CN101049676A - G3级氮化硅球加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种G3级直径小于φ16mm氮化硅球的加工工艺。包括：消除内应力、粗磨、初研、精研、超精研、提光、外观计数包装工序，(1)消除内应力在烘干箱或加热炉上将温度加热到130～160℃，时间6～8小时，然后空冷到室温；(2)粗磨、初研、精研、超精研、提光在立式循环研球机上加工；(3)研磨磨料采用320～280目，依据不同工序，由粗到细进行选择；(4)采用氧化铬进行提光。采用本发明加工后氮化硅球表面光亮，球批直径变动量0.09～0.11μm，球直径变动量小于0.08μm，球形误差0.03～0.05μm，表面粗糙度Ra0.004～0.005μm，圆度0.03～0.05μm，产品综合性能指标达到G3级精度要求。

Description

G3级氮化硅球加工工艺

技术领域

本发明涉及一种轴承用氮化硅球及特殊用途氮化硅球的加工工艺，具体地说是一种G3级直径小于φ16mm氮化硅陶瓷球加工工艺。

背景技术

我们知道，目前轴承及特殊用途的钢球一般均为轴承钢制造，随着技术水平的发展，轴承钢的一些不适应的缺点也随之暴漏出来，如耐高温性能差、易磁化、不绝缘、对润滑要求高、自重大等。而陶瓷球具有刚性高、高速化、寿命长、低发热、耐腐蚀、无磁性、绝缘性能好等优点，是未来发展方向。

陶瓷球的加工是陶瓷球轴承的关键，其加工精度和质量直接影响轴承的精度和寿命。

目前最适合轴承及特殊用途所用的陶瓷材料是氮化硅，氮化硅球的磨削机理与轴承钢材质钢球的磨削机理基本相同，但是由于氮化硅具有高硬度、高耐磨等特点与钢材的性能存在较大差异，所以在机械加工中磨削工具、加工系数、研磨混合剂等均有相当大的差别，各工序对于磨料的粒度、种类、形状、数量、强度、破碎特性等要求均有所不同，只有与相应加工工序相协调的磨料和研磨介质的配比量，才能得到理想的磨料液膜，获得理想的磨削速度和表面质量。

发明内容

本发明为克服上述现有技术的不足，提供一种工艺简单、制作方便、加工精度能达到G3级的氮化硅陶瓷球加工工艺。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：一种G3级氮化硅球加工工艺，包括以下步骤：

a.消除毛坯工件内应力；

b.粗磨；将步骤a中消除内应力的毛坯工件放入立式循环研球机上进行粗磨加工，并加入油剂和混磨剂，加工后球直径变动量小于0.5μm，球形误差小于0.5μm，表面粗糙度小于0.10μm；

c.初研；将粗磨后的工件在立式循环研球机上进行初研加工，并加入油剂和混磨剂，加工后球直径变动量小于0.25μm，球形误差小于0.25μm，表面粗糙度Ra小于0.05μm；

d.精研；将初研后的工件在立式循环研球机上进行精研加工，并加入油剂和混磨剂，加工后球直径变动量小于0.12μm，球形误差小于0.12μm，表面粗糙度Ra小于0.012μm；

e.超精研；将精研后的工件在立式循环研球机上进行超精研加工，加入油剂，不加混磨剂，加工后球直径变动量小于0.08μm，球形误差小于0.08μm，表面粗糙度Ra小于0.010μm；

f.提光处理；将超精研的工件在立式循环研球机上进行提光处理，加工后球表面光亮，球直径变动量小于0.08μm，球形误差小于0.08μm，表面粗糙度Ra小于0.010μm；

g.将加工好的氮化硅陶瓷球取出洗净，选择并进行包装。

步骤a中所述的消除毛坯工件内应力是指将毛坯工件在加热设备上加热6～8小时，达到130～160℃，然后空冷到室温。

所述的加热设备为烘干箱或加热炉。

步骤b、c、d、e中的所述的油剂是柴油；所述的混磨剂是由不同工序中的不同粒度的磨料和硬脂酸按重量比1/2～3/4在混磨机上充分混磨制成，并且在步骤b、c、d中每隔30～60分钟添加一次混磨剂。

所述的磨料是氧化铝或碳化硅或碳化硼。

步骤b中磨料粒度为320～300目，加工压力为1.5～3KN，主轴转速为60r/min。

步骤c中磨料粒度为320～300目，加工压力为0.5～1.5KN，主轴转速为30～40r/min。

步骤d中磨料粒度为300～280目，加工压力为0.5～1.0KN，主轴转速为30～40r/min。

步骤e中加工压力为0.4～0.8KN，主轴转速为20～30r/min。

步骤f中提光处理是在柴油油剂中添加氧化铬进行研磨提光，其中的参数为：加工压力为0.4～0.8KN，主轴转速为20～30r/min。

采用本发明加工后氮化硅球表面光亮，球批直径变动量0.09～0.11μm，球直径变动量小于0.08μm，球形误差0.03～0.05μm，表面粗糙度Ra0.004～0.005μm，圆度0.03～0.05μm。

使用本发明制作的氮化硅球与目前现有水平制作的氮化硅球性能指标对比如下：

采用本发明所提供的工艺参数，生产的氮化硅球尤其是直径范围小于φ16mm之间的氮化硅球产品综合性能指标达到G3级精度要求。本发明具有工艺简单、制作方便、加工精度能达到G3级等优点。

具体实施方式

实施例1：为了加深对本发明的理解，下面以加工规格为φ5.0mm的氮化硅球为例就本发明进行详细叙述。毛坯尺寸为φ5.40mm，共有0.40mm的磨削量。研磨设备：河南新机生产的3M4780B立式循环研球机。研磨液采用柴油作为油剂。每隔60分钟添加一次混磨剂，该混磨剂是由不同工序中的不同粒度的碳化硼磨料和200型硬脂酸按重量比1/2在混磨机上混磨48小时制成。

1.消除内应力

采用烘干箱或加热炉将陶瓷球加热到140℃，保温6小时，然后冷却到室温。

2.粗磨工序

加工规格：φ5.0mm                毛坯尺寸：φ5.40mm

理论磨削量：0.21mm               使用磨料：320目

卸车尺寸：φ5.19+0.01mm          加工压力：2KN

主轴转速：60r/min

加入柴油作为油剂，每隔60分钟添加一次混磨剂。

粗磨卸车后达到的技术指标：球直径变动量0.4μm，球形误差0.5μm，表面粗糙度0.08μm。

3.初研工序

粗磨合格的半产品转车进行初研加工，初研工序过程如下

加工规格：φ5.0mm          理论磨削量：0.16mm

使用磨料：300目            卸车尺寸：φ5.03^+0.01mm

加工压力：1.5KN            主轴转速：40r/min

加入柴油作为油剂，每隔60分钟添加一次混磨剂。

初研卸车后达到的技术指标：加工后球直径变动量0.25μm，球形误差0.25μm，表面粗糙度Ra0.04μm。

4.精研工序

加工规格：φ5.0mm          理论磨削量：0.02mm

使用磨料：280目            卸车尺寸：φ5.01^+0.01mm

加工压力：0.8KN            主轴转速：40r/min

加入柴油作为油剂，每隔60分钟添加一次混磨剂。

精研卸车后达到的技术指标：加工后球直径变动量0.11μm，球形误差0.11μm，表面粗糙度Ra0.011μm。

5.超精研工序

加工规格：φ5.0mm             理论磨削量：0.01mm

卸车尺寸：φ5^+0.002mm         加工压力：0.6KN

主轴转速：20r/min

仅加入柴油作为油剂，不加混磨剂。

超精研卸车后达到的技术指标：加工后球直径变动量0.10μm，球形误差0.07μm，表面粗糙度Ra0.007μm。

6.提光工序

超精研工序后，在显微镜下观察，球的表面很理想，只是肉眼观察球表面有些发乌，为了使球表面发亮，对球表面进行提光。

提光剂：氧化铬             加工压力：0.5KN

主轴转速：20r/min

卸车后球表面光亮。

7.将加工好的氮化硅陶瓷球取出洗净，选择并进行包，该工序无特殊要求。

采用上述工艺加工后氮化硅球表面光亮，球批直径变动量0.10μm，球直径变动量0.07μm，球形误差0.05μm，表面粗糙度Ra0.007μm，圆度0.05μm。产品综合性能指标达到G3级精度要求。

实施例2：加工规格为φ12.7mm的氮化硅球为例就本发明进行详细叙述。毛坯尺寸为φ13.1mm，共有0.40mm的磨削量。研磨设备：河南新机生产的3M4780B立式循环研球机。研磨液采用柴油作为油剂。每隔50分钟添加一次混磨液，该混磨液是由不同工序中的不同粒度的碳化硼磨料和200型硬脂酸按重量比3/4在混磨机上混磨48小时制成。

1.消除内应力

采用烘干箱或加热炉将陶瓷球加热到150℃，保温7小时，然后冷却到室温。

2.粗磨工序

加工规格：φ12.7mm           毛坯尺寸：φ13.1mm

理论磨削量：0.21mm           使用磨料：320目

卸车尺寸：φ12.89±0.01mm    加工压力：2.5KN

主轴转速：60r/min

加入柴油作为油剂，每隔50分钟添加一次混磨剂。

粗磨卸车后达到的技术指标：球直径变动量0.5μm，球形误差0.5μm，表面粗糙度0.10μm。

3.初研工序

粗磨合格的半产品转车进行初研加工，初研工序过程如下

加工规格：φ12.7mm           理论磨削量：0.16mm

使用磨料：300目              卸车尺寸：φ12.73^+0.01mm

加工压力：2KN                主轴转速：40r/min

加入柴油作为油剂，每隔50分钟添加一次混磨剂。

初研卸车后达到的技术指标：加工后球直径变动量0.20μm，球形误差0.20μm，表面粗糙度Ra0.04μm。

4.精研工序

加工规格：φ12.7mm             理论磨削量：0.02mm

使用磨料：280目                卸车尺寸：φ12.71^+0.01mm

加工压力：1.0KN                主轴转速：40r/min

加入柴油作为油剂，每隔50分钟添加一次混磨剂。

精研卸车后达到的技术指标：加工后球直径变动量0.10μm，球形误差0.10μm，表面粗糙度Ra0.012μm。

5.超精研工序

加工规格：φ12.7mm               理论磨削量：0.01mm

卸车尺寸：φ12.7^+0.002mm         加工压力：0.7KN

主轴转速：25r/min

加入柴油作为油剂，不加混磨剂。

超精研卸车后达到的技术指标：加工后球直径变动量0.07μm，球形误差0.04μm，表面粗糙度Ra0.004μm。

6.提光工序

超精研工序后，在显微镜下观察，球的表面很理想，只是肉眼观察球表面有些发乌，为了使球表面发亮，对球表面进行提光。

提光剂：氧化铬                 加工压力：0.5KN

主轴转速：20r/min

卸车后球表面光亮。

7.将加工好的氮化硅陶瓷球取出洗净，选择并进行包，该工序无特殊要求。

采用上述工艺加工后氮化硅球表面光亮，球批直径变动量0.09μm，球直径变动量0.07μm，球形误差0.04μm，表面粗糙度Ra0.004μm，圆度0.04μm。产品综合性能指标达到G3级精度要求。

Claims (10)

1.一种G3级氮化硅球加工工艺，其特征在于，包括以下步骤：

a.消除毛坯工件内应力；

b.粗磨；将步骤a中消除内应力的毛坯工件放入立式循环研球机上进行粗磨加工，并加入油剂和混磨剂，加工后球直径变动量小于0.5μm，球形误差小于0.5μm，表面粗糙度小于0.10μm；

c.初研；将粗磨后的工件在立式循环研球机上进行初研加工，并加入油剂和混磨剂，加工后球直径变动量小于0.25μm，球形误差小于0.25μm，表面粗糙度Ra小于0.05μm；

d.精研；将初研后的工件在立式循环研球机上进行精研加工，并加入油剂和混磨剂，加工后球直径变动量小于0.12μm，球形误差小于0.12μm，表面粗糙度Ra小于0.012μm；

e.超精研；将精研后的工件在立式循环研球机上进行超精研加工，加入油剂，不加混磨剂，加工后球直径变动量小于0.08μm，球形误差小于0.08μm，表面粗糙度Ra小于0.010μm；

f.提光处理；将超精研的工件在立式循环研球机上进行提光处理，加工后球表面光亮，球直径变动量小于0.08μm，球形误差小于0.08μm，表面粗糙度Ra小于0.010μm；

g.将加工好的氮化硅陶瓷球取出洗净，选择并进行包装。

2.根据权利1所述的G3级氮化硅球加工工艺，其特征在于：步骤a中所述的消除毛坯工件内应力是指将毛坯工件在加热设备上加热6～8小时，达到130～160℃，然后空冷到室温。

3.根据权利2所述的G3级氮化硅球加工工艺，其特征在于：所述的加热设备为烘干箱或加热炉。

4.根据权利1所述的G3级氮化硅球加工工艺，其特征在于：步骤b、c、d、e中的所述的油剂是柴油；所述的混磨剂是由不同工序中的不同粒度的磨料和硬脂酸按重量比1/2～3/4在混磨机上充分混磨制成，并且在步骤b、c、d中每隔30～60分钟添加一次混磨剂。

5.根据权利4所述的G3级氮化硅球加工工艺，其特征在于：所述的磨料是氧化铝或碳化硅或碳化硼。

6.根据权利1或4或5所述的G3级氮化硅球加工工艺，其特征在于：步骤b中磨料粒度为320～300目，加工压力为1.5～3KN，主轴转速为60r/min。

7.根据权利1或4或5所述的G3级氮化硅球加工工艺，其特征在于：步骤c中磨料粒度为320～300目，加工压力为0.5～1.5KN，主轴转速为30～40r/min。

8.根据权利1或4或5所述的G3级氮化硅球加工工艺，其特征在于：步骤d中磨料粒度为300～280目，加工压力为0.5～1.0KN，主轴转速为30～40r/min。

9.根据权利1所述的G3级氮化硅球加工工艺，其特征在于：步骤e中加工压力为0.4～0.8KN，主轴转速为20～30r/min。

10.根据权利1所述的G3级氮化硅球加工工艺，其特征在于：步骤f中提光处理是在柴油油剂中添加氧化铬进行研磨提光，其中的参数为：加工压力为0.4～0.8KN，主轴转速为20～30r/min。