TTB工業智造 | 軸承(chéng)制造技術——鋼球(qiú)的加工
鋼球作(zuo)為滾動軸承的(de)關鍵零件，在軸(zhóu)承中起承載和(hé)傳遞載荷與運(yun)動的作用，對軸(zhóu)承的壽命和振(zhèn)動噪聲有較大(dà)的影響。
鋼球表(biǎo)面上的任何一(yī)點都是承受載(zǎi)荷的工作面，承(chéng)受周期不定的(de)變載荷，接觸面(miàn)積小，接觸應力(li)大，鋼球受力條(tiao)件比較惡劣，極(jí)易産生疲勞破(po)壞。鋼球整個表(biao)面既是加工面(mian)又是支承面，因(yīn)此鋼球加工技(ji)術也是機械行(háng)業中非常獨特(tè)、專業化的，對原(yuán)材料、工藝技術(shù)、加工裝備、工裝(zhuāng)磨具、研磨液等(deng)要求非常高。
目(mù)前，國内鋼球工(gōng)藝技術水平、裝(zhuāng)備水平、質量控(kòng)制水平以及工(gong)裝磨具水平都(dōu)已達到或接近(jìn)國際先進水平(ping)，管理更趨精細(xì)和完善，規模化(hua)生産和經營凸(tu)現，生産總量不(bu)斷擴大。鋼球質(zhì)量水平: 批量生(sheng)産公差等級G5，規(guī)格材料齊全，單(dan)粒☀️振動達到26 dB，壽(shou)命K值達到(基本(běn)額定壽命試驗(yàn)值 L10t 與基本額定(ding)壽命L10之比) 達到(dao)12以上。
2）原(yuan)材料
GCr15線材由于(yu)價位适中，熱處(chu)理容易，應用最(zuì)為廣泛，約占85%以(yi)上。其他，如應用(yong)在與耐久性相(xiàng)比更重視耐💰蝕(shi)性的🈲場合，采用(yong)不鏽鋼鋼球；飛(fei)機等特殊用途(tu)，要求使用優于(yú)GCr15耐熱性的高速(sù)工具鋼（鎢系鋼(gāng)）及耐熱鋼（M50）等，特(te)殊用途的鋼球(qiu)通常由于實施(shī)複雜的熱處理(li)工藝（如高溫淬(cui)火、多次回火、冷(leng)處理等）材料成(chéng)本更高，加工成(chéng)本也較高。
3）工藝(yi)裝備
國内已經(jing)形成了一整套(tào)的主力鋼球加(jia)工工藝裝備，包(bāo)括Z32，Z32G系列鋼球冷(leng)镦機及高速冷(lěng)镦機，3M49，3M79系列光球(qiu)機，3M46，3M76系列磨球機(ji)，3M47，3M77系列研球機，保(bǎo)護氣氛熱處理(lǐ)爐，鋼球表面強(qiang)化機，基于毛刷(shuā)清洗與基于高(gao)強度海綿旋轉(zhuan)擠壓清洗的清(qīng)洗機等。檢測設(shè)備主要有基于(yu)視覺系統的鋼(gāng)球表面質量外(wài)觀檢查儀，基于(yú)渦流探傷原理(li)附帶光學、振動(dong)通道的渦流光(guāng)電外觀檢查儀(yí)。光、磨、研主力加(jiā)工機床研磨闆(pǎn)直徑為φ300~950(1000)mm，裝球量(liang)20~1000 kg，機床加工精度(du)可滿足G5鋼球的(de)要求。
需要引起(qi)重視的問題：1.國(guó)産高速冷镦機(ji)質量仍不太穩(wěn)定，可靠性較差(chà)，冷镦模具質量(liang)偏低；2. 光、磨、研設(she)備一般為通用(yong)設備，專線化專(zhuān)業布局設計有(you)不少提升，效率(lǜ)仍需要不斷提(tí)升;(3)光、磨、研設備(bèi)自動控制和自(zì)動化水平需進(jin)一步提高; (4)鋼球(qiú)加工工序間清(qīng)洗、幹燥、質量控(kòng)制連線設備仍(reng)缺乏專業布局(jú)和生産；(5)鋼球成(chéng)品清洗設備适(shì)用性及清洗可(kě)靠性需提升；(6)鋼(gāng)球成品外觀檢(jiǎn)查儀器仍需完(wán)善，提高可靠性(xìng)。
4）質量控制方法(fǎ)
國内鋼球質量(liàng)控制已經形成(cheng)了一整套的方(fang)法，質量指标和(he)方法主要為：原(yuan)材料質量、尺寸(cùn)及尺寸精度、熱(rè)處理硬度及金(jīn)相組織、表面缺(que)陷。随着鋼球加(jiā)工工藝及加工(gong)裝備的完善，各(ge)鋼球制造企業(yè)在尺寸及尺寸(cùn)精度、熱處理硬(ying)度等方面基本(ben)都能滿足标準(zhǔn)要求。還需要引(yǐn)起重視的問題(tí)：1.原材料質量控(kong)制和根據鋼球(qiú)用途進行材料(liao)選擇；2.鋼球尺寸(cun)穩定性檢測與(yǔ)控制；3.鋼球表面(mian)強化、表面應力(li)控制；4.鋼球表面(mian)形貌的檢測與(yǔ)控制；5.鋼球表面(mian)波紋度監測和(he)控制；6.鋼球出貨(huò)質量确認；7.鋼球(qiu)接觸疲勞壽命(ming)試驗與控制。
5）接(jiē)觸疲勞失效
滾(gǔn)動疲勞的機理(lǐ)大緻分為内部(bu)起源型剝落與(yǔ)表面起源型剝(bao)落兩類。内部起(qi)源型剝落主要(yào)是由于滾動接(jie)觸表面😄下的非(fēi)🍓金屬夾雜物成(cheng)為起源引起的(de)剝落，需要通過(guo)提🙇♀️高原材料純(chun)淨度來應對。表(biao)面起源型剝落(luò)與滾動軸😄承的(de)使用環境、潤滑(hua)狀态，以及滾動(dong)接觸滾動面上(shang)表面狀态(表面(mian)粗糙度及滾動(dòng)面上的傷痕)等(deng)直接相關，其比(bi)内部起源型剝(bao)落的壽命短，軸(zhou)承損壞的占比(bi)更大。表面起源(yuan)型剝落的應對(dui)策略，如對GCr15鋼球(qiú)表面實施碳氮(dan)共💰滲處理，由于(yu)碳氮共滲處理(li)成本偏高，更重(zhòng)要的🆚技術是運(yun)用普通的整體(ti)淬火提高鋼球(qiú)的表面硬度，使(shi)壓痕難❌以形成(chéng)，提高存在異物(wù)環境下的耐久(jiǔ)性。
6）小結
鋼球仍(réng)需進一步提升(sheng)質量作為首要(yao)目标，采用合理(lǐ)的材料純淨度(du)評價方法，從坯(pī)料開始徹底進(jin)行質量管理，同(tóng)時，從防止不合(hé)格産品出廠而(ér)言，開發更高功(gong)能的自動化外(wai)觀檢查儀是必(bì)不可少的。此外(wài)，為提高耐久性(xing)，在要求鋼廠進(jin)一步提高材料(liao)純淨度的同時(shi)，開發适應于應(ying)用場合的鋼球(qiu)熱處理技術等(děng)，賦予傳統的GCr15鋼(gāng)球以各種附加(jiā)價值。
近年來，随(suí)着對軸承應用(yòng)需求的越來越(yuè)多樣化，高速㊙️、高(gāo)溫等應用條件(jiàn)下，用陶瓷球(如(rú)Si3N4球)替代鋼球的(de)新材質球，目前(qián)産量上升趨勢(shi)很快，應用需求(qiu)🥵旺盛，但待解決(jue)價格高這一課(kè)題。
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