CN105014308B - 一种微型钢球的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钢球加工领域，具体的说是一种微型钢球制造方法，它依次包括以下步骤：原料检验；冷镦；光球；热处理；硬磨；强化；选别；初研；精研；光电选；包装；其中，用于冷镦的球坯包括相互连成一体的两个具有偏心差的半球，半球的纵向两端分别设有极，两个半球相连处设有环带；所述的冷镦操作如下：操作前准备、操作调整、机床运转、机床停机。本发明可节约原材料，提高材料利用率35％，显著降低生产成本、提高劳动生产率；经冷塑性变形，改变钢球组织纤维结构，有利于提高钢球使用寿命；由于冷镦成型，可减少后工序加工周期，大幅度降低电耗和设备磨损，减少辅料消耗；在提高生产率的同时，减少钢球在磨削加工废渣排放数量，节能减排。

Description

一种微型钢球的制造方法

技术领域

本发明涉及钢球加工领域，具体的说是一种微型钢球制造方法。

背景技术

钢球可分为应用粉碎工业上的耐磨钢球和应用精密轴承工业上的轴承钢球二大类，轴承钢球在精密轴承工业和生活领域使用历史悠久，使用更加广泛，可以说大部分有转动的地方就有钢球的存在，俗称钢珠、滚珠。

目前的钢球坯料加工方式主要有冷镦和切料两种，由于冷镦机的尺寸参数以及加工精度问题，目前的冷镦方式只能加工直径3mm以上的大规格钢球，需要加工直径小于3mm以下的微型钢球，只能采用切料方式，即先将原料切断，再进行锉削加工使切料段接近球形，然后进行磨削加工，这种加工方式，切料段这种坯料形状为圆柱体，加工成高精度的钢球，就需要将不规则的部分磨掉，由于这种坯料非球体部分较多较大，加工余量巨大，所以磨掉的部分也较多，从而损失了非常多的原料，而且切料所成型的钢球内部纤维组织疏松、不连贯，承压能力差，寿命短。

根据同行业国内外文献资料分析，Ф2mm以下微型钢球坯料为切料段。传统的微型钢球的生产工艺为原：原材料检验——切料——锉削——热处理——强化——硬磨——选别——初研——精研——光电选——包装。由于切料段工艺成形的钢球，加工余量很大，其材料利用率很低；同时，切料成形钢球内部纤维组织没有得到改善，钢球成品承压压能力和寿命较低。因此，将微小钢球坯料切料工艺改进为冷镦工艺这一技术，就显得意义重大，这必将是钢球行业未来发展的趋势。

发明内容

根据上述不足指出，本发明的目的是提供一种微型钢球制造方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种微型钢球制造方法，它包括以下步骤：(1)原料检验；(2)冷镦；(3)光球；(4)热处理；(5)硬磨；(6)强化；(7)选别；(8)初研；(9)精研；(10)光电选；(11)包装；

其中，用于冷镦的球坯包括相互连成一体的两个具有偏心差的半球，半球的纵向两端分别设有极，两个半球相连处设有环带；其中，用于生产钢球公称直径为1.5mm的球坯，其料径为1.4mm、切料长为2.54mm、球坯直径为1.80±0.05mm、留量0.30mm、偏心差0.04mm、环带厚0.25mm、环带宽0.20mm、极直径0.7mm、极高度0.105mm；用于生产钢球公称直径为2.0mm的球坯，其料径为1.7mm、切料长为3.35mm、球坯直径为2.30±0.06mm、留量0.30mm、偏心差0.04mm、环带厚0.25mm、环带宽0.20mm、极直径0.8mm、极高度0.12mm；

其中，所述的冷镦操作如下：

(1)操作前准备：

①准备好原材料，按工艺检查料径规格尺寸、公差、表面质量，确保符合要求；

②准备好工装、模具：检查切料刀、切料模内孔尺寸大于料径尺寸0.1mm；检查切料刀、切料模刀刃，确认刀刃锋利不钝、没有蹦牙；检查镦模球窝尺寸与样板符合，检查镦模合金不得有下沉、破碎现象，检查镦模极孔不能有偏斜，镦模球窝的表面粗糙度Ra高于0.08mm，极孔尺寸比撞针直径大0.02-0.08mm；检查进料轮沟槽半径和料径吻合，不得小于料径；检查沟槽脚边不得有毛刺，沟槽内部不得起结巴现象，否则，立即更换；检查挡料铁镶装合金没有破损，确认挡料铁固定，挡料铁合金端面与料径轴线垂直方可结束；检查夹持指镶装合金完整无损，切一料段应和夹持指合金端面垂直并柔性紧固的夹紧，不能有倾斜松动现象；检查进料管内孔直径不能大于料径的1.5倍，其长度控制在刚好与进料轮和胎模座接触；

③机床准备：确认油箱中机油加满，油路畅通，油滤无堵塞；油泵开机至少5分钟，冬季应5-10分钟；其中，夏季加68号抗磨液压油，冬季加32号抗磨液压油；开油泵后和机床运作前，确保进料轮带油盒中的机油加满，油污分离装置正常；手动加少许机油至夹持指、切料刀板、冲头处；

(2)操作调整：

①进料调整：先将切料刀板退至进料位置，并调整切料刀与切料模的同心度；将原材料进料端平直，头部去除10cm；松开进料轮、矫直轮，将原材料依次通过矫直轮、进料轮、进料管，直至材料头部顶到挡料铁端面；将进料轮、矫直轮适度夹紧，固定进料管；

②切料调整：调整切料刀和切料模间隙在0.05-0.10mm；手动切一料段进行检查，料段两端平齐，端面高度差小于0.1mm，且无毛刺、凹心；进料量调整：调整棘轮棘爪机构，使进料量大于切料长度10％，以减少冷镦毛刺的产生和堆积；

③送料调整：切一料段，由夹持指和切料刀将料段夹紧；手动扳动机床飞轮，将切料刀板并夹持指、料段一起送至上下镦模中间，查看料段中心与上下镦模中心重合，否则，调整刀板进退螺栓；

④镦压调整：试镦压2至3粒球坯，进行检查调试；确定环带大小，根据工艺尺寸，调整挡料铁长度，确定切料段长短，使环带符合要求；确定环带厚度，调整冲头锲铁螺套，使上下镦模镦压时的间隙发生变化，直至环带厚度符合要求；调整球坯的偏差，调整冲头座上的上下、左右调节螺栓，使冲头中心与静模中心一致，直至球坯偏差符合工艺要求；

⑤出球退刀调整：镦模撞针，静模撞针在退出时，低于球窝底部极孔处1mm，顶出时，应不高于静模平面，防止撞针被顶弯；冲模撞针长度，能以料段定位于静模之中，并能退出刀板的最小距离为尺寸，这样能保证冲模撞针的刚度；冲头的镦压距离，调整刀板滑板进退快慢螺栓，在保证冲头不碰刀板和夹持指的前提下，尽量缩短冲头的镦压距离，保证微球镦压的稳定性；

(3)机床运转中：

①首件检查：机床、工装、模具调试完毕后，开始试车，先镦压几粒球坯，按工艺尺寸检查球坯直径、偏差、两极、环带，并进行相应调整，直至符合工艺要求；检查球坯表面不得有夹皮、裂纹、平面、垫伤、偏环带缺陷，否则，立即进行相应调整；

②机床运转中，每20分钟应进行自检一次，发现尺寸和质量变化超出工艺范围时，立即停机调整；

③运转时，所有工具、量具物件一律不得放在机床上，以免发生意外；检查所有安全防护装置应牢固可靠；

(4)机床停机：

停机时，应先停止进料，再停止机床运转，以免造成设备事故；停机应避免停在死点处，以防闷车；应将机床出球通道里的所有球坯清理干净。

优选的是：所述用于测量球坯工艺尺寸的量具为尖头螺旋千分尺。

本发明的有益效果在于：

一、冷镦纤维组织具有以下优点：

1、镦压能细化晶粒，得到致密均匀组织，使钢球的强度和硬度显著提高，成品钢球耐磨性好，寿命高。

2、纤维组织使金属呈各向异性：在纤维流线方向(纵向)的强度，塑形和韧性明显大于垂直于纤维流线方向(横向)的相应性能。由于冷镦球坯具有较为连贯的纤维组织，使纤维流线与钢球轮廓基本符合，被切断区域很小，所以，成品钢球的机械性能好，承压能力高。

3、纤维组织不能通过再结晶等热处理工艺来消除，只能用镦压变形改变其方向和形状。因此，只通过调整热处理、强化等工艺，不能完全达到提高钢球内部综合性能目的。

4、纤维组织与金属的变形程度有关，变形程度越大，纤维组织越明显；因此，环带区和两极(飞边)收缩得越小越好，这就是微球球坯采用小极孔球形的原理。

二、材料利用率高，降低成本。冷镦工艺取代切料工艺，原材料可从20-40％提高至65-80％，至少提高35％以上。

三、冷镦取代切料工艺，钢球毛坯几何形状由园柱体变成球体，更接近钢球成品的形状，使冷镦后光球(或锉削)工序的加工，更加容易进行，缩短了光球(或锉削)的加工时间，并保证了加工质量，从而提高了微球加工的生产效率。

四、由于冷镦的几何精度和尺寸精度远大于切料，产品合格率远高于切料，因此，冷镦工艺的实施可为高精度微球加工打下坚实的基础。

Ф2㎜以下微型钢球坯料由切料段改为冷镦，并采用Ф0.7mm小极孔冷镦成型球坯的工艺为国内首创。新工艺的开发应用，具有以下显著特点：

⑴.可节约原材料，提高材料利用率35％，显著降低生产成本、提高劳动生产率；

⑵.经冷塑性变形，改变钢球组织纤维结构，有利于提高钢球使用寿命；

⑶.由于冷镦成型，可减少后工序加工周期，大幅度降低电耗和设备磨损，减少辅料消耗；

⑷.Ф1.5㎜冷镦首次采用国内独创Ф0.7mm小极孔工艺，提高冷镦的效率和模具寿命20％；

⑸.在提高生产率的同时，减少钢球在磨削加工废渣排放数量，节能减排。

本发明填补了钢球行业微型钢球球坯采用冷镦的生产加工技术，降低了能耗，延长了钢球的使用寿命，为用户配套的产品提高了档次，推动了行业的技术进步

附图说明

图1是切料段工艺料段结构示意图。

图2是冷镦工艺球坯的结构示意图。

图3是切料段工艺纤维分布图。

图4是冷镦工艺纤维分布图。

图中，L1-第一切料长度；L2-第二切料长度；Фd1-料径；D1-第一球坯直径；D2-第二球坯直径；B-环带宽；K-环带厚；r-环带处圆角；2s-偏心差；r1-极孔处圆角；d1-极直径；h1-极高度。

具体实施方式

图1是传统的切料段工艺制备钢球的切料段的结构示意图。采用切料方式，即先将原料切断，如图1所示的料段，L1是第一切料长度，L2是第二切料长度，Фd1是料径度，再进行锉削加工使切料段接近球形，然后进行磨削加工，这种加工方式，切料段这种坯料形状为圆柱体，加工成高精度的钢球，就需要将不规则的部分磨掉，由于这种坯料非球体部分较多较大，加工余量巨大，所以磨掉的部分也较多，从而损失了非常多的原料，而且从图3可以看出切料所成型的钢球内部纤维组织疏松、不连贯，因此其承压能力差，寿命短。

本发明一种微型钢球制造方法，它包括以下步骤：(1)原料检验；(2)冷镦；(3)光球；(4)热处理；(5)硬磨；(6)强化；(7)选别；(8)初研；(9)精研；(10)光电选；(11)包装；

其中，用于冷镦的球坯包括相互连成一体的两个具有偏心差的半球，半球的纵向两端分别设有极，两个半球相连处设有环带；其中，用于生产钢球公称直径为1.5mm的球坯，其料径为1.4mm、切料长为2.54mm、球坯直径为1.80±0.05mm、留量0.30mm、偏心差0.04mm、环带厚0.25mm、环带宽0.20mm、极直径0.7mm、极高度0.105mm；用于生产钢球公称直径为2.0mm的球坯，其料径为1.7mm、切料长为3.35mm、球坯直径为2.30±0.06mm、留量0.30mm、偏心差0.04mm、环带厚0.25mm、环带宽0.20mm、极直径0.8mm、极高度0.12mm；

其中，所述的冷镦操作如下：

(2)操作前准备：

①准备好原材料，按工艺检查料径规格尺寸、公差、表面质量，确保符合要求；

②准备好工装、模具：检查切料刀、切料模内孔尺寸大于料径尺寸0.1mm；检查切料刀、切料模刀刃，确认刀刃锋利不钝、没有蹦牙；检查镦模球窝尺寸与样板符合，检查镦模合金不得有下沉、破碎现象，检查镦模极孔不能有偏斜，镦模球窝的表面粗糙度Ra高于0.08mm，极孔尺寸比撞针直径大0.02-0.08mm；检查进料轮沟槽半径和料径吻合，不得小于料径；检查沟槽脚边不得有毛刺，沟槽内部不得起结巴现象，否则，立即更换；检查挡料铁镶装合金没有破损，确认挡料铁固定，挡料铁合金端面与料径轴线垂直方可结束；检查夹持指镶装合金完整无损，切一料段应和夹持指合金端面垂直并柔性紧固的夹紧，不能有倾斜松动现象；检查进料管内孔直径不能大于料径的1.5倍，其长度控制在刚好与进料轮和胎模座接触；

③机床准备：确认油箱中机油加满，油路畅通，油滤无堵塞；油泵开机至少5分钟，冬季应5-10分钟；其中，夏季加68号抗磨液压油，冬季加32号抗磨液压油；开油泵后和机床运作前，确保进料轮带油盒中的机油加满，油污分离装置正常；手动加少许机油至夹持指、切料刀板、冲头处；

(2)操作调整：

①进料调整：先将切料刀板退至进料位置，并调整切料刀与切料模的同心度；将原材料进料端平直，头部去除10cm；松开进料轮、矫直轮，将原材料依次通过矫直轮、进料轮、进料管，直至材料头部顶到挡料铁端面；将进料轮、矫直轮适度夹紧，固定进料管；

②切料调整：调整切料刀和切料模间隙在0.05-0.10mm；手动切一料段进行检查，料段两端平齐，端面高度差小于0.1mm，且无毛刺、凹心；进料量调整：调整棘轮棘爪机构，使进料量大于切料长度10％，以减少冷镦毛刺的产生和堆积；

③送料调整：切一料段，由夹持指和切料刀将料段夹紧；手动扳动机床飞轮，将切料刀板并夹持指、料段一起送至上下镦模中间，查看料段中心与上下镦模中心重合，否则，调整刀板进退螺栓；

④镦压调整：试镦压2至3粒球坯，进行检查调试；确定环带大小，根据工艺尺寸，调整挡料铁长度，确定切料段长短，使环带符合要求；确定环带厚度，调整冲头锲铁螺套，使上下镦模镦压时的间隙发生变化，直至环带厚度符合要求；调整球坯的偏差，调整冲头座上的上下、左右调节螺栓，使冲头中心与静模中心一致，直至球坯偏差符合工艺要求；

⑤出球退刀调整：镦模撞针，静模撞针在退出时，低于球窝底部极孔处1mm，顶出时，应不高于静模平面，防止撞针被顶弯；冲模撞针长度，能以料段定位于静模之中，并能退出刀板的最小距离为尺寸，这样能保证冲模撞针的刚度；冲头的镦压距离，调整刀板滑板进退快慢螺栓，在保证冲头不碰刀板和夹持指的前提下，尽量缩短冲头的镦压距离，保证微球镦压的稳定性；

(3)机床运转中：

①首件检查：机床、工装、模具调试完毕后，开始试车，先镦压几粒球坯，按工艺尺寸检查球坯直径、偏差、两极、环带，并进行相应调整，直至符合工艺要求；检查球坯表面不得有夹皮、裂纹、平面、垫伤、偏环带缺陷，否则，立即进行相应调整；

②机床运转中，每20分钟应进行自检一次，发现尺寸和质量变化超出工艺范围时，立即停机调整；

③运转时，所有工具、量具物件一律不得放在机床上，以免发生意外；检查所有安全防护装置应牢固可靠；

(4)机床停机：

停机时，应先停止进料，再停止机床运转，以免造成设备事故；停机应避免停在死点处，以防闷车；应将机床出球通道里的所有球坯清理干净。

用于测量球坯工艺尺寸的量具为尖头螺旋千分尺。尖头螺旋千分尺，测量精度0.01mm。因为微球球坯直径小，采用普通螺旋千分尺测量时，不能量出环带根部直径的准确尺寸，测量误差较大，所以采用尖头螺旋千分尺测量，可满足微球球坯测量精度要求。

由图2所示的冷镦工艺球坯的结构示意图可知，D1是第一球坯直径；D2是第二球坯直径；B是环带宽；K是环带厚；r是环带处圆角；2s是偏心差；r1是极孔处圆角；d1是极直径；h1是极高度。根据图2所示的球坯进行冷镦加工，制得的球坯内部纤维组织连贯、紧密，钢球变形程度大，环带区和两极(飞边)收缩得厉害。

采用本冷镦工艺及传统切料工艺产品试验数据对比见表1

表1冷镦工艺及传统切料工艺产品试验数据对比

从以上对比可以看出：工艺改进后，原材料可大幅节约，其中，φ1.5mm规格每公斤粒数提高9450粒，增幅40.9％，φ2.0mm规格每公斤粒数提高4000粒，增幅38.1％，综合平均每公斤粒数提高6725粒，增幅39.5％；热前硬度平均提高50-90HB；

冷镦工艺与传统切料段工艺生产效率比较见表2。

表2冷镦工艺与传统切料段工艺生产效率比较

采用冷镦工艺光球工序用于1.5mm规格的钢球时效率提高了52.9％，用于2.0mm规格的钢球时效率提高了46.3％。

采用冷镦工艺和传统切料段工艺制得的钢球压荷对比见表3。

表3冷镦工艺和传统切料段工艺制得的钢球压荷对比

采用冷镦工艺制得的钢球成品比传统切料段工艺制得的钢球成品其压荷情况比较可知，2.0mm油墨球压荷平均值提高7.3％，1.5mm高压荷球压荷平均值提高13.5％，平均提高10.4％。

采用传统切料段工艺制得的钢球成品1.5mm、2.0mm油墨钢球使用寿命：2000-2200小时。

采用冷镦工艺制得的钢球成品1.5mm、2.0mm油墨钢球使用寿命：2600-2800小时。

开发后比开发后使用寿命提高28.5％。

Claims (2)

1.一种微型钢球制造方法，它包括以下步骤：

(1)原料检验；

(2)冷镦；

(3)光球；

(4)热处理；

(5)硬磨；

(6)强化；

(7)选别；

(8)初研；

(9)精研；

(10)光电选；

(11)包装；

其特征在于：用于冷镦的球坯包括相互连成一体的两个具有偏心差的半球，半球的纵向两端分别设有极，两个半球相连处设有环带；其中，用于生产钢球公称直径为1.5mm的球坯，其料径为1.4mm、切料长为2.54mm、球坯直径为1.80±0.05mm、留量0.30mm、偏心差0.04mm、环带厚0.25mm、环带宽0.20mm、极直径0.7mm、极高度0.105mm；用于生产钢球公称直径为2.0mm的球坯，其料径为1.7mm、切料长为3.35mm、球坯直径为2.30±0.06mm、留量0.30mm、偏心差0.04mm、环带厚0.25mm、环带宽0.20mm、极直径0.8mm、极高度0.12mm；

其中，所述的冷镦操作如下：

(1)操作前准备：

①准备好原材料，按工艺检查料径规格尺寸、公差、表面质量，确保符合要求；

②准备好工装、模具：检查切料刀、切料模内孔尺寸大于料径尺寸0.1mm；检查切料刀、切料模刀刃，确认刀刃锋利不钝、没有蹦牙；检查镦模球窝尺寸与样板符合，检查镦模合金不得有下沉、破碎现象，检查镦模极孔不能有偏斜，镦模球窝的表面粗糙度Ra高于0.08mm，极孔尺寸比撞针直径大0.02-0.08mm；检查进料轮沟槽半径和料径吻合，不得小于料径；检查沟槽脚边不得有毛刺，沟槽内部不得起结巴现象，否则，立即更换；检查挡料铁镶装合金没有破损，确认挡料铁固定，挡料铁合金端面与料径轴线垂直方可结束；检查夹持指镶装合金完整无损，切一料段应和夹持指合金端面垂直并柔性紧固的夹紧，不能有倾斜松动现象；检查进料管内孔直径不能大于料径的1.5倍，其长度控制在刚好与进料轮和胎模座接触；

③机床准备：确认油箱中机油加满，油路畅通，油滤无堵塞；油泵开机至少5分钟，冬季应5-10分钟；其中，夏季加68号抗磨液压油，冬季加32号抗磨液压油；开油泵后和机床运作前，确保进料轮带油盒中的机油加满，油污分离装置正常；手动加少许机油至夹持指、切料刀板、冲头处；

(2)操作调整：

①进料调整：先将切料刀板退至进料位置，并调整切料刀与切料模的同心度；将原材料进料端平直，头部去除10cm；松开进料轮、矫直轮，将原材料依次通过矫直轮、进料轮、进料管，直至材料头部顶到挡料铁端面；将进料轮、矫直轮适度夹紧，固定进料管；

②切料调整：调整切料刀和切料模间隙在0.05-0.10mm；手动切一料段进行检查，料段两端平齐，端面高度差小于0.1mm，且无毛刺、凹心；进料量调整：调整棘轮棘爪机构，使进料量大于切料长度10％，以减少冷镦毛刺的产生和堆积；

③送料调整：切一料段，由夹持指和切料刀将料段夹紧；手动扳动机床飞轮，将切料刀板并夹持指、料段一起送至上下镦模中间，查看料段中心与上下镦模中心重合，否则，调整刀板进退螺栓；

④镦压调整：试镦压2至3粒球坯，进行检查调试；确定环带大小，根据工艺尺寸，调整挡料铁长度，确定切料段长短，使环带符合要求；确定环带厚度，调整冲头锲铁螺套，使上下镦模镦压时的间隙发生变化，直至环带厚度符合要求；调整球坯的偏差，调整冲头座上的上下、左右调节螺栓，使冲头中心与静模中心一致，直至球坯偏差符合工艺要求；

⑤出球退刀调整：镦模撞针，静模撞针在退出时，低于球窝底部极孔处1mm，顶出时，应不高于静模平面，防止撞针被顶弯；冲模撞针长度，能以料段定位于静模之中，并能退出刀板的最小距离为尺寸，这样能保证冲模撞针的刚度；冲头的镦压距离，调整刀板滑板进退快慢螺栓，在保证冲头不碰刀板和夹持指的前提下，尽量缩短冲头的镦压距离，保证微球镦压的稳定性；

(3)机床运转中：

①首件检查：机床、工装、模具等调试完毕后，开始试车，先镦压几粒球坯，按工艺尺寸检查球坯直径、偏差、两极、环带，并进行相应调整，直至符合工艺要求；检查球坯表面不得有夹皮、裂纹、平面、垫伤、偏环带缺陷，否则，立即进行相应调整；

②机床运转中，每20分钟应进行自检一次，发现尺寸和质量变化超出工艺范围时，立即停机调整；

③运转时，所有工具、量具物件一律不得放在机床上，以免发生意外；检查所有安全防护装置应牢固可靠；

(4)机床停机：

停机时，应先停止进料，再停止机床运转，以免造成设备事故；停机应避免停在死点处，以防闷车；应将机床出球通道里的所有球坯清理干净。

2.根据权利要求1所述的微型钢球制造方法，其特征在于：用于测量球坯工艺尺寸的量具为尖头螺旋千分尺。