談鋼球加工工藝的改進
發布時間：2022-03-16 17:07:24來源：乾潤鋼球
摘要:通過對國內外鋼球加工工藝的對比分析,提出了對原工藝的改進措施,經過實際生產驗證有效可行。
關鍵詞:鋼球;工藝;改進
隨著航空業的迅速發展, 對航空軸承的質量提出了更高的要求。而作為軸承的關鍵零件———鋼球質量的提高, 成為制造廠亟待解決的關鍵技術之一。為解決此問題, 對19/ 32″航空發動機專用軸承鋼球的國內外加工工藝進行了對比, 并在此基礎上,確定了改進后的鋼球加工工藝。本文主要闡述了改進的鋼球加工工藝及采取的相應措施。
1、鋼球主要技術指標及國內外水平對比
表1 為國內外鋼球加工各主要工序及技術條件對比。通過對比可知,除單一球硬度差、批硬度差外,國內外水平基本相同,而鋼球加工工藝差異卻較大,因此對原有的工藝進行了改進。
| 工 序 | 技術條件 | 國 外 | 改進前工藝 | 改進后工藝 |
| 冷鐓 | 設備 | ——— | Z32 - 28 | Z32 - 28 |
| 工裝 | 合金刀板、合金胎 | 鉻鋼刀板、鉻鋼胎 | 合金刀板、合金胎 | |
| 總留量/ mm | 0. 5 ^+ 0. 26 | 1. 2^ + 0. 4 | 0. 8^ + 0. 26 | |
| 環帶/ mm | ——— | 邊寬= 邊厚= 1. 3～1. 6 | 邊寬= 邊厚= 1. 1～1. 3 | |
| 壓偏差/ mm | 0. 06 | 0. 1 | 0. 1 | |
| 去邊(改進后工藝)去邊(改進前工藝) | 工裝 | ——— | 光球板 | 光球板 |
| 尺寸消耗/ mm | ——— | 0. 25 | 去邊 | |
| 軟磨一 | 工裝 | ——— | 180 # ～240 # 砂輪 | ——— |
| 尺寸消耗/ mm | ——— | 0. 26 | ——— | |
| 熱酸洗 | 尺寸消耗/ mm | ——— | 0. 05 | ——— |
| 兩級殘留腐蝕深度/ mm(500 倍) | ——— | 0. 18 | ——— | |
| 軟磨二 | 設備 | 砂輪自動修整 | Мμ- 33 無砂輪自動修整 | 砂輪自動修整 |
| 工裝 | 120 # 砂輪 | 180 # ～240 # 砂輪 | 80 # ～120 # 砂輪 | |
| 尺寸消耗/ mm | 0. 3 | 0. 35 | 0. 55 | |
| 球形偏差/ mm | 0. 02 | 0. 02 | 0. 02 | |
| 熱處理 | 設備 | 保護氣氛淬火爐 | 空氣介質淬火爐 | 保護氣氛淬火爐 |
| 脫碳層/ mm | ≤0. 02 | 0. 08～0. 1 | ≤0. 02 | |
| 單一球硬度差/ 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 |
| 細磨 | 設備 | 砂輪自動修整 | 無砂輪自動修整 | 有砂輪自動修整 |
| 尺寸消耗/ mm | 0. 1 | 0.22 | 0.22 | |
| 球形偏差、球直徑變動量/ mm | ——— | 0. 004～0. 005 | 0. 003～0. 004 | |
| 粗研 | 加工方法 | 帶保持架循環水加工 | 大循環油膏法加工 | 懸浮液精研加工 |
| 尺寸消耗/ mm | 0. 04 | 0. 045 | 0.02 | |
| 加工時間/ h | ——— | 16 | 16 | |
| 球形偏差、球直徑變動量/ mm | ——— | 0. 001 | 0. 000 6 | |
| 精研一 | 加工方法 | ——— | 大循環油膏法加工 | 懸浮液精研加工 |
| 尺寸消耗/ mm | ——— | 0. 01 | 01008 | |
| 加工時間/ h | ——— | 14 | 8 | |
| 球形偏差、球直徑變動量/ mm | ——— | 0. 000 6 | 0. 000 4 | |
| 精研二 | 加工方法 | ——— | 大循環油膏法加工 | 懸浮液精研加工 |
| 尺寸消耗/ mm | ——— | 0. 006 | 0.003 | |
| 加工時間/ h | ——— | 18 | 12 | |
| 球形偏差、球直徑變動量/ mm | ——— | 0. 000 5 | 0. 000 4 | |
| 超精研 | 加工方法 | 帶保持架單溝加工 | 帶保持架單溝加工 | 帶保持架單溝加工 |
| 尺寸消耗/ mm | 0. 002 5 | 0. 003 | 0.002 | |
| 加工時間/ h | ——— | 3 | 3 | |
| 球形偏差、球直徑變動量/ mm | ——— | 0. 000 3 | 0. 000 2 |
2、工藝制定及相應措施
2. 1 改進工具設計、減少鋼球加工留量在保證精度的前提下,減少鋼球各工序留量,可以減少磨削時間, 同時減少因磨削量過大產生的變質層,降低產生磨削質量問題的幾率。根據航空軸承材料的原始特性, 自行研制硬度合金沖壓模具及輔助工具,并進行反復的壓球驗證,結果表明:采用硬質合金刀板和切料胎,提高了切料質量,減少了壓型折疊;采用硬質合金壓球胎,保持胎具在沖壓過程中基本不變形, 提高了球坯的精度。同時,選用的料徑和切料長,保證壓縮比(切料長/ 料徑) 在2. 0～2. 2 之間,使料段在壓型過程處于最佳變形狀態。由此,加工出的球坯尺寸基本一致,且環帶小而薄,從而使鋼球加工的總留量由1. 2 mm 減少到0. 8 mm。
2. 2 用深酸洗和無損檢查代替熱酸洗檢測熱酸洗過程不僅消耗鋼球整體尺寸,而且由于環帶和兩極應力大,導致腐蝕速度大,腐蝕層深度為0. 18 mm ,嚴重的出現晶間腐蝕。這不但需增加鋼球加工總留量,同時在加工過程中還易產生疲勞。為此,采用深酸洗配合渦流探傷代替熱酸洗,并采用合理的酸配比,使鋼球深酸洗尺寸消耗控制在0. 04～0. 05 mm。為驗證其可靠性,用500 粒經深酸洗和渦流探傷的鋼球進行熱酸洗檢查,未發現問題。由此可見,用深酸洗和渦流探傷取代熱酸洗檢查是可行的。
2. 3 降低鋼球加工過程中產生的疲勞根據鋼球加工特點,采用以磨代光工藝,軟磨工序通過更新改造磨床,配置砂輪自動修整系統和80 # ～120 # 砂輪代替光球工序。可消除光球加工過程中產生的過高應力集中。在精研工序通過控制加工條件,以水劑研磨代替油劑研磨,縮短精研加工時間,減少研磨過程中產生的疲勞。通過對精研加工機床的輔具、乳化型精研液和表面活性劑精研液進行試驗,從而確定鋼球粗研、精研一和精研二等水劑精研的磨料配比及操作規程,使鋼球研磨(粗研加精研) 時間由原來的48 h 縮短至36 h 以內。加工出的鋼球經超精研后精度(球形偏差、球直徑變動量) 達到0. 2 μm。表面粗糙度Ra ≤0. 02 μm。
2. 4 改善軟、細磨工序狀態,提高加工質量更新軟、細磨加工設備。新機床具有砂輪自動修整功能,使鋼球總是處于最佳加工狀態,經實際驗證鋼球磨削效率可提高產量10 %～15 % ,并且鋼球細磨工序的燒傷得到有效地控制。
2. 5 提高鋼球表面硬度的均勻性用保護氣氛淬火代替空氣爐加熱淬火,并提高設備控溫精度,鋼球表面硬度的均勻性得到有效提高,成品鋼球單一硬度差≤0. 5 HRC ,批硬度差≤1 HRC。
3、結論
改進后的鋼球加工工藝,將總留量由原來的1. 2 mm 減少到0. 8 mm ,減少了因磨削量過大產生變質層的幾率,用深酸洗和無損檢測代替熱酸洗檢測減少晶間腐蝕,采用以磨代光工藝從而消除光球加工過程中產生的過高應力集中。實踐證明,改進后的鋼球加工工藝有效可行,達到了預期效果,可應用于生產。
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參考文獻:[1]中國軸承工業協會、職工教育委員會教材編審室統編. 軸承檢測技術[M] . 北京:機械工業出版社,1991.