CN101799048B - 高速精密轴承钢球制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明的一种高速精密轴承钢球制造工艺，选用材料为模注GCr15真空脱气精炼轴承钢，将上述原材料经过球坯成型、光球、热处理、磨球、表面强化、初研、探伤、精研、超精研、清洗、最后防锈包装成成品；所述球坯成型包括原材料轻拉、自动切料并冷墩成型两道程序，其特征在于：所述球坯成型工艺中成型前对原材料进行的轻拉处理，将材料直径轻拉缩小0.2～0.3mm然后进行冷墩；在所述冷镦工序中将原材料的压缩比控制在1.9～2.5之间，成型出的球坯呈无环带或微小环带状态，而且没有明显的两极柱。优点在于：该工艺能生产出精度高、噪音小、质量稳定、无表面缺陷高速高精密轴承钢球。

Description

高速精密轴承钢球制造工艺

技术领域

本发明涉及一种钢球的制作工艺，具体涉及一种采用金属为材质，对原材料进行球坯成型、光球、热处理、磨球、表面强化、初研、探伤、精研、超精研、清洗、最后防锈包装成成品的工序处理制得高速精密轴承钢球制造工艺。 

背景技术

目前市场上的高速精密轴承钢球由于使用的材质及普通制作工艺，出现了钢球精度低、噪音大、质量不稳定、且由于没有表面强化工艺的应用，表面存在缺陷，严重影响了钢球的合格率及产品使用寿命。 

发明内容

本发明的主要任务在于提供一种高速高精密轴承钢球制造工艺，具体涉及一种能生产出精度高、噪音小、质量稳定、无表面缺陷高速高精密轴承钢球的制造工艺。 

为了解决以上技术问题，本发明的一种高速精密轴承钢球制造工艺，选用材料为模注GCr15真空脱气精炼轴承钢，将上述原材料经过球坯成型、光球、热处理、磨球、表面强化、初研、探伤、精研、超精研、清洗、最后防锈包装成成品；所述球坯成型包括原材料轻拉、自动切料并冷墩成型两道程序，其特征在于：所述球坯成型工艺中成型前对原材料进行的轻拉处理，将材料直径轻拉缩小0.2～0.3mm然后进行冷墩；在所述冷镦工序中将原材料的压缩比控制在1.9～2.5之间，成型出的球坯呈无环带或微小环带状态，而且没有明显的两极柱。 

本发明的优点在于：钢球生产的原材料选择优质的模注GCr15轴承钢，按照优于国家标准的SAC TC 98.91-2006《滚动轴承优质和高级优质真空精炼GCr15圆钢》进行检验，确保原材料的稳定可靠，达到国际先进水平。 

在球坯成型工艺中，通过研究材料(轴承钢)高速压缩成形的规律，分析流动应力的特征和成形速度等参数对微观组织的影响规律。通过材料加工过程数值模拟与实验相结合的方法，研究不同模具、坯料形状、工序安排以及冷镦工艺参数等对钢球球坯的形状和内部组织的影响，优化钢球成型质量，提高其使用寿命，降低材料损耗。具体如下： 

1.增加成型前轻拉新技术，使原材料直径缩小0.2～0.3mm，去除表面轻微缺陷，保证冲压前材料表面光洁，同时，统一材料尺寸、修正原先材料不圆度、校正材料弯曲现象，稳定冷镦成型压缩比，实现应变(变形)均匀化，这样有利于提高材料的塑性，改变应力状态，从而保证自动切料及冷镦过程的准确与稳定，避免裂纹的出现，为后序加工打好质量基础。 

2.运用材料流动应力变化参数，通过工艺实验和数据(实验)模拟手段，改进模具及工艺参数的设计，优化球坯成型形状，降低压缩比，减少冲压应力，并能降低材料损耗。 

3.球坯完全不同于传统的有环带球坯，而呈无环带或微小环带状态，而且两极柱缩小，从而减少光球、研磨和使用中对外漏金属纤维的影响，因为外漏纤维越多，被腐蚀和磨损的机会就越大。 

具体实施方式

本发明的高速精密轴承钢球制造工艺由将原材料经过球坯成型、光球、热处理、磨球、表面强化、初研、探伤、精研、超精研、清洗、 最后防锈包装成成品的工序构成，具体步骤如下： 

首先，优选原材料：钢球生产的原材料非常重要，本发明选择优质的模注GCr15真空脱气精炼轴承钢，确保原材料的稳定可靠。 

然后，对原材料进行球坯成型加工工序。所述球坯成型加工工序由轻拉、冷墩成型两步骤构成。本发明中的主要创新点就在于对这两个步骤进行了改进，从而达到通过从球坯的控制最终得到质量较稳定的钢球。 

在本球坯成型工序中，首先对原材料通过拉丝机进行轻拉处理。将前端修磨后的钢丝穿过拉丝模孔，再用拉丝夹夹紧，点动进行拉丝，在拉盘上卷绕约10圈后停机，拿出拉丝夹头，去钢丝前端修磨部分，将钢丝安装到冷镦机上。拉丝后材料直径缩小0.2～0.3mm，外圆度不大于0.025mm，表面应光滑、呈光亮的银灰色，表面无毛刺、开裂、剥皮、麻点、锈迹、划伤等缺陷存在。 

在处理好轻拉工序后，对原材料进行冷墩。采用全自动的高速冷镦机，首先通过进给装置自动进料，并自动剪切，然后自动镦压，在模具的作用下，发生冷塑变形，形成球坯。球坯直径偏差+0.10/-0.06mm，球坯表面无裂纹、毛刺、垫伤等缺陷存在。 

由上述球坯成型工艺制得的球坯，形状呈无环带或微小环带状态，而且不出现明显的两极柱，从而减少光球、研磨和使用中对外漏金属纤维的影响，因为外漏纤维越多，被腐蚀和磨损的机会就越大。 

上述球坯成型后，接下来便进行光球。光球工序如下： 

采用两个经淬火后的合金铸铁盘，一个合金铸铁盘为固定盘，另一个为转动盘，将钢球置于两盘之间，使钢球在固定盘与转动盘之间受1～4MPa的压力作用，磨去球坯两极和环带及部分留量，使球坯初成球形。该步骤中的光球加工为两次光球，第一次光球加工去除两极和环带以及原材料氧化皮，第二次光球为正常切削，这样能大大提高钢球表面质量和加工精度。 

光球完毕后，进行热处理工序，本发明的热处理采用“可控气氛热处理生产线”专用设备(型号：ZMZ802-05-RG3)，工艺为常用工艺，通过该设备对球体所适用的常规工艺进行参数的精确控制，得到控制残余奥氏体8～10％；提高产品硬度均匀性，控制在0.5HRC以内，优于国标50％以上；提高钢球耐压碎负荷，超过国标20～50％以上；显微组织控制在最佳状态，为马氏体2～3级。 

光球后进行磨球工序，磨球工序也为普通工序，即采用一个固定导向盘与一个转动砂轮盘在2.8～8MPa的压力作用下，使经淬、回火后的半成品钢球在两盘之间磨去部分留量(0.13～0.4mm)，改善表面质量，提高几何精度。 

接着进行表面强化工艺，该工艺运用高速撞击强化的原理，使钢球表面形成一层强化层，从而改善表面性能，通过强化工艺参数的调整，来控制强化层的深度及残余应力。 

强化工艺得到的残余压应力是为了改善钢球工作时的受力状态，使其在工作中尽量出现压应力而不是拉应力，这样出现裂纹的机会明显降低，残余压应力的大小和分布是否合理直接影响到钢球工作的状态，这些都会影响到钢球在使用中的疲劳寿命。 

本发明的钢球强化原理是利用机械方法对钢球表面进行一定力和时间的撞击，形成具有一定深度的强化层，并控制残余应力在800～1000Mpa之间。为了实现本发明的工艺，表面强化工艺的设备为：直径为1600mm、壁内等距离固定8个瓦形打击板的圆柱桶，运行时，圆柱桶旋转，让钢球在里面以自主落差撞击和相互撞击60～120分钟，使得球面形成深度为0.2mm以上强化层，并由表层至有效深度 内以梯度方式过渡到正常组织层，防止没有过渡层而出现“起壳”提早失效的不良现象，这如同是在钢球表面穿上一层薄薄的“防弹衣”，防撞击、耐磨损，从而提高钢球的使用寿命。 

最后进行常规的初研、探伤、精研、超精研、清洗、防锈处理后，形成成品。 

Claims (1)

1.一种高速精密轴承钢球制造工艺，选用材料为模注GCr15真空脱气精炼轴承钢，将上述原材料经过球坯成型、光球、热处理、磨球、表面强化、初研、探伤、精研、超精研、清洗、最后防锈包装成成品；所述球坯成型包括原材料轻拉、自动切料并冷墩成型两道程序，其特征在于：所述球坯成型工艺中成型前对原材料进行的轻拉处理，将材料直径轻拉缩小0.2～0.3mm然后进行冷墩；在所述冷镦工序中将原材料的压缩比控制在1.9～2.5之间，成型出的球坯呈无环带或微小环带状态，而且没有明显的两极柱。