專利名稱：一種軸承鋼球的研磨方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋼球的生產(chǎn)工藝方法。
軸承鋼球的制造加工中，在最后工序，使用游離磨料研磨法在立式或臥式等各種研球機上加工是當今獲得高精度成品鋼球的通用方法。其目的是進一步提高鋼球的球形精度、表面質(zhì)量、尺寸精度、振動性能等諸成品質(zhì)量。這種研磨方法中，磨料的粒度是設備以外至關(guān)重要的因素之一，同種磨料中，顆粒太粗則表面等質(zhì)量不好，而顆粒太細則研磨效率太低，導致精度質(zhì)量、表面質(zhì)量很難提高，同時，磨料的供應市場上的最小粒度檔次有限也是個限制因素，所以，磨料的粒度情況是這種研磨方法的主要矛盾集中點之一。
鑒于上述情況，鋼球研磨加工實踐中，普通采取兩種方法來協(xié)調(diào)矛盾一是分兩道或者多道工序研磨，即所謂初研、精研和超精研，前者初研用稍粗磨料以求效率，后道精研用稍細磨料以求更高精度；二是利用磨料自然細化過程，即在工序初時一次性加入磨料，加工周期的初期磨料較粗具有磨削效率，隨著加工直行，磨料逐漸被碾細，后期主要起精度加工作用。
因此，以上協(xié)調(diào)矛盾的綜合方法中，磨料是否能在有效加工周期內(nèi)充分而徹底地被細化，是研磨加工中有關(guān)質(zhì)量和效率的關(guān)鍵因素，此前主要有三種具體技術(shù)實現(xiàn)以上研磨操作過程1．研磨膏法，磨料和潤滑劑配成膏狀，利用油膏的吸附性使磨料粘在鋼球的表面和磨盤表面，粘附作用強。原理上的缺點是局部而言，磨料和潤滑劑的補充(再涂、濕潤)作用很弱；也會粘附在其它接觸到的非加工面上，而不參與細化過程，在后續(xù)的輔助操作中，引發(fā)質(zhì)量問題。后續(xù)輔助可在其后補充使用大液量研磨液循環(huán)潤滑研磨(選擇使用)。
2．單組分研磨液大液量循環(huán)研磨法(簡稱大液量法)，磨料在鋼球表面、磨盤表面有一定粘附，但比較弱，磨料主要存在于大量研磨液中，通過研磨液的循環(huán)在鋼球、磨盤表面與研磨液間保持動態(tài)平衡。此法中，因研磨液量多，磨料在加工表面的機會很少，而且因為研磨液循環(huán)的不均勻、磨料在研磨液中的不均勻(比如沉降)、死角等等原因，磨料不均等細化，未集中利用的缺點明顯地大。
3．懸浮液法，此法在大液量法的基礎上，增加使用具有較好粘附作用的懸浮液以此可改變磨料在加工表面與研磨液之間存在量的動態(tài)平衡關(guān)系，磨料較大量地附著在鋼球、磨盤表面，但仍未排除不均等細化。
除以上述敘外，三種方法另各有其它優(yōu)缺點，其中對于某些廠家、工藝，有些缺點甚至是難以接受的。比如研磨膏法對于立式機床有進球不順的致命缺點，懸浮液法清洗難度大，等等。
本發(fā)明的目的是提供一種軸承鋼球的研磨方法，它在保證研磨液恒穩(wěn)循環(huán)的基礎條件下，用小量或極小量的循環(huán)總液量，最優(yōu)化地利用了磨料的細化過程，并恰當?shù)乩昧四チ媳怀浞?、徹底地細化的結(jié)果，高效率地生產(chǎn)出高質(zhì)量的鋼球。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種軸承鋼球的研磨方法，用游離磨料、研磨液在研磨機上進行，所述研磨液在保證恒穩(wěn)循環(huán)的基礎條件下，循環(huán)總液量越小越好，即小液量循環(huán)研磨液研磨；所述研磨液參與循環(huán)的總液量最好小于50升。
本發(fā)明進一步的技術(shù)方案是一種軸承鋼球的研磨方法，用游離磨料、研磨液在研磨機上進行，所述研磨液在保證恒穩(wěn)循環(huán)的基礎條件下，循環(huán)總液量越小越好，即小液量循環(huán)研磨液研磨；所述研磨液參與循環(huán)的總液量最好小于50升；所述鋼球在進行小液量循環(huán)研磨液研磨后，再進行大液量循環(huán)研磨液研磨。
游離磨料研磨法，對于鋼球研磨來說，原理上共同的要求是磨料需存在于被加工件即鋼球表面與磨盤表面之間的接觸區(qū)中，通過磨料對鋼球?qū)嵤┭心?，同時，磨料自身被研細。磨料的施加方式不同，產(chǎn)生了不同的具體研磨工藝。
研磨共同特點1．由磨料(A)和研磨液即潤滑冷卻液(B)組成研磨劑(C)，假設其數(shù)量也用其代號表示，則A+B=C。
2．A、B、C分別存在于兩種情況中附在鋼球表面或研磨盤加工表面上的研磨劑才有機會在鋼球的一個循環(huán)加工周期中起研磨作用，這是第一種情況，這一類研磨劑的組合，假設稱作工作相，用腳標F代表；此外的研磨劑，游離在工作表面之外，不起研磨作用，假設稱空閑相，用腳標E代表；兩相合在一起，是該批加工的所有總和，假設稱作總相，用腳標O代表，則AF+AE=AO,BF+BE=BO,CF+CE=CO；抽象圖如

圖1。
兩個相不是彼此孤立的，F(xiàn)相的物料與E相的物料在實際循環(huán)研磨加工中，會發(fā)生相互轉(zhuǎn)換。對于一定的研磨液配制方法，在兩相界面間會存在一個動態(tài)平衡
不同的研磨劑配制方法，有不同的平衡系數(shù)K。
以上分析是假定所有磨料顆粒是同性的。但是實際工作情況，億萬個磨料是不相同的，有的顆粒粗，有的細，被研細前粗，研細后細，而磨料的粗細又是磨料性質(zhì)的關(guān)鍵因素?？紤]到磨料之間的這種區(qū)別，則空閑相中的磨料，在一個加工周期中是否有足夠的機會轉(zhuǎn)移到工作相中停留足夠長的時間就也是相當重要的因素。
這種由大量磨料個體所組成的集合的行為，利用分布函數(shù)概念來處理，可獲得清晰明了的數(shù)理效果。
某一顆磨料，很可能多次進入工作相，又多次從工作相中出來，在該批磨料總的加工周期(其時間假設為θ)，假設其在工作相中的停留時間為θ。根據(jù)大量個體的統(tǒng)計行為，不同的磨料顆粒，有不同的停留時間。具有相同停留時間θ+dθ的磨料數(shù)dA在總磨料數(shù)A中所占的分率dA/A，會根據(jù)停留時間的不同發(fā)生變化，這就是磨料在工作相中的停留時間對總磨料數(shù)的分布dAA=F(θ)dθ]]>F(θ)就是磨料在工作相中的停留時間分布函數(shù)或稱分布密度函數(shù)，如圖2，函數(shù)F(θ)本身大小并不代表分率的大小，其曲線下面積(圖中陰影區(qū))才是分率dA/A的大小。
利用以上數(shù)學工具，可以對研磨行為進行分析，此處作簡單定性分析。
通過前面的分析可以知道，就磨料的顆粒大小而言，理想的研磨，需要滿足兩個基本條件1．磨料需具有合適的粒度，大小盡量均勻一致；2．所有磨料，盡量經(jīng)過同等的研磨過程。
第一個條件只能通過對磨料供應的選擇來滿足，而第二個條件的滿足情況與研磨方法有關(guān)，也是研磨方法的區(qū)別關(guān)鍵所在。
此處從分布函數(shù)概念出發(fā)，來分析研磨方法，即考慮上述第二個基本條件。理想的研磨方法，應該具備這三條要求1．有盡量大的平均停留時間θ。θ越接近該批磨料的整個加工周期θlot越好。θ-=∫0θlotθF(θ)dθ→θlot]]>θ越大，代表所有磨料越集中在工作相中，有最大的研磨效率。2．分布函數(shù)半高寬Δθ越小越好，半高寬定義為，滿足條件
θ′與θ″之間的差值絕對值。Δθ12→0]]>。Δθ12]]>代表的是分率的離散情況，Δθ12]]>越小，所有磨料越能得到勻速的使用和細化，實現(xiàn)圖3的理想研磨。
3．停留時間分布的方差σθ2，越小越好。方差σθ2代表各停留時間與平均停留時間的離散情況，σθ2越大，個別磨料未經(jīng)充分使用并細化的程度就越大，或過分使用并細化的程度越大，越易引起表面質(zhì)量問題。σθ2=(θ-θ-)2---------=∫0θlot(θ-θ-)2FF(θ)dθ→0]]>綜合這三方面的要求，得知，最理想的研磨方法，其磨料在工作相中的停留時間與分布函數(shù)，應該是一條θ=θ=θlot的直線，如圖4，實際的研磨操作，當然達不到理想狀態(tài)，應爭取盡量滿足。
滿足第1條要求的方法與第2條是相近似的，即爭取AF/AO→1,AF/AO→0,AF→AO。有3條途徑(1)提高BF。通過研磨液的配方等技術(shù)提高研磨液在工作表面的吸附，但BF的提高是有限的。研磨膏法、懸浮液法、研磨液單組分法都有考慮。
(2)提高平均系數(shù)K
K越大，則(AF/AO)越大。懸浮液法就是在單組分研磨液法的基礎上，通過外加懸浮液來提高K。當然研磨液法本身也可有提高K值的考慮，也是研磨液質(zhì)量好壞的性能之一。
(3)減小CE。研磨膏法就是通過將CE減少至趨向于零，使平均研磨時間大大提高，但是這種結(jié)果是在無意識下得到的。而懸浮液法和大液量法，CE值很大，導致磨料在工作中平均停留時間縮小，是不利因素。
滿足第3條要求，關(guān)鍵有兩條(4)F相與E相之間磨料、物料顆粒相互交換的頻率和速度。研磨液循環(huán)就含有這個目的，而研磨膏法因為交換的頻率和速度太低，如果存在雙向交換，就存在質(zhì)量缺陷。
(5)提高E相中各個磨料在E相中不同位置的相互交換或速度。即加強研磨液對磨料的懸浮能力，加強E相中全量的攪拌程度。
圖5是以前各研磨法中，磨料在F相中的停留時間分布函數(shù)圖特點是研磨膏法θ大，好；Δθ12]]>較小，好；σθ2大，差。懸浮液法θ較大，可以；Δθ12]]>較大，不好；σθ2較大，差。大液量法θ較小，差；Δθ12]]>較大，差；σθ2較大，差。根據(jù)以上3項要求，本發(fā)明可以通過小液量循環(huán)研磨液研磨法(簡稱小液量法)，實現(xiàn)磨料分布的最優(yōu)化過程，其分布函數(shù)如圖6，其優(yōu)點是θ大，Δθ12]]>小，σθ2小。本發(fā)明技術(shù)除了主要解決此前技術(shù)在磨料粒度方面的問題外，另外也解決了其它缺陷，如下表
實施例一種軸承鋼球的研磨方法，用游離磨料、研磨液在研磨機上進行，所述研磨液在保證恒穩(wěn)循環(huán)的基礎條件下，循環(huán)總液量越小越好，即小液量循環(huán)研磨液研磨；所述研磨液參與循環(huán)的總液量最好小于50升；所述鋼球在進行小液量循環(huán)研磨液研磨后，再進行大液量循環(huán)研磨液研磨。鋼球先進行小液量循環(huán)研磨液研磨，能夠保證較高的研磨效率，因為此時的研磨液中的磨料濃度比較高，而后鋼球再進行大液量循環(huán)研磨液研磨時，研磨液中的磨料濃度比較低，并且此時的磨料已經(jīng)徹底細化，能夠保證鋼球的研磨質(zhì)量。
一．機床的改進此前技術(shù)的鋼球大循環(huán)研磨機床中，工作時研磨循環(huán)主要流經(jīng)五個區(qū)域，即1．兩研磨盤之間的加工區(qū)；2．輸球?qū)Лh(huán)等輸球、貯球區(qū)；3．機床底座等的回流區(qū)；4．泵和管道等的研磨液輸送區(qū)；5．磨液箱即研磨液貯存區(qū)。
在這種機床中，進行設備技術(shù)改進，改進的目的主要有三個1．減少各區(qū)及至全研磨液循環(huán)流程中的動態(tài)貯存數(shù)量，以實現(xiàn)研磨液極少量循環(huán)；2．減少、根除循環(huán)流程當中的死角，以實現(xiàn)盡量完全、均勻的循環(huán)；3．提高接觸到研磨液的材料表面光滑性和防粘性，以實現(xiàn)減少磨料在其表面的粘附促進循環(huán)。
二．研磨液、磨料的準備1．選用DHL-MA-1901鋼球研磨液；2．或者選用、配制其它水性或油性研磨液，使它在具有研磨液的潤滑、冷卻、沖洗、助研等通常功能外，另有粘度適當?shù)偷奶攸c，以便實現(xiàn)循環(huán)液量盡量小的目的。因為，毛細粘附作用，粘度越大，研磨液在鋼球之間及全區(qū)域里就貯存越多，循環(huán)速度越慢，總循環(huán)量越大；3．將選用、配制后的研磨液充入大、小研磨液箱中，研液可連續(xù)多批使用，因蒸發(fā)等損失時，可補充，有效成分失效或污染太重時，需要更換新研磨液，更換周期根據(jù)工藝具體情況而定；4．磨料準備將工藝額定量的磨料用少量研磨液充分潤濕分散，(按每批鋼球工藝額定量分開單獨潤濕，不許和在一起總潤濕再分開加注，以免計量失誤)，磨料的品種可根據(jù)工序情況在碳化硅微粉、氧化鋁微粉、氧化鉻微粉中選用；磨料的規(guī)格粒度可以在W40-W0.5之間選用，甚至W0.1；磨料的額定數(shù)量根據(jù)磨料情況、鋼球要求磨削量情況、鋼球該工序要求質(zhì)量情況而定。
三．啟動機床1．將本工序待加工鋼球均勻投入輸球?qū)Лh(huán)和研磨盤內(nèi)；2．啟動研磨液小液量循環(huán)系統(tǒng)，充分潤濕鋼球；3．啟動、調(diào)整機床，在規(guī)定工藝壓力、轉(zhuǎn)速下，使鋼球作正常循環(huán)加工；4．調(diào)整小循環(huán)液量，使研液極少量循環(huán)正常進行，即循環(huán)量太少時，手動或自動補充，量太多時，手動排除；5．直至鋼球循環(huán)、研磨液循環(huán)都已正常時，即為啟動工作完成。
四．小液量循環(huán)研磨1．把該批鋼球工藝額定數(shù)量的已充分潤濕的磨料，從磨料加注口一次性緩慢地加入循環(huán)研磨液中，要防止加入速度太快而引起循環(huán)輸送管路堵塞。
2．按工藝規(guī)定調(diào)整研磨的壓力、轉(zhuǎn)速等；3．監(jiān)控機床工作狀態(tài)；
4．質(zhì)檢判斷小液量加工完成時刻，完成和判斷條件按以下選擇(1)尺寸達到工藝規(guī)定的磨量(或留量)；(2)達到本小液量工藝的鋼球質(zhì)量，當工藝穩(wěn)定時，可能改用按時間控制完成條件；5．小液量循環(huán)加工中的液量參數(shù)選擇在保證恒穩(wěn)循環(huán)(即不出現(xiàn)斷流、堵流)的基礎上，總循環(huán)液量越少越好，可在1-50升之間選擇，最佳是在2-10升之間選擇，液量跟機床型號規(guī)格有關(guān)，跟所加工球的規(guī)格數(shù)量有關(guān)，跟研液箱生效容積有關(guān)，跟研磨液情況有關(guān)，其數(shù)量的控制基本上已在一、二兩個步驟中完成。
五．輔助研磨、轉(zhuǎn)換成大液量循環(huán)研磨1．啟動大液量研磨液循環(huán)系統(tǒng)，同時關(guān)閉小液量循環(huán)系統(tǒng)；2．無需另加磨料，利用在小液量循環(huán)研磨過程中已充分而徹底地被細化了的磨料，進行研磨加工，以進一步提高、保證鋼球質(zhì)量；3．監(jiān)控、調(diào)整機床，直至達到質(zhì)量要求，也可望根據(jù)工藝具體要求，在工藝固定時，有效地轉(zhuǎn)化為按時間控制來判斷完成時刻。
權(quán)利要求
1．一種軸承鋼球的研磨方法，用游離磨料、研磨液在研磨機上進行，其特征在于所述研磨液在保證恒穩(wěn)循環(huán)的基礎條件下，循環(huán)總液量越小越好，即小液量循環(huán)研磨液研磨。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軸承鋼球的研磨方法，其特征在于所述研磨液參與循環(huán)的總液量最好小于50升。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種軸承鋼球的研磨方法，其特征在于所述鋼球在進行小液量循環(huán)研磨液研磨后，再進行大液量循環(huán)研磨液研磨。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種軸承鋼球的研磨方法,用游離磨料、研磨液在研磨機上進行,所述研磨液在保證恒穩(wěn)循環(huán)的基礎條件下,循環(huán)總液量越小越好,即小液量循環(huán)研磨液研磨;所述鋼球在進行小液量循環(huán)研磨液研磨后,再進行大液量循環(huán)研磨液研磨。該方法解決了此前技術(shù)中存在的加工質(zhì)量、效率、操作性、重復性(再現(xiàn)性)等諸多加工要素之間的矛盾。
文檔編號B24B37/025GK1219454SQ9710632
公開日1999年6月16日 申請日期1997年3月13日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月13日
發(fā)明者周東海 申請人:周東海