CN101733685B - 一种陶瓷球加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种陶瓷球加工工艺，包括对陶瓷球进行粗磨、精磨、初研、抛光，还包括初始陶瓷材料的性能评测，粗磨后的全部目视外观检测，以及对陶瓷球成品的全部显微外观检查。本发明的加工工艺使陶瓷球加工从满足静态性能指标提升到以动态性能和质量一致性为主的高度，符合轴承行业发展方向；对Si3N4陶瓷球成品实测单球振动值达30dB-33dB，远小于JB/T 8923-1999中规定的单球振动Z3组的要求；本发明全工序采用环保的水剂研磨液，符合国家产业政策；本发明采用Si3N4陶瓷球成品全部显微外观检查，有效保证成品陶瓷球质量可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种陶瓷球加工工艺，特别涉及一种低振动值、公差等级达到G5的Si3N4陶瓷球加工工艺。
背景技术
研究表明Si3N4陶瓷球的典型失效模式是与钢球一致的接触疲劳剥落。陶瓷球材料缺陷以及表面加工缺陷是陶瓷球表面产生疲劳破坏的重点原因之一。现有陶瓷球加工技术不可避免在陶瓷球表面产生上述缺陷，然而应用在大功率、高速、高刚性工作条件下的陶瓷球，不仅需要有高的形状精度、尺寸精度、表面质量等常规指标外，而且对Si3N4陶瓷球的动态性能即单球振动值以及陶瓷球批质量一致性要求较高，同时对轴承装配时Si3N4陶瓷球的合套率以及轴承运转时的异音啸叫也提出控制要求。
从国内外氮化硅陶瓷球的加工现状可以发现，越来越多的技术人员开始从事该方面的研究，并通过各种加工设备的改进和加工工艺的调整以提高陶瓷球的加工水平。公开号为CN1113931A、名称为“陶瓷球的加工工艺”的专利文件中公开了一种采用人造金刚石等磨料配以煤油、锭子油在钢球研磨机上进行陶瓷球的加工工艺，其加工的陶瓷球可达G5级精度，但该专利加工周期较长；同时该专利未对陶瓷球的加工进行工艺阶段分类。公开号为CN101049676A、名称为“G3级氮化硅球加工工艺”的专利文件中公开了一种陶瓷球加工工艺，其将加工工艺细分为消除产品烧结内应力、粗磨、初研、精研、超精研、提光等工序，分步骤采用不同粒度、不同种类的磨料进行陶瓷球加工，但其仅对陶瓷球静态指标进行研究，未对陶瓷球动态性能及质量一致性进行要求。公开号为CN 101486145A、名称为“一种陶瓷轴承球的加工方法”的专利申请中公开了以多种磨料配以氧化铁等助磨剂，用煤油、汽油、酒精等作为磨剂，实现陶瓷球低应力精密加工。上述专利均以提高Si3N4陶瓷球的形状精度、尺寸精度、表面质量等常规指标为目的，并且Si3N4陶瓷球使用方向较低端，尤其是均未以Si3N4陶瓷球的动态性能为技术目标；同时上述专利均采用煤油、锭子油等油类作为磨剂使用，未考虑环保要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种陶瓷球加工工艺。
本发明的技术方案在于采用了一种陶瓷球加工工艺，包括以下步骤
(1)粗磨：对陶瓷材料进行粗磨加工，加工时需先加入磨料及相应的磨剂，使粗磨加工后陶瓷球表面粗糙度Ra≤0.4μm，球形误差和批直径变动量小于等于2μm；
(2)精磨：粗磨加工后的陶瓷球在加入磨料及相应的磨剂后进行精磨加工，使精磨加工后陶瓷球表面粗糙度Ra≤0.1μm，球形误差和批直径变动量小于0.5μm；
(3)初研：对精磨后的陶瓷球进行初研加工，使初研加工后陶瓷球应达到G5～G10级精度；
(4)抛光：对陶瓷球进行降噪抛光处理，并检测陶瓷球的振动值，将振动值控制在30～33dB。
其中，所述的步骤(1)之前还可以包括Si3N4陶瓷材料性能评价，具体评价的性能包括球坯外形、密度、硬度、内部组织、孔隙度、压碎载荷、断裂韧性、表面缺陷、荧光探伤。
所述的步骤(1)之前还可以包括Si3N4陶瓷材料性能评价，具体评价的性能包括球坯外形、密度、硬度、内部组织、孔隙度、压碎载荷、断裂韧性、表面缺陷、荧光探伤。
所述的步骤(1)之后还可以包括目视外观检测，具体方法为在粗磨工序后对球坯采用全部目视外观，剔除粗加工造成的各类缺陷。
所述的步骤(4)之后还可以包括陶瓷球成品全部显微外观检查，具体方法为在双目变倍体视显微镜下，通过外观检查台进行全部显微外观检查。
步骤(1)中所述的磨料首先选用粒度为80～90#的立方氮化硼或碳化硅，当留量为0.1～0.15mm时换用粒度为W28～W40的立方氮化硼、碳化硅或氧化铝磨料，所述的磨剂为普通硬磨液和水，二者配比为1∶1～1∶2。
步骤(2)中所述的磨料为W3.5～W5的立方氮化硼、碳化硅或氧化铝磨料，所述的磨剂为普通硬磨液和水，二者配比为1∶1～1∶2；步骤(3)中所述的磨具为3000～5000#金刚石树脂砂轮，所述的磨剂为SZ-1树脂砂轮水剂冷却液；步骤(4)中所述的磨料为W0.1～W1的金刚石研磨膏，所述的磨剂为H-2000抛光精研液。
步骤(1)中转速为30～38转/分，压力为30～35kN。
步骤(2)中转速为20～30转/分，压力为20～25kN，加工量为0.06～0.07mm。
步骤(3)中转速为25～30转/分，压力为20～25kN，加工量为0.01～0.02mm。
步骤(4)中加工量为0.003～0.005mm。
本发明的优势在于：①本发明提供了一种低振动值Si3N4陶瓷球加工工艺，使陶瓷球加工从满足静态性能指标提升到以动态性能和质量一致性为主的高度，符合轴承行业发展方向；②本发明所提供Si3N4陶瓷球成品，除达到或超过GB/T 308-2002中规定的G5级精度外，实测单球振动值达30dB～33dB，远小于JB/T 8923-1999中规定的单球振动Z3组的要求；③本发明全工序采用环保的水剂研磨液，符合国家产业政策；④本发明采用的Si3N4陶瓷球成品全部显微外观检查，可有效保证成品陶瓷球质量可靠性。
具体实施方式
实施例1
本实施例以配套轴承H7004/HQ1P4的Φ6.35mmSi3N4陶瓷球为例
(1)粗磨：陶瓷球放在循环机床上进行粗磨加工，开始选用粒度为80#的碳化硅，当该工序加工尺寸剩余0.15mm时换用W40碳化硅，磨剂为普通硬磨液和水，配比为1∶1，粗磨加工后陶瓷球表面粗糙度Ra为0.4μm，球形误差和批直径变动量2μm，转速38转/分，压力为35kN；
(2)精磨：精磨机床为立式钢球研磨机，必须加装铲球板，磨料为W3.5碳化硅微粉，磨剂为普通硬磨液和水，配比为1∶1，精磨加工后陶瓷球表面粗糙度Ra为0.1μm，球形误差和批直径变动量0.5μm，20转/分，压力为25kN，加工量为0.06mm；
(3)初研：初研机床为立式大循环钢球研磨机，采用3000#金刚石树脂砂轮，磨剂为SZ-1树脂砂轮水剂冷却液，采用大循环钢球研磨方式，初研加工后陶瓷球应达到G5~G10级精度，转速30转/分，压力为25kN，加工量为0.02mm；
(4)抛光：降噪抛光采用改造过的立式钢球研磨机，磨料为W1金刚石研磨膏，磨剂为H-2000抛光精研液，加工量为0.005mm，并进行钢球测振仪检验陶瓷球振动，使用专用的频谱分析软件分析测振仪导出的信号，陶瓷球振动值应控制在30~33dB。
本实例加工的Φ6.35mmSi3N4陶瓷球实测主要性能指标为：公差等级符合GB/T308-2002中G5级规定，陶瓷球单球振动加速度31.5dB，轴承合套平均振动值39.3dB(60000r/min)。
实施例2
本实施例以配套轴承H7003/HQ1P4的Φ5.556mmSi3N4陶瓷球为例。
(1)Si3N4陶瓷材料性能评价：包括球坯外形、密度、硬度、内部组织、孔隙度、压碎载荷、断裂韧性、表面缺陷、荧光探伤，其中上述指标符合GJB 5332-2004的各项要求即可；
(2)粗磨：陶瓷球放在循环机床上进行粗磨加工，开始选用粒度为90#的立方氮化硼，当该工序加工尺寸剩余0.1mm时换用W28立方氮化硼或氧化铝，磨剂为普通硬磨液和水，配比为1∶2，粗磨加工后陶瓷球表面粗糙度Ra为0.4μm，球形误差和批直径变动量1μm，其中转速30转/分，压力为30kN；
(3)目视外观检测：在粗磨工序后对球坯采用全部目视外观，剔除粗加工造成的加工裂纹、凹(黑)坑、顶凹、环带、破碎以及几何精度超差等各类缺陷；
(4)精磨：精磨机床为立式钢球研磨机，必须加装铲球板，其中磨料为W5立方氮化硼或氧化铝，磨剂为普通硬磨液和水，配比为1∶2，精磨加工后陶瓷球表面粗糙度Ra为0.1μm，球形误差和批直径变动量0.4μm，其中30转/分，压力为20kN，加工量为0.07mm；
(5)初研：初研机床为立式大循环钢球研磨机，采用5000#金刚石树脂砂轮，磨剂为SZ-1树脂砂轮水剂冷却液，采用大循环钢球研磨方式，初研加工后陶瓷球应达到G5~G10级精度，其中转速25转/分，压力为20kN，加工量为0.01mm；
(6)抛光：降噪抛光采用改造过立式钢球研磨机，磨料为W0.1金刚石研磨膏，磨剂为H-2000抛光精研液，加工量为0.003mm，并加入钢球测振仪检验陶瓷球振动，使用专用的频谱分析软件分析测振仪导出的信号，陶瓷球振动值应控制在30~33dB；
(7)Si3N4陶瓷球成品在的双目变倍体视显微镜下，通过外观检查台进行全部显微外观检查，倍数10×~90×(根据观察的部位选择不同的倍数)，通过与标准照片对照将材料成形或烧结裂纹、气孔、孔隙、疏松、偏析、雪花、夹杂及抛光加工造成的擦伤、划伤等缺陷挑出。
本实例加工的Φ5.556mmSi3N4陶瓷球实测主要性能指标为：公差等级符合GB/T308-2002中G5级规定，陶瓷球单球振动加速度32dB，轴承合套平均振动值35.4dB(60000r/min)。
Claims (6)
1.一种陶瓷球加工工艺，其特征在于：所述的加工工艺包括以下步骤
（1）粗磨：对陶瓷材料进行粗磨加工，加工时需先加入磨料及相应的磨剂，使粗磨加工后陶瓷球表面粗糙度Ra≤0.4μm，球形误差和批直径变动量小于等于2μm；所述的磨料首先选用粒度为80～90#的立方氮化硼或碳化硅，当留量为0.1～0.15mm时换用粒度为W28～W40的立方氮化硼、碳化硅或氧化铝磨料，所述的磨剂为普通硬磨液和水，二者配比为1：1～1：2；
（2）精磨：粗磨加工后的陶瓷球在加入磨料及相应的磨剂后进行精磨加工，使精磨加工后陶瓷球表面粗糙度Ra≤0.1μm，球形误差和批直径变动量小于0.5μm；
（3）初研：对精磨后的陶瓷球进行初研加工，使初研加工后陶瓷球应达到G5～G10级精度；
（4）抛光：对陶瓷球进行降噪抛光处理，并检测陶瓷球的振动值，将振动值控制在30～33dB。
2.根据权利要求1所述的一种陶瓷球加工工艺，其特征在于：所述的步骤（1）之前还包括Si3N4陶瓷材料性能评价，具体评价的性能包括球坯外形、密度、硬度、内部组织、孔隙度、压碎载荷、断裂韧性、表面缺陷和荧光探伤。
3.根据权利要求1或2所述的一种陶瓷球加工工艺，其特征在于：所述的步骤（1）之后还包括目视外观检测，具体方法为在粗磨工序后对球坯采用全部目视外观，剔除粗加工造成的各类缺陷。
4.根据权利要求3所述的一种陶瓷球加工工艺，其特征在于：所述的步骤（4）之后还包括陶瓷球成品全部显微外观检查，具体方法为在双目变倍体视显微镜下，通过外观检查台进行全部显微外观检查。
5.根据权利要求1或4所述的一种陶瓷球加工工艺，其特征在于：步骤（2）中所述的磨料为W3.5～W5的立方氮化硼、碳化硅或氧化铝磨料，所述的磨剂为普通硬磨液和水，二者配比为1：1～1：2；步骤3）中所使用的磨具为3000～5000#金刚石树脂砂轮，所使用的磨剂为SZ-l树脂砂轮水剂冷却液；步骤（4）中所使用的磨料为W0.1～W1的金刚石研磨膏，所使用的磨剂为H-2000抛光精研液。
6.根据权利要求1或4所述的一种陶瓷球加工工艺，其特征在于：步骤（4）中加工量为0.003～0.005mm。
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