軸承制造技術(shù)——鋼球的加工

來源：軸承雜志社

鋼球作為滾動軸承的關(guān)鍵零件，在軸承中起承載和傳遞載荷與運動的作用，對軸承的壽命和振動噪聲有較大的影響。

鋼球表面上的任何一點都是承受載荷的工作面，承受周期不定的變載荷，接觸面積小，接觸應(yīng)力大，鋼球受力條件比較惡劣，極易產(chǎn)生疲勞破壞。鋼球整個表面既是加工面又是支承面，因此鋼球加工技術(shù)也是機械行業(yè)中非常獨特、專業(yè)化的，對原材料、工藝技術(shù)、加工裝備、工裝磨具、研磨液等要求非常高。

目前，國內(nèi)鋼球工藝技術(shù)水平、裝備水平、質(zhì)量控制水平以及工裝磨具水平都已達到或接近先進水平，管理更趨精細和完善，規(guī)模化生產(chǎn)和經(jīng)營凸現(xiàn)，生產(chǎn)總量不斷擴大。鋼球質(zhì)量水平: 批量生產(chǎn)公差等級G5，規(guī)格材料齊全，單粒振動達到26 dB，壽命K值達到(基本額定壽命試驗值 L10t 與基本額定壽命L10之比) 達到12以上。

1）加工工藝過程

2種主要加工工藝方法：

2）原材料

GCr15線材由于價位適中，熱處理容易，應(yīng)用Z為廣泛，約占85%以上。其他，如應(yīng)用在與耐久性相比更重視耐蝕性的場合，采用不銹鋼鋼球；飛機等特殊用途，要求使用優(yōu)于GCr15耐熱性的高速工具鋼（鎢系鋼）及耐熱鋼（M50）等，特殊用途的鋼球通常由于實施復(fù)雜的熱處理工藝（如高溫淬火、多次回火、冷處理等）材料成本更高，加工成本也較高。

3）工藝裝備

國內(nèi)已經(jīng)形成了一整套的主力鋼球加工工藝裝備，包括Z32，Z32G系列鋼球冷鐓機及高速冷鐓機，3M49，3M79系列光球機，3M46，3M76系列磨球機，3M47，3M77系列研球機，保護氣氛熱處理爐，鋼球表面強化機，基于毛刷清洗與基于高強度海綿旋轉(zhuǎn)擠壓清洗的清洗機等。檢測設(shè)備主要有基于視覺系統(tǒng)的鋼球表面質(zhì)量外觀檢查儀，基于渦流探傷原理附帶光學(xué)、振動通道的渦流光電外觀檢查儀。光、磨、研主力加工機床研磨板直徑為φ300~950(1000)mm，裝球量20~1000 kg，機床加工精度可滿足G5鋼球的要求。

需要引起重視的問題：1.國產(chǎn)高速冷鐓機質(zhì)量仍不太穩(wěn)定，可靠性較差，冷鐓模具質(zhì)量偏低；2. 光、磨、研設(shè)備一般為通用設(shè)備，專線化專業(yè)布局設(shè)計有不少提升，效率仍需要不斷提升;(3)光、磨、研設(shè)備自動控制和自動化水平需進一步提高; (4)鋼球加工工序間清洗、干燥、質(zhì)量控制連線設(shè)備仍缺乏專業(yè)布局和生產(chǎn)；(5)鋼球成品清洗設(shè)備適用性及清洗可靠性需提升；(6)鋼球成品外觀檢查儀器仍需完善，提高可靠性。

4）質(zhì)量控制方法

國內(nèi)鋼球質(zhì)量控制已經(jīng)形成了一整套的方法，質(zhì)量指標(biāo)和方法主要為：原材料質(zhì)量、尺寸及尺寸精度、熱處理硬度及金相組織、表面缺陷。隨著鋼球加工工藝及加工裝備的完善，各鋼球制造企業(yè)在尺寸及尺寸精度、熱處理硬度等方面基本都能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。還需要引起重視的問題：1.原材料質(zhì)量控制和根據(jù)鋼球用途進行材料選擇；2.鋼球尺寸穩(wěn)定性檢測與控制；3.鋼球表面強化、表面應(yīng)力控制；4.鋼球表面形貌的檢測與控制；5.鋼球表面波紋度監(jiān)測和控制；6.鋼球出貨質(zhì)量確認；7.鋼球接觸疲勞壽命試驗與控制。

5）接觸疲勞失效

滾動疲勞的機理大致分為內(nèi)部起源型剝落與表面起源型剝落兩類。內(nèi)部起源型剝落主要是由于滾動接觸表面下的非金屬夾雜物成為起源引起的剝落，需要通過提高原材料純凈度來應(yīng)對。表面起源型剝落與滾動軸承的使用環(huán)境、潤滑狀態(tài)，以及滾動接觸滾動面上表面狀態(tài)(表面粗糙度及滾動面上的傷痕)等直接相關(guān)，其比內(nèi)部起源型剝落的壽命短，軸承損壞的占比更大。表面起源型剝落的應(yīng)對策略，如對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，更重要的技術(shù)是運用普通的整體淬火提高鋼球的表面硬度，使壓痕難以形成，提高存在異物環(huán)境下的耐久性。

6）小結(jié)

鋼球仍需進一步提升質(zhì)量作為首要目標(biāo)，采用合理的材料純凈度評價方法，從坯料開始徹底進行質(zhì)量管理，同時，從防止不合格產(chǎn)品出廠而言，開發(fā)更高功能的自動化外觀檢查儀是必不可少的。此外，為提高耐久性，在要求鋼廠進一步提高材料純凈度的同時，開發(fā)適應(yīng)于應(yīng)用場合的鋼球熱處理技術(shù)等，賦予傳統(tǒng)的GCr15鋼球以各種附加價值。

近年來，隨著對軸承應(yīng)用需求的越來越多樣化，高速、高溫等應(yīng)用條件下，用陶瓷球(如Si3N4球)替代鋼球的新材質(zhì)球，目前產(chǎn)量上升趨勢很快，應(yīng)用需求旺盛，但待解決價格高這一課題。