CN108213875A

CN108213875A - 高精度轴承钢球的制备方法

Info

Publication number: CN108213875A
Application number: CN201810037029.5A
Authority: CN
Inventors: 黄学斌
Original assignee: TSUBAKI HOOVER (TAICANG) CO Ltd
Current assignee: TSUBAKI HOOVER (TAICANG) CO Ltd
Priority date: 2018-01-15
Filing date: 2018-01-15
Publication date: 2018-06-29

Abstract

本发明公开了一种高精度轴承钢球的制备方法，依次包括冷镦、光磨、热处理、硬磨、强化、研削、精磨等步骤。其通过将一定量的钢球投入到铁质滚筒型容器里，在一定的转速和时间内通过钢球和钢球之间利用钢球自身重量相互撞击而产生的冲击，使钢球表面硬度增加，钢球内部组织的相变引起表面一定深度位置应力发生了变化。即，确保钢球具有较佳的质量。

Description

高精度轴承钢球的制备方法

技术领域

本发明涉及钢球加工技术领域，尤其是涉及一种高精度轴承钢球的制备方法。

背景技术

轴承钢球制备所用材料采用一般轴承钢，且由于热处理过程难以掌握继而不够稳定，致使残留奥氏体不稳定，表面波纹度难以达标。

发明内容

本发明的目的是提供一种高精度轴承钢球的制备方法，它具有制备的钢球质量较高的特点。

本发明所采用的技术方案是：高精度轴承钢球的制备方法，依次包括以下步骤：

（1）冷镦：以轴承钢丝作为原材料，将其冲压成钢质毛坯球；

（2）光磨：采用研磨设备和铸铁盘对钢质毛坯球进行光磨处理得到光磨钢球，其中，加工速度为20-100rpm、加工压力为1-5Mpa、研削介质采用切削液；

（3）热处理：将光磨钢球投入到滚筒式连续炉进行淬火和回火热处理得到初步硬化钢球，其中，采淬火加热温度为840-860℃、淬火加热时间为50-80分钟、淬火介质采用40-100℃的快速光亮淬火油、回火温度为160-200℃、回火保温时间为120-180分钟，且淬火时采用氮气作为保护气氛；

（4）硬磨：将初步硬化钢球投入到研磨设备，通过砂轮在1-5MPa压力、20-100rpm转速下进行磨削，去除钢球的热处理氧化层和去除光磨残留痕迹，形成硬磨钢球；

（5）强化：将硬磨钢球放置于滚筒机中使钢球产生相互之间的撞击得到硬化钢球，其中，滚筒机的转速为20-30rpm/min、处理时间为60-150分钟；

（6）研削：采用研磨设备和砂轮对硬化钢球进行加工得到研削品，其中，砂轮采用500-2000目的树脂砂轮、研削介质采用柴油、研磨余量控制在2-3 um、研磨盘沟槽深度为45%-50%；

（7）精磨：采用研磨设备和砂轮对研削品进行加工得到成品，其中，砂轮采用4000-6000目的树脂砂轮、研磨介质采用柴油、研磨余量控制在0.2-0.5 um、研磨盘沟槽深度为45%-50%。

优化的，所述轴承钢丝的材质为100CR6。

优化的，所述步骤（3）中，处理后的初步硬化钢球的硬度为63—65 HRC，如果硬度值不在该范围，则重复步骤（3），直至硬度值满足要求。

优化的，所述步骤（5）中，处理后的硬化钢球的硬度为64-67HRC，如果硬度值不在该范围，则重复步骤（4），直至硬度值满足要求。

优化的，所述步骤（6）和/或步骤（7）中分均2阶段控制砂轮的压力和转速，其中，第一阶段采用的压力为1-2mpa、转速为30-50rpm/min，第二阶段采用压力3-5mpa、转速为50-100rpm/min。

优化的，所述步骤（7）之后还进行外观甄别。

本发明和现有技术相比所具有的优点是：质量较高。本发明的高精度轴承钢球的制备方法通过将一定量的钢球投入到铁质滚筒型容器里，在一定的转速和时间内通过钢球和钢球之间利用钢球自身重量相互撞击而产生的冲击，使钢球表面硬度增加。在钢球表面硬度提高的过程中，钢球表面也会形成压缩应力，增强钢球表面抵抗外部的负载的能力。经实际测试，强化后钢球的各项数据相较于标准均有了一定的改善，确保了钢球具有较佳的品质。

具体实施方式

实施例1

高精度轴承钢球的制备方法，依次包括以下步骤：

（1）冷镦：以轴承钢丝作为原材料，将其冲压成钢质毛坯球。轴承钢丝的材质为100CR6。

（2）光磨：采用研磨设备和铸铁盘对钢质毛坯球进行光磨处理得到光磨钢球。其中，加工速度为20rpm、加工压力为1Mpa、研削介质采用切削液。

（3）热处理：将光磨钢球投入到滚筒式连续炉进行淬火和回火热处理得到初步硬化钢球。其中，采淬火加热温度为840℃、淬火加热时间为50分钟、淬火介质采用40℃的快速光亮淬火油、回火温度为160℃、回火保温时间为120分钟，且淬火时采用氮气作为保护气氛。处理后的初步硬化钢球的硬度为63—65 HRC，如果硬度值不在该范围，则重复本步骤（3），直至硬度值满足要求。

（4）硬磨：将初步硬化钢球投入到研磨设备，通过砂轮在1MPa压力、20rpm转速下进行磨削，去除钢球的热处理氧化层和去除光磨残留痕迹，形成硬磨钢球。

（5）强化：将硬磨钢球放置于滚筒机中使钢球产生相互之间的撞击得到硬化钢球。该滚筒机采用铁质滚筒型研磨设备。其中，滚筒机的转速为20rpm/min、处理时间为60分钟。处理后的硬化钢球的硬度为64-67HRC，如果硬度值不在该范围，则重复本步骤（5），直至硬度值满足要求。

（6）研削：采用研磨设备和砂轮对硬化钢球进行加工得到研削品。其中，砂轮采用500目的树脂砂轮、研削介质采用柴油、研磨余量控制在2um、研磨盘沟槽深度为45%。其中，分2阶段控制砂轮的压力和转速。第一阶段采用的研磨压力为1mpa、砂轮转速为30rpm/min，第二阶段采用研磨压力3mpa、砂轮转速为50rpm/min。

（7）精磨：采用研磨设备和砂轮对研削品进行加工得到成品1。其中，砂轮采用4000目的树脂砂轮、研磨介质采用柴油、研磨余量控制在0.2 um、研磨盘沟槽深度为45%。其中，分2阶段控制砂轮的压力和转速。第一阶段采用的研磨压力为1mpa、砂轮转速为30rpm/min，第二阶段采用研磨压力3mpa、砂轮转速为50rpm/min。

（8）进行外观甄别，符合要求的入库。

甄别的方式可以采用通过光学的反射原理，经过电脑CPU 的数据处理后判断钢球是否合格。同时增加涡流设备，在光学选别的同时对钢球内部的缺陷进行涡流探伤。

光学甄别时光源探头发出100% 的光源照射到钢球上，通过电脑CPU 上设定伤的感度大小。比如，设定感度大小为30%-80%，设定浅黑的感度10%-30%。当钢球上反射的光源通过CPU 计算处理后不能满足机器所设定的伤的感度以及浅黑的感度范围值时，钢球被判定为不良品。

涡流探伤时采用德国进口的涡流探伤设备。设定涡流感度40%-100%，采用标准钢球通过涡流设备确定涡流范围值，当内部有缺陷的钢球通过涡流设备时形成的电阻抗不同导致涡流矢量变化。一旦超出涡流感度设定值，即可判定钢球为不良品。

实施例2

高精度轴承钢球的制备方法，依次包括以下步骤：

（2）光磨：采用研磨设备和铸铁盘对钢质毛坯球进行光磨处理得到光磨钢球。其中，加工速度为50rpm、加工压力为3Mpa、研削介质采用切削液。

（3）热处理：将光磨钢球投入到滚筒式连续炉进行淬火和回火热处理得到初步硬化钢球。其中，淬火加热温度为850℃、淬火加热时间为60分钟、淬火介质采用60℃的快速光亮淬火油、回火温度为180℃、回火保温时间为150分钟，且淬火时采用氮气作为保护气氛。处理后的初步硬化钢球的硬度为63—65 HRC，如果硬度值不在该范围，则重复本步骤（3），直至硬度值满足要求。

（4）硬磨：将初步硬化钢球投入到研磨设备，通过砂轮在3MPa压力、60rpm转速下进行磨削，去除钢球的热处理氧化层和去除光磨残留痕迹，形成硬磨钢球。

（5）强化：将硬磨钢球放置于滚筒机中使钢球产生相互之间的撞击得到硬化钢球。该滚筒机采用铁质滚筒型研磨设备。其中，滚筒机的转速为25rpm/min、处理时间为90分钟。处理后的硬化钢球的硬度为64-67HRC，如果硬度值不在该范围，则重复本步骤（5），直至硬度值满足要求。

（6）研削：采用研磨设备和砂轮对硬化钢球进行加工得到研削品。其中，砂轮采用1000目的树脂砂轮、研削介质采用柴油、研磨余量控制在2.5um、研磨盘沟槽深度为48%。其中，分2阶段控制砂轮的压力和转速。第一阶段采用的研磨压力为1.5mpa、砂轮转速为40rpm/min，第二阶段采用研磨压力4mpa、砂轮转速为80rpm/min。

（7）精磨：采用研磨设备和砂轮对研削品进行加工得到成品2。其中，砂轮采用5000目的树脂砂轮、研磨介质采用柴油、研磨余量控制在0.3 um、研磨盘沟槽深度为47%。其中，分2阶段控制砂轮的压力和转速。第一阶段采用的研磨压力为1.5mpa、砂轮转速为40rpm/min，第二阶段采用研磨压力4mpa、砂轮转速为80rpm/min。

（8）进行外观甄别，符合要求的入库。甄别方法同实施例1。

实施例3

高精度轴承钢球的制备方法，依次包括以下步骤：

（2）光磨：采用研磨设备和铸铁盘对钢质毛坯球进行光磨处理得到光磨钢球。其中，加工速度为100rpm、加工压力为5Mpa、研削介质采用切削液。

（3）热处理：将光磨钢球投入到滚筒式连续炉进行淬火和回火热处理得到初步硬化钢球。其中，淬火加热温度为860℃、淬火加热时间为80分钟、淬火介质采用100℃的快速光亮淬火油、回火温度为200℃、回火保温时间为180分钟，且淬火时采用氮气作为保护气氛。处理后的初步硬化钢球的硬度为63—65 HRC，如果硬度值不在该范围，则重复本步骤（3），直至硬度值满足要求。

（4）硬磨：将初步硬化钢球投入到研磨设备，通过砂轮在5MPa压力、100rpm转速下进行磨削，去除钢球的热处理氧化层和去除光磨残留痕迹，形成硬磨钢球。

（5）强化：将硬磨钢球放置于滚筒机中使钢球产生相互之间的撞击得到硬化钢球。该滚筒机采用铁质滚筒型研磨设备。其中，滚筒机的转速为30rpm/min、处理时间为150分钟。处理后的硬化钢球的硬度为64-67HRC，如果硬度值不在该范围，则重复本步骤（5），直至硬度值满足要求。

（6）研削：采用研磨设备和砂轮对硬化钢球进行加工得到研削品。其中，砂轮采用2000目的树脂砂轮、研削介质采用柴油、研磨余量控制在3um、研磨盘沟槽深度为50%。其中，分2阶段控制砂轮的压力和转速。第一阶段采用的研磨压力为2mpa、砂轮转速为50rpm/min，第二阶段采用研磨压力5mpa、砂轮转速为100rpm/min。

（7）精磨：采用研磨设备和砂轮对研削品进行加工得到成品3。其中，砂轮采用6000目的树脂砂轮、研磨介质采用柴油、研磨余量控制在0.5 um、研磨盘沟槽深度为50%。其中，分2阶段控制砂轮的压力和转速。第一阶段采用的研磨压力为2mpa、砂轮转速为50rpm/min，第二阶段采用研磨压力5mpa、砂轮转速为100rpm/min。

效果例：

经常规方法对前述实施例1—3制备的成品1—3进行测试，数据见下表：

从以上数据可以看出：球形误差比标准低了约0.09um，相当于较规格值的低了近70%左右。球直径变动量比标准低了0.08，相当于比规格值低了60%左右。虽然高频、中频、低频的相关数值没有统一的标准，但是以业界常见的数据进行比较，已经高于公知认定水平。另外，粗糙度上比标准低了一个数量级。由于高频低了标准50%左右、中频比标准低了40%左右、低频比标准低了40%左右。即，本发明的高精度轴承钢球的制备方法所制备的钢球具有较好的质量。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.高精度轴承钢球的制备方法，依次包括以下步骤：

冷镦：以轴承钢丝作为原材料，将其冲压成钢质毛坯球；

光磨：采用研磨设备和铸铁盘对钢质毛坯球进行光磨处理得到光磨钢球，其中，加工速度为20-100rpm、加工压力为1-5Mpa、研削介质采用切削液；

热处理：将光磨钢球投入到滚筒式连续炉进行淬火和回火热处理得到初步硬化钢球，其中，淬火加热温度为840-860℃、淬火加热时间为50-80分钟、淬火介质采用40-100℃的快速光亮淬火油、回火温度为160-200℃、回火保温时间为120-180分钟，且淬火时采用氮气作为保护气氛；

硬磨：将初步硬化钢球投入到研磨设备，通过砂轮在1-5MPa压力、20-100rpm转速下进行磨削，去除钢球的热处理氧化层和去除光磨残留痕迹，形成硬磨钢球；

强化：将硬磨钢球放置于滚筒机中使钢球产生相互之间的撞击得到硬化钢球，其中，滚筒机的转速为20-30rpm/min、处理时间为60-150分钟；

研削：采用研磨设备和砂轮对硬化钢球进行加工得到研削品，其中，砂轮采用500-2000目的树脂砂轮、研削介质采用柴油、研磨余量控制在2-3 um、研磨盘沟槽深度为45%-50%；

精磨：采用研磨设备和砂轮对研削品进行加工得到成品，其中，砂轮采用4000-6000目的树脂砂轮、研磨介质采用柴油、研磨余量控制在0.2-0.5 um、研磨盘沟槽深度为45%-50%。

2.根据权利要求1所述的高精度轴承钢球的制备方法，其特征在于：所述轴承钢丝的材质为100CR6。

3.根据权利要求1所述的高精度轴承钢球的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中，处理后的初步硬化钢球的硬度为63—65 HRC，如果硬度值不在该范围，则重复步骤（3），直至硬度值满足要求。

4.根据权利要求1所述的高精度轴承钢球的制备方法，其特征在于：所述步骤（5）中，处理后的硬化钢球的硬度为64-67HRC，如果硬度值不在该范围，则重复步骤（4），直至硬度值满足要求。

5.根据权利要求1所述的高精度轴承钢球的制备方法，其特征在于：所述步骤（6）和/或步骤（7）中分均2阶段控制砂轮的压力和转速，其中，第一阶段采用的压力为1-2mpa、转速为30-50rpm/min，第二阶段采用压力3-5mpa、转速为50-100rpm/min。

6.根据权利要求1所述的高精度轴承钢球的制备方法，其特征在于：所述步骤（7）之后还进行外观甄别。