鋼(gāng)球作為滾動軸承的關鍵零件,在軸(zhóu)承中起承載和傳遞載荷(hé)與運動的作用,對軸承的(de)壽(shòu)命(mìng)和振動噪聲有較大的影響(xiǎng)。
鋼球表面上的任何一點都是承(chéng)受載荷(hé)的工作面,承受周(zhōu)期不定的變載(zǎi)荷,接觸面積小,接觸(chù)應力大,鋼球受力條件比較惡(è)劣,極易産生疲勞破壞。鋼球整(zhěng)個表面既(jì)是加工(gōng)面又是支承面,因此鋼球加(jiā)工技術也是機械(xiè)行業中非常獨特、專業化的,對原材料、工藝技術、加工裝備、工裝磨具、研磨液等要求非常(cháng)高。
目前,國内鋼球工藝技術水平、裝備水平、質量控制水平以及工裝磨具水平都已(yǐ)達到或(huò)接近國際先進水平,管理更趨精細和完善,規模化(huà)生産和經營凸現,生産總量不(bú)斷擴大。鋼球質量水平: 批量生産公差等(děng)級G5,規格材料齊全,單粒振動達到26 dB,壽命K值達到(dào)(基本額定(dìng)壽命試驗值 L10t 與基本額定(dìng)壽命L10之比) 達到12以上(shàng)。
1)加工(gōng)工藝過程
2種主(zhǔ)要加工工藝方法:
2)原(yuán)材料
GCr15線材由于價位适中,熱處理容易,應(yīng)用最為廣泛,約占85%以上。其他,如(rú)應用在與耐久性相比更重視耐蝕(shí)性的場合,采用不鏽鋼鋼球;飛機等特殊用途,要求使用優于GCr15耐熱性(xìng)的(de)高速工具鋼(鎢系鋼)及耐熱鋼(M50)等,特殊用途的(de)鋼球通(tōng)常由于實施複雜的熱處理工藝(如高溫淬火、多次回火(huǒ)、冷處理等)材料成本更高,加工成本也較高。
3)工藝裝備
國内(nèi)已經形成(chéng)了一(yī)整套的(de)主力鋼球加工工藝裝備,包括Z32,Z32G系列鋼球冷镦機及高速冷(lěng)镦機,3M49,3M79系列光球機,3M46,3M76系列磨(mó)球機,3M47,3M77系列(liè)研球機,保護(hù)氣氛熱處理爐,鋼球表(biǎo)面(miàn)強化機,基于毛(máo)刷清洗與基(jī)于高強度(dù)海綿旋轉擠壓清洗的清洗(xǐ)機(jī)等。檢測設備主要有(yǒu)基于視覺(jiào)系統(tǒng)的鋼球表面質量外(wài)觀檢查儀,基于(yú)渦流探傷原理附帶光學、振動通道的渦(wō)流光電外觀檢查儀(yí)。光、磨、研主(zhǔ)力加工機床研磨闆直徑為φ300~950(1000)mm,裝球量20~1000 kg,機床(chuáng)加工精度可滿足G5鋼球的要求。
需要引起重視的問題:1.國産高速冷镦機質量仍不太穩定,可靠(kào)性較差(chà),冷镦模具(jù)質量偏低(dī);2. 光、磨、研設備一般為通用設備(bèi),專線化專業布局設計有不少提升,效(xiào)率仍需要不(bú)斷(duàn)提(tí)升;(3)光、磨、研設備自動控制和自動化(huà)水平需進一步提高; (4)鋼球加工工序間清洗、幹燥、質量(liàng)控制連線設備仍缺乏專業布局和生産;(5)鋼球成品清洗設備适用性及清洗可靠性(xìng)需提(tí)升;(6)鋼球成品外觀檢查儀器仍需完善,提高可靠性。
4)質量(liàng)控制方法
國内鋼球質量控制已經形成了一(yī)整套(tào)的方法,質量指(zhǐ)标和方法主要(yào)為:原(yuán)材料質量、尺(chǐ)寸及尺寸精度、熱處理硬度及金相組織(zhī)、表面缺(quē)陷。随着鋼(gāng)球加工工藝及加工裝備的完善,各鋼球制造企業在尺寸及尺寸精度(dù)、熱處理硬度等方面基本都能滿足标(biāo)準要求。還需要引起重視的問題(tí):1.原材料質量控制和根(gēn)據鋼球用途進行材料選擇;2.鋼球尺寸穩定性檢(jiǎn)測與控制;3.鋼球表(biǎo)面強化、表面應力控制;4.鋼球表面形貌的檢測與控制(zhì);5.鋼球表面波紋度監測和控制;6.鋼球出貨質量确認;7.鋼球接觸疲勞壽命試驗與控(kòng)制。
5)接觸(chù)疲勞失效
滾動疲(pí)勞的機理大緻分為内部起源型剝(bāo)落與表面起源型(xíng)剝落兩類。内部起(qǐ)源型剝落(luò)主要是由于滾動接觸表面下的非金屬夾雜(zá)物成為起(qǐ)源引(yǐn)起的(de)剝(bāo)落,需要(yào)通過提高原材料純(chún)淨度來應(yīng)對。表(biǎo)面起源型剝落與滾動軸承(chéng)的使用(yòng)環境、潤滑狀(zhuàng)态,以及滾動接觸滾動面上表面狀态(表面(miàn)粗糙度及滾動面上(shàng)的傷(shāng)痕)等直接相關,其比内(nèi)部起源型剝落的壽命短,軸(zhóu)承損壞的占比更大(dà)。表面起(qǐ)源型剝落的應對策(cè)略,如對(duì)GCr15鋼球表面實施碳氮共滲處理,由于碳氮共滲處理成本偏高,更重(zhòng)要的技術(shù)是運用普通的(de)整體淬火提高(gāo)鋼球的表(biǎo)面硬度(dù),使壓痕難以形成,提(tí)高存在異物(wù)環境下的(de)耐久性。
6)小結
鋼球仍需(xū)進一步提升質量作為首要目标,采用合理的材料(liào)純淨度評價方法(fǎ),從坯料開(kāi)始徹底進行質量管(guǎn)理,同時,從防止不合格産品出廠而言,開發更(gèng)高功能的自動化外觀檢查儀是必不可少的(de)。此外,為提高耐(nài)久性,在要求鋼廠進一(yī)步提高材料純淨(jìng)度的同時,開發适(shì)應于應用(yòng)場合的鋼球熱處理技術等,賦予傳統的GCr15鋼球以各種附加價值。
近年來,随着對軸承(chéng)應用需求的越來越多樣(yàng)化,高(gāo)速、高溫(wēn)等應用條件下(xià),用陶瓷球(如Si3N4球)替代鋼球的新材質球,目(mù)前産量上(shàng)升趨勢很快,應(yīng)用需求旺盛,但待(dài)解決價格高這一課(kè)題。
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