專利名稱：精密鋼球的生產方法
技術領域：
本發明涉及一種精密鋼球的生產方法，屬于鋼球生產制造技術領域。
背景技術：
我國鋼球工業自1948年生產出第一批產品已有56年的歷史，從技術進步和行業發展看，改革開放后的發展是最快的階段，目前我國鋼球行業已經能生產0.5～200多mm的鋼球，精度已經能批量生產G1000～G10，產品廣泛用于軸承、工程機械、家用電器、汽車、農業機械、機床、摩托車、冶金、化工、儀器儀表等行業，我國已經成為世界上鋼球企業最多的國家，也是產量最大的國家。
但從我國鋼球的質量現狀看，部分鋼球質量已接近和達到國際先進水平，總體仍有差距由于加工技術的原因，高精度、耐疲勞長壽命鋼球仍需進口。據統計2006年鋼球進口量為2630噸，用匯2828.5萬美元，進口量雖然只是出口量的9.68％，但每噸價值卻是出口的5.49倍，這從另一側面也反應質量要求高的鋼球仍在進口。目前，我國鋼球在工藝環節上的差異，導致精度差異較大，同時直接影響鋼球壽命，據統計，國內軸承的損壞有50％是由鋼球所致。隨著我國汽車工業的大發展，汽車軸承的精度、可靠性直接影響汽車的可靠性，因此研究提高鋼球精度、疲勞壽命是鋼球行業的重要發展趨勢。
傳統的鋼球生產工藝一般采用鋼球冷墩、光球、淬火回火熱處理、硬磨、初研、精研等工序加工，但尚還不能達到精品鋼球的要求。

發明內容
針對現有鋼球生產工藝的不足，本發明提供一種精密鋼球的生產方法。
本發明是通過以下技術方案實現的一種精密鋼球的生產方法，采用如下步驟(1)、預加工將輕拉鋼絲經過預處理加工成鋼球毛坯；(2)、熱處理將經過預處理后的鋼球毛坯用網帶式電爐進行可控保護氣氛加熱淬火，淬火加熱溫度830～860℃，加熱時間15～50min；淬火介質為柴油，溫度40～80℃，然后進行回火熱處理，熱處理條件回火加熱溫度140～160℃，保溫時間120～150min；待鋼球冷卻到室溫后在表面強化處理機上進行表面冷作強化；強化后硬度達到HRC61～66；(3)、精加工將經過表面冷作強化的鋼球在磨球機上用陶瓷砂輪加工，然后將硬磨后的鋼球在立式或臥式研球機上進行初研和精研加工，初研采用2000#樹脂砂輪，加工速度10～30r/min，壓力2～4KN，精研采用4000#樹脂砂輪，加工速度10～20r/min，壓力1～3KN；(4)、光電渦流外觀經過精研后的鋼球要采用光電渦流外觀儀對鋼球缺陷進行挑選，光電渦流外觀儀采用阿維科AVIKO系列，檢測由三個探頭同步進行光電、渦流和振動測試。鋼球經檢測后被分為合格品、可修復品和不良品。光電探頭根據照射在缺陷部分后反射光束的百分比判定斑點，瑕疵和被污染等缺陷，標準為20％到80％；通過渦流探頭檢測表面和潛表面的缺陷，標準為20μm到40μm；通過振動探頭檢測有顯著表面缺陷的鋼球，標準為0.7到0.8。合格品必須全部合格，可修復品通過光電探頭檢測；不良品通過渦流和振動探頭檢測。
由于鋼球前面幾道工序加工量較大，鋼球表面存在殘余加工應力，為消除殘余應力，光電外觀后將挑選后的鋼球合格品采用網帶式回火爐進行時效處理，溫度為120～150℃；(5)、鋼球的成型處理將上述經過時效處理的鋼球，采用冷處理和超精研的工序后得到成品鋼球，冷處理溫度范圍-60℃～-80℃之間；超精研工序不添加磨料，采用6000#樹脂砂輪，加工速度10～15r/min，壓力0.8～1KN。
在上述驟中磨球機和研球機上研磨時要用到研磨劑，所述的研磨劑是磨料與水溶性精研液在混磨機上充分混磨后使用，采用水劑大循環方式進行加工。
所述的水溶性精研液可采用洛陽ZYS-998精研液。
本發明有如下的有益效果通過本發明加工的鋼球球批直徑變動量0.09～0.11μm，球直徑變動量小于0.08μm，球形誤差0.03～0.05μm，表面粗糙度Ra0.004～0.007μm，圓度0.03～0.05μm，鋼球疲勞壽命經國家軸承質量監督檢驗中心對通過本發明制作的鋼球合套后的軸承樣品檢測，基本額定壽命的試驗值L10t大于1200小時，基本額定壽命的試驗值L10t與基本額定壽命L10之比大于12，L10的可靠度Re達到99.92％以上，達到《滾動軸承精品鋼球技術條件》要求。采用本發明所提供的工藝路線及參數，對于鋼球精度的提高具有較大的潛在能力且可批量生產。
本發明所采用的工藝方法是在現有鋼球加工工藝的基礎上，通過分析影響鋼球精度、壽命的相關因素，選擇可靠、合理的工藝方法，對磨削、研磨的磨料及輔助材料作到合理的選擇，選擇合理的工藝裝備及工藝參數來提高鋼球的制造精度、表面粗糙度、球型加工誤差、表面質量、金相組織及表面硬度等，從而提高鋼球精度。
具體實施例方式
實施例1一種精密鋼球的生產方法，包括如下步驟(1)、鋼球冷墩將輕拉鋼絲采用高速或低速冷墩機加工成鋼球毛坯，毛坯加工余量為30～40mm，位移偏差小于0.06～1.2mm；(2)、粗加工將上述鋼球毛坯進行粗加工，其一是采用光球機將毛坯進行加工，加工速度100～140r/min，壓力100～250KN；其二是在光球機加工后，再利用磨球機進行軟磨加工，軟磨時加工速度60～120r/min，壓力40～70KN；鋼球粗加工磨削量為0.15～0.25mm；(3)、熱處理將經過粗加工后的鋼球毛坯用網帶式電爐進行可控保護氣氛加熱淬火，淬火加熱溫度830～860℃，加熱時間15～50min；淬火介質為柴油，溫度40～80℃，然后進行回火熱處理，熱處理條件回火加熱溫度140～160℃，保溫時間120～150min；待鋼球冷卻到室溫后在表面強化處理機上進行表面冷作強化；強化后硬度達到HRC61～66；(4)、精加工將經過表面冷作強化的鋼球在磨球機和陶瓷砂輪上加工，然后將硬磨后的鋼球在在立式或臥式研球機上進行初研和精研加工，初研采用2000#樹脂砂輪，加工速度10～30r/min，壓力2～4KN，精研采用4000#樹脂砂輪，加工速度10～20r/min，壓力1～3KN；
(5)、光電渦流外觀經過精研后的鋼球要采用光電渦流外觀儀對鋼球缺陷進行挑選，光電渦流外觀儀采用阿維科AVIKO系列，檢測由三個探頭同步進行光電、渦流和振動測試。光電探頭根據照射在缺陷部分后反射光束的百分比判定斑點、瑕疵和被污染等缺陷，標準為20％到80％；通過渦流探頭檢測表面和潛表面的缺陷，標準為20μm到40μm；通過振動探頭檢測有顯著表面缺陷的鋼球，標準為0.7到0.8。合格品必須全部合格，可修復品通過光電探頭檢測；不良品通過渦流和振動探頭檢測。
由于鋼球前面幾道工序加工量較大，鋼球表面存在殘余加工應力，為消除殘余應力，光電外觀后將挑選后的鋼球采用網帶式回火爐進行時效處理，溫度為120～150℃；(6)、冷處理鋼球經熱處理、精加工后內部組織仍保留較多的殘余奧氏體，這種殘余奧氏體是不穩定的組織，在儲存和使用過程中，會不斷地發生變化，從而改變鋼球的精度，影響鋼球疲勞壽命，為此采用冷處理工藝，它能減少組織中的殘余奧氏體，稍微提高零件的硬度，對鋼球尺寸穩定性顯著提高，冷處理溫度范圍-60℃～-80℃之間；(7)、超精研經過上述冷處理的鋼球在立式或臥式研球機上加工，不添加磨料，采用6000#樹脂砂輪，加工速度10～15r/min，壓力0.8～1KN。
在上述驟(2)、(4)中磨球機和研球機上研磨時要用到研磨劑，所述的研磨劑是磨料與水溶性精研液在混磨機上充分混磨后使用，采用水劑大循環方式進行加工。
所述的水溶性精研液可采用洛陽ZYS-998精研液。
所述的磨料為氧化鋁或碳化硅或碳化硼。
實施例2以φ5.953mm(15/64in)鋼球的生產工藝為例，鋼球材質為GCr15，磨料采用氧化鋁(1)鋼球冷墩在高速冷墩機Z32G-5上將鋼球輕拉鋼絲進行加工，毛坯尺寸φ6.3mm；(2)粗加工a.在光球機上加工，加工速度130r/min，壓力150KN，磨削量0.05mm，b.在磨球機上進行軟磨加工，加工速度120r/min，壓力50KN，磨削量0.18mm(3)熱處理淬火加熱溫度830℃，加熱時間35min；淬火介質為柴油，溫度50℃；回火加熱溫度145℃，保溫時間120min，表面冷作強化時間5小時，強化后硬度達到HRC66。
(4)精加工a.硬磨在磨球機上加工，采用陶瓷砂輪加工，磨削量0.095mm；b.初研和精研在立式研球機上加工，初研采用2000#樹脂砂輪，加工速度30r/min，壓力4KN，理論磨削量0.032mm精研采用4000#樹脂砂輪，加工速度20r/min，壓力2KN，磨削量4μm；(5)光電渦流外觀采用光電渦流外觀儀將缺陷鋼球進行挑選，光電渦流外觀儀采用AVIKO(阿維科)K0306C，檢測由三個探頭同步進行光電、渦流和振動測試。光電探頭反射光束的百分比設定為40％判定斑點；渦流檢測設定標準為40μm；振動檢測設定標準為0.8。
挑選后的合格品采用網帶式回火爐進行時效處理，溫度為120℃。
(6)冷處理冷處理溫度范圍-60℃。
(7)超精研在臥式研球機上加工，不添加磨料，采用6000#樹脂砂輪，加工速度10r/min，壓力0.8KN。
經過上述工序加工的鋼球球批直徑變動量0.09μm，球直徑變動量0.07μm，球形誤差0.04μm，表面粗糙度Ra0.004μm，圓度0.03μm。鋼球疲勞壽命經國家軸承質量監督檢驗中心對鋼球合套后的軸承樣品檢測，基本額定壽命的試驗值L10t＝1309小時，基本額定壽命的試驗值L10t與基本額定壽命L10之比為13，L10的可靠度Re達到99.95％，達到《滾動軸承精品鋼球技術條件》要求。
在本申請中，2000#樹脂砂輪、4000#樹脂砂輪、6000#樹脂砂輪指的是2000目樹脂砂輪、4000目樹脂砂輪、6000目樹脂砂輪。
權利要求
1.一種精密鋼球的生產方法，其特征在于包括如下步驟(1)、預加工將輕拉鋼絲經過預加工成鋼球毛坯；(2)、熱處理將經過預加工后的鋼球毛坯用網帶式電爐進行可控保護氣氛加熱淬火，淬火加熱溫度830～860℃，加熱時間15～50min；淬火介質為柴油，溫度40～80℃，然后進行回火熱處理，熱處理條件回火加熱溫度140～160℃，保溫時間120～150min；待鋼球冷卻到室溫后在表面強化處理機上進行表面冷作強化；強化后硬度達到HRC61～66；(3)、精加工將經過表面冷作強化的鋼球在磨球機和陶瓷砂輪上加工，然后將硬磨后的鋼球在立式或臥式研球機上進行初研和精研加工，初研采用2000#樹脂砂輪，加工速度10～30r/min，壓力2～4KN，精研采用4000#樹脂砂輪，加工速度10～20r/min，壓力1～3KN；(4)、光電渦流外觀經過精研后的鋼球要采用光電渦流外觀儀對鋼球缺陷進行挑選，具體對光電、渦流和振動三個方面同步進行測試，光電探頭反射光束的百分比標準設定為20％到50％判定斑點；光電外觀后將挑選后合格的鋼球采用網帶式回火爐進行時效處理，溫度為120～150℃；(5)、鋼球的成型處理將上述經過時效處理的鋼球，采用采用冷處理和超精研后得到成品鋼球。
2.如權利要求1所述的精密鋼球的生產方法，其特征在于所述的步驟(1)中的預處理是將輕拉鋼絲采用高速或低速冷墩機加工成鋼球毛坯，毛坯加工余量為30～40mm，位移偏差小于0.06～1.2mm；將上述鋼球毛坯采用光球機進行加工，加工速度100～140r/min，壓力100～250KN；經粗加工后的鋼球毛坯磨削量為0.15～0.25mm；
3.如權利要求1所述的精密鋼球的生產方法，其特征在于所述的步驟(1)中的預處理是將輕拉鋼絲采用高速或低速冷墩機加工成鋼球毛坯，毛坯加工余量為30～40mm，位移偏差小于0.06～1.2mm；將上述鋼球在光球機加工后，再利用磨球機進行軟磨加工，軟磨時加工速度60～120r/min，壓力40～70KN；經粗加工后的鋼球毛坯磨削量為0.15～0.25mm；
4.如權利要求1所述的精密鋼球的生產方法，其特征在于所述的步驟(5)中鋼球的成型處理是將經過時效處理的鋼球采用冷處理工藝，冷處理溫度范圍-60℃～-80℃；經過上述冷處理的鋼球在立式或臥式研球機上加工，不添加磨料，采用6000#樹脂砂輪，加工速度10～15r/min，壓力0.8～1KN。
5.如權利要求1或2或4所述的精密鋼球的生產方法，其特征在于在上述步驟中磨球機和研球機上研磨時用到研磨劑，所述的研磨劑是磨料與水溶性精研液在混磨機上充分混磨后使用，采用水劑大循環方式進行加工。
全文摘要
一種精密鋼球的生產方法采用如下步驟鋼球冷墩原材料采用輕拉鋼絲；粗加工采用光球或光球加軟磨工藝；采用網帶式電爐對鋼球進行可控保護氣氛加熱淬火及回火熱處理，鋼球冷卻到室溫后在表面強化處理機上進行表面冷作強化；硬磨采用陶瓷砂輪加工；光電渦流外觀后進行時效處理；時效處理后進行冷處理；最后進行超精研。通過本發明加工的鋼球疲勞壽命經國家軸承質量監督檢驗中心對通過本發明制作的鋼球合套后的軸承樣品檢測，基本額定壽命的試驗值L
文檔編號C21D10/00GK101049665SQ20071001444
公開日2007年10月10日 申請日期2007年5月15日 優先權日2007年5月15日
發明者王作山 申請人:山東東阿鋼球集團有限公司