改进钢球生产工艺与提高钢球制造精度等级

聂明辉

摘 要：随着轴承行业的快速发展，对钢球精度的要求也在逐步提高。研磨是钢球加工的最后一道工序，直接决定着钢球表面的最后质量和精度。本人根据多年工作经验，同时参考现有研究成果，对钢球生产工艺关键技术以及提高钢球制造精度等级措施进行了简要的论述。

关键词：钢球；生产工艺；制造精度；措施

引言

国内钢球加工设备经过多年的发展，已经发展成为专业化生产企业进行制造，同时满足所有加工工艺需求和工艺过程，以及品种齐全的一类专业设备。我们现在主要关心的是如何改进钢球生产工艺，提高钢球精度等级，降低生产成本，将企业的生产利益最大化，同时将钢球生产质量进一步的提升。

1钢球质量技术指标

1.1表面粗糙度

表面粗糙度是指钢球表面有区别于球形误差和波纹度的微观不平度，其对球轴承中频和高频振动的产生有很大影响。并且表面粗糙度越大，球轴承产生的振动也越大，所以在钢球的制造过程中，需严格控制其表面粗糙度的值。

1.2形状误差

形状误差是球轴承产生噪声和振动的主要原因之一，在钢球的生产过程中，磨盘通过对钢球的接触点进行挤压和刮擦，从而达到去除多余材料，磨削成圆的目的。由于形状误差的存在，会使球轴承中钢球的中心位置不断变化，从而产生低频振动和噪声，并且钢球的形状误差越大，球轴承在正常工作时的振动也就越大。

2钢球基本加工工艺

随着钢球加工设备的发展，目前国内钢球的基本加工工艺过程为：原材料检查→冷镦→光磨→（软磨）→热处理→硬磨→（表面强化）→初研→精研→（涡流探伤、外观检查）→超精研→（光学外观）→清洗防锈→成品检查→成品包装。在每道工序之间根据需要进行清洗防锈、干燥烘干、挑拣工序缺陷球和质量控制检查，工艺质量控制指标更加严格，工艺工装和工艺细节的控制更加完善，对汽车轴承等专用钢球进行100%涡流探伤和光电外观，可以稳定批量生产G5，G10钢球，满足不同轴承的装配要求。

3常用两种卧式和立式研球机分析

研磨钢球的设备有卧式和立式两种，其中，立式研球机的特点是主轴垂直放置、两研磨板水平放置和水平输球方式，如图1所示；而卧式研球机的结构所具有的特点则是主轴水平放置、两研磨板垂直放置，如图2所示。

对于立式研球机两研磨板是水平放置的，它的优点在于钢球在研磨盘中磨削时速度方向始终和重力方向相垂直，重力和离心力对其影响比较小，这样钢球在加工时就能够有较好的尺寸选择性，可以及时修正钢球在加工时的几何误差，从而生产出高质量的钢球。

对于卧式研球机两研磨板是垂直安装的，它的优点在于钢球可以在不借助于外力的作用下，依靠自身的重力比较顺畅的进入两板之间，避免钢球由于与研磨板碰撞而产生表面损伤。但从操作性上来说，立式研球机更具优越性。因为卧式研球机的输球装置是置前的，出球口会很大一部分被进球口遮挡；在钢球的实际加工中，操作人员不能够清楚的观察到进球口的分布情况，也就不能控制控制最佳的进球量。

4钢球研球机压沟工艺的改进

对于卧式研球机，在对钢球加工一段时间后，研磨盘将会发生变形，这时需对其进行重新压沟，防止各沟槽中因误差的产生而导致钢球碰撞，有效地避免钢球表面发生烧伤的可能。此外，如果研球机对钢球进行长时间研磨，转动盘和固定盘之间的距离会逐渐变小，即产生合板现象。合板现象会严重的破坏钢球表面，致使其质量下降甚至报废。所以，合理的沟槽压沟对钢球研磨至关重要，是生产出高精度钢球的技术保证。

改进的压沟工艺是采用循环式压沟，其原理与钢球正常研磨相似。通过转动盘的带动作用，钢球被带入料道，在料道中各沟槽中的钢球经过混合，会重新回到沟槽中。为了能使各盘沟消耗均匀，适当的向料道中加入一些新的钢球，钢球通过分配器进入沟槽中，经过反复的循环可完成对盘的压沟。改进后的压沟方法与原方法相比，可以通过压沟时间的延长，消除不同盘沟之间的误差。对于改进后的方法，在压沟刚开始时，其压力和速度不可太大，因为压力过大会使钢球进入盘沟瞬间造成对盘沟的压伤破坏。为了缩短延长的时间，在压沟前可调整转动盘与固定盘之间的空间位置减小平行度，同时压沟时可不拆下和调整分配器。

5提高鋼球制造精度等级措施分析

5.1用深酸洗

热酸洗过程不仅消耗钢球整体尺寸，而且由于环带和两极应力大，导致腐蚀速度大，腐蚀层深度为0.18mm，严重的出现晶间腐蚀。这不但需增加钢球加工总留量，同时在加工过程中还易产生疲劳。为此，采用深酸洗配合涡流探伤代替热酸洗，并采用合理的酸配比，使钢球深酸洗尺寸消耗控制在0.04-0.05mm。为验证其可靠性，用500粒经深酸洗和涡流探伤的钢球进行热酸洗检查，未发现问题。由此可见，用深酸洗和涡流探伤取代热酸洗检查是可行的。

5.2提高钢球表面硬度的均匀性

用保护气氛淬火代替空气炉加热淬火，并提高设备控温精度，钢球表面硬度的均匀性得到有效提高，成品钢球单一硬度差小于等于0.5HRC，批硬度差小于等于1HRC。

5.3改进工具设计、减少钢球加工留量

在保证精度的前提下，减少钢球各工序留量，可以减少磨削时间，同时减少因磨削量过大产生的变质层，降低产生磨削质量问题的几率。根据航空轴承材料的原始特性，自行研制硬度合金冲压模具及辅助工具，并进行反复的压球验证，结果表明：采用硬质合金刀板和切料胎，提高了切料质量，减少了压型折叠；采用硬质合金压球胎，保持胎具在冲压过程中基本不变形，提高了球坯的精度。同时，选用的料径和切料长，保证压缩比（切料长/料径）在2.0-2.2之间，使料段在压型过程处于最佳变形状态。由此，加工出的球坯尺寸基本一致，且环带小而薄，从而使钢球加工的总留量由1.2mm减少到0.8mm。

结束语

总而言之，钢球是球体形状的零件，其整个表面既是工作面，又是加工中的基准面和支承面。钢球的加工具有独特的专业化特征，对原材料的质量、工艺水平和加工设备的要求都非常高，这就需要我们对其加工工艺以及设备进行合理的优化。

参考文献：

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