專利名稱：G3級氮化硅球加工工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種軸承用氮化硅球及特殊用途氮化硅球的加工工藝，具體地說是一種G3級直徑小于φ16mm氮化硅陶瓷球加工工藝。
背景技術(shù)：
我們知道，目前軸承及特殊用途的鋼球一般均為軸承鋼制造，隨著技術(shù)水平的發(fā)展，軸承鋼的一些不適應(yīng)的缺點也隨之暴漏出來，如耐高溫性能差、易磁化、不絕緣、對潤滑要求高、自重大等。而陶瓷球具有剛性高、高速化、壽命長、低發(fā)熱、耐腐蝕、無磁性、絕緣性能好等優(yōu)點，是未來發(fā)展方向。
陶瓷球的加工是陶瓷球軸承的關(guān)鍵，其加工精度和質(zhì)量直接影響軸承的精度和壽命。
目前最適合軸承及特殊用途所用的陶瓷材料是氮化硅，氮化硅球的磨削機理與軸承鋼材質(zhì)鋼球的磨削機理基本相同，但是由于氮化硅具有高硬度、高耐磨等特點與鋼材的性能存在較大差異，所以在機械加工中磨削工具、加工系數(shù)、研磨混合劑等均有相當大的差別，各工序?qū)τ谀チ系牧６?、種類、形狀、數(shù)量、強度、破碎特性等要求均有所不同，只有與相應(yīng)加工工序相協(xié)調(diào)的磨料和研磨介質(zhì)的配比量，才能得到理想的磨料液膜，獲得理想的磨削速度和表面質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種工藝簡單、制作方便、加工精度能達到G3級的氮化硅陶瓷球加工工藝。
本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實現(xiàn)的一種G3級氮化硅球加工工藝，包括以下步驟a.消除毛坯工件內(nèi)應(yīng)力；b.粗磨；將步驟a中消除內(nèi)應(yīng)力的毛坯工件放入立式循環(huán)研球機上進行粗磨加工，并加入油劑和混磨劑，加工后球直徑變動量小于0.5μm，球形誤差小于0.5μm，表面粗糙度小于0.10μm；c.初研；將粗磨后的工件在立式循環(huán)研球機上進行初研加工，并加入油劑和混磨劑，加工后球直徑變動量小于0.25μm，球形誤差小于0.25μm，表面粗糙度Ra小于0.05μm；d.精研；將初研后的工件在立式循環(huán)研球機上進行精研加工，并加入油劑和混磨劑，加工后球直徑變動量小于0.12μm，球形誤差小于0.12μm，表面粗糙度Ra小于0.012μm；e.超精研；將精研后的工件在立式循環(huán)研球機上進行超精研加工，加入油劑，不加混磨劑，加工后球直徑變動量小于0.08μm，球形誤差小于0.08μm，表面粗糙度Ra小于0.010μm；f.提光處理；將超精研的工件在立式循環(huán)研球機上進行提光處理，加工后球表面光亮，球直徑變動量小于0.08μm，球形誤差小于0.08μm，表面粗糙度Ra小于0.010μm；
g.將加工好的氮化硅陶瓷球取出洗凈，選擇并進行包裝。
步驟a中所述的消除毛坯工件內(nèi)應(yīng)力是指將毛坯工件在加熱設(shè)備上加熱6～8小時，達到130～160℃，然后空冷到室溫。
所述的加熱設(shè)備為烘干箱或加熱爐。
步驟b、c、d、e中的所述的油劑是柴油；所述的混磨劑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在混磨機上充分混磨制成，并且在步驟b、c、d中每隔30～60分鐘添加一次混磨劑。
所述的磨料是氧化鋁或碳化硅或碳化硼。
步驟b中磨料粒度為320～300目，加工壓力為1.5～3KN，主軸轉(zhuǎn)速為60r/min。
步驟c中磨料粒度為320～300目，加工壓力為0.5～1.5KN，主軸轉(zhuǎn)速為30～40r/min。
步驟d中磨料粒度為300～280目，加工壓力為0.5～1.0KN，主軸轉(zhuǎn)速為30～40r/min。
步驟e中加工壓力為0.4～0.8KN，主軸轉(zhuǎn)速為20～30r/min。
步驟f中提光處理是在柴油油劑中添加氧化鉻進行研磨提光，其中的參數(shù)為加工壓力為0.4～0.8KN，主軸轉(zhuǎn)速為20～30r/min。
采用本發(fā)明加工后氮化硅球表面光亮，球批直徑變動量0.09～0.11μm，球直徑變動量小于0.08μm，球形誤差0.03～0.05μm，表面粗糙度Ra0.004～0.005μm，圓度0.03～0.05μm。
使用本發(fā)明制作的氮化硅球與目前現(xiàn)有水平制作的氮化硅球性能指標對比如下 采用本發(fā)明所提供的工藝參數(shù)，生產(chǎn)的氮化硅球尤其是直徑范圍小于φ16mm之間的氮化硅球產(chǎn)品綜合性能指標達到G3級精度要求。本發(fā)明具有工藝簡單、制作方便、加工精度能達到G3級等優(yōu)點。
具體實施例方式
實施例1為了加深對本發(fā)明的理解，下面以加工規(guī)格為φ5.0mm的氮化硅球為例就本發(fā)明進行詳細敘述。毛坯尺寸為φ5.40mm，共有0.40mm的磨削量。研磨設(shè)備河南新機生產(chǎn)的3M4780B立式循環(huán)研球機。研磨液采用柴油作為油劑。每隔60分鐘添加一次混磨劑，該混磨劑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在混磨機上混磨48小時制成。
1.消除內(nèi)應(yīng)力采用烘干箱或加熱爐將陶瓷球加熱到140℃，保溫6小時，然后冷卻到室溫。
2.粗磨工序加工規(guī)格φ5.0mm毛坯尺寸φ5.40mm理論磨削量0.21mm 使用磨料320目卸車尺寸φ5.19+0.01mm 加工壓力2KN主軸轉(zhuǎn)速60r/min加入柴油作為油劑，每隔60分鐘添加一次混磨劑。
粗磨卸車后達到的技術(shù)指標球直徑變動量0.4μm，球形誤差0.5μm，表面粗糙度0.08μm。
3.初研工序粗磨合格的半產(chǎn)品轉(zhuǎn)車進行初研加工，初研工序過程如下加工規(guī)格φ5.0mm 理論磨削量0.16mm使用磨料300目卸車尺寸φ5.03+0.01mm加工壓力1.5KN主軸轉(zhuǎn)速40r/min加入柴油作為油劑，每隔60分鐘添加一次混磨劑。
初研卸車后達到的技術(shù)指標加工后球直徑變動量0.25μm，球形誤差0.25μm，表面粗糙度Ra0.04μm。
4.精研工序加工規(guī)格φ5.0mm 理論磨削量0.02mm使用磨料280目卸車尺寸φ5.01+0.01mm加工壓力0.8KN主軸轉(zhuǎn)速40r/min加入柴油作為油劑，每隔60分鐘添加一次混磨劑。
精研卸車后達到的技術(shù)指標加工后球直徑變動量0.11μm，球形誤差0.11μm，表面粗糙度Ra0.011μm。
5.超精研工序加工規(guī)格φ5.0mm 理論磨削量0.01mm卸車尺寸φ5+0.002mm 加工壓力0.6KN主軸轉(zhuǎn)速20r/min僅加入柴油作為油劑，不加混磨劑。
超精研卸車后達到的技術(shù)指標加工后球直徑變動量0.10μm，球形誤差0.07μm，表面粗糙度Ra0.007μm。
6.提光工序超精研工序后，在顯微鏡下觀察，球的表面很理想，只是肉眼觀察球表面有些發(fā)烏，為了使球表面發(fā)亮，對球表面進行提光。
提光劑氧化鉻 加工壓力0.5KN
主軸轉(zhuǎn)速20r/min卸車后球表面光亮。
7.將加工好的氮化硅陶瓷球取出洗凈，選擇并進行包，該工序無特殊要求。
采用上述工藝加工后氮化硅球表面光亮，球批直徑變動量0.10μm，球直徑變動量0.07μm，球形誤差0.05μm，表面粗糙度Ra0.007μm，圓度0.05μm。產(chǎn)品綜合性能指標達到G3級精度要求。
實施例2加工規(guī)格為φ12.7mm的氮化硅球為例就本發(fā)明進行詳細敘述。毛坯尺寸為φ13.1mm，共有0.40mm的磨削量。研磨設(shè)備河南新機生產(chǎn)的3M4780B立式循環(huán)研球機。研磨液采用柴油作為油劑。每隔50分鐘添加一次混磨液，該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在混磨機上混磨48小時制成。
1.消除內(nèi)應(yīng)力采用烘干箱或加熱爐將陶瓷球加熱到150℃，保溫7小時，然后冷卻到室溫。
2.粗磨工序加工規(guī)格φ12.7mm 毛坯尺寸φ13.1mm理論磨削量0.21mm 使用磨料320目卸車尺寸φ12.89±0.01mm加工壓力2.5KN主軸轉(zhuǎn)速60r/min加入柴油作為油劑，每隔50分鐘添加一次混磨劑。
粗磨卸車后達到的技術(shù)指標球直徑變動量0.5μm，球形誤差0.5μm，表面粗糙度0.10μm。
3.初研工序粗磨合格的半產(chǎn)品轉(zhuǎn)車進行初研加工，初研工序過程如下加工規(guī)格φ12.7mm 理論磨削量0.16mm使用磨料300目 卸車尺寸φ12.73+0.01mm加工壓力2KN主軸轉(zhuǎn)速40r/min加入柴油作為油劑，每隔50分鐘添加一次混磨劑。
初研卸車后達到的技術(shù)指標加工后球直徑變動量0.20μm，球形誤差0.20μm，表面粗糙度Ra0.04μm。
4.精研工序加工規(guī)格φ12.7mm 理論磨削量0.02mm使用磨料280目卸車尺寸φ12.71+0.01mm加工壓力1.0KN主軸轉(zhuǎn)速40r/min加入柴油作為油劑，每隔50分鐘添加一次混磨劑。
精研卸車后達到的技術(shù)指標加工后球直徑變動量0.10μm，球形誤差0.10μm，表面粗糙度Ra0.012μm。
5.超精研工序加工規(guī)格φ12.7mm 理論磨削量0.01mm卸車尺寸φ12.7+0.002mm 加工壓力0.7KN主軸轉(zhuǎn)速25r/min加入柴油作為油劑，不加混磨劑。
超精研卸車后達到的技術(shù)指標加工后球直徑變動量0.07μm，球形誤差0.04μm，表面粗糙度Ra0.004μm。
6.提光工序超精研工序后，在顯微鏡下觀察，球的表面很理想，只是肉眼觀察球表面有些發(fā)烏，為了使球表面發(fā)亮，對球表面進行提光。
提光劑氧化鉻 加工壓力0.5KN主軸轉(zhuǎn)速20r/min卸車后球表面光亮。
7.將加工好的氮化硅陶瓷球取出洗凈，選擇并進行包，該工序無特殊要求。
采用上述工藝加工后氮化硅球表面光亮，球批直徑變動量0.09μm，球直徑變動量0.07μm，球形誤差0.04μm，表面粗糙度Ra0.004μm，圓度0.04μm。產(chǎn)品綜合性能指標達到G3級精度要求。
權(quán)利要求
1.一種G3級氮化硅球加工工藝，其特征在于，包括以下步驟a.消除毛坯工件內(nèi)應(yīng)力；b.粗磨；將步驟a中消除內(nèi)應(yīng)力的毛坯工件放入立式循環(huán)研球機上進行粗磨加工，并加入油劑和混磨劑，加工后球直徑變動量小于0.5μm，球形誤差小于0.5μm，表面粗糙度小于0.10μm；c.初研；將粗磨后的工件在立式循環(huán)研球機上進行初研加工，并加入油劑和混磨劑，加工后球直徑變動量小于0.25μm，球形誤差小于0.25μm，表面粗糙度Ra小于0.05μm；d.精研；將初研后的工件在立式循環(huán)研球機上進行精研加工，并加入油劑和混磨劑，加工后球直徑變動量小于0.12μm，球形誤差小于0.12μm，表面粗糙度Ra小于0.012μm；e.超精研；將精研后的工件在立式循環(huán)研球機上進行超精研加工，加入油劑，不加混磨劑，加工后球直徑變動量小于0.08μm，球形誤差小于0.08μm，表面粗糙度Ra小于0.010μm；f.提光處理；將超精研的工件在立式循環(huán)研球機上進行提光處理，加工后球表面光亮，球直徑變動量小于0.08μm，球形誤差小于0.08μm，表面粗糙度Ra小于0.010μm；g.將加工好的氮化硅陶瓷球取出洗凈，選擇并進行包裝。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的G3級氮化硅球加工工藝，其特征在于步驟a中所述的消除毛坯工件內(nèi)應(yīng)力是指將毛坯工件在加熱設(shè)備上加熱6～8小時，達到130～160℃，然后空冷到室溫。
3.根據(jù)權(quán)利2所述的G3級氮化硅球加工工藝，其特征在于所述的加熱設(shè)備為烘干箱或加熱爐。
4.根據(jù)權(quán)利1所述的G3級氮化硅球加工工藝，其特征在于步驟b、c、d、e中的所述的油劑是柴油；所述的混磨劑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在混磨機上充分混磨制成，并且在步驟b、c、d中每隔30～60分鐘添加一次混磨劑。
5.根據(jù)權(quán)利4所述的G3級氮化硅球加工工藝，其特征在于所述的磨料是氧化鋁或碳化硅或碳化硼。
6.根據(jù)權(quán)利1或4或5所述的G3級氮化硅球加工工藝，其特征在于步驟b中磨料粒度為320～300目，加工壓力為1.5～3KN，主軸轉(zhuǎn)速為60r/min。
7.根據(jù)權(quán)利1或4或5所述的G3級氮化硅球加工工藝，其特征在于步驟c中磨料粒度為320～300目，加工壓力為0.5～1.5KN，主軸轉(zhuǎn)速為30～40r/min。
8.根據(jù)權(quán)利1或4或5所述的G3級氮化硅球加工工藝，其特征在于步驟d中磨料粒度為300～280目，加工壓力為0.5～1.0KN，主軸轉(zhuǎn)速為30～40r/min。
9.根據(jù)權(quán)利1所述的G3級氮化硅球加工工藝，其特征在于步驟e中加工壓力為0.4～0.8KN，主軸轉(zhuǎn)速為20～30r/min。
10.根據(jù)權(quán)利1所述的G3級氮化硅球加工工藝，其特征在于步驟f中提光處理是在柴油油劑中添加氧化鉻進行研磨提光，其中的參數(shù)為加工壓力為0.4～0.8KN，主軸轉(zhuǎn)速為20～30r/min。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種G3級直徑小于φ16mm氮化硅球的加工工藝。包括消除內(nèi)應(yīng)力、粗磨、初研、精研、超精研、提光、外觀計數(shù)包裝工序，(1)消除內(nèi)應(yīng)力在烘干箱或加熱爐上將溫度加熱到130～160℃，時間6～8小時，然后空冷到室溫；(2)粗磨、初研、精研、超精研、提光在立式循環(huán)研球機上加工；(3)研磨磨料采用320～280目，依據(jù)不同工序，由粗到細進行選擇；(4)采用氧化鉻進行提光。采用本發(fā)明加工后氮化硅球表面光亮，球批直徑變動量0.09～0.11μm，球直徑變動量小于0.08μm，球形誤差0.03～0.05μm，表面粗糙度Ra0.004～0.005μm，圓度0.03～0.05μm，產(chǎn)品綜合性能指標達到G3級精度要求。
文檔編號C09K3/14GK101049676SQ20071001444
公開日2007年10月10日 申請日期2007年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月15日
發(fā)明者王作山 申請人:山東東阿鋼球集團有限公司