增加超精研工序提高轴承钢球精度，降低球轴承异音

［摘要］本文通过对钢球直径变动量的不均匀性对轴承异音的影响进行了分析并提出了超精研工序（研Ⅲ），从而提高球直径变动量的一致性，提高了产品质量。
［关键词］球直径变动量钢球精度超精研（研Ⅲ）

一、概述
钢球是球轴承中的重要零件，随着国民经济的发展和人民的需求提高，球轴承被广泛地应用到家用空调、洗衣机、电冰箱的电机之中，这些被装配的轴承除寿命、精度、振动要求之外，最重要的指标之一就是异音，而钢球就是产生轴承异音的主要原因之一。因此研究钢球影响轴承异音的问题，并从工艺和质量控制方面加以解决，就能极大地提高轴承质量。

二、球的直径变动量VDWS
球的直径变动量VDWS 的不均匀也是影响轴承异音的关键因素之一。当然钢球的表面质量是影响轴承异音的重要因素，钢球表面存在着擦伤、划条、黑点等缺陷，钢球装入轴承后用S0910 轴承振动仪进行合套试验时就会发出异音。但这些问题比较直观（在放大镜和目视下均可发现）。我公司在供某著名轴承公司钢球时，开始退货率达到70%，退货的主要原因就是表面质量而引起的异音，2009 年以后大批使用JQ钢球光电外观自动检测仪后，由于该仪器采用非接触式光学方法并基于计算机图像处理和模式识别，被检钢球浸泡在油中不会产生新的擦划伤，经过该机挑出表面缺陷球后，退货率马上降至20%。2010 年著名轴承公司要求我司送检5/16＂G10Z4钢球，经合套100套检验，我们仍有20套的部分产品存在异音，这批送检产品除经过光电外观机100%检验，又经过人工目视外观，表面质量应该是可靠的，为什么会出现以上问题呢？

为此我公司专门收集国外著名厂家一家，国内著名厂家一家和我公司产品共3 种，分成A、B、C 进行了全项精度检查，每样品各取十粒，现将检查结果比较如下（其中C 为我公司产品）

表1 仪器型号：WILSON圆度波纹仪GS-1A 单粒钢球振动仪

编号	直径DW （mm）	球直径变动量 VDWS (μm)	精态波纹度 (μm)	动态波纹度 (μm)	加速度（db）范围 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

编号	直径DW （mm）	球直径变动量 VDWS (μm)	精态波纹度 (μm)	动态波纹度 (μm)	加速度（db）范围 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

编号	直径DW （mm）	球直径变动量 VDWS (μm)	精态波纹度 (μm)	动态波纹度 (μm)	加速度（db）范围 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

从以上测试结果可以看出几个问题。

（一）三种产品相比较：
1.A 产品的球直径变动量VDWS 均匀性较好  级差R 0.19 – 0.16 = 0.03 db R 28-26.5=1.5
2.B 产品的球直径变动量VDWS 均匀性稍差  级差R 0.20 – 0.16 = 0.04 db R 30-27.5=2.5
3.C 产品的球直径变动量VDWS 均匀性差  级差R 0.29 – 0.16 = 0.13 db R 31-28=3.0

（二）用GS-1A 单粒钢球振动仪和VILSON 圆度波纹度仪的分析结果：钢球单粒振动值（db）和球直径变动量VDWS 有一定的对应关系，球直径变动量VDWS较大其单粒钢球振动值较高，反之则较低。

（三）钢球在装入轴承进行合套测振和异音检查时通常是装入七粒或八粒钢球，当其中一粒或二粒有较大的振动，必然会产生不和谐的异音，而且钢球的VDWS 不合格数约占被检测钢球20%左右和退货量比较接近，因此可以判断球直径变动量VDWS 的不均匀也是影响轴承异音的关键因素之一。

三、提高钢球精度，降低球轴承异音
从以上对比可以看出用原来的工艺方法和采用GB308-2002 标准生产的G10级钢球已经不能满足轴承行业的静音轴承要求，要为更高级的用户供货，起码内控标准要提高到G5 级，为此我们修改了工艺和质量控制标准，增加了研Ⅲ工序和修改了检查方法。

四、超精研（研Ⅲ）
超精研Ⅲ工序就是在原来二遍精研基础上再增加一遍精研，也称研Ⅲ，为做到精细加工，还需要注意以下问题：
(1)调整机床精度，采用3M4925 机床和德国SMS720 精研机，应调整机床和更换主轴轴承使端面跳动和径向跳动精度达到0.02mm 以内，修复上下研磨板同轴度达到0.02mm 以内，机床的料盘要增加自动保护装置，在堆球时可自动调节进球量或停机。
(2)采用德国ROXTH 公司的超精研板或国内著名品牌的超精研板, 该板以石墨与铁素体为基本组织,不允许有硬质点和砂眼气孔,板的硬度应控制在150-130HB 以内。
(3)加工板沟时应采用数显立式机床，用成型刀加工,少压沟，多磨沟，先连续装几盘球进行研磨加工,待板沟吻合后,再进行研Ⅲ加工,少压沟的目的是避免板沟回弹使沟走形,多磨沟既可提高机床利用率,减少辅助时间又可使板沟光滑。
(4)超精研的加工量应控制在0.3μm 以内,一般来讲研Ⅱ工序的成品球均应达到G10 级标准,其VDWS 均在0.25μm 以内,超精研的目的是为了提高精度,减少散差,而且超精研板始终要保持一个规矩的沟型,用它来修磨整批球。
(5)在南方由于空气湿度较大,为防止锈蚀产生,建议使用英国BP 公司生产的BPOLEX-5452G 循环液或者是洛阳航达生产的类似循环液，保持在加工过程中不断吸渣，以去除板沟剥落的铁粉和被加工钢球的铁屑，以免产生新的擦划伤，一旦发现球的表面和精度均不好时要主动更换磨液。
(6)研磨料采用W0.5 μm的白钢玉或人造金刚石微粉，每盘球150kg可加入1 克，一般当水箱内浓度达到可研磨2~3 盘球后再加入1 克。
(7)加工时间24 小时，机床转速15 转/分，压力根据球径大小控制在3KN~5KN,加工＜3mm小球的压力要更小些。
(8)为避免内沟和外沟的直径差应堵沟和减少沟槽数，原3M4725 机床板径为720mm,内径为290mm,现改为内径为420mm，原内外沟道的周长比为0.4，现内外沟道的周长比为0.6，3M4725 机床均在出球处装有拨球器，因此可以进一步减少散差。

经过超精研Ⅲ加工后的钢球测试数据如表2。
表2 仪器型号：WILSON圆度波纹仪GS-1A 单粒钢球振动仪

编号	直径DW （mm）	球直径变动量 VDWS (μm)	精态波纹度 (μm)	动态波纹度 (μm)	加速度（db）范围 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

以上结果可以看出，球直径变动量VDWS 均匀性大为改善,级差R0.18-0.17=0.01，比原来有所提高，振动值散差db 30.5-29=1.5db，均匀性也有一定的改善。产品基本达到国内著名厂家的精度水平,与国外相比仍有一定的差距,主要体现在静态波纹度还有一定差距,从而使单粒钢球的振动值与国外相比还有2 个db 的差距,以后应加强在磨料方面的选择和加工压力的研究,尽量达到国际先进水平。

结论：
1.超精研加工是提高产品球直径变动VDWS 均匀性的有效途径,可以使产品的合套率大为提高,轴承的旋转精度也有相应提高。
2.球直径变动量的一致性好,使单粒钢球的振动加速度db 的散差缩小,使轴承的异音大为降低。

参考文献
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