降低軸承鋼球振動值的工藝控制

趙高明，周勇，馬林

(江蘇力星通用鋼球股份有限公司，江蘇 如皋 226000)

為進(jìn)一步滿足低噪聲軸承配套的要求，提高汽車產(chǎn)品在市場上的競爭力，通過深入開展提高成品鋼球質(zhì)量，降低鋼球振動值的課題研究，科學(xué)地完善加工工藝，解決了面臨的技術(shù)難題。

1 鋼球振動值的影響因素

鋼球的加工質(zhì)量對軸承振動的影響最為明顯[1]。在各加工工序中，鋼球表面可能產(chǎn)生一些加工質(zhì)量缺陷，如啃傷、麻點、劃傷、研傷等。這些缺陷的存在，必然影響鋼球的振動值，因此降低鋼球振動值必須從提高鋼球表面質(zhì)量入手。除了人為因素外，鋼球表面質(zhì)量最主要受加工工藝方法的影響，因此，圍繞鋼球加工工藝方法，分析前工序，重點對各工序的工藝控制進(jìn)行改進(jìn)。

2 工藝控制

2.1 改進(jìn)光球工裝

在整個鋼球加工過程中，光球工序最易出現(xiàn)麻點等缺陷。針對實際加工情況，分析認(rèn)為主要原因是加工工裝的應(yīng)用問題。原光球機(jī)工裝采用金屬鏟球板和國產(chǎn)光球板，加工過程中，由于光球板組織不均勻及表面質(zhì)量缺陷，使鋼球加工質(zhì)量參差不齊，局部表面非常粗糙；而且鏟球板的牙尖部分會對鋼球表面產(chǎn)生撞擊，導(dǎo)致鋼球表面損傷形成麻點。因此，工藝改進(jìn)后使用PA66鏟球板及德國進(jìn)口光球板，通過試運行，并根據(jù)具體情況對設(shè)備轉(zhuǎn)速、加工壓力進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整，使鋼球麻點缺陷明顯減少，且表面質(zhì)量均勻，表面粗糙度較好，無目視可見缺陷。φ5.953 mm(15/64 in)鋼球光球質(zhì)量數(shù)據(jù)對比見表1。

表1 光球質(zhì)量數(shù)據(jù)對比

由于光球加工質(zhì)量的提高，新工藝可將光球留量壓縮20%，不但提高了光球的表面質(zhì)量，而且提高了鋼球加工效率。

2.2 控制熱處理均勻性

為保證每粒鋼球之間表面質(zhì)量的一致性和均勻性，需保證每粒鋼球的耐磨性一致，且具有較好的尺寸穩(wěn)定性，因此，在熱處理工序中必須嚴(yán)格控制，以保證鋼球組織的穩(wěn)定性和硬度的均勻性。

新工藝在熱處理生產(chǎn)線上增加并完善了二次冷卻系統(tǒng)，冷卻液溫度控制在(7±3)℃，更好地控制鋼球組織中的殘余奧氏體，提高組織穩(wěn)定性，確保鋼球硬度的均勻性。φ5.953 mm鋼球熱處理質(zhì)量數(shù)據(jù)見表2。穩(wěn)定的熱處理工藝為后工序鋼球加工質(zhì)量的一致性和穩(wěn)定性提供了保證。

表2 熱處理質(zhì)量數(shù)據(jù)對比

2.3 完善表面強(qiáng)化工藝

鋼球表面強(qiáng)化處理對提高鋼球表面抗劃傷能力，降低鋼球振動值起關(guān)鍵性作用[2]。在強(qiáng)化工藝中，設(shè)計制造了離心式鋼球表面強(qiáng)化處理設(shè)備，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。該設(shè)備的特點是結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，鋼球提升效果好且相互撞擊充分。

圖1 鋼球表面強(qiáng)化處理工裝示意圖

通過大量試驗分析，探索出一套較成熟的鋼球強(qiáng)化處理工藝。以φ12.700 mm鋼球為例，(1)將強(qiáng)化設(shè)備轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)速設(shè)定為15 r/min，能有效提升鋼球到較高位置下落，從而造成鋼球間的相互撞擊，使鋼球表層發(fā)生塑變，形成硬化層；(2)強(qiáng)化時間為100 min，可以保證充分強(qiáng)化，硬化層較均勻，避免了較大硬度差，同時又能避免過度強(qiáng)化，造成表面疲勞；(3)改變過去熱處理后直接強(qiáng)化的工藝，將強(qiáng)化處理改在硬磨工序之后，避免了原工藝硬磨后強(qiáng)化層深度減小且不均勻等缺陷；(4)按鋼球規(guī)格從強(qiáng)化時間、裝車量上加以控制，保證鋼球表面具有一定的強(qiáng)化深度(不得小于后工序的加工余量)和強(qiáng)化深度的均勻性，從而提高鋼球表面耐磨性，大大降低了鋼球表面劃條的產(chǎn)生。

2.4 控制硬磨砂輪質(zhì)量

鋼球硬磨工序加工質(zhì)量的好壞，關(guān)鍵在于砂輪的質(zhì)量，若砂輪中夾雜有較大的顆粒，可能在硬磨鋼球表面留下致命的劃傷或劃痕。新工藝采用國產(chǎn)樹脂砂輪代替剛玉/碳化硅混合砂輪，并嚴(yán)格控制砂輪質(zhì)量，從而提高鋼球硬磨質(zhì)量，為初、精研質(zhì)量打下基礎(chǔ)。

2.5 提高產(chǎn)品精度

2.5.1 調(diào)整初、精研設(shè)備進(jìn)出球口

由于原工藝初、精研磨板開口較大，鏟球座設(shè)計中的某些不合理因素，造成進(jìn)出球不均勻，磨板溝槽內(nèi)淺外深，出球口處鋼球長時間堆積，使鋼球在磨板中承受的壓力不均勻，從而影響整批球的質(zhì)量一致性。為此，將原初、精研設(shè)備的進(jìn)出球口的使用寬度和角度進(jìn)行了合理設(shè)計(圖2)，重新設(shè)計了鏟球座(圖3)，改進(jìn)后達(dá)到了預(yù)期效果，解決了存在的問題。

圖2 進(jìn)出球口設(shè)計參數(shù)

圖3 鏟球座結(jié)構(gòu)

2.5.2 提高初研產(chǎn)品精度

初研加工精度直接影響精研加工的質(zhì)量，進(jìn)而影響成品鋼球質(zhì)量，因此必須提高初研鋼球的加工精度。新工藝調(diào)整初研磨板的硬度為180～210 HB；增加工裝調(diào)試后的精度確認(rèn)，要求固定板與轉(zhuǎn)動板的同軸度不大于0.05 mm，平行度不大于0.05 mm；改變初研加工輔料的添加方式，采用毛刷均勻涂抹，離卸車5 h內(nèi)不允許添加輔料，使初研鋼球精度提高了一個等級。

2.5.3 采用優(yōu)質(zhì)精研板

選用德國進(jìn)口精研板，其最大特點是磨板溝槽壓溝后，表面光滑、均勻細(xì)致且材料組織、硬度均勻。使用該磨板精研加工20 h后鋼球精度即可達(dá)到G10，表面粗糙度Ra≤0.005 μm，Rz≤0.04 μm，鋼球振動值降為30～32 dB。新工藝通過提高鋼球的幾何精度和表面質(zhì)量有效降低了鋼球的振動值[3]。

2.6 提高成品鋼球表面清潔度

在影響鋼球動態(tài)性能指標(biāo)的諸多因素中，鋼球表面清潔度不容忽視。鋼球熱處理后研磨量大，硬磨時間長，鋼球易產(chǎn)生磁性。從多年的鋼球清洗容器上可以看出，鋼球的磁性使其吸附細(xì)微鐵屑從而影響振動指標(biāo)。大量試驗比較表明，退磁后鋼球振動值可降低1～1.5 dB，因此，增加退磁工藝是降低鋼球振動的有利保證。

3 試驗驗證

以φ5.953 mm G10鋼球為例，從執(zhí)行新工藝方法加工的鋼球中隨機(jī)抽取2批(A，B)，與工藝改進(jìn)前的產(chǎn)品進(jìn)行對比，檢測數(shù)據(jù)見表3、表4。

表3 鋼球表面粗糙度Ra值(每批檢測5粒) μm

表4 鋼球振動實測值(每批檢測20粒) dB

由表可知，改進(jìn)工藝后鋼球表面粗糙度Ra值降低；鋼球振動值明顯下降，散差也得到有效控制，表明新工藝方法切實可行。

4 結(jié)束語

通過試驗不斷完善鋼球加工工藝，提高了鋼球質(zhì)量的整體水平，今后仍需要大力開展低噪聲軸承的配套試驗，并將試驗成果轉(zhuǎn)化到日常生產(chǎn)中。