Abstracto
La presente invención describe un método de producción para una máquina herramienta CNC de alta velocidad y alta precisión que lleva una bola de acero especial, que adopta los siguientes pasos: el encabezado en frío de la bola de acero adopta un método de encabezado en frío de alta velocidad de múltiples estaciones de corte de manguito, conformación y encabezado en frío para procesar la pieza en bruto; el mecanizado en bruto adopta el proceso de fotosfera de ciclo grande; la adopción de un horno de tambor continuo para el temple en atmósfera controlable, el tratamiento en frío y el tratamiento de revenido, con control automático del potencial de carbono; la aplicación de la regulación de la velocidad de conversión de frecuencia con una estructura de múltiples placas para el fortalecimiento de la superficie; el rectificado duro adopta un proceso de ciclo grande con muela de cerámica para su procesamiento; después de la investigación inicial, se adoptará la clasificación de doble rodillo; la realización de pruebas de corrientes parásitas fotoeléctricas después de la investigación de precisión; la realización del mecanizado de ultraprecisión después del tratamiento de envejecimiento; la detección optoelectrónica después de la investigación de ultraprecisión. La variación de diámetro de la bola de acero procesada y producida por la presente invención es menor que 0.07 μm, la redondez es menor que 0.05 μm, el error esférico es menor que 0.05 μm, la rugosidad superficial Ra es menor que 0,007 μm, la variación de diámetro del lote de bolas es menor que 0,09 μm y el valor dmn del cojinete después de ensamblar la bola de acero es mayor que 2,5 × 106 mm · r/min.
Descripción
Método de producción de bolas de acero especiales para rodamientos en máquinas herramienta CNC de alta velocidad y alta precisión
campo técnico
La presente invención se refiere a un método de producción de bolas de acero, en particular a un método de producción para una máquina herramienta CNC de alta velocidad y alta precisión que lleva bolas de acero especiales.
Tecnología de fondo
En la actualidad, los rodamientos de las máquinas herramienta CNC de precisión y alta velocidad pertenecen a las variedades de rodamientos de alta precisión y alta tecnología, con un alto contenido técnico y un desarrollo difícil. Actualmente, la mayoría de ellos dependen de las importaciones, lo que restringe seriamente el proceso de localización de las máquinas herramienta CNC de precisión y alta velocidad y se ha convertido en un componente clave que necesita urgentemente reemplazar las importaciones. Los rodamientos constan principalmente de cuatro partes: bolas de acero, anillos interior y exterior y retenedores. Entre los cuatro componentes principales de los rodamientos, las bolas de acero son el eslabón más débil, y la textura de la superficie de las bolas de acero afecta directamente la vida útil de los rodamientos. La tasa de impacto en la vibración y el ruido de los rodamientos es superior al 60%, y más del 80% de las fallas de los rodamientos son causadas por la falla de las bolas de acero.
En la actualidad, no existe mucha diferencia en la precisión geométrica de partículas individuales, como la rugosidad y la redondez, entre las bolas de acero de China y las bolas de acero de alta precisión extranjeras a través de las pruebas. Sin embargo, existe una diferencia significativa en los valores de vibración y ruido de los rodamientos después del montaje. Esta diferencia se debe no solo a las diferencias en las materias primas, sino también a las diferencias en los niveles de tratamiento térmico y los procesos de formación de bolas de acero, lo que da como resultado diferentes condiciones de trabajo de las bolas de acero en los rodamientos, lo que tiene un impacto significativo en la vibración, el ruido y la vida útil de los rodamientos.
El proceso de producción tradicional de bolas de acero generalmente adopta procesos como encabezado en frío, bolas ligeras, tratamiento de temple y revenido, rectificado duro, investigación inicial e investigación de precisión, pero aún no puede cumplir con los requisitos de las bolas de acero especiales con cojinetes de máquinas herramienta CNC de alta velocidad y alta precisión.
sumario de la invención
El objetivo de la presente invención es superar las deficiencias de la tecnología existente y proporcionar un método de producción de bolas de acero especiales para cojinetes de máquinas herramienta CNC de alta velocidad y alta precisión. El método tiene un proceso simple y las bolas de acero producidas pueden cumplir con los requisitos de las Condiciones técnicas para bolas de acero fino para cojinetes de rodillos.
Para lograr los objetivos anteriores, la presente invención adopta la siguiente solución técnica:
Un método de producción especializado de bolas de acero para cojinetes de máquinas herramienta CNC de alta velocidad y alta precisión, con los siguientes pasos:
(1) Estampado en frío de bolas de acero, utilizando un método de estampado en frío de alta velocidad y múltiples estaciones para procesar piezas en bruto;
(2) Mecanizado basto, utilizando tecnología de fotosfera de ciclo grande;
(3) Tratamiento térmico, mediante temple en atmósfera controlada en horno de tambor continuo, tratamiento en frío, tratamiento de revenido y control automático del potencial de carbono;
(4) Fortalecimiento de la superficie, utilizando regulación de velocidad de conversión de frecuencia y estructura de múltiples placas para el fortalecimiento de la superficie;
(5) Rectificado duro, procesado mediante tecnología de ciclo grande con muela cerámica;
(6) Investigación preliminar, seguida del uso de clasificación de doble rodillo;
(7) Investigación de precisión, seguida de pruebas de corrientes de Foucault fotoeléctricas;
(8) Procesamiento oportuno seguido de mecanizado de ultra precisión;
(9) La inspección fotoeléctrica, después del pulido de ultra precisión, utiliza un instrumento de apariencia fotoeléctrica para detectar defectos en la superficie de la bola de acero.
En el paso (1), el alambre de acero para cojinetes se corta primero en secciones utilizando un método de corte de manguito, luego se les da forma a las secciones y, finalmente, se las convierte en piezas en bruto de bolas de acero.
En el paso (2), la cantidad de mecanizado para cada automóvil es de 1000-1200 kg, y el limado y el rectificado se realizan por separado; en primer lugar, se adopta el proceso de limado para eliminar las rebabas anulares y polares, y luego se lleva a cabo el proceso de rectificado. La velocidad de procesamiento es de 90-130 r/min, la presión es de 100-200 KN y la cantidad de rectificado es de 0.15-0.20 mm.
En el paso (3), se utiliza una atmósfera controlable a base de nitrógeno de un horno de tambor continuo para el temple, y el medio de temple es aceite de temple rápido. Después del temple, se lleva a cabo un tratamiento en frío y, finalmente, se lleva a cabo un tratamiento de revenido. La temperatura de calentamiento del temple es de 830-850 grados, la temperatura del medio de temple es de 60-80 grados, la temperatura del tratamiento en frío es de 6-8 grados y la temperatura de revenido es de 140-160 grados. La atmósfera es nitrógeno + propano + metanol (nitrógeno 8-10 m3/h, propano 0-300 L/h control automático, metanol 1-2,5 L/h).
En el paso (4), la velocidad de la placa es 160-200 r/min, la velocidad del tambor es 8-12 r/min, la dureza de la superficie después del fortalecimiento es HRC62-63.5, y luego se lleva a cabo el tratamiento de templado a una temperatura de templado de 140-150 grado.
La molienda inicial en el paso (6) se lleva a cabo en una rectificadora vertical, utilizando una muela de rectificado de resina de 2000 # con una velocidad de procesamiento de 10-30 r/min y una presión de 2-4 KN; La clasificación de doble rodillo adopta el método de inspección del tamaño de la bola de acero, con los rodillos dobles dispuestos en una distribución inclinada. De acuerdo con diferentes especificaciones del producto, se ajustan la distancia y el ángulo de inclinación correspondientes para clasificar y seleccionar productos calificados, tamaños con especificaciones mayores o menores.
El rectificado de precisión en el paso (7) se lleva a cabo en una rectificadora vertical, utilizando una muela de rectificado de resina de 4000 # con una velocidad de procesamiento de 10-20 r/min y una presión de 1-3 KN; La prueba de corrientes parásitas fotoeléctricas utiliza tres sondas, a saber, fotoeléctrica, corriente parásita y vibración, para detectar sincrónicamente defectos superficiales e internos de bolas de acero.
El tratamiento de envejecimiento en el paso (8) adopta un horno de cinta de malla para envejecimiento artificial, con una temperatura de 120-150 grado, para eliminar la tensión residual y mejorar la precisión dimensional; El rectificado de ultraprecisión se procesa en una rectificadora vertical sin agregar abrasivos. Utiliza una muela de rectificado de resina de 6000 # y un fluido de rectificado de precisión a base de agua, con una velocidad de procesamiento de 10-15 r/min y una presión de 0.8-1 KN.
El fluido de pulido a base de agua se utiliza para el procesamiento en los pasos (2) y (5); en los pasos (6) y (7), se mezcló micropolvo de diamante con solución de pulido acuosa (se agregaron 150-500 gramos de micropolvo de diamante por kilogramo de solución de pulido acuosa) como agente de pulido.
Los efectos beneficiosos de la presente invención son: la variación de diámetro de la bola de acero procesada por la presente invención es menor que {{0}}.07 μm, la redondez es menor que 0.05 μm, el error esférico es menor que 0,05 μm, la rugosidad de la superficie Ra es menor que 0,007 μm, la variación de diámetro del lote de bolas es menor que 0,09 μm, y el valor dmn del cojinete después de ensamblar la bola de acero es mayor que 2,5X106mm · r/min.
La ruta de proceso adoptada por la presente invención se basa en la tecnología de procesamiento de bolas de acero existente, analizando los factores relevantes que afectan la precisión, la vida útil y el índice de rendimiento de alta velocidad (dmn) de la bola de acero, seleccionando métodos de proceso confiables y razonables y equipos de proceso razonables para mejorar la precisión de fabricación, la vida útil y el rendimiento de alta velocidad de la bola de acero.
Métodos de implementación específicos
A continuación se explicará con más detalle la presente invención junto con realizaciones.
Ejemplo 1: Tomando como ejemplo el proceso de producción de bolas de acero de 3,969 mm (5/32), el material de las bolas de acero es GCr15.
Estampado en frío de bolas de acero: se utiliza un manguito para cortar el alambre de acero del cojinete en una máquina de estampación en frío de alta velocidad; luego se da forma a la sección del material y se eliminan las rebabas; luego se procede al estampado en frío. Adoptando un método de estampación en frío de múltiples estaciones, se procesan 700 piezas en bruto por minuto con un tamaño de 4,27 mm.
(2) Mecanizado en bruto
Adoptando el proceso de fotosfera de gran circulación y el procesamiento con fluido de molienda a base de agua, con una capacidad de procesamiento de 1000Kg, el primer paso es utilizar el proceso de limado para eliminar las rebabas anulares y polares, y luego girar el torno para el procesamiento de molienda. Velocidad de procesamiento de 90r/min, presión de 100KN, cantidad de molienda de 0,18mm.
(3) Tratamiento térmico
El horno de tambor continuo se utiliza para el temple en atmósfera controlable a base de nitrógeno, con aceite de temple rápido como medio de temple. Después del temple, se somete a un tratamiento en frío y, finalmente, a un tratamiento de revenido. Temperatura de calentamiento de temple de 830 grados, temperatura del medio de temple de 70 grados, temperatura de tratamiento en frío de 7 grados, temperatura de revenido de 160 grados, atmósfera de nitrógeno + propano + metanol (nitrógeno 8m3/h, propano 0-300L/h control automático, metanol 2L/h), línea de producción de templado por tratamiento en frío.
(4) Refuerzo de la superficie
Aplicando regulación de velocidad de frecuencia variable con estructura de múltiples placas para el fortalecimiento de la superficie, la velocidad de la placa es de 160 r/min, la velocidad del tambor es de 8 r/min y la dureza de la superficie después del fortalecimiento es HRC62-63.5. Luego realice el tratamiento de revenido, con una temperatura de revenido de 140 grados.
(5) Molienda dura
El pulido duro adopta tecnología de ciclo grande con muela de cerámica, procesada con fluido de pulido a base de agua, con una cantidad de pulido de 0.09 mm.
(6) Investigación preliminar
El pulido preliminar se lleva a cabo en una rectificadora vertical, utilizando una mezcla de micropolvo de diamante y fluido de pulido de precisión a base de agua como agente de pulido (150 gramos de micropolvo de diamante por kilogramo de fluido de pulido de precisión a base de agua), una muela de resina de 2000 #, una velocidad de procesamiento de 15 r/min y una presión de 2KN.
(7) Clasificación de doble rollo
La clasificación de doble rodillo adopta el método de inspección del tamaño de las bolas de acero, con los rodillos dobles dispuestos en una distribución inclinada. Los productos calificados, de tamaños con valores mayores o menores, se clasifican y seleccionan.
(8) Investigación de precisión
El pulido preliminar se lleva a cabo en una rectificadora vertical, utilizando una mezcla de micropolvo de diamante y fluido de pulido de precisión a base de agua como agente de pulido (150 gramos de micropolvo de diamante por kilogramo de fluido de pulido de precisión a base de agua), una muela de resina de 4000 #, una velocidad de procesamiento de 15 r/min y una presión de 1 KN.
(9) Prueba de corrientes de Foucault fotoeléctricas
Detección sincrónica de defectos superficiales e internos de bolas de acero utilizando tres sondas: fotoeléctrica, de corrientes parásitas y de vibración.
(10) Tramitación oportuna
Utilizando un horno de templado de cinta de malla para el envejecimiento artificial a una temperatura de 120 grados para eliminar la tensión residual y mejorar la precisión dimensional.
(11) Investigación de ultraprecisión
Realice un rectificado preliminar en una rectificadora vertical sin agregar abrasivo, utilizando una muela de resina de 6000 # y un fluido de rectificado de precisión a base de agua. Velocidad de procesamiento de 10 r/min, presión de 0,8 KN.
(12) Inspección optoelectrónica
Uso de un medidor de apariencia fotoeléctrica para detectar defectos superficiales en bolas de acero.
Ejemplo 2: Tomando como ejemplo el proceso de producción de bolas de acero de 5,953 mm (15/64), el material de las bolas de acero es GCr15.
Estampado en frío de bolas de acero: se utiliza un manguito para cortar el alambre de acero del cojinete en una máquina de estampación en frío de alta velocidad; luego se da forma a la sección del material y se eliminan las rebabas; luego se procede al estampado en frío. Se adopta el método de estampación en frío de múltiples estaciones, procesando 600 piezas por minuto, con un tamaño de pieza
(2) Mecanizado en bruto
Adoptando el proceso de fotosfera de gran circulación y el procesamiento de fluido de molienda a base de agua, con una capacidad de procesamiento de 1100Kg, el primer paso es utilizar el proceso de limado para eliminar las rebabas anulares y polares, y luego girar el torno para el procesamiento de molienda. Velocidad de procesamiento 130r/min, presión 150KN, cantidad de molienda 0,15mm.
Tratamiento térmico
El horno de tambor continuo se utiliza para el temple en atmósfera controlable a base de nitrógeno, con aceite de temple rápido como medio de temple. Después del temple, se somete a un tratamiento en frío y, finalmente, a un tratamiento de revenido. Temperatura de calentamiento de temple 845 grados, temperatura del medio de temple 60 grados, temperatura de tratamiento en frío 8 grados, temperatura de revenido 140 grados, atmósfera de nitrógeno + propano + metanol (nitrógeno 9m3/h, propano 0-300L/h control automático, metanol 1L/h), línea de producción de templado por tratamiento en frío de temple.
(4) Refuerzo de la superficie
Aplicando regulación de velocidad de frecuencia variable con estructura de múltiples placas para el fortalecimiento de la superficie, la velocidad de la placa es de 180 r/min, la velocidad del tambor es de 10 r/min y la dureza de la superficie después del fortalecimiento es HRC62-63.5. Luego realice el tratamiento de revenido, con una temperatura de revenido de 140 grados.
(5) Molienda dura
El pulido duro adopta tecnología de ciclo grande con muela de cerámica, procesada con fluido de pulido a base de agua, con una cantidad de pulido de 0.09 mm.
(6) Investigación preliminar
El pulido preliminar se lleva a cabo en una rectificadora vertical, utilizando una mezcla de micropolvo de diamante y fluido de pulido de precisión a base de agua como agente de pulido (400 gramos de micropolvo de diamante por kilogramo de fluido de pulido de precisión a base de agua), una muela de resina de 2000 #, una velocidad de procesamiento de 25 r/min y una presión de 3 KN.
(7) Clasificación de doble rollo
La clasificación de doble rodillo adopta el método de inspección del tamaño de las bolas de acero, con los rodillos dobles dispuestos en una distribución inclinada. Los productos calificados, de tamaños con valores mayores o menores, se clasifican y seleccionan.
(8) Investigación de precisión
El pulido preliminar se lleva a cabo en una rectificadora vertical, utilizando una mezcla de micropolvo de diamante y fluido de pulido de precisión a base de agua como agente de pulido (200 gramos de micropolvo de diamante por kilogramo de fluido de pulido de precisión a base de agua), una muela de resina de 4000 #, una velocidad de procesamiento de 15 r/min y una presión de 2,5 KN.
(9) Prueba de corrientes de Foucault fotoeléctricas
Detección sincrónica de defectos superficiales e internos de bolas de acero utilizando tres sondas: fotoeléctrica, de corrientes parásitas y de vibración.
(10) Tramitación oportuna
Utilizando un horno de templado de cinta de malla para envejecimiento artificial a una temperatura de 135 grados para eliminar la tensión residual y mejorar la precisión dimensional.
(11) Investigación de ultraprecisión
Realice un rectificado preliminar en una rectificadora vertical sin agregar abrasivo, utilizando una muela de resina de 6000 # y un fluido de rectificado de precisión a base de agua. Velocidad de procesamiento de 12 r/min, presión de 0,9 KN.
(12) Inspección optoelectrónica
Uso de un medidor de apariencia fotoeléctrica para detectar defectos superficiales en bolas de acero.
Ejemplo 3: Tomando como ejemplo el proceso de producción de bolas de acero de 6,747 mm (17/64), el material de las bolas de acero es GCr15.
(1) Estampado en frío de bolas de acero: se utiliza un manguito para cortar el alambre de acero del cojinete en una máquina de estampación en frío de alta velocidad; luego se da forma a la sección del material y se eliminan las rebabas; luego se procede al estampado en frío. Se adopta el método de estampación en frío de múltiples estaciones, procesando 600 piezas por minuto, con el tamaño de la pieza.
(2) Mecanizado en bruto
Adoptando el proceso de fotosfera de gran circulación y el procesamiento de fluido de molienda a base de agua, con una capacidad de procesamiento de 1200Kg, el primer paso es utilizar el proceso de limado para eliminar las rebabas anulares y polares, y luego girar el torno para el procesamiento de molienda. Velocidad de procesamiento de 110r/min, presión de 200KN, cantidad de molienda de 0,20mm.
(3) Tratamiento térmico
El horno de tambor continuo se utiliza para el temple en atmósfera controlable a base de nitrógeno, con aceite de temple rápido como medio de temple. Después del temple, se somete a un tratamiento en frío y, finalmente, a un tratamiento de revenido. Temperatura de calentamiento de temple de 850 grados, temperatura del medio de temple de 80 grados, temperatura de tratamiento en frío de 6 grados, temperatura de revenido de 150 grados, atmósfera de nitrógeno + propano + metanol (nitrógeno 10 m3/h, propano 0-300L/h control automático, metanol 2,5L/h), línea de producción de templado por tratamiento en frío.
(4) Refuerzo de la superficie
Aplicando regulación de velocidad de frecuencia variable con estructura de múltiples placas para el fortalecimiento de la superficie, la velocidad de la placa es de 200 r/min, la velocidad del tambor es de 12 r/min y la dureza de la superficie después del fortalecimiento es HRC62-63.5. Luego realice el tratamiento de revenido, con una temperatura de revenido de 150 grados.
(5) Molienda dura
El pulido duro adopta tecnología de ciclo grande con muela de cerámica, procesada con fluido de pulido a base de agua, con una cantidad de pulido de 0.09 mm.
(6) Investigación preliminar
El pulido preliminar se lleva a cabo en una rectificadora vertical, utilizando una mezcla de micropolvo de diamante y fluido de pulido de precisión a base de agua como agente de pulido (500 gramos de micropolvo de diamante por kilogramo de fluido de pulido de precisión a base de agua), una muela de resina de 2000 #, una velocidad de procesamiento de 30 r/min y una presión de 4 KN.
(7) Clasificación de doble rollo
La clasificación de doble rodillo adopta el método de inspección del tamaño de las bolas de acero, con los rodillos dobles dispuestos en una distribución inclinada. Los productos calificados, de tamaños con valores mayores o menores, se clasifican y seleccionan.
(8) Investigación de precisión
El pulido preliminar se lleva a cabo en una rectificadora vertical, utilizando una mezcla de micropolvo de diamante y fluido de pulido de precisión a base de agua como agente de pulido (500 gramos de micropolvo de diamante por kilogramo de fluido de pulido de precisión a base de agua), una muela de resina de 4000 #, una velocidad de procesamiento de 20 r/min y una presión de 3 KN.
(9) Prueba de corrientes de Foucault fotoeléctricas
Detección sincrónica de defectos superficiales e internos de bolas de acero utilizando tres sondas: fotoeléctrica, de corrientes parásitas y de vibración.
(10) Tramitación oportuna
Utilizando un horno de templado de cinta de malla para envejecimiento artificial a una temperatura de 150 grados para eliminar la tensión residual y mejorar la precisión dimensional.
(11) Investigación de ultraprecisión
Realice un rectificado preliminar en una rectificadora vertical sin agregar abrasivo, utilizando una muela de resina de 6000 # y un fluido de rectificado de precisión a base de agua. Velocidad de procesamiento de 10 r/min, presión de 1 KN.
(12) Inspección optoelectrónica
Uso de un medidor de apariencia fotoeléctrica para detectar defectos superficiales en bolas de acero.
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En el proceso de estampación en frío de bolas de acero, después de que las barras se cortan en piezas en bruto con forma de columna, se frotan los dos extremos de las piezas en bruto con forma de columna y se cortan en formas de ángulo invertido o de ángulo redondo, y luego las piezas en bruto se transfieren a un mecanismo de estampación en frío para ser estampadas en bolas de acero de fundición en bruto; además, se dispone un mecanismo de corte y frotado de piezas en bruto en la máquina de estampación en frío correspondiente. Se puede mejorar la calidad y la tasa de elegibilidad de las bolas de acero de fundición en bruto y se puede reducir el costo de fabricación de las mismas. Además, como las formas de las piezas en bruto que entran en el mecanismo de forjado en frío son regulares, la tensión soportada por el mecanismo de estampación en frío es igual en el proceso de punzonado, por lo que se prolonga la vida útil de las matrices de estampación en frío.
