[发明专利]一种具有高精度保持性的精密机床轴承制造方法

说明书

技术领域

本发明属于机械制造技术领域，具体涉及一种具有高精度保持性的精密机床轴承制造方法。

背景技术

精密机床作为高端制造的基础支撑，其加工精度稳定性与轴承精度保持性密切关联。以GCr15等高碳铬轴承钢为主要材料的精密机床轴承，经传统工艺制造后，其基体(内、外套圈)中存在大量的亚稳态组织(残余奥氏体、回火马氏体等)和高水平的内应力，在轴承工作受温度和载荷作用时容易发生转变和释放，引起套圈尺寸微小变化，进而破坏轴承精度保持性，导致轴承精度衰减，影响机床加工稳定性。鉴于上述原因，轴承精度保持性已然成为制约精密机床生产与应用的关键问题，却一直无法得到有效解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有高精度保持性的精密机床轴承制造方法，针对影响轴承精度保持性的关键因素，即轴承基体组织状态和内应力，通过组织稳定化和内应力消减协同处理，提高轴承基体组织稳定性，降低内应力水平，最终提高轴承精度保持性。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：一种具有高精度保持性的精密机床轴承制造方法，其特征在于包括以下实现步骤：

1)轴承基体组织稳定化处理

①控制冷轧成型：采用冷轧环方法(为现有技术，如采用中国专利CN103316926A公布的一种L型截面汽车轮毂轴承环件冷轧成形方法)，首先根据轴承基体套圈尺寸和轧制比设计冷轧环坯尺寸，采用常规热锻制坯方法制得冷轧环坯；然后根据轴承基体套圈尺寸、冷轧环坯尺寸和冷轧变形条件设计加工冷轧孔型；最后利用冷轧孔型和冷轧设备，按高速轧制、中速轧制、低速轧制三个阶段，在冷轧变形量20％～40％、进给速度0.5mm/s～1mm/s条件范围内，对轴承基体套圈控制冷轧成型；

②双介质复合淬火：将轴承基体套圈在保护气氛(如：氮气或/和氩气)下加热至820℃～840℃，保温30～60分钟，再放入60～70℃淬火油中冷却3～5分钟，然后再浸入液氮冷冻箱中在-190℃温度下冷却4～10分钟，得到淬火后的轴承基体套圈；

③超声辅助冷-热循环处理：将淬火后的轴承基体套圈在上述液氮冷冻箱中-120℃～-196℃范围内冷处理3～5小时，保温期间用超声波激励液氮，超声波旋涡流压力范围为2.5～3.5MPa，超声波功率为300～500W，辅助时间20～40min；冷处理完成后取出在大气环境下恢复至室温，再进行160℃～180℃、保温1～2小时的回火热处理；循环上述冷处理和热处理2～3次；

④应力时效：轴承基体套圈超声辅助冷-热循环处理结束后，采用温度-力耦合加载的轴承基体时效装置(如采用中国专利申请号为CN104694730A公布的可实现温度-力耦合加载的轴承基体时效处理方法及其装置)进行应力时效；首先将轴承基体套圈装在力耦合加载装置弧形压块中，通过旋转小锥齿轮对轴承基体套圈加载时效力；然后将力耦合加载装置放入带加热炉的控温箱中，设定时效加热温度和保温时间；在时效力60～150N、时效温度80～150℃、时效时间3～6小时的条件范围内对轴承基体套圈进行温度-力耦合加载时效处理，得到稳定化处理后的轴承基体套圈。

2)精密切削加工：对稳定化处理后的轴承基体套圈进行精密切削加工(采用现有方法)。

3)轴承基体内应力消减处理：采用中国专利CN201410145023.1公布的轴承组件加工残余应力控制磁处理方法；首先利用磁处理装置夹具固定轴承基体套圈；然后利用变频调压电源产生交流励磁电流，通过磁处理装置中由励磁线圈绕组和铁芯构成的磁化器产生低频交变磁场，在磁饱和强度范围1.2～2.5T、磁场频率范围1.5～4Hz、磁处理时间范围90～120s的条件范围内对轴承基体套圈进行磁处理，得到高组织稳定性、低内应力的轴承基体套圈；

4)轴承装配：将按上述方法得到的轴承基体套圈与其它轴承组件进行装配(为现有方法)，最终得到具有高精度保持性的精密机床轴承制造方法。

中国专利CN103316926A公布的一种L型截面汽车轮毂轴承环件冷轧成形方法为：它包括如下步骤：

(1)环坯设计与加工

环坯形状设计成内表面带锥度和台阶的斜L型截面环坯，环坯尺寸按如下步骤确定：

a)计算环件各部分体积