鋼球是重要的基礎(chǔ)零部件，尤其是精密工業(yè)鋼球在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著巨大作用。在一些特殊條件下，常常需要特殊材質(zhì)的鋼球，來完成不同環(huán)境下所要求達(dá)到的功能。其實(shí)一些特殊材質(zhì)鋼球已廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)各個領(lǐng)域中，包括9Cr18、3Cr13不銹鋼，銅、鋁、鈦合金鋼以及瑪瑙、玻璃、陶瓷球等。它們的推廣應(yīng)用，不僅推動了鋼球生產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而且也促進(jìn)了相關(guān)行業(yè)的技術(shù)發(fā)展和科技進(jìn)步。下面筆者著重談一下特殊材質(zhì)--0Cr18Ni9鋼球的開發(fā)過程及成果。 {TodayHot}
    一、事由
    國內(nèi)一家大型外商獨(dú)資企業(yè)，其主要電器產(chǎn)品中的轉(zhuǎn)動零件采用的材料就是0Cr18Ni9，此種材料鋼球原為國外進(jìn)口，且價格較高。該公司經(jīng)過對我公司多次考察認(rèn)為，我公司是國內(nèi)生產(chǎn)鋼球較早的廠家之一，具有多年的生產(chǎn)管理經(jīng)驗(yàn)，生產(chǎn)加工工藝、質(zhì)量管理能達(dá)到他們的要求，因此雙方簽訂了供貨協(xié)議。
    二、對材料特殊性的分析
    0Cr18Ni9材質(zhì)化學(xué)成份如下：
    1、鎳及鎳合金的物理性能
    呈銀白色，拋光后能長期保持美麗的光澤，比重8.9，晶格呈面心立方。
    2、化學(xué)性能
     鉻、鎳兩元素相配合組成鉻鎳不銹鋼，是一種較好的不銹鋼。在此種不銹鋼中加入大量鎳是為了得到單一的奧氏體組織，從而提高其耐蝕性和工藝性。在常溫和低溫下有很強(qiáng)的塑性和韌性，不具磁性，有較好的抗晶間腐蝕性能。
    （1）鉻對不銹鋼的耐蝕性能起主要作用
     鉻是決定不銹鋼抗腐蝕性能的主要元素，因?yàn)殇撝泻�鉻就能使不銹鋼在氧化介質(zhì)中產(chǎn)生鈍化現(xiàn)象，即在表面形成一層很薄的膜，在這層膜內(nèi)富集了鉻。鋼中含鉻量愈高，抗腐蝕性能就愈強(qiáng)。此外，鉻對鋼的機(jī)械性能和工藝性能都能起到很好的強(qiáng)化作用。
   （2）鎳對不銹鋼的影響
    只有在它與鉻配合時才能充分表現(xiàn)出來。鎳是形成奧氏體的合金元素，當(dāng)鎳與鉻配合使用時，即可使金相組織由單相的鐵素體變?yōu)閵W氏體和鐵素體雙相組織，經(jīng)過熱處理，可以提高強(qiáng)度，從而使其具有更強(qiáng)的不銹耐蝕性和良好的形變性能。
    2、雜質(zhì)對性能的影響
    當(dāng)含碳量介于0.1%~0.3%之間時，在退火后，碳將以石墨狀態(tài)在晶格間界上析出，破壞了晶粒間的結(jié)合力，強(qiáng)烈地降低鎳的強(qiáng)度和塑性，使加工變形產(chǎn)生困難。
    另外碳與鉻有很強(qiáng)的親合力，能形成一系列碳化物。鋼中的含碳量愈高，形成的碳化鉻愈多，固溶體中含鉻量就相對減少，鋼的耐腐蝕性能就會降低。
    硫是有害的雜質(zhì)，硫與鎳形成Ni3S2化合物，Ni3S2與鎳在625℃形成低熔點(diǎn)共晶，分布在晶粒間界上，當(dāng)熱變形溫度超過共晶熔點(diǎn)時，即沿晶粒間界開裂，產(chǎn)生所謂"熱脆"現(xiàn)象。鎳在常溫時與硫生成的Ni3S2能引起冷脆。
    三、鋼球規(guī)格及精度要求為：
    用戶對此球提出如下要求：球表面無劃傷、麻坑、裂紋，不能出現(xiàn)任何銹蝕，表現(xiàn)粗糙度要求較高。
    四、0Cr18Ni9鋼球與軸承鋼鋼球加工工藝對比
    前面分析了0Cr18Ni9材質(zhì)的有關(guān)性能，由于Cr、Ni元素具有抗耐磨性、抗氧化性能和較高的強(qiáng)度等特性，相對于軸承鋼而言，在加工中顯得既"硬"又"粘"，故增大了此種鋼球加工的難度。經(jīng)過我們反復(fù)試驗(yàn)加工，制訂出了比較可行的工藝流程，對比如下：
    軸承鋼鋼球：
    原材料檢查-高速冷鐓-銼削-光球-硬磨-熱處理-初研-清洗-目檢-精研-檢查-上油包裝
    0Cr18Ni9鋼球：
    原材料檢查-高速冷鐓-光球-研磨-清洗-提光-酸洗-清洗-分選-目檢-檢查-包裝
    該工藝最可取也是最成功之處在于研磨工序，它包括了硬精、初研以及精研提光三道工序?yàn)橐惑w，從而節(jié)省了機(jī)床多臺配置、工裝重復(fù)加工，縮短了物流時間，減輕了員工裝卸車的勞動強(qiáng)度，大大提高了研磨效率，為使鋼球達(dá)到成品技術(shù)要求提供了保障。
    五、主要加工工序技術(shù)參數(shù)的確定
    1、鋼球總留量
    3m和1/8〃鋼球冷鐓加工為同一球坯，因考慮其原材料的特殊性，從而壓縮鋼球的總留量。
    總留量：mm
    軸承鋼鋼球 0.45±0.05
    0Cr18Ni9鋼球 0.35+0.05
    我們精選了產(chǎn)自上海鋼廠生產(chǎn)的0Cr18Ni9鋼材，其總留量的壓縮可使材料利用率提高9.2%。
    2、高冷工藝參數(shù)及工裝的確定
    因?yàn)榭偭袅繅嚎s后，我公司自制了高冷冷鐓模，每付冷鐓�？缮�產(chǎn)球坯150萬粒以上。
    設(shè)備名稱：高速冷鐓機(jī)ZA32G-5
    生產(chǎn)廠家：上海群英機(jī)床廠
    主要技術(shù)參數(shù)：600次/分
    班產(chǎn)量：每班按8小時，開始率80%計(jì)算：
    600次/分×60分×8小時×80%=23.04（萬粒）
    3、光球加工及其參數(shù)
    0Cr18Ni9鋼球在本工序要去掉大部分磨量。如何使特殊性能材質(zhì)鋼球在磨削過程中不致因大的壓力出現(xiàn)深劃傷，又可保持良好的表面粗糙度，這確實(shí)是加工中的一大難點(diǎn)。
    硬度對比：
    原材料硬度 HV251-262
    經(jīng)冷鐓成形硬化后 HV350-370
    經(jīng)過我們反復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證，在光球開始時壓力一定要小，先去掉環(huán)帶后再逐漸加大壓力至正常。這里特別指出的是，值車工責(zé)任心是非常重要的，他們不僅要觀察機(jī)床各運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)是否正常，而且要不斷檢查鋼球磨削質(zhì)量，來判斷工裝的使用情況，并時刻不離機(jī)床保持到鋼球達(dá)到工藝尺寸為止。
    設(shè)備名稱：鋼球光球機(jī)3ML4980
    生產(chǎn)廠家：新鄉(xiāng)機(jī)床廠
    加工工藝參數(shù)
    磨削效率：平均磨削效率為0.03mm/h。
    4、研磨加工工藝參數(shù)的確定
    研磨加工特殊材質(zhì)鋼球是全部鋼球加工的關(guān)鍵，如試驗(yàn)成功，就為精研打下良好的基礎(chǔ)，反之，將困難重重。在這道工序的加工中，我們走過不少彎路，積累了大量數(shù)據(jù)，最終我們闖過了難關(guān)，確定了該工序加工工藝。
    開始試驗(yàn)時，鋼球在光球加工后有硬精工序，由于硬精工序產(chǎn)生的粗大劃痕，影響了成品鋼球表面粗糙度，在研磨加工中難以消除。超精研油劑加金鋼砂研磨的效果并不理想，改用油劑加氧化鉻綠研磨效率低，表面粗糙度達(dá)不到要求，在這期間外商又提出更為嚴(yán)格的質(zhì)量要求并要求保證供貨期。雖然面臨許多困難，公司領(lǐng)導(dǎo)和生產(chǎn)技術(shù)人員經(jīng)過多次反復(fù)研究，制訂了一種全新的大循環(huán)加工生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)效率大幅度提高，產(chǎn)品質(zhì)量也達(dá)到外商的要求。
    研磨加工工藝參數(shù)：
    機(jī)床名稱：鋼球研磨機(jī) 3M4730
    生產(chǎn)廠家：上海第三機(jī)床廠
    研磨加工分兩步，即兩個循環(huán)水箱，第一個水箱配制德國產(chǎn)磨削液120S，配比為80%，余量水。鋼球在裝車尺寸+100至+40時，用第一個水箱磨削，在研磨過程中，均勻添加320#金剛砂，其效率為10μm/班，效率較高，質(zhì)量穩(wěn)定。
    鋼球尺為寸+40μm時，更換第二水箱，第二水箱配制為德國產(chǎn)180鋼球精研液，配比為50%。此時在鋼球表面均勻添加氧化鉻綠進(jìn)行研磨，在余下的時間里，鋼球處于修正幾何精度、提高表面粗糙度的狀態(tài)中，并保持到鋼球合格卸車。這時鋼球幾何精度可達(dá)到G60。
    當(dāng)然在研磨加工過程中，及時檢測鋼球表面質(zhì)量是必不可少的，只有精心操作，認(rèn)真檢測，才能判斷出磨盤是否需要修整、更換等關(guān)鍵問題了。
    5、提光工序及其加工參數(shù)
    因?yàn)椴馁|(zhì)的特殊性，鋼球在正常研磨過程中所出現(xiàn)的光亮度遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上軸承鋼鋼球。而文中前面提到的鎳這種元素具有銀白色光澤，這就使得我們需要制訂一種特殊的工藝，把這種光澤體現(xiàn)出來。我公司自制提光設(shè)備，從而達(dá)到了這種要求，鋼球經(jīng)清洗處理后然后裝入提光設(shè)備，并添加特殊輔助材料，提光10小時，鋼球表面粗糙度以及外觀均達(dá)到要求。
    提光后的表面粗糙度（英國Talysurf6輪廓儀）
    從表中可以看出，提光后的鋼球表面粗糙度均值已符合客戶需要，實(shí)際水平達(dá)到G40。
    6、混料檢查與目檢選別
    為防止生產(chǎn)過程中混入同種規(guī)格或相近規(guī)格的軸承鋼鋼球，經(jīng)酸洗后挑檢異球的混料檢查是必不可少的。
    為保證鋼球的批直徑變動量嚴(yán)格控制在精度要求范圍內(nèi)，我們采用了進(jìn)口的光杠電動分選機(jī)。此種分選機(jī)效率高，選別誤差小，從而確保了鋼球的批直徑變動量符合要求，排除了整批鋼球中大小球混存的可能性。
    因?yàn)殇撉虮砻娴你y白色光澤與普通軸承鋼鋼球的黑亮光澤不同，故增大了目檢檢查的難度。這種特殊材質(zhì)鋼球外觀最大的特點(diǎn)是"亮渣"，是加工過程中容易出現(xiàn)的質(zhì)量問題，因此我們要求目檢工序的操作者必須反復(fù)檢查幾次，在鋼球的各個面中反復(fù)滾動，檢出類似這種不合格鋼球，確保百分之百達(dá)到外觀要求。
    六、效益對比與展望
    經(jīng)過公司科研生產(chǎn)人員的共同努力，對這種特殊材質(zhì)鋼球的試驗(yàn)生產(chǎn)已半年有余。僅1~4月份產(chǎn)量就達(dá)900萬粒，預(yù)計(jì)全年可達(dá)2000萬粒，基本滿足外商要求。對此同類軸承鋼鋼球，無論在材料利用率、生產(chǎn)周期、生產(chǎn)成本、銷售額等方面都有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，對提升公司知名度、擴(kuò)大國內(nèi)外市場都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。
    隨著企業(yè)的發(fā)展和產(chǎn)品質(zhì)量的提高，{HotTag}我們將在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化特殊球的加工工藝，使之上一個新的臺階，并隨著用戶對產(chǎn)品質(zhì)量的進(jìn)一步要求和廣泛應(yīng)用，提高產(chǎn)品的精度等級也勢在必行。為滿足日益增大的訂貨要求，我們將努力提高工藝開發(fā)水平，全面深入地對工裝、研磨劑、輔料等各方面做進(jìn)一步試驗(yàn)探討，不斷使我公司的鋼球制造工藝水平處于行業(yè)領(lǐng)先地位。