提前剝落、掉塊和早期疲勞等失效現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用真空脫氣精軸承鋼制作而成的精度高、耐磨 性強(qiáng)、噪音低的精密微型鋼球的制造工藝。
為了解決以上技術(shù)難題，本發(fā)明的一種低噪音精密微型鋼球制造 工藝，由優(yōu)選原材料、球坯高速冷鐓成型、光球熱處理、磨球表面強(qiáng) 化、磨球初研及探傷、后進(jìn)入超細(xì)粒度超硬樹脂砂輪精研、清洗、涂 油防銹、包裝步驟組成，其創(chuàng)新點(diǎn)在于所述球坯成型步驟中增加了 對原材料成型前輕拉工序，并將球坯設(shè)計(jì)成兩極圓錐角2a在95~125° 之間，帶微小環(huán)帶的球坯，然后對球坯進(jìn)行冷墩；所述表面強(qiáng)化步驟 中增加鋼球以自主落差撞擊和相互撞擊工序;所述精研工序采用3000 目樹脂砂輪、5000目樹脂砂輪、8000目樹脂砂輪進(jìn)行三次精研。
所述兩極具有圓錐角的球坯在冷墩成型中球坯產(chǎn)生的鐓壓應(yīng)力通 過低溫回火溫度為150-170°C，保溫時(shí)間2-3小時(shí)去除鐓壓應(yīng)力。 所述表面強(qiáng)化工序步驟中球面形成強(qiáng)化層深度為大于0.2mm。 所述精研步驟中三步精研工序的工藝參數(shù)為第一步精研工序是 限制壓力，正常為2 3Mpa;第二部精研工序是選擇最佳轉(zhuǎn)速，正常 為35~40r/min;第三步精研工序三是統(tǒng)一樹脂砂輪盤的溝槽深度。
以上工藝的優(yōu)點(diǎn)在于1.優(yōu)選原材料因?yàn)殇撉蛏a(chǎn)的原材料非
常重要，我公司選擇優(yōu)質(zhì)的模注SUJ2優(yōu)質(zhì)真空脫氣精煉鋼軸承鋼， 該種材料遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于我們國家標(biāo)準(zhǔn)的SAC TC 98.91-2006《滾動(dòng)軸承 GCrl5軸承鋼》，經(jīng)過檢驗(yàn)使用，該原材料的穩(wěn)定可靠，該材料質(zhì)量 已達(dá)到國際高質(zhì)量先進(jìn)水平；
2.球坯成型新工藝通過研究材料高速冷鐓成形的規(guī)律，分析了材料組織纖維流動(dòng)應(yīng)力的特征和球坯成形速度等對微觀組織的影
響規(guī)律a.增加成型前輕拉0.2-0.3mm技術(shù)，去除表面輕微缺陷，統(tǒng)一尺寸與圓度，嚴(yán)格控制穩(wěn)定冷鐓成型壓縮比，實(shí)現(xiàn)應(yīng)變均勻化，使材料處于三個(gè)相互壓應(yīng)力狀態(tài)下，這樣有利于提高材料的塑性變形無損傷，改變應(yīng)力狀態(tài)，避免材料纖維組織損傷，保證了原材料原始組織的結(jié)構(gòu)，為后序加工打好質(zhì)量基礎(chǔ)；b、將球坯兩極設(shè)計(jì)成圓錐角2a在95 125。，并減小或去除環(huán)帶厚度與寬度，使其最大成型球坯的變形應(yīng)力僅是原球形球坯的65.3%，球坯呈小環(huán)帶無兩極， 一是減少光球、研磨和使用中對外漏金屬纖維的影響，二是減少因?yàn)橥饴├w維越多，被腐蝕和磨損材料組織的機(jī)會(huì)就越大；c.由于球形變化與壓縮比的調(diào)整合理，用料明顯減少，從試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表明，僅此一項(xiàng)材料利用率能提高近3.5%左右；d.增加冷鐓成型后的球坯去壓應(yīng)力回火工藝，回火溫度為150-170°C，保溫時(shí)間2-3小時(shí)去除壓應(yīng)力。該技術(shù)是創(chuàng)新產(chǎn)品。
3.表面強(qiáng)化工藝鋼球表面強(qiáng)化原理是利用機(jī)械方法對鋼球表面進(jìn)行一定力和時(shí)間的撞擊，形成具有一定深度的強(qiáng)化層，并控制殘余應(yīng)力在700~900Mpa之間。本發(fā)明在強(qiáng)化機(jī)內(nèi)安裝了一根高強(qiáng)度轉(zhuǎn)子軸，并運(yùn)用使鋼球在高速撞擊強(qiáng)化的原理，使鋼球在桶內(nèi)自由數(shù)萬次和轉(zhuǎn)子撞擊。促使鋼球表面快速形成一層表面強(qiáng)化層，從而使鋼球改善表面強(qiáng)化層，增強(qiáng)了抗劃傷，提高表面硬化層，且在強(qiáng)化工藝參數(shù)的合理調(diào)整下來控制表面強(qiáng)化層的深度、硬化層的均勻及消除殘余應(yīng)力。
強(qiáng)化工藝的成熟使得殘余壓應(yīng)力有效改善，使鋼球在軸承運(yùn)轉(zhuǎn)工作時(shí)的受力狀態(tài)均勻穩(wěn)定，鋼球表面的應(yīng)力和內(nèi)在壓應(yīng)力得到平衡，這樣出現(xiàn)裂紋的機(jī)會(huì)明顯降低，殘余應(yīng)力的大小和分布是否合理直接影響到鋼球在軸承內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)工作的狀態(tài)和壽命長短，這些都會(huì)影響到鋼球在使用中的壽命疲勞與早期剝落。
本發(fā)明的精密微型鋼球，鋼球在強(qiáng)化機(jī)內(nèi)自由撞擊強(qiáng)化工藝，是讓鋼球以自由落撞擊在轉(zhuǎn)子上和相互球撞使得球面形成深度為
0.2mm以上強(qiáng)化層，并由表層逐漸向鋼球里邊至有效深度內(nèi)以梯度方式過渡到正常組織層，防止沒有過渡層而出現(xiàn)"起殼"提早剝落失效的不良現(xiàn)象，這如同是在鋼球表面穿上一層薄薄的"防彈衣"，防撞擊、耐磨損，最終提高鋼球的使用壽命。特別是有效，低了鋼球在軸承內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的噪音。 1
精密微型鋼球強(qiáng)化工藝放在兩個(gè)硬磨工序中間，硬磨(一)去除上道工序熱處理產(chǎn)生的氧化皮，糾正基本圓度，這有利于強(qiáng)化過程中產(chǎn)生的強(qiáng)化層控制，而且通過對原有留磨量的分解，作二次磨球，既提高了鋼球精度，又降低了新的磨削應(yīng)力產(chǎn)生的可能性，減少對強(qiáng)化層的破壞，特別是硬磨(二)既對尺寸精度適當(dāng)磨削控制，又要提高幾何精度，還要保持表面強(qiáng)化層不受破壞，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。'
4.所述超細(xì)粒度超硬樹脂砂輪精研磨工藝對初研后的鋼球增加二道初研研磨，采取了三次精研，三次精研磨量小、壓力低、時(shí)間相對穩(wěn)定并有效控制了因壓力超大造成球體擠壓產(chǎn)生的應(yīng)為問題。三次精研為3000目樹脂砂輪精研一、5000目樹脂砂輪精研二、 8000目樹脂砂輪精研三。進(jìn)一步提高鋼球表面質(zhì)量與幾何精度和表面粗糙度。
具體實(shí)施例方式
先選擇優(yōu)質(zhì)的日本大同SUJ2優(yōu)質(zhì)精煉真空脫氣鋼的模注軸承鋼，并對照中國標(biāo)準(zhǔn)的SAC TC 98. 91-2006《滾動(dòng)軸承GCrl5軸承鋼》進(jìn)行驗(yàn)比，該材料的性能穩(wěn)定可靠，并能代表當(dāng)今國際先進(jìn)水平。然后將選擇好的日本大同SUJ2優(yōu)質(zhì)精煉真空脫氣鋼盤料，并通過輕拉機(jī)進(jìn)行輕拉，該材料輕拉消耗O. 2-0. 3mm，去除表面輕微缺陷，統(tǒng)一尺寸與圓度并較直，穩(wěn)定了冷鐓高速機(jī)成型壓縮比，實(shí)現(xiàn)沖壓變化均勻，使材料處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)下，這樣有利于提高材料的塑性，改變應(yīng)力狀態(tài)，避免裂紋的出現(xiàn)，為后序加工打好質(zhì)量基礎(chǔ)。在輕拉結(jié)束后，將該材料進(jìn)行高速切割成各種尺寸所需的規(guī)格球坯狀大小，然后進(jìn)入錐鼓圓形模具中通過高速鐓壓壓制成兩極帶圓錐角2 a ，所述圓錐角在95 125。之間的，呈小環(huán)帶無兩極的球坯。將上述冷鐓成型后的球坯進(jìn)行去沖壓應(yīng)力回火，回火溫度為150-170°C，保溫時(shí)間2-3小時(shí)去除沖壓應(yīng)力。最后調(diào)整光球加工的兩個(gè)工序，光球加工的第一個(gè)步驟去除環(huán)帶與初步成圓狀，保證多余留量與高壓切削不再生產(chǎn)切削應(yīng)力和拉應(yīng)力，光球的第二個(gè)步驟為正常切削，保證熱處理前的球形精度、球尺寸和粗糙度要求。
經(jīng)過上面的兩個(gè)步驟后，進(jìn)入常規(guī)熱處理工藝，通過對加熱保溫時(shí)間、淬火溫度、冷卻速度、冷卻介質(zhì)溫度使球坯為殘余奧氏體達(dá)8~10%范圍；能提高產(chǎn)品硬度均勻性，控制在0.5HRC以內(nèi)，優(yōu)于國標(biāo)50%以上；提高鋼球耐壓碎負(fù)荷，超過國標(biāo)20-50%以上；顯微組織控制在最佳狀態(tài)，為馬氏體2-3級(jí)。
熱處理后進(jìn)入表面強(qiáng)化步驟，在表面強(qiáng)化步驟中，使用直徑為1600mm、內(nèi)帶8個(gè)瓦形打擊提升板的圓柱桶，讓鋼球在里面以自由著落差撞擊和相互撞擊使得球面形成深度為0.2mm以上強(qiáng)化層，并由表層至有效深度內(nèi)呈梯度方式過渡到正常組織和硬化層，防止沒有過渡層而出現(xiàn)"起殼"提早失效的不良現(xiàn)象，使鋼球能防撞擊、耐磨損，從而提高鋼球的使用壽命，降低了噪音。經(jīng)過上述強(qiáng)化步驟，將鋼球的強(qiáng)化工藝放在硬磨工序中間，硬磨(一)去除上道工序熱處理產(chǎn)生的氧化皮，這有利于強(qiáng)化過程中強(qiáng)化層的有效控制和實(shí)現(xiàn)，而 且通過對原留磨量的合理分解，減少對強(qiáng)化層的破壞，硬磨(二)在 保證幾何精度的情況下對尺寸適當(dāng)磨削，做到保持表面強(qiáng)化層不受破 壞即可。
隨即接下來是初研及探傷步驟，初研分兩步驟，初研的第一個(gè)步 驟是將鋼球從粗加工到精加工的過渡，主要是對球形的修正，縮小批 直徑變動(dòng)量誤差，提高鋼球圓度，并進(jìn)一步減少加工余量，初研的第 二步是進(jìn)一步提高精度，并逐步提高鋼球表面質(zhì)量及表面粗糙度，為 后道的探傷工序工序打好基礎(chǔ)。初研后的工序是探傷，探傷是通過探 傷儀以渦流、光電和振動(dòng)這樣三種方式的進(jìn)行探傷，將毛刺、墊傷、 啃傷和表面等缺陷全部分選出來，消除可能存在的質(zhì)量隱患，分選出 合格產(chǎn)品。
接探傷后合格的鋼球進(jìn)入超細(xì)粒度超硬樹脂砂輪進(jìn)行精研，在精
研通過精研磨機(jī)進(jìn)行三次精研第一次采用3000目樹脂砂輪精研、 第二次采用5000目樹脂砂輪精研、第三次采用8000目樹脂砂輪精研， 在最后超精研時(shí)，技術(shù)參數(shù)如下 一是限制壓力，正常為3 3.5Mpa; 二是選擇轉(zhuǎn)速，正常為35~40r/min;三是統(tǒng)一樹脂砂輪盤的溝槽深度； 四是使用新工藝軟球磨溝的方法，溝渠散差不允許超過0.001mm。鋼 球經(jīng)過8-10個(gè)小時(shí)左右的精研加工工時(shí)，形成并滿足工藝所規(guī)定的 標(biāo)準(zhǔn)鋼球。
對成品鋼球在軟毛刷自動(dòng)清洗機(jī)進(jìn)行清洗，去除鋼球表面附著物， 即清洗檢驗(yàn)；采用奎克F201薄型防銹油防銹；最后，采用自動(dòng)包裝 程序，即完成。
權(quán)利要求
1、一種低噪音精密微型鋼球制造工藝，由優(yōu)選原材料、球坯高速冷鐓成型、光球熱處理、磨球表面強(qiáng)化、磨球初研及探傷、后進(jìn)入超細(xì)粒度超硬樹脂砂輪精研、清洗、涂油防銹、包裝步驟組成，其特征在于所述球坯成型步驟中增加了對原材料成型前輕拉工序，并將球坯設(shè)計(jì)成兩極圓錐角2a在95～125°之間，帶微小環(huán)帶的球坯，然后對球坯進(jìn)行冷墩；所述表面強(qiáng)化步驟中增加鋼球以自主落差撞擊和相互撞擊工序；所述精研工序采用3000目樹脂砂輪、5000目樹脂砂輪、8000目樹脂砂輪進(jìn)行三次精研。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低噪音精密微型鋼球制造工藝，其特征 在于所述兩極具有圓錐角的球坯在冷墩成型中球坯產(chǎn)生的鐓 壓應(yīng)力通過低溫回火溫度為150-170°C,保溫時(shí)間2-3小時(shí)去除 鐓壓應(yīng)力。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低噪音精密微型鋼球制造工藝，其特征 在于所述表面強(qiáng)化工序步驟中球面形成強(qiáng)化層深度為大于 0.2mm。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低噪音精密微型鋼球制造工藝，其特征 在于所述精研步驟中三步精研工序的工藝參數(shù)為第一步精 研工序是限制壓力，正常為2~3Mpa;第二部精研工序是選擇 最佳轉(zhuǎn)速，正常為35~40r/min;第三步精研工序三是統(tǒng)一樹脂 砂輪盤的溝槽深度。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低噪音精密微型鋼球制造工藝，該工藝由優(yōu)選原材料、球坯高速冷鐓成型、光球熱處理、磨球表面強(qiáng)化、磨球初研及探傷、后進(jìn)入超細(xì)粒度超硬樹脂砂輪精研、清洗、涂油防銹、包裝步驟組成，其創(chuàng)新點(diǎn)在于所述球坯成型步驟中增加了對原材料成型前輕拉工序，并將球坯設(shè)計(jì)成兩極圓錐角2a在95~125°之間，帶微小環(huán)帶的球坯，然后對球坯進(jìn)行冷墩；所述表面強(qiáng)化步驟中增加鋼球以自主落差撞擊和相互撞擊工序；所述精研工序采用3000目樹脂砂輪、5000目樹脂砂輪、8000目樹脂砂輪進(jìn)行三次精研。由該工序制成的微型鋼球低噪音、精密度高。
文檔編號(hào)C21D1/06GK101504037SQ20091013110
公開日2009年8月12日 申請日期2009年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月2日
發(fā)明者勇 周, 施祥貴, 沈悅平, 沙小建, 林 馬 申請人:江蘇力星鋼球有限公司