立式鑄鐵盤初研鋼球淺析

白廣春，王世平

（1.哈爾濱軸承配件有限公司，黑龍江 哈爾濱 150036；2.哈爾濱軸承集團(tuán)公司 推力軸承分廠，黑龍江 哈爾濱 150036）

1 前言

在鋼球生產(chǎn)過程中，鋼球初研工序是鋼球精研的基礎(chǔ)工序，對鋼球的生產(chǎn)質(zhì)量和效率至關(guān)重要。本文就鋼球立式鑄鐵盤初研鋼球的機(jī)理、常見的質(zhì)量問題及正確的操作方法做一探討。

2 立式初研加工概述

鋼球初研，也稱為細(xì)研。初研工藝特點(diǎn)是不用砂輪磨削，而是用鑄鐵盤研磨。鋼球初研是在專用的研球機(jī)上進(jìn)行的。研球機(jī)上設(shè)有兩個(gè)研磨盤，其工作面互相平行，其中一個(gè)研磨盤旋轉(zhuǎn)，叫作轉(zhuǎn)動(dòng)研磨盤，在其工作面上車削有若干個(gè)同心的V型溝槽；另一個(gè)研磨盤不轉(zhuǎn)動(dòng)，叫作固定研磨盤，其工作表面是平的。兩個(gè)研磨盤中的一個(gè)可作軸向移動(dòng)，以便借助于液壓系統(tǒng)對鋼球施加必要的研磨壓力。研磨盤裝機(jī)之后，首先要進(jìn)行必要的調(diào)整，並用與被加工鋼球尺寸相同的淬火鋼球和正常的研磨壓力和轉(zhuǎn)速對溝槽進(jìn)行滾壓和研合，使溝槽三個(gè)接觸面得到三個(gè)接觸圓?。ㄈ鐖D1）。將鋼球放入溝槽里，添加白剛玉微粉（或其它磨料微粉）和潤滑冷卻液，在研磨盤連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)和研磨壓力作用下，使鋼球得到研磨。

圖1 初研鋼球示意圖

3 立式初研加工的機(jī)理分析

由于鋼球在兩個(gè)研球盤之間處于三弧接觸狀態(tài)，而且研球盤的硬度（190～230HBS）比被加工鋼球硬度（61～66HRC）低得多，在研磨液中的微粉磨料比鋼球硬得多，在磨削壓力和研磨盤旋轉(zhuǎn)的綜合作用下，磨粒被鋼球擠壓而嵌入在研磨盤三弧接觸的表面上，形成一個(gè)非常細(xì)密的磨具。

鋼球在溝槽里滾動(dòng)，它一方面隨轉(zhuǎn)動(dòng)盤作公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，另一方面因ωR2＞ ωR1，即鋼球在溝槽外側(cè)接觸弧的線速度V2大于內(nèi)側(cè)接觸弧的線速度V1，鋼球在公轉(zhuǎn)的同時(shí)也產(chǎn)生連續(xù)自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。因此，鋼球表面必然產(chǎn)生與盤的接觸弧表面相對滑動(dòng)和相對滾動(dòng)，而且鋼球與接觸弧線的各點(diǎn)的壓力不同，滑動(dòng)速度與滾動(dòng)速度也各不相同。于是，嵌在溝槽接觸弧表面上的磨粒對鋼球表面就產(chǎn)生微細(xì)的磨削作用。在相對滑動(dòng)過程中磨粒對鋼球表面的磨削作用稱之為滑動(dòng)磨削，這是加工中的主要磨削形式，磨粒在壓力的作用下，除滑動(dòng)磨削外也對鋼球表面形成極小壓痕，並從鋼球表面擠掉金屬微粒，稱之為滾壓磨削，這種滑動(dòng)磨削和滾壓磨削的綜合作用使鋼球得到研磨。研磨液又具有良好的潤滑性，使鋼球得到良好的潤滑，有利于鋼球自轉(zhuǎn)，從而有利于改善球形精度。

4 立式初研加工質(zhì)量問題及原因分析

影響初研加工質(zhì)量因素是多方面的，有前工序的影響及本工序的因素，前工序的影響在此略去。初研加工過程中常見的質(zhì)量問題如下。

4.1 球直徑變動(dòng)量和球形誤差超差

球直徑變動(dòng)量和球形誤差超差，將會(huì)增加精研工序研磨時(shí)間或造成精研尺寸超差。

直接原因是鋼球在加工過程中自轉(zhuǎn)性較差。間接原因：

（1）研磨盤溝槽太淺或著溝槽沒壓好。

（2）溝槽太深。當(dāng)溝槽太深時(shí)，球直徑變動(dòng)量容易達(dá)到要求，但球形誤差卻不容易達(dá)到要求；當(dāng)溝槽太深並接近或超出極限深度時(shí)，則球直徑變動(dòng)量、球形誤差均不容易達(dá)到要求。

（3）在加工過程中出現(xiàn)個(gè)別大球?qū)蠅簤幕蛴昧舜笄蚧蛐∏驂簻希斐蓽喜劢佑|弧半徑大于或小于被加工鋼球的半徑，鋼球在溝槽滾動(dòng)自轉(zhuǎn)失去約束力。

4.2 點(diǎn)狀燒傷

點(diǎn)狀燒傷又稱為黑點(diǎn)燒傷，是加工時(shí)鋼球局部表面受到瞬間撞擊，瞬間溫度達(dá)到一定程度，而后又被研磨液迅速冷卻，使其金相組織發(fā)生變化，經(jīng)冷酸洗后在球表面形成一個(gè)或多個(gè)黑點(diǎn)，如圖2 所示。

直接原因是鋼球加工時(shí)局部表面受到瞬間撞擊，而后又迅速被冷卻。

間接原因：

（1）研磨盤的轉(zhuǎn)速太高，當(dāng)其超過110r/min時(shí)，鋼球來不及進(jìn)入溝槽產(chǎn)生瞬間斷流現(xiàn)象，鋼球恢復(fù)進(jìn)入溝槽時(shí)，研磨盤就產(chǎn)生對鋼球的沖擊，形成點(diǎn)狀燒傷。

（2）分球器與溝槽入口不吻合，造成鋼球在入口處瞬間停頓而被研球盤沖擊。

（3）研球盤表面有砂眼、氣孔、縮孔等缺陷，當(dāng)鋼球與這些缺陷接觸時(shí)，產(chǎn)生瞬間沖擊。

（4）研磨劑中混有硬質(zhì)物塊，鋼球運(yùn)轉(zhuǎn)中突然遭到阻礙。

4.3 線狀燒傷

線狀燒傷又分為二次回火、二次淬火燒傷，這種燒傷只有用酸洗的方法才能顯示出來，如圖3 所示。在磨削過程中，有兩個(gè)或多個(gè)鋼球連在一起，在磨削速度和磨削壓力的作用下，鋼球表面滾動(dòng)接觸點(diǎn)產(chǎn)生了一定的磨擦溫度，當(dāng)磨擦溫度達(dá)到金屬的淬火溫度，且旋即受冷卻液冷卻時(shí)，即成為線狀磨削二次淬火燒傷。當(dāng)磨擦溫度達(dá)到回火溫度，且旋即被冷卻，就成為線狀磨削二次回火燒傷。

直接原因是球的接觸點(diǎn)相對運(yùn)動(dòng)而摩擦溫升，當(dāng)溫度達(dá)到一定程度時(shí)，受熱的接觸點(diǎn)軌跡部份的金相組織發(fā)生變化，而形成了線狀燒傷。

間接原因：

（1）研磨盤轉(zhuǎn)速過低，致使溝槽中的進(jìn)球過多。

（2）溝槽過深，鋼球自轉(zhuǎn)性變差。

（3）在立式研球機(jī)上溝槽之間的距離不均等，造成個(gè)別溝槽進(jìn)球過多。

（4）溝槽深度差過大。

（5）壓力太小，失去了對鋼球的約束力。

（6）兩研磨盤工作面不平行，工作時(shí)由于軸向跳動(dòng)而使鋼球受力不均衡，迫使鋼球滾到一起。

（7）加工中出現(xiàn)個(gè)別大球，將溝槽壓寬、壓深。

4.4 啃傷

啃傷如圖4 所示，在初研加工中一旦出現(xiàn)，由于其破壞層可達(dá)0.05mm，而初研磨量只有0.02～0.03mm，研量留量小，將會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢，必須引起重視。

直接原因是鋼球局部被研磨盤磨損。

圖2 點(diǎn)狀燒傷

圖3 線狀燒傷

圖4 啃傷

間接原因：

（1）聚球刀板座松動(dòng)，將鋼球卡死而被轉(zhuǎn)動(dòng)研磨盤磨傷。

（2）由于分球器嚴(yán)重后退或溝槽入口處溝臺(tái)棱角被磨損，鋼球被阻擋停留在入口處而被轉(zhuǎn)動(dòng)盤磨傷。

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（3）聚球刀板的齒被鋼球嚴(yán)重磨損，鋼球在刀板齒尖處停留或卡住而被轉(zhuǎn)動(dòng)盤啃傷。

4.5 批直徑變動(dòng)量超差

批直徑變動(dòng)量超差勢必給精研工序的加工代來困難，嚴(yán)重的會(huì)產(chǎn)生線狀燒傷，影響成品鋼球的使用壽命。

直接原因是溝槽深度不一致。

間接原因：

（1）壓溝球的公差不同，壓溝后各溝槽深度不一致。

（2）研磨盤的硬度不均勻，造成溝槽磨損程度不一樣。

（3）加工中循環(huán)不好，有存球死角。

5 立式精研機(jī)初研加工的質(zhì)量控制

（1）操作人員必須熟悉所用機(jī)床的技術(shù)性能，調(diào)整程序與啟動(dòng)方法。檢查機(jī)床精度應(yīng)符合工藝要求。根據(jù)加工鋼球的規(guī)格不同合理選擇研磨盤轉(zhuǎn)速，研磨盤轉(zhuǎn)速選用的原則是，研磨小球選擇高速，研磨大球選擇低速。轉(zhuǎn)速選擇見表1。

（2）初研前的鋼球尺寸差、球形誤差、磨削燒傷、表面缺陷必須符合前工序的要求。加工前要對其進(jìn)行嚴(yán)格的清洗和分選，剔除混入的大、小球，做到鋼球表面上沒有任何硬質(zhì)點(diǎn)和其它污物。

表1 研磨盤轉(zhuǎn)速選用表

（3）機(jī)床開動(dòng)前要對其檢查和調(diào)整，檢查進(jìn)球器，不準(zhǔn)有緊固鑼釘松動(dòng)現(xiàn)象，不準(zhǔn)有錯(cuò)位、不對口、前移和后退的現(xiàn)象。檢查溝槽，不準(zhǔn)有掉邊、溝槽入口被打壞、破壞了溝槽深度的情況，使溝槽深度不一致。新?lián)Q用的研球盤必須進(jìn)行校平和校正，兩研磨盤的同軸度<0.05mm，轉(zhuǎn)動(dòng)研球盤的徑向跳動(dòng)和軸向跳動(dòng)<0.15mm，兩研球盤工作面平行度<0.1mm。收球刀板要正確安裝，避免卡球。

（4）做好壓溝和磨溝工作。壓溝或磨溝時(shí)首先將少量的同規(guī)格硬磨鋼球放入溝槽中，開動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)盤並施加必要的壓力，用鋼球?qū)喜圻M(jìn)行滾壓，使研球盤溝槽的工作面形成鋼球滾道。滾道寬度C為加工鋼球直徑的1/3～2/5，如圖5 所示。當(dāng)滾道寬度小于被加工球徑的1/3時(shí)，球直徑變動(dòng)量難以達(dá)到要求。當(dāng)滾道寬度大于被加工球徑的2/5時(shí)，球形誤差難以達(dá)到要求。

圖5 滾道寬度

6 結(jié)束語

鋼球初研加工質(zhì)量，直接影響到鋼球的成品質(zhì)量。鋼球初研質(zhì)量重在預(yù)防，只要按照初研加工質(zhì)量控制方法，使工藝裝備標(biāo)準(zhǔn)化、操作一致、原輔料質(zhì)量合格穩(wěn)定，就能有效地做好鋼球初研加工。