［摘要］本文通過(guò)對(duì)鋼球直徑變動(dòng)量的不均勻性對(duì)軸承異音的影響進(jìn)行了分析并提出了超精研工序（研Ⅲ），從而提高球直徑變動(dòng)量的一致性，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。
［關(guān)鍵詞］球直徑變動(dòng)量鋼球精度超精研（研Ⅲ）

一、概述
鋼球是球軸承中的重要零件，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民的需求提高，球軸承被廣泛地應(yīng)用到家用空調(diào)、洗衣機(jī)、電冰箱的電機(jī)之中，這些被裝配的軸承除壽命、精度、振動(dòng)要求之外，最重要的指標(biāo)之一就是異音，而鋼球就是產(chǎn)生軸承異音的主要原因之一。因此研究鋼球影響軸承異音的問(wèn)題，并從工藝和質(zhì)量控制方面加以解決，就能極大地提高軸承質(zhì)量。

二、球的直徑變動(dòng)量VDWS
球的直徑變動(dòng)量VDWS 的不均勻也是影響軸承異音的關(guān)鍵因素之一。當(dāng)然鋼球的表面質(zhì)量是影響軸承異音的重要因素，鋼球表面存在著擦傷、劃條、黑點(diǎn)等缺陷，鋼球裝入軸承后用S0910 軸承振動(dòng)儀進(jìn)行合套試驗(yàn)時(shí)就會(huì)發(fā)出異音。但這些問(wèn)題比較直觀（在放大鏡和目視下均可發(fā)現(xiàn)）。我公司在供某著名軸承公司鋼球時(shí)，開(kāi)始退貨率達(dá)到70%，退貨的主要原因就是表面質(zhì)量而引起的異音，2009 年以后大批使用JQ鋼球光電外觀自動(dòng)檢測(cè)儀后，由于該儀器采用非接觸式光學(xué)方法并基于計(jì)算機(jī)圖像處理和模式識(shí)別，被檢鋼球浸泡在油中不會(huì)產(chǎn)生新的擦劃傷，經(jīng)過(guò)該機(jī)挑出表面缺陷球后，退貨率馬上降至20%。2010 年著名軸承公司要求我司送檢5/16＂G10Z4鋼球，經(jīng)合套100套檢驗(yàn)，我們?nèi)杂?0套的部分產(chǎn)品存在異音，這批送檢產(chǎn)品除經(jīng)過(guò)光電外觀機(jī)100%檢驗(yàn)，又經(jīng)過(guò)人工目視外觀，表面質(zhì)量應(yīng)該是可靠的，為什么會(huì)出現(xiàn)以上問(wèn)題呢？

為此我公司專門收集國(guó)外著名廠家一家，國(guó)內(nèi)著名廠家一家和我公司產(chǎn)品共3 種，分成A、B、C 進(jìn)行了全項(xiàng)精度檢查，每樣品各取十粒，現(xiàn)將檢查結(jié)果比較如下（其中C 為我公司產(chǎn)品）

表1 儀器型號(hào)：WILSON圓度波紋儀GS-1A 單粒鋼球振動(dòng)儀

編號(hào)	直徑DW （mm）	球直徑變動(dòng)量 VDWS (μm)	精態(tài)波紋度 (μm)	動(dòng)態(tài)波紋度 (μm)	加速度（db）范圍 26.5～28
A	3.969mm	0.19	0.008	28.1	28
		0.17	0.007	27.2
		0.18	0.008	27.7
		0.18	0.009	28.5
		0.18	0.008	27.5
		0.16	0.009	28.2	26.5
		0.19	0.008	29.1	28
		0.17	0.007	27.2
		0.18	0.008	27.2
		0.17	0.007	27.2

編號(hào)	直徑DW （mm）	球直徑變動(dòng)量 VDWS (μm)	精態(tài)波紋度 (μm)	動(dòng)態(tài)波紋度 (μm)	加速度（db）范圍 27.5～30
B	3.969mm	0.16	0.009	28.3
		0.19	0.009	29.4	30
		0.17	0.009	28.1
		0.17	0.008	28.8
		0.19	0.009	27.5	30
		0.20	0.008	27.9	30
		0.16	0.009	28.6
		0.17	0.009	29.1
		0.18	0.009	28.2
		0.18	0.008	27.9

編號(hào)	直徑DW （mm）	球直徑變動(dòng)量 VDWS (μm)	精態(tài)波紋度 (μm)	動(dòng)態(tài)波紋度 (μm)	加速度（db）范圍 27.5～30
C	3.969mm	0.17	0.010	30.3
		0.29	0.0106	35.2	31
		0.22	0.008	29.2
		0.20	0.008	29.4
		0.19	0.010	29.1	30.5
		0.28	0.009	29.4	30.5
		0.20	0.010	32.5
		0.16	0.010	28.3
		0.22	0.008	29.4
		0.22	0.009	30

從以上測(cè)試結(jié)果可以看出幾個(gè)問(wèn)題。

（一）三種產(chǎn)品相比較：
1.A 產(chǎn)品的球直徑變動(dòng)量VDWS 均勻性較好 ?級(jí)差R 0.19 – 0.16 = 0.03 db R 28-26.5=1.5
2.B 產(chǎn)品的球直徑變動(dòng)量VDWS 均勻性稍差 ?級(jí)差R 0.20 – 0.16 = 0.04 db R 30-27.5=2.5
3.C 產(chǎn)品的球直徑變動(dòng)量VDWS 均勻性差 ?級(jí)差R 0.29 – 0.16 = 0.13 db R 31-28=3.0

（二）用GS-1A 單粒鋼球振動(dòng)儀和VILSON 圓度波紋度儀的分析結(jié)果：鋼球單粒振動(dòng)值（db）和球直徑變動(dòng)量VDWS 有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，球直徑變動(dòng)量VDWS較大其單粒鋼球振動(dòng)值較高，反之則較低。

（三）鋼球在裝入軸承進(jìn)行合套測(cè)振和異音檢查時(shí)通常是裝入七?；虬肆ｄ撉?，當(dāng)其中一?；蚨Ｓ休^大的振動(dòng)，必然會(huì)產(chǎn)生不和諧的異音，而且鋼球的VDWS 不合格數(shù)約占被檢測(cè)鋼球20%左右和退貨量比較接近，因此可以判斷球直徑變動(dòng)量VDWS 的不均勻也是影響軸承異音的關(guān)鍵因素之一。

三、提高鋼球精度，降低球軸承異音
從以上對(duì)比可以看出用原來(lái)的工藝方法和采用GB308-2002 標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的G10級(jí)鋼球已經(jīng)不能滿足軸承行業(yè)的靜音軸承要求，要為更高級(jí)的用戶供貨，起碼內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)要提高到G5 級(jí)，為此我們修改了工藝和質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，增加了研Ⅲ工序和修改了檢查方法。

四、超精研（研Ⅲ）
超精研Ⅲ工序就是在原來(lái)二遍精研基礎(chǔ)上再增加一遍精研，也稱研Ⅲ，為做到精細(xì)加工，還需要注意以下問(wèn)題：
(1)調(diào)整機(jī)床精度，采用3M4925 機(jī)床和德國(guó)SMS720 精研機(jī)，應(yīng)調(diào)整機(jī)床和更換主軸軸承使端面跳動(dòng)和徑向跳動(dòng)精度達(dá)到0.02mm 以內(nèi)，修復(fù)上下研磨板同軸度達(dá)到0.02mm 以內(nèi)，機(jī)床的料盤要增加自動(dòng)保護(hù)裝置，在堆球時(shí)可自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)球量或停機(jī)。
(2)采用德國(guó)ROXTH 公司的超精研板或國(guó)內(nèi)著名品牌的超精研板, 該板以石墨與鐵素體為基本組織,不允許有硬質(zhì)點(diǎn)和砂眼氣孔,板的硬度應(yīng)控制在150-130HB 以內(nèi)。
(3)加工板溝時(shí)應(yīng)采用數(shù)顯立式機(jī)床，用成型刀加工,少壓溝，多磨溝，先連續(xù)裝幾盤球進(jìn)行研磨加工,待板溝吻合后,再進(jìn)行研Ⅲ加工,少壓溝的目的是避免板溝回彈使溝走形,多磨溝既可提高機(jī)床利用率,減少輔助時(shí)間又可使板溝光滑。
(4)超精研的加工量應(yīng)控制在0.3μm 以內(nèi),一般來(lái)講研Ⅱ工序的成品球均應(yīng)達(dá)到G10 級(jí)標(biāo)準(zhǔn),其VDWS 均在0.25μm 以內(nèi),超精研的目的是為了提高精度,減少散差,而且超精研板始終要保持一個(gè)規(guī)矩的溝型,用它來(lái)修磨整批球。
(5)在南方由于空氣濕度較大,為防止銹蝕產(chǎn)生,建議使用英國(guó)BP 公司生產(chǎn)的BPOLEX-5452G 循環(huán)液或者是洛陽(yáng)航達(dá)生產(chǎn)的類似循環(huán)液，保持在加工過(guò)程中不斷吸渣，以去除板溝剝落的鐵粉和被加工鋼球的鐵屑，以免產(chǎn)生新的擦劃傷，一旦發(fā)現(xiàn)球的表面和精度均不好時(shí)要主動(dòng)更換磨液。
(6)研磨料采用W0.5 μm的白鋼玉或人造金剛石微粉，每盤球150kg可加入1 克，一般當(dāng)水箱內(nèi)濃度達(dá)到可研磨2~3 盤球后再加入1 克。
(7)加工時(shí)間24 小時(shí)，機(jī)床轉(zhuǎn)速15 轉(zhuǎn)/分，壓力根據(jù)球徑大小控制在3KN~5KN,加工＜3mm小球的壓力要更小些。
(8)為避免內(nèi)溝和外溝的直徑差應(yīng)堵溝和減少溝槽數(shù)，原3M4725 機(jī)床板徑為720mm,內(nèi)徑為290mm,現(xiàn)改為內(nèi)徑為420mm，原內(nèi)外溝道的周長(zhǎng)比為0.4，現(xiàn)內(nèi)外溝道的周長(zhǎng)比為0.6，3M4725 機(jī)床均在出球處裝有撥球器，因此可以進(jìn)一步減少散差。

經(jīng)過(guò)超精研Ⅲ加工后的鋼球測(cè)試數(shù)據(jù)如表2。
表2 儀器型號(hào)：WILSON圓度波紋儀GS-1A 單粒鋼球振動(dòng)儀

編號(hào)	直徑DW （mm）	球直徑變動(dòng)量 VDWS (μm)	精態(tài)波紋度 (μm)	動(dòng)態(tài)波紋度 (μm)	加速度（db）范圍 27.5～30
	3.969mm	0.17	0.009	28.1
		0.17	0.009	28.6
		0.17	0.010	29.5
		0.18	0.009	29.6	30.5
		0.17	0.008	29.6
		0.17	0.009	28.6
		0.18	0.009	29.6	30.5
		0.17	0.008	28.1
		0.17	0.009	28.6
		0.17	0.009	28.3

以上結(jié)果可以看出，球直徑變動(dòng)量VDWS 均勻性大為改善,級(jí)差R0.18-0.17=0.01，比原來(lái)有所提高，振動(dòng)值散差db 30.5-29=1.5db，均勻性也有一定的改善。產(chǎn)品基本達(dá)到國(guó)內(nèi)著名廠家的精度水平,與國(guó)外相比仍有一定的差距,主要體現(xiàn)在靜態(tài)波紋度還有一定差距,從而使單粒鋼球的振動(dòng)值與國(guó)外相比還有2 個(gè)db 的差距,以后應(yīng)加強(qiáng)在磨料方面的選擇和加工壓力的研究,盡量達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

結(jié)論：
1.超精研加工是提高產(chǎn)品球直徑變動(dòng)VDWS 均勻性的有效途徑,可以使產(chǎn)品的合套率大為提高,軸承的旋轉(zhuǎn)精度也有相應(yīng)提高。
2.球直徑變動(dòng)量的一致性好,使單粒鋼球的振動(dòng)加速度db 的散差縮小,使軸承的異音大為降低。

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