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)

為進一步滿足低噪聲軸承配套的要求，提高汽車產品在市場上的競爭力，通過深入開展提高成品鋼球質量，降低鋼球振動值的課題研究，科學地完善加工工藝，解決了面臨的技術難題。

1 鋼球振動值的影響因素

鋼球的加工質量對軸承振動的影響最為明顯[1]。在各加工工序中，鋼球表面可能產生一些加工質量缺陷，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量入手。除了人為因素外，鋼球表面質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行改進。

2 工藝控制

2.1 改進光球工裝

在整個鋼球加工過程中，光球工序最易出現麻點等缺陷。針對實際加工情況，分析認為主要原因是加工工裝的應用問題。原光球機工裝采用金屬鏟球板和國產光球板，加工過程中，由于光球板組織不均勻及表面質量缺陷，使鋼球加工質量參差不齊，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生撞擊，導致鋼球表面損傷形成麻點。因此，工藝改進后使用PA66鏟球板及德國進口光球板，通過試運行，并根據具體情況對設備轉速、加工壓力進行了相應的調整，使鋼球麻點缺陷明顯減少，且表面質量均勻，表面粗糙度較好，無目視可見缺陷。φ5.953 mm(15/64 in)鋼球光球質量數據對比見表1。

表1 光球質量數據對比

由于光球加工質量的提高，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定性，因此，在熱處理工序中必須嚴格控制，以保證鋼球組織的穩定性和硬度的均勻性。

新工藝在熱處理生產線上增加并完善了二次冷卻系統，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，提高組織穩定性，確保鋼球硬度的均勻性。φ5.953 mm鋼球熱處理質量數據見表2。穩定的熱處理工藝為后工序鋼球加工質量的一致性和穩定性提供了保證。

表2 熱處理質量數據對比

2.3 完善表面強化工藝

鋼球表面強化處理對提高鋼球表面抗劃傷能力，降低鋼球振動值起關鍵性作用[2]。在強化工藝中，設計制造了離心式鋼球表面強化處理設備，其結構如圖1所示。該設備的特點是結構簡單、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化處理工藝。以φ12.700 mm鋼球為例，(1)將強化設備轉筒轉速設定為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，使鋼球表層發生塑變，形成硬化層；(2)強化時間為100 min，可以保證充分強化，硬化層較均勻，避免了較大硬度差，同時又能避免過度強化，造成表面疲勞；(3)改變過去熱處理后直接強化的工藝，將強化處理改在硬磨工序之后，避免了原工藝硬磨后強化層深度減小且不均勻等缺陷；(4)按鋼球規格從強化時間、裝車量上加以控制，保證鋼球表面具有一定的強化深度(不得小于后工序的加工余量)和強化深度的均勻性，從而提高鋼球表面耐磨性，大大降低了鋼球表面劃條的產生。

2.4 控制硬磨砂輪質量

鋼球硬磨工序加工質量的好壞，關鍵在于砂輪的質量，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。新工藝采用國產樹脂砂輪代替剛玉/碳化硅混合砂輪，并嚴格控制砂輪質量，從而提高鋼球硬磨質量，為初、精研質量打下基礎。

2.5 提高產品精度

2.5.1 調整初、精研設備進出球口

由于原工藝初、精研磨板開口較大，鏟球座設計中的某些不合理因素，造成進出球不均勻，磨板溝槽內淺外深，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量一致性。為此，將原初、精研設備的進出球口的使用寬度和角度進行了合理設計(圖2)，重新設計了鏟球座(圖3)，改進后達到了預期效果，解決了存在的問題。

圖2 進出球口設計參數

圖3 鏟球座結構

2.5.2 提高初研產品精度

初研加工精度直接影響精研加工的質量，進而影響成品鋼球質量，因此必須提高初研鋼球的加工精度。新工藝調整初研磨板的硬度為180～210 HB；增加工裝調試后的精度確認，要求固定板與轉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 采用優質精研板

選用德國進口精研板，其最大特點是磨板溝槽壓溝后，表面光滑、均勻細致且材料組織、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

在影響鋼球動態性能指標的諸多因素中，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微鐵屑從而影響振動指標。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，從執行新工藝方法加工的鋼球中隨機抽取2批(A，B)，與工藝改進前的產品進行對比，檢測數據見表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 結束語

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