一种轴承钢球的研磨方法 本发明涉及一种钢球的生产工艺方法。
轴承钢球的制造加工中，在最后工序，使用游离磨料研磨法在立式或卧式等各种研球机上加工是当今获得高精度成品钢球的通用方法。其目的是进一步提高钢球的球形精度、表面质量、尺寸精度、振动性能等诸成品质量。这种研磨方法中，磨料的粒度是设备以外至关重要的因素之一，同种磨料中，颗粒太粗则表面等质量不好，而颗粒太细则研磨效率太低，导致精度质量、表面质量很难提高，同时，磨料的供应市场上的最小粒度档次有限也是个限制因素，所以，磨料的粒度情况是这种研磨方法的主要矛盾集中点之一。
鉴于上述情况，钢球研磨加工实践中，普通采取两种方法来协调矛盾：一是分两道或者多道工序研磨，即所谓初研、精研和超精研，前者初研用稍粗磨料以求效率，后道精研用稍细磨料以求更高精度；二是利用磨料自然细化过程，即在工序初时一次性加入磨料，加工周期的初期磨料较粗具有磨削效率，随着加工直行，磨料逐渐被碾细，后期主要起精度加工作用。
因此，以上协调矛盾的综合方法中，磨料是否能在有效加工周期内充分而彻底地被细化，是研磨加工中有关质量和效率的关键因素，此前主要有三种具体技术实现以上研磨操作过程：
1．研磨膏法，磨料和润滑剂配成膏状，利用油膏的吸附性使磨料粘在钢球的表面和磨盘表面，粘附作用强。原理上的缺点是：局部而言，磨料和润滑剂的补充(再涂、湿润)作用很弱；也会粘附在其它接触到的非加工面上，而不参与细化过程，在后续的辅助操作中，引发质量问题。后续辅助：可在其后补充使用大液量研磨液循环润滑研磨(选择使用)。
2．单组分研磨液大液量循环研磨法(简称大液量法)，磨料在钢球表面、磨盘表面有一定粘附，但比较弱，磨料主要存在于大量研磨液中，通过研磨液的循环在钢球、磨盘表面与研磨液间保持动态平衡。此法中，因研磨液量多，磨料在加工表面的机会很少，而且因为研磨液循环的不均匀、磨料在研磨液中的不均匀(比如沉降)、死角等等原因，磨料不均等细化，未集中利用的缺点明显地大。
3．悬浮液法，此法在大液量法的基础上，增加使用具有较好粘附作用的悬浮液以此可改变磨料在加工表面与研磨液之间存在量的动态平衡关系，磨料较大量地附着在钢球、磨盘表面，但仍未排除不均等细化。
除以上述叙外，三种方法另各有其它优缺点，其中对于某些厂家、工艺，有些缺点甚至是难以接受的。比如研磨膏法对于立式机床有进球不顺的致命缺点，悬浮液法清洗难度大，等等。
本发明的目的是：提供一种轴承钢球的研磨方法，它在保证研磨液恒稳循环的基础条件下，用小量或极小量的循环总液量，最优化地利用了磨料的细化过程，并恰当地利用了磨料被充分、彻底地细化的结果，高效率地生产出高质量的钢球。
本发明的技术方案是：一种轴承钢球的研磨方法，用游离磨料、研磨液在研磨机上进行，所述研磨液在保证恒稳循环的基础条件下，循环总液量越小越好，即小液量循环研磨液研磨；所述研磨液参与循环的总液量最好小于50升。
本发明进一步的技术方案是：一种轴承钢球的研磨方法，用游离磨料、研磨液在研磨机上进行，所述研磨液在保证恒稳循环的基础条件下，循环总液量越小越好，即小液量循环研磨液研磨；所述研磨液参与循环的总液量最好小于50升；所述钢球在进行小液量循环研磨液研磨后，再进行大液量循环研磨液研磨。
游离磨料研磨法，对于钢球研磨来说，原理上共同的要求是：磨料需存在于被加工件即钢球表面与磨盘表面之间的接触区中，通过磨料对钢球实施研磨，同时，磨料自身被研细。磨料的施加方式不同，产生了不同的具体研磨工艺。
研磨共同特点：
1．由磨料(A)和研磨液即润滑冷却液(B)组成研磨剂(C)，假设其数量也用其代号表示，则A+B=C。
2．A、B、C分别存在于两种情况中：附在钢球表面或研磨盘加工表面上的研磨剂才有机会在钢球的一个循环加工周期中起研磨作用，这是第一种情况，这一类研磨剂的组合，假设称作工作相，用脚标F代表；此外的研磨剂，游离在工作表面之外，不起研磨作用，假设称空闲相，用脚标E代表；两相合在一起，是该批加工的所有总和，假设称作总相，用脚标O代表，则：AF+AE=AO,BF+BE=BO,CF+CE=CO；抽象图如图1。
两个相不是彼此孤立的，F相的物料与E相的物料在实际循环研磨加工中，会发生相互转换。对于一定的研磨液配制方法，在两相界面间会存在一个动态平衡：不同的研磨剂配制方法，有不同的平衡系数K。
以上分析是假定所有磨料颗粒是同性的。但是实际工作情况，亿万个磨料是不相同的，有的颗粒粗，有的细，被研细前粗，研细后细，而磨料的粗细又是磨料性质的关键因素。考虑到磨料之间的这种区别，则空闲相中的磨料，在一个加工周期中是否有足够的机会转移到工作相中停留足够长的时间就也是相当重要的因素。
这种由大量磨料个体所组成的集合的行为，利用分布函数概念来处理，可获得清晰明了的数理效果。
某一颗磨料，很可能多次进入工作相，又多次从工作相中出来，在该批磨料总的加工周期(其时间假设为θ)，假设其在工作相中的停留时间为θ。根据大量个体的统计行为，不同的磨料颗粒，有不同的停留时间。具有相同停留时间θ+dθ的磨料数dA在总磨料数A中所占的分率dA/A，会根据停留时间的不同发生变化，这就是磨料在工作相中的停留时间对总磨料数的分布：dAA=F(θ)dθ]]>F(θ)就是磨料在工作相中的停留时间分布函数或称分布密度函数，如图2，函数F(θ)本身大小并不代表分率的大小，其曲线下面积(图中阴影区)才是分率dA/A的大小。
利用以上数学工具，可以对研磨行为进行分析，此处作简单定性分析。
通过前面的分析可以知道，就磨料的颗粒大小而言，理想的研磨，需要满足两个基本条件：
1．磨料需具有合适的粒度，大小尽量均匀一致；
2．所有磨料，尽量经过同等的研磨过程。
第一个条件只能通过对磨料供应的选择来满足，而第二个条件的满足情况与研磨方法有关，也是研磨方法的区别关键所在。
此处从分布函数概念出发，来分析研磨方法，即考虑上述第二个基本条件。理想的研磨方法，应该具备这三条要求：
1．有尽量大的平均停留时间θ。θ越接近该批磨料的整个加工周期θlot越好。θ-=∫0θlotθF(θ)dθ→θlot]]>θ越大，代表所有磨料越集中在工作相中，有最大的研磨效率。2．分布函数半高宽Δθ越小越好，半高宽定义为，满足条件：θ′与θ″之间的差值绝对值。Δθ12→0]]>。Δθ12]]>代表的是分率的离散情况，Δθ12]]>越小，所有磨料越能得到匀速的使用和细化，实现图3的理想研磨。
3．停留时间分布的方差σθ2，越小越好。方差σθ2代表各停留时间与平均停留时间的离散情况，σθ2越大，个别磨料未经充分使用并细化的程度就越大，或过分使用并细化的程度越大，越易引起表面质量问题。σθ2=(θ-θ-)2---------=∫0θlot(θ-θ-)2FF(θ)dθ→0]]>
综合这三方面的要求，得知，最理想的研磨方法，其磨料在工作相中的停留时间与分布函数，应该是一条θ=θ=θlot的直线，如图4，实际的研磨操作，当然达不到理想状态，应争取尽量满足。
满足第1条要求的方法与第2条是相近似的，即争取AF/AO→1,AF/AO→0,AF→AO。有3条途径：
(1)提高BF。通过研磨液的配方等技术提高研磨液在工作表面的吸附，但BF的提高是有限的。研磨膏法、悬浮液法、研磨液单组分法都有考虑。
(2)提高平均系数KK越大，则(AF/AO)越大。悬浮液法就是在单组分研磨液法的基础上，通过外加悬浮液来提高K。当然研磨液法本身也可有提高K值的考虑，也是研磨液质量好坏的性能之一。
(3)减小CE。研磨膏法就是通过将CE减少至趋向于零，使平均研磨时间大大提高，但是这种结果是在无意识下得到的。而悬浮液法和大液量法，CE值很大，导致磨料在工作中平均停留时间缩小，是不利因素。
满足第3条要求，关键有两条：
(4)F相与E相之间磨料、物料颗粒相互交换的频率和速度。研磨液循环就含有这个目的，而研磨膏法因为交换的频率和速度太低，如果存在双向交换，就存在质量缺陷。
(5)提高E相中各个磨料在E相中不同位置的相互交换或速度。即加强研磨液对磨料的悬浮能力，加强E相中全量的搅拌程度。
图5是以前各研磨法中，磨料在F相中的停留时间分布函数图：
特点是：研磨膏法：θ大，好；Δθ12]]>较小，好；σθ2大，差。悬浮液法：θ较大，可以；Δθ12]]>较大，不好；σθ2较大，差。大液量法：θ较小，差；Δθ12]]>较大，差；σθ2较大，差。根据以上3项要求，本发明可以通过小液量循环研磨液研磨法(简称小液量法)，实现磨料分布的最优化过程，其分布函数如图6，其优点是：θ大，Δθ12]]>小，σθ2小。本发明技术除了主要解决此前技术在磨料粒度方面的问题外，另外也解决了其它缺陷，如下表：项目/方法研磨膏法悬浮液法大液量法小液量法磨料细化的特征(过程、结果)被加工件的质量加工至同等质量时的效率操作方便程度加工周期中，机床状态的稳定性，即对人的监督的依赖程度清洗冷却性每批之间的稳定性即重复性，再现性集中，均匀，较全面；充分，较彻底，有效。好或不好高可以不稳定，特别是对立式机床难或易差好或差较集中，较均匀，不全面；充分，较彻底，有效。较好较高较方便稳定难清洗好较好不集中，不均匀，不全面，不充分，不彻底，有效性较差。不好低最方便稳定易清洗好较差较集中，均匀，全面；充分，彻底，有效。好高较方便稳定易清洗较好好
实施例：一种轴承钢球的研磨方法，用游离磨料、研磨液在研磨机上进行，所述研磨液在保证恒稳循环的基础条件下，循环总液量越小越好，即小液量循环研磨液研磨；所述研磨液参与循环的总液量最好小于50升；所述钢球在进行小液量循环研磨液研磨后，再进行大液量循环研磨液研磨。钢球先进行小液量循环研磨液研磨，能够保证较高的研磨效率，因为此时的研磨液中的磨料浓度比较高，而后钢球再进行大液量循环研磨液研磨时，研磨液中的磨料浓度比较低，并且此时的磨料已经彻底细化，能够保证钢球的研磨质量。
一．机床的改进：
此前技术的钢球大循环研磨机床中，工作时研磨循环主要流经五个区域，即：
1．两研磨盘之间的加工区；
2．输球导环等输球、贮球区；
3．机床底座等的回流区；
4．泵和管道等的研磨液输送区；
5．磨液箱即研磨液贮存区。
在这种机床中，进行设备技术改进，改进的目的主要有三个：
1．减少各区及至全研磨液循环流程中的动态贮存数量，以实现研磨液极少量循环；
2．减少、根除循环流程当中的死角，以实现尽量完全、均匀的循环；
3．提高接触到研磨液的材料表面光滑性和防粘性，以实现减少磨料在其表面的粘附促进循环。
二．研磨液、磨料的准备：
1．选用DHL-MA-1901钢球研磨液；
2．或者选用、配制其它水性或油性研磨液，使它在具有研磨液的润滑、冷却、冲洗、助研等通常功能外，另有粘度适当低的特点，以便实现循环液量尽量小的目的。因为，毛细粘附作用，粘度越大，研磨液在钢球之间及全区域里就贮存越多，循环速度越慢，总循环量越大；
3．将选用、配制后的研磨液充入大、小研磨液箱中，研液可连续多批使用，因蒸发等损失时，可补充，有效成分失效或污染太重时，需要更换新研磨液，更换周期根据工艺具体情况而定；
4．磨料准备：将工艺额定量的磨料用少量研磨液充分润湿分散，(按每批钢球工艺额定量分开单独润湿，不许和在一起总润湿再分开加注，以免计量失误)，磨料的品种可根据工序情况在碳化硅微粉、氧化铝微粉、氧化铬微粉中选用；磨料的规格粒度可以在W40-W0.5之间选用，甚至W0.1；磨料的额定数量根据磨料情况、钢球要求磨削量情况、钢球该工序要求质量情况而定。
三．启动机床：
1．将本工序待加工钢球均匀投入输球导环和研磨盘内；
2．启动研磨液小液量循环系统，充分润湿钢球；
3．启动、调整机床，在规定工艺压力、转速下，使钢球作正常循环加工；
4．调整小循环液量，使研液极少量循环正常进行，即循环量太少时，手动或自动补充，量太多时，手动排除；
5．直至钢球循环、研磨液循环都已正常时，即为启动工作完成。
四．小液量循环研磨：
1．把该批钢球工艺额定数量的已充分润湿的磨料，从磨料加注口一次性缓慢地加入循环研磨液中，要防止加入速度太快而引起循环输送管路堵塞。
2．按工艺规定调整研磨的压力、转速等；
3．监控机床工作状态；
4．质检判断小液量加工完成时刻，完成和判断条件按以下选择：(1)尺寸达到工艺规定的磨量(或留量)；(2)达到本小液量工艺的钢球质量，当工艺稳定时，可能改用按时间控制完成条件；
5．小液量循环加工中的液量参数选择：在保证恒稳循环(即不出现断流、堵流)的基础上，总循环液量越少越好，可在1-50升之间选择，最佳是在2-10升之间选择，液量跟机床型号规格有关，跟所加工球的规格数量有关，跟研液箱生效容积有关，跟研磨液情况有关，其数量的控制基本上已在一、二两个步骤中完成。
五．辅助研磨、转换成大液量循环研磨：
1．启动大液量研磨液循环系统，同时关闭小液量循环系统；
2．无需另加磨料，利用在小液量循环研磨过程中已充分而彻底地被细化了的磨料，进行研磨加工，以进一步提高、保证钢球质量；
3．监控、调整机床，直至达到质量要求，也可望根据工艺具体要求，在工艺固定时，有效地转化为按时间控制来判断完成时刻。