CN106148668A - 一种高精度保持性精密机床轴承的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械制造技术领域。一种高精度保持性精密机床轴承的制造方法，其特征在于包括以下实现步骤：（1）轴承基体组织稳定化处理；通过控制冷轧成型、双介质复合淬火、超声波辅助冷‑热循环处理和应力时效处理，得到组织稳定化处理后的轴承基体套圈；2）精密切削加工；3）轴承基体内应力消减处理：在一定磁处理工艺条件下对精密切削加工后的轴承基体套圈进行磁处理，得到高组织稳定性、低内应力的轴承基体套圈；4）轴承装配，最终得到高精度保持性机密机床轴承。针对影响轴承精度保持性的关键因素即轴承基体组织状态和内应力，通过组织稳定化和内应力消减协同处理，提高轴承基体组织稳定性，降低内应力水平，最终提高轴承精度保持性。

Description

一种高精度保持性精密机床轴承的制造方法

技术领域

本发明属于机械制造技术领域，具体涉及一种高精度寿命精密机床轴承的制造方法。

背景技术

精密机床作为高端制造的基础支撑，其加工精度稳定性与轴承精度保持性密切关联。以GCr15等高碳铬轴承钢为主要材料的精密机床轴承，经传统工艺制造后，其基体(内、外套圈)中存在大量的亚稳态组织(残余奥氏体、回火马氏体等)和高水平的内应力，在轴承工作受温度和载荷作用时容易发生转变和释放，引起套圈尺寸微小变化，进而破坏轴承精度保持性，导致轴承精度衰减，影响机床加工稳定性。鉴于上述原因，轴承精度保持性已然成为制约精密机床生产与应用的关键问题，却一直无法得到有效解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高精度保持性精密机床轴承的制造方法，针对影响轴承精度保持性的关键因素，即轴承基体组织状态和内应力，通过组织稳定化和内应力消减协同处理，提高轴承基体组织稳定性，降低内应力水平，最终提高轴承精度保持性。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种高精度保持性精密机床轴承的制造方法，其特征在于包括以下实现步骤：

1)轴承基体组织稳定化处理

①控制冷轧成型：采用冷轧环方法(为现有技术，如采用中国专利CN103316926A公布的一种L型截面汽车轮毂轴承环件冷轧成形方法)，首先根据轴承基体套圈尺寸和轧制比设计冷轧环坯尺寸，采用常规热锻制坯方法制得冷轧环坯；然后根据轴承基体套圈尺寸、冷轧环坯尺寸和冷轧变形条件设计加工冷轧孔型；最后利用冷轧孔型和冷轧设备，按高速轧制、中速轧制、低速轧制三个阶段，在冷轧变形量20％～40％、进给速度0.5mm/s～1mm/s条件范围内，对轴承基体套圈控制冷轧成型；

②双介质复合淬火：将轴承基体套圈在保护气氛(如：氮气或/和氩气)下加热至820℃～840℃，保温30～60分钟，再放入60～70℃淬火油中冷却3～5分钟，然后再浸入液氮冷冻箱中在-190℃温度下冷却4～10分钟，得到淬火后的轴承基体套圈；

③超声辅助冷-热循环处理：将淬火后的轴承基体套圈在上述液氮冷冻箱中-120℃～-196℃范围内冷处理3～5小时，保温期间用超声波激励液氮，超声波旋涡流压力范围为2.5～3.5MPa，超声波功率为300～500W，辅助时间20～40min；冷处理完成后取出在大气环境下恢复至室温，再进行160℃～180℃、保温1～2小时的回火热处理；循环上述冷处理和热处理2～3次；

④应力时效：轴承基体套圈超声辅助冷-热循环处理结束后，采用温度-力耦合加载的轴承基体时效装置(如采用中国专利申请号为CN104694730A公布的可实现温度-力耦合加载的轴承基体时效处理方法及其装置)进行应力时效；首先将轴承基体套圈装在力耦合加载装置弧形压块中，通过旋转小锥齿轮对轴承基体套圈加载时效力；然后将力耦合加载装置放入带加热炉的控温箱中，设定时效加热温度和保温时间；在时效力60～150N、时效温度80～150℃、时效时间3～6小时的条件范围内对轴承基体套圈进行温度-力耦合加载时效处理，得到稳定化处理后的轴承基体套圈。

2)精密切削加工：对稳定化处理后的轴承基体套圈进行精密切削加工(采用现有方法)。

3)轴承基体内应力消减处理：采用中国专利CN201410145023.1公布的轴承组件加工残余应力控制磁处理方法；首先利用磁处理装置夹具固定轴承基体套圈；然后利用变频调压电源产生交流励磁电流，通过磁处理装置中由励磁线圈绕组和铁芯构成的磁化器产生低频交变磁场，在磁饱和强度范围1.2～2.5T、磁场频率范围1.5～4Hz、磁处理时间范围90～120s的条件范围内对轴承基体套圈进行磁处理，得到高组织稳定性、低内应力的轴承基体套圈；

4)轴承装配：将按上述方法得到的轴承基体套圈与其它轴承组件进行装配(为现有方法)，最终得到高精度保持性机密机床轴承。

中国专利CN103316926A公布的一种L型截面汽车轮毂轴承环件冷轧成形方法为：它包括如下步骤：

(1)环坯设计与加工

环坯形状设计成内表面带锥度和台阶的斜L型截面环坯，环坯尺寸按如下步骤确定：

a)计算环件各部分体积

将L型截面环件从台阶处分成台阶以上的大孔环部分和台阶以下的小孔环部分，设D、d_b、d_s分别为环件外径、大孔环内径、小孔环内径，B、B_s分别为环件高度和台阶高度，L为台阶长度，V、V_s分别为环件体积和小孔环体积，k_s为小孔环占整个环件的体积比，计算可得：

L＝(d_b-d_s)/2，

b)选择轧制比

以环件小孔环内径d_s与环坯小孔环内径d_s0之比为轧制比λ，即λ＝d_s/d_s0，轧制比λ取值为1.1～2；

c)确定环坯尺寸

首先根据轧制可确定环坯小孔环内径d_s0＝d_s/λ；

环坯高度B₀，取B₀＝B-ΔB，其中，ΔB为环件高度尺寸下偏差绝对值；

取环坯台阶高度等于环件台阶高度，即B_s0＝B_s，则环坯大孔环高度B_b0＝B₀-B_s0；

取环坯台阶长度等于环件的台阶长度，即L₀＝L；

环坯体积V₀，取V₀＝K_VV，其中，K_V为体积补偿系数，K_V为1～1.03；

环坯小孔环所占环坯体积比k_s'，k_s'＝ψk_s，其中，ψ为修正系数，ψ为1～1.05；

根据环坯小孔环体积，可确定环坯外径D₀为

$D_0=\sqrt{\frac{4k_s^{\′}{V}_0}{{\mathrm{\πB}}_{s0}}+d_{s0}^2}$

根据环坯大孔环体积，可确定环坯大孔环内表面锥度θ₀为

${\mathrm{\θ}}_0=arctan\left\{\frac{-3(d_{s0}+2L_0)B_{b0}+\sqrt{9{(d_{s0}+2L_0)}^2{B}_{b0}^2-12B_{b0}\frac{4V_0(1-k_s^{\′})-\mathrm{\π}\[D_0^2-{(d_{s0}+2L_0)}^2\]B_{b0}}{\mathrm{\π}}}}{4B_{b0}^2}\right\}$

从而可确定环坯大孔环内径d_b0为

d_b0＝d_s0+2L₀+2(B₀-B_s0)tanθ₀

根据所设计环坯体积和几何尺寸，进行棒料下料、加热，然后经镦粗、冲孔、冲连皮，制成冷轧用环坯；

(2)孔型设计

采用闭式孔型来限制冷轧过程环坯轴向宽展，以保证成形环件端面平整；冷轧孔型由驱动辊和芯辊工作面型腔构成，孔型形状与环件截面形状对应；其中，驱动辊工作面为圆柱面，芯辊工作面为由圆柱状的大、小工作面构成的阶梯形工作面；驱动辊和芯辊尺寸设计如下：

a)孔型型腔尺寸

根据环件高度B、内台阶高度B_s和内台阶长度L，确定驱动辊型腔高度B_d和芯辊型腔高度B_i、芯辊小工作面高度B_il和芯辊台阶面长度L_i，

B_d＝B+0～0.2mm，B_i＝B_d+0.1～0.5mm，B_il＝B_s，L_i＝L

驱动辊和芯辊闭合时的最小型腔宽度应不超过环件壁厚，可取为

S_d＝(1～2)S_i

其中，S_d为驱动辊型腔宽度、S_i为芯辊型腔上端宽度；

驱动辊和芯辊型腔上下端均设置脱模斜度，驱动辊型腔脱模斜度α_d和芯辊型腔脱模斜度α_i均可取值为3°～7°；

b)驱动辊和芯辊工作面径向尺寸

驱动辊线速度V_d通常为1.1～1.6m/s；根据驱动辊线速度V_d可确定驱动辊工作面半径R_d＝500V_d/πn_d，其中，n_d＝n/η为驱动辊转速，n为电机转速，η为传动比，n、η由设备参数确定；

芯辊最小工作面半径R_i应满足如下条件：

$R_i\≥\frac{35{\mathrm{\βR}}_d-(D_0-d_{s0})}{R_d(D_0-d_{s0})}$

其中，R_i为芯辊最小工作面半径；β＝arctanμ为摩擦角，μ为摩擦系数，μ通常取0.15～0.2；

应满足

驱动辊和芯辊的闭合中心距应在轧环机极限闭合中心距范围内，有

$R_d+S_d+R_i+L_i+S_i=\frac{L_{max}+L_{\min }}{2},$

其中，L_max和L_min为轧环机允许的最大和最小闭合中心距；

根据以上条件可综合确定驱动辊工作面半径以及芯辊大、小工作面半径；

(3)冷轧成形

按上述冷轧孔型设计加工驱动辊、芯辊，并将驱动辊、芯辊安装于冷轧环机内，将按上述环坯设计加工的环坯放入冷轧环机内进行轧制；冷轧过程按高速轧制、中速轧制、低速轧制三个阶段进行控制；冷轧过程各阶段进给速度与进给量控制按如下确定：

进给速度：高速轧制进给速度v₁＝(2.5～5)v_min，中速轧制进给速度v₂＝(1～2)v_min，低速轧制进给速度v₃＝(0.5～0.8)v_min

进给量：高速轧制进给量Δh₁＝0.6Δh，中速轧制进给量Δh₂＝0.3Δh，低速轧制进给量Δh₃＝0.1Δh

其中，v_min为使环坯产生轧制变形所需的最小进给速度，Δh为轧制总进给量，有

$v_{min}=\frac{0.003275n_d{R}_d{(D_0-d_{s0})}^2}{D_0}(\frac{1}{R_d}+\frac{1}{R_i}+\frac{2}{D_0}-\frac{2}{d_{s0}}),\mathrm{\Δ}h=\frac{D_0-d_{s0}}{2}-\frac{D-d_s}{2}.$

中国专利CN104694730A公布的可实现温度-力耦合加载的轴承基体时效处理方法及其装置为：一种可实现温度-力耦合加载的轴承基体时效处理方法(如图1-4所示)，包括以下步骤：

1)准备可实现温度-力耦合加载的轴承基体时效处理装置：它包括力耦合加载装置和带有加热炉的控温箱(10)；

力耦合加载装置包括上盖(1)、锁紧螺栓(2)、弧形压块(3)、滑块(4)、壳体(5)、大锥齿轮(6)、底座(7)、小锥齿轮(8)；上盖(1)的前后左右方向均设有滑孔，弧形压块(3)和锁紧螺栓(2)分别为四个，四个弧形压块(3)均位于上盖(1)的下方，并分布在前后左右方向，锁紧螺栓(2)的下端穿过上盖(1)的滑孔后与弧形压块(3)螺纹连接；壳体(5)上设有沿壳体径向分布的四个T形滑槽，T形滑槽内安装有滑块(4)，滑块(4)位于弧形压块(3)的下方，弧形压块(3)与滑块(4)通过螺栓连接在一起；大锥齿轮(5)的正面设有与滑块(4)的底面螺纹相配合的端面螺纹，大锥齿轮(5)的背面设有与小锥齿轮(8)相互啮合的锥齿，并与小锥齿轮(8)相互啮合；小锥齿轮(8)由壳体(5)侧面的孔穿入壳体内部；壳体(5)通过螺栓与卡盘底座(7)相连，并用卡盘底座上的圆环凸面将大锥齿轮(6)托起；

2)取下锁紧螺栓(2)和上盖(1)；转动小锥齿轮(8)，使弧形压块(3)向内侧收拢；将常规热处理之后的轴承基体(9)平放于壳体(5)上的弧形压块(3)的外侧；转动小锥齿轮(8)，使弧形压块(3)向外侧移动，紧贴轴承基体(9)内侧，限制轴承基体(9)径向移动并使其承受径向力；然后通过锁紧螺栓(2)将上盖(1)固定在弧形压块(3)的顶部；

3)将装夹了轴承基体(9)的力耦合加载装置放入带有加热炉的控温箱(10)中，使所述力耦合加载装置的卡盘底座(7)紧贴控温箱的炉膛底面；调节炉温和加热保温时间，对轴承基体进行温度-力耦合加载时效处理；

4)温度-力耦合加载时效处理结束后，取出装夹了轴承基体(9)的所述力耦合加载装置进行空冷，冷至室温后松开锁紧螺栓(2)并取下上盖(1)，转动小锥齿轮(8)以松开弧形压块(3)，取出轴承基体(9)。

一种实现可实现温度-力耦合加载的轴承基体时效处理方法的装置(如图1-4所示)，它包括力耦合加载装置和带有加热炉的控温箱(10)；力耦合加载装置包括上盖(1)、锁紧螺栓(2)、弧形压块(3)、滑块(4)、壳体(5)、大锥齿轮(6)、底座(7)、小锥齿轮(8)；上盖(1)的前后左右方向均设有滑孔，弧形压块(3)和锁紧螺栓(2)分别为四个，四个弧形压块(3)均位于上盖(1)的下方，并分布在前后左右方向，锁紧螺栓(2)的下端穿过上盖(1)的滑孔后与弧形压块(3)螺纹连接；壳体(5)上设有沿壳体径向分布的四个T形滑槽，T形滑槽内安装有滑块(4)，滑块(4)位于弧形压块(3)的下方，弧形压块(3)与滑块(4)通过螺栓连接在一起；大锥齿轮(5)的正面设有与滑块(4)的底面螺纹相配合的端面螺纹，大锥齿轮(5)的背面设有与小锥齿轮(8)相互啮合的锥齿，并与小锥齿轮(8)相互啮合；小锥齿轮(8)由壳体(5)侧面的孔穿入壳体内部；壳体(5)通过螺栓与卡盘底座(7)相连，并用卡盘底座上的圆环凸面将大锥齿轮(6)托起；力耦合加载装置放在控温箱(10)中，力耦合加载装置的卡盘底座(7)紧贴控温箱的炉膛底面。

中国专利CN201410145023.1公布的轴承组件加工残余应力控制磁处理方法为：包括如下步骤：

(1)热处理后的轴承组件磁处理

对热处理后的轴承套圈或滚动体进行磁处理，利用变频调压电源产生交流励磁电流，通过磁处理装置，由励磁线圈绕组和铁芯构成的磁化器产生低频交变磁场，磁处理参数根据以下方法确定：

①所施加的磁感应强度应能使轴承组件的材料内部接近或达到饱和磁化状态，通过测量磁滞回线确定其对应的磁场峰值磁饱和强度，对于轴承组件的材料，磁饱和强度范围为1.2～2.5T；

②磁场频率取值范围为1～10Hz；

③磁处理时间范围为60～180s；

将轴承套圈或滚动体固定在夹具上之后，采用上述磁处理工艺参数对其进行磁处理；

(2)磨削后的轴承组件磁处理

对磨削后的轴承套圈或滚动体进行磁处理，利用变频调压电源产生交流励磁电流，通过磁处理装置，由励磁线圈绕组和铁芯构成的磁化器产生低频交变磁场，磁处理参数根据以下方法确定：

①所施加的磁感应强度应能使轴承组件的材料内部接近或达到饱和磁化状态，通过测量磁滞回线确定其对应的磁场峰值磁饱和强度，对于轴承组件的材料，磁饱和强度范围为1.2～2.5T；

②磁场频率取值范围为1.5～4Hz；

③磁处理时间范围为90～120s；

将轴承套圈或滚动体固定在夹具上之后，采用上述磁处理工艺参数对其进行磁处理。

本发明的有益效果：本发明基于轴承服役过程中基体套圈亚稳态组织和内应力变化对轴承精度保持性的不利作用，针对性地提出组织稳定化处理和内应力消减处理方法。对于轴承基体组织稳定化处理：首先采用合理的轧制条件控制冷轧成型，使轴承基体通过冷塑性变形获得高密度位错缺陷，促进淬火过程奥氏体中碳元素扩散，提高残余奥氏体的碳元素含量、改善残余奥氏体形态分布、提高残余奥氏体的热稳定性和机械稳定性；其次，采用淬火油-液氮双介质复合淬火，不仅控制了淬火畸变程度，而且液氮介质下的二次低温冷却避免了亚稳态组织的室温稳定行为，同时促进了马氏体相变；然后，通过超声波辅助冷-热循环处理，能够有效促进残余奥氏体向马氏体转变，并通过回火和冷处理热循环，逐步提高残余奥氏体稳定性，大幅增加过渡碳化物数量，提高轴承基体耐磨性；最后，利用应力时效促使回火马氏体分解，减少亚稳相含量，促进碳化物择优析出。对于轴承基体内应力消减处理，通过磁场处理，可引发轴承基体内部弥散分布的组织微塑性变形从而使内应力整体降低。通过上述方法综合作用，可以提高轴承基体组织稳定性，降低轴承基体内应力水平，抑制轴承服役过程基体组织转变和内应力松弛对精度衰减的不良影响，提高轴承精度保持性，保障精密机床加工稳定性。

附图说明

图1为现有可实现温度-力耦合加载的轴承基体时效处理装置的结构示意图。

图2为图1所示的A-A方向的剖视结构示意图。

图3是现有可实现温度-力耦合加载的轴承基体时效处理装置的上盖的结构示意图。

图4是图3的俯视图。

图中：1-上盖；2-锁紧螺栓；3-弧形压块；4-滑块；5-壳体；6-大锥齿轮；7-卡盘底座；8-小锥齿轮；9-轴承基体；10-控温箱。

具体实施方式

以下仅为本发明的较佳实施例，当不能以此限定本发明的范围。即凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本专利涵盖的范围内。以某型号高速机床主轴轴承为对象，按上述本发明方法对轴承基体进行组稳定化处理和内应力消减处理。

实施例1：

一种高精度保持性精密机床轴承的制造方法，包括以下实现步骤：

1)轴承基体组织稳定化处理

①控制冷轧成型：采用冷轧环方法(为现有技术，如采用CN201310228647.5公布的一种L型截面汽车轮毂轴承环件冷轧成形方法)，在平均变形量37％、平均进给速度0.8mm/s的轧制条件下，将轴承基体套圈冷轧成型(轴承基体套圈采用GCr15轴承钢)；

②双介质复合淬火(淬火油-液氮双液淬火)：将轴承基体套圈在保护气氛(如：氮气)下加热至820℃、保温30分钟，再放入60℃淬火油中冷却3分钟，然后再浸入液氮冷冻箱中在-190℃温度下冷却4分钟，取出自然恢复至室温，得到淬火后的轴承基体套圈；

③超声辅助冷-热循环处理：淬火后的轴承基体套圈在上述液氮冷冻箱中-190℃范围内冷处理4小时，保温期间用超声波激励液氮(在冷处理降温过程中辅以超声波激励液氮)，超声波旋涡流压力3.0MPa，超声波功率为350W，辅助时间40min；冷处理完成后取出在大气环境下恢复至室温，再进行170℃、保温1小时的回火热处理；循环上述冷处理和热处理2次；

④应力时效：采用温度-力耦合加载的轴承基体时效装置(如采用申请号为CN104694730A公布的可实现温度-力耦合加载的轴承基体时效处理方法及其装置)，对超声辅助冷-热循环处理后的轴承基体套圈，在加载力90N、温度100℃，时效时间5小时的条件下进行应力时效，得到稳定化处理后的轴承基体套圈。

2)精密切削加工：对稳定化处理后的轴承基体套圈进行精密切削加工(为现有方法)。

3)轴承基体内应力消减处理：采用CN201410145023.1公布的轴承组件加工残余应力控制磁处理方法，在磁饱和强度2.0T、磁场频率3Hz、磁处理时间120s的条件下，对精密切削加工后的轴承基体套圈进行磁处理，得到高组织稳定性、低内应力的轴承基体套圈。

4)轴承组件装配：将按上述方法得到的轴承基体套圈与其它轴承组件进行装配(为现有方法)，最终得到高精度保持性机密机床轴承。

将按上述实施例方法制造的轴承基体套圈和传统方法进行组织和内应力测试比较，残余奥氏体数量减少36％，残余奥氏体含碳量增加且形态呈薄膜状，热稳定性提高14％，机械稳定性提高60％，内应力平均值降低20％，说明本发明方法能够有效控制轴承基体套圈亚稳态组织数量及稳定性，降低内应力，从而提高最终轴承的精度保持性。

实施例2：

一种高精度保持性精密机床轴承的制造方法，包括以下实现步骤：

1)轴承基体组织稳定化处理

①控制冷轧成型：采用冷轧环方法(为现有技术，如采用专利CN103316926A公布的一种L型截面汽车轮毂轴承环件冷轧成形方法)，在平均变形量30％、平均进给速度0.5mm/s的轧制条件下，将轴承基体套圈冷轧成型(轴承基体套圈采用GCr15SiMn轴承钢)；

②双介质复合淬火：将轴承基体套圈在保护气氛(如：氮气气体)下加热至840℃，保温30分钟，再放入60℃淬火油中冷却4分钟，然后再浸入液氮冷冻箱中在-190℃温度下5分钟，取出自然恢复至室温，得到淬火后的轴承基体套圈；

③超声辅助冷-热循环处理：将淬火后的轴承基体套圈在上述液氮冷冻箱中-120℃范围内冷处理3小时，保温期间用超声波激励液氮，超声波旋涡流压力2.5MPa，超声波的功率为300W，辅助时间20min；冷处理完成后取出在大气环境下恢复至室温，再进行160℃、保温1小时的回火热处理；循环上述冷处理和热处理2次；

④应力时效：采用温度-力耦合加载的轴承基体时效装置(如采用申请号为CN104694730A公布的可实现温度-力耦合加载的轴承基体时效处理方法及其装置)，对超声辅助冷-热循环处理后的轴承基体套圈，在加载力70N、温度120℃，时效时间3小时的条件下进行应力时效；得到稳定化处理后的轴承基体套圈。

2)精密切削加工：对稳定化处理后的轴承基体套圈进行精密切削加工(为现有方法)。

3)轴承基体内应力消减处理：采用CN201410145023.1公布的轴承组件加工残余应力控制磁处理方法，在磁饱和强度1.2T、磁场频率1.5Hz、磁处理时间90s的工艺条件下，对精密切削加工后的轴承基体套圈进行磁处理，得到高组织稳定性、低内应力的轴承基体套圈。

4)轴承组件装配：将按上述方法得到的轴承基体套圈与其它轴承组件进行装配(为现有方法)，最终得到高精度保持性机密机床轴承。

将按上述实施例方法制造的轴承基体套圈和传统方法进行组织和内应力测试比较，残余奥氏体数量减少56％，残余奥氏体含碳量增加且形态呈薄膜状，热稳定性提高10～15％，机械稳定性提高64％，内应力平均值降低40％，说明本发明方法能够有效控制轴承基体套圈亚稳态组织数量及稳定性，降低内应力，从而提高最终轴承的精度保持性。

实施例3：

一种高精度保持性精密机床轴承的制造方法，包括以下实现步骤：

1)轴承基体组织稳定化处理

①控制冷轧成型：采用冷轧环方法(为现有技术，如采用专利CN103316926A公布的一种L型截面汽车轮毂轴承环件冷轧成形方法)，在平均变形量35％、平均进给速度1mm/s的轧制条件下，将轴承基体套圈冷轧成型(轴承基体套圈采用GCr15SiMo轴承钢)；

②双介质复合淬火：将轴承基体套圈在保护气氛(如：体积分数80％的氮气加20％氩气)下加热至840℃，保温60分钟，再放入70℃淬火油中冷却5分钟，然后再浸入液氮冷冻箱中在-190℃温度下冷却10分钟，取出自然恢复至室温，得到淬火后的轴承基体套圈；

③超声辅助冷-热循环处理：将淬火后的轴承基体套圈在上述液氮冷冻箱中-190℃范围内冷处理5小时，保温期间用超声波激励液氮，超声波旋涡流压力3.5MPa，超声波功率为370W，辅助时间40min；冷处理完成后取出在大气环境下恢复至室温，再进行180℃、保温2小时的回火热处理；循环上述冷处理和热处理3次

④应力时效：采用温度-力耦合加载的轴承基体时效装置(如采用申请号为CN104694730A公布的可实现温度-力耦合加载的轴承基体时效处理方法及其装置)，对超声辅助冷-热循环处理后的轴承基体套圈，在加载力150N、温度150℃，时效时间6小时的条件下进行应力时效；得到稳定化处理后的轴承基体套圈。

2)精密切削加工：对稳定化处理后的轴承基体套圈进行精密切削加工(为现有方法)。

3)轴承基体内应力消减处理：采用CN201410145023.1公布的轴承组件加工残余应力控制磁处理方法，在磁饱和强度2.5T、磁场频率4Hz、磁处理时间120s的工艺条件下，对精密切削加工后的轴承基体套圈进行磁处理，得到高组织稳定性、低内应力的轴承基体套圈。

4)轴承组件装配：将按上述方法得到的轴承基体套圈与其它轴承组件进行装配(为现有方法)，最终得到高精度保持性机密机床轴承。

将按上述实施例方法制造的轴承基体套圈和传统方法进行组织和内应力测试比较，残余奥氏体数量减少47％，残余奥氏体含碳量增加且形态呈薄膜状，热稳定性提高15％，机械稳定性提高56％，内应力平均值降低37％，说明本发明方法能够有效控制轴承基体套圈亚稳态组织数量及稳定性，降低内应力，从而提高最终轴承的精度保持性。

本发明的各工艺参数(如加载力、温度、时间、磁饱和强度、磁场频率等)的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

Claims (3)

1.一种高精度保持性精密机床轴承的制造方法，其特征在于包括以下实现步骤：

1)轴承基体组织稳定化处理

①控制冷轧成型：采用冷轧环方法，在变形量范围20％～40％、进给速度范围0.5mm/s～1mm/s的轧制条件下，将轴承基体套圈冷轧成型；

②双介质复合淬火：将轴承基体套圈在保护气氛下加热至820℃～840℃，保温30～60分钟，再放入60～70℃淬火油中冷却3～5分钟，然后再浸入液氮冷冻箱中在-190℃温度下冷却4～10分钟，得到淬火后的轴承基体套圈；

③超声辅助冷-热循环处理：将淬火后的轴承基体套圈在上述液氮冷冻箱中-120℃～-196℃范围内冷处理3～5小时，保温期间用超声波激励液氮，超声波旋涡流压力范围为2.5～3.5MPa，辅助时间20～40min；冷处理完成后取出在大气环境下恢复至室温，再进行160℃～180℃、保温1～2小时的回火热处理；循环上述冷处理和热处理2～3次；

④应力时效：轴承基体套圈超声辅助冷-热循环处理结束后，采用温度-力耦合加载的轴承基体时效装置进行应力时效，加载时效力为60～150N，时效温度为80～150℃，时效时间为3～6小时；得到稳定化处理后的轴承基体套圈；

2)精密切削加工：对稳定化处理后的轴承基体套圈进行精密切削加工；

3)轴承基体内应力消减处理：在磁饱和强度范围1.2～2.5T、磁场频率范围1.5～4Hz、磁处理时间范围90～120s的条件下，对精密切削加工后的轴承基体套圈进行磁处理，得到高组织稳定性、低内应力的轴承基体套圈；

4)轴承装配：将按上述方法得到的轴承基体套圈与其它轴承组件进行装配，最终得到高精度保持性机密机床轴承。

2.根据权利要求1所述的一种高精度保持性精密机床轴承的制造方法，其特征在于，步骤②中的保护气氛为氮气或氩气，或者氮气和氩气的混合气体。

3.根据权利要求1所述的一种高精度保持性精密机床轴承的制造方法，其特征在于，步骤③中的超声波的功率为300～500W。