从钢材变成滚珠,需要历经多重磨难

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最近碰到一个失效轴承,滚动体切割后发现内部是空心的(如下图)。客户再三询问轴承滚动体是否设计制造为空心体。

为了理解空心的不可能性,带领大家再次回顾一下轴承滚动体的制造过程。

轴承中的钢珠必须大小相同、表面极度光滑,还需要在一定的压力下保持稳定工作,且表面不能有明显磨损,可以说钢珠制造对材质、加工精度等要求非常之高。

首先,用于制造滚珠的钢材就“非同一般”:它可不是普通的钢,而是含有金属铬的高铬钢,加了铬以后的钢材,改变了其容易生锈,容易断裂的不足,变得不易变形,耐磨性高,还耐腐蚀。用来制作每天和高压高磨打交道的滚珠无疑是最佳选择。

但是光有了好的材料还不够,从钢材变成滚珠,还需要经历一段长途的旅行,其艰难程度堪比唐僧师徒西天取经。下面我们就一起来看看,从钢材到滚珠,经历了怎样的九九八十一难!

一、冷镦(ColdHeading)-制胚

滚珠的原料,当然是线状钢材了。不同的滚珠要求的线材宽度不同,这些都有行业标准的规定,且标准全球通用。滚珠生产的第一步是制胚:将线材剪成一定的长度,再在锻造机上被压缩成粗糙球状。

冷镦机将指定长度的线材切割成圆柱形坯料。然后,两半球头模将坯料形成大致球形。冷镦以非常高的速度进行,循环时间平均约为每秒一个大球。较小的球以每秒两到四个球的速度前进。

冷镦出来的滚珠已经有滚珠的样子了,可是这时的产品既大小不一,且表面粗糙。离大小相同,如镜般光滑的标准还差得很远,因而进入下一步:粗磨。

图片2冷镦出来的球胚

二、粗磨(Flashing)——去除毛刺

将滚珠在粗磨机上把压缩成形的粗胚夹在两个带有凹槽的磨盘之间,其中一个转动并施加压力,这两块板上都加工有凹槽,可引导滚珠沿着环形的路径滚动。其中一块板的某一部分被切断作为滚珠进槽和出槽的口。

当机器在运行时,槽内布满了滚珠。确保每一粒出来的滚珠的大小都是一样的,并且除去了表面毛刺,打磨成了一个个滚圆的“球”。

但是这个时候出来的钢珠还是不够“球”,怎么办?千锤百炼,根据需要,粗磨可以有多道,直到磨圆为止。

三、热处理(HeatTreatment)

经过了上面两步“非人”的折磨,生产出来的钢珠能叫滚珠了么?抱歉,目前的产品还属于“老弱病残”状态,空有圆圆的外表,而无坚韧不拔的内心。只有经历了最为严酷的考验,才能锻造出一颗坚实的内心。轴承中的滚珠必须能够承受一定的重量,还必须耐磨。这就需要对钢珠做进一步加工,即热处理。

将钢珠放进油中,经过淬火、回火等工艺流程,可提高钢球的强度和耐磨性。经过热处理得到的滚珠,主要是由马氏体、残留奥氏体以及残留炭化物构成。

四、精磨(也称硬磨,Grinding)+研磨(Lapping)

把经过热处理的滚珠用专用的精磨机进行精磨,以此来提高形状精度和光滑度。

精磨与粗磨原理上大致相同,只是这次在冷却液中添加了一种研磨剂。滚珠再次从凹槽内通过后,表面被打磨光滑了,大小也被压缩成最终的尺寸。至于能做到多精细,就取决于各国的工艺制造水平了。目前,精磨机依然被美日德等少数国家把持,中国在这方面还有相当大的改善空间。

同样,精磨抛光也可以进行多次。经过精磨抛光后得到的钢珠表面极为光滑。

五、清洗和检查(WashingandCheck)

精磨后的钢珠还需要用超声波洗去滚珠表面的磨屑等附着物,才能保持外观的清洁。最后一道工序是用光学自动外观选别机,检查滚珠的表面,检出并去除表面有伤痕的滚珠。当然肉眼检查也是很重要的。




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