谈钢球加工工艺的改进
发布时间：2022-03-16 17:07:24来源：乾润钢球
摘要:通过对国内外钢球加工工艺的对比分析,提出了对原工艺的改进措施,经过实际生产验证有效可行。
关键词:钢球;工艺;改进
随着航空业的迅速发展, 对航空轴承的质量提出了更高的要求。而作为轴承的关键零件———钢球质量的提高, 成为制造厂亟待解决的关键技术之一。为解决此问题, 对19/ 32″航空发动机专用轴承钢球的国内外加工工艺进行了对比, 并在此基础上,确定了改进后的钢球加工工艺。本文主要阐述了改进的钢球加工工艺及采取的相应措施。
1、钢球主要技术指标及国内外水平对比
表1 为国内外钢球加工各主要工序及技术条件对比。通过对比可知,除单一球硬度差、批硬度差外,国内外水平基本相同,而钢球加工工艺差异却较大,因此对原有的工艺进行了改进。
| 工 序 | 技术条件 | 国 外 | 改进前工艺 | 改进后工艺 |
| 冷镦 | 设备 | ——— | Z32 - 28 | Z32 - 28 |
| 工装 | 合金刀板、合金胎 | 铬钢刀板、铬钢胎 | 合金刀板、合金胎 | |
| 总留量/ mm | 0. 5 ^+ 0. 26 | 1. 2^ + 0. 4 | 0. 8^ + 0. 26 | |
| 环带/ mm | ——— | 边宽= 边厚= 1. 3～1. 6 | 边宽= 边厚= 1. 1～1. 3 | |
| 压偏差/ mm | 0. 06 | 0. 1 | 0. 1 | |
| 去边(改进后工艺)去边(改进前工艺) | 工装 | ——— | 光球板 | 光球板 |
| 尺寸消耗/ mm | ——— | 0. 25 | 去边 | |
| 软磨一 | 工装 | ——— | 180 # ～240 # 砂轮 | ——— |
| 尺寸消耗/ mm | ——— | 0. 26 | ——— | |
| 热酸洗 | 尺寸消耗/ mm | ——— | 0. 05 | ——— |
| 两级残留腐蚀深度/ mm(500 倍) | ——— | 0. 18 | ——— | |
| 软磨二 | 设备 | 砂轮自动修整 | Мμ- 33 无砂轮自动修整 | 砂轮自动修整 |
| 工装 | 120 # 砂轮 | 180 # ～240 # 砂轮 | 80 # ～120 # 砂轮 | |
| 尺寸消耗/ mm | 0. 3 | 0. 35 | 0. 55 | |
| 球形偏差/ mm | 0. 02 | 0. 02 | 0. 02 | |
| 热处理 | 设备 | 保护气氛淬火炉 | 空气介质淬火炉 | 保护气氛淬火炉 |
| 脱碳层/ mm | ≤0. 02 | 0. 08～0. 1 | ≤0. 02 | |
| 单一球硬度差/ HRC | 0. 5 | 1～2 | 0. 5 | |
| 批硬度差/ HRC | 1 | ——— | 1 | |
| 深酸洗 | 尺寸消耗/ mm | 0. 05 | ——— | 0. 05 |
| 细磨 | 设备 | 砂轮自动修整 | 无砂轮自动修整 | 有砂轮自动修整 |
| 尺寸消耗/ mm | 0. 1 | 0.22 | 0.22 | |
| 球形偏差、球直径变动量/ mm | ——— | 0. 004～0. 005 | 0. 003～0. 004 | |
| 粗研 | 加工方法 | 带保持架循环水加工 | 大循环油膏法加工 | 悬浮液精研加工 |
| 尺寸消耗/ mm | 0. 04 | 0. 045 | 0.02 | |
| 加工时间/ h | ——— | 16 | 16 | |
| 球形偏差、球直径变动量/ mm | ——— | 0. 001 | 0. 000 6 | |
| 精研一 | 加工方法 | ——— | 大循环油膏法加工 | 悬浮液精研加工 |
| 尺寸消耗/ mm | ——— | 0. 01 | 01008 | |
| 加工时间/ h | ——— | 14 | 8 | |
| 球形偏差、球直径变动量/ mm | ——— | 0. 000 6 | 0. 000 4 | |
| 精研二 | 加工方法 | ——— | 大循环油膏法加工 | 悬浮液精研加工 |
| 尺寸消耗/ mm | ——— | 0. 006 | 0.003 | |
| 加工时间/ h | ——— | 18 | 12 | |
| 球形偏差、球直径变动量/ mm | ——— | 0. 000 5 | 0. 000 4 | |
| 超精研 | 加工方法 | 带保持架单沟加工 | 带保持架单沟加工 | 带保持架单沟加工 |
| 尺寸消耗/ mm | 0. 002 5 | 0. 003 | 0.002 | |
| 加工时间/ h | ——— | 3 | 3 | |
| 球形偏差、球直径变动量/ mm | ——— | 0. 000 3 | 0. 000 2 |
2、工艺制定及相应措施
2. 1 改进工具设计、减少钢球加工留量在保证精度的前提下,减少钢球各工序留量,可以减少磨削时间, 同时减少因磨削量过大产生的变质层,降低产生磨削质量问题的几率。根据航空轴承材料的原始特性, 自行研制硬度合金冲压模具及辅助工具,并进行反复的压球验证,结果表明:采用硬质合金刀板和切料胎,提高了切料质量,减少了压型折叠;采用硬质合金压球胎,保持胎具在冲压过程中基本不变形, 提高了球坯的精度。同时,选用的料径和切料长,保证压缩比(切料长/ 料径) 在2. 0～2. 2 之间,使料段在压型过程处于最佳变形状态。由此,加工出的球坯尺寸基本一致,且环带小而薄,从而使钢球加工的总留量由1. 2 mm 减少到0. 8 mm。
2. 2 用深酸洗和无损检查代替热酸洗检测热酸洗过程不仅消耗钢球整体尺寸,而且由于环带和两极应力大,导致腐蚀速度大,腐蚀层深度为0. 18 mm ,严重的出现晶间腐蚀。这不但需增加钢球加工总留量,同时在加工过程中还易产生疲劳。为此,采用深酸洗配合涡流探伤代替热酸洗,并采用合理的酸配比,使钢球深酸洗尺寸消耗控制在0. 04～0. 05 mm。为验证其可靠性,用500 粒经深酸洗和涡流探伤的钢球进行热酸洗检查,未发现问题。由此可见,用深酸洗和涡流探伤取代热酸洗检查是可行的。
2. 3 降低钢球加工过程中产生的疲劳根据钢球加工特点,采用以磨代光工艺,软磨工序通过更新改造磨床,配置砂轮自动修整系统和80 # ～120 # 砂轮代替光球工序。可消除光球加工过程中产生的过高应力集中。在精研工序通过控制加工条件,以水剂研磨代替油剂研磨,缩短精研加工时间,减少研磨过程中产生的疲劳。通过对精研加工机床的辅具、乳化型精研液和表面活性剂精研液进行试验,从而确定钢球粗研、精研一和精研二等水剂精研的磨料配比及操作规程,使钢球研磨(粗研加精研) 时间由原来的48 h 缩短至36 h 以内。加工出的钢球经超精研后精度(球形偏差、球直径变动量) 达到0. 2 μm。表面粗糙度Ra ≤0. 02 μm。
2. 4 改善软、细磨工序状态,提高加工质量更新软、细磨加工设备。新机床具有砂轮自动修整功能,使钢球总是处于最佳加工状态,经实际验证钢球磨削效率可提高产量10 %～15 % ,并且钢球细磨工序的烧伤得到有效地控制。
2. 5 提高钢球表面硬度的均匀性用保护气氛淬火代替空气炉加热淬火,并提高设备控温精度,钢球表面硬度的均匀性得到有效提高,成品钢球单一硬度差≤0. 5 HRC ,批硬度差≤1 HRC。
3、结论
改进后的钢球加工工艺,将总留量由原来的1. 2 mm 减少到0. 8 mm ,减少了因磨削量过大产生变质层的几率,用深酸洗和无损检测代替热酸洗检测减少晶间腐蚀,采用以磨代光工艺从而消除光球加工过程中产生的过高应力集中。实践证明,改进后的钢球加工工艺有效可行,达到了预期效果,可应用于生产。
乾润钢球专业提供大量不锈钢钢球产品，欢迎来电垂询！
参考文献:[1]中国轴承工业协会、职工教育委员会教材编审室统编. 轴承检测技术[M] . 北京:机械工业出版社,1991.