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滚珠是钢制的圆珠形零件,又称钢珠,铁丸、弹珠、走珠。滚珠的应用范围非常广泛,我们写字时用它、涂胶水用它、化妆用它、射击用它、做实验离不开它、加工仰赖它,几乎所有的机械传动都需要它。。。从根源上说,轴承的出现就是为了控制滚珠的走向和活动范围的。
轴承是通过在摩擦面中间安装球形合金钢珠,以滚动方式来降低动力传递过程中的摩擦力、提高机械动力的传递效率。这些钢珠就是滚珠,又称钢丸、弹珠、走珠,不光轴承、丝杠,滑轨这些传动装置用它,圆珠笔、气枪、物理实验、研磨加工都需要用到滚珠。
最早的滑动和滚动体轴承是木制的。现在最常用的滚珠材料是洛氏硬度(RockwellC-scalehardness)约在61-65之间的高铬钢。而其它材料如铁、铜、其他金属、陶瓷、石头、玻璃,塑料(如尼龙、胶木、特氟隆和UHMWPE)也都在被广泛应用。还有液态轴承、空气轴承、磁悬浮轴承、宝石轴承等等等。
早期的轴承有个缺陷,是球之间的碰撞会造成额外的摩擦,而把球放进小笼里可以防止这种现象。达芬奇在年左右曾经对一种球轴承进行过研究。17世纪时,伽利略就对固定和笼装的球轴承做过描述。最早投入实用的带有保持架的滚动轴承,是钟表匠约翰·哈里逊于年为制作H3时计而发明的。
年,德国人FriedrichFischer提出的使用合适的生产机器磨制大小相同、圆度准确的钢球的主张,奠定了创建独立的轴承工业的基础。年基于他姓氏的FAG品牌注册成为商标,并延续至今,目前属于德国舍弗勒集团。
即使没揉过汤圆面团,每个人小时候都搓过泥巴团,知道真正的球形是很难做的。那么这些表面光洁、尺寸标准化、形状完美的金属小球是怎么制造出来的呢?难道是趁热揉出来的?旧滚珠会发黑(念出来试试^^)表面还有小坑,新滚珠却那么光亮,是不是电镀的呀?
加工制造滚珠的流程和揉汤圆确实有点类似,但是要精细复杂得多:
1、备料
根据滚珠尺寸所需的硬化性能,选用合适的轴承钢盘条,需先经球化退火得到球状渗碳体的珠光体显微组织。
2、切段
包汤圆需要先把和好的粉揉成条,再切成小段。做滚珠也是,先要将一条直径和最终球体直径差不多的金属线(盘条)放入封头机(自动镦坯机),按计算尺寸切成小段。
3、捏团
和把切成小段的汤圆粉块用双手捏成基本团状类似,封头机有一个由两个半球组成的金属腔,一开一合中,切断的金属线就被压成了球形。这时候球坯的两极处还带有脐疤,赤道线(分模线)上有一圈不规则的余料环(铸模溢出物)。
4、揉(粗磨与精磨)
类似两只手揉粉团一样,滚珠机(立轴粗磨机)有两块厚重坚硬、带凹槽的钢沟纹板(锉盘),上、下盘逆向快速旋转,布满在两锉盘之间的球坯被锉盘推碾公转,同时在垂直面内自传,又因相互碰撞而在水平面内不规则的运动和锉磨,经多次分选和重磨,球坯逐渐成为形状更加滚圆的粗磨球,同时表面也得到加强。这个环节噪音很大。卧轴精磨机的上锉盘为光平面盘,下锉盘是平面上开有阿基米德螺旋线槽的精磨盘,粗磨球再被反复研磨,陆续分选,更加接近成品。
5、热加工
粗磨球被送入螺旋推进淬火炉进行自动热处理,被烧至度以上再进入冷却液渗碳淬火。这项处理会提高滚珠的硬度和耐久性。做完这一步滚珠还是黑漆漆的。
6、精研及抛光
还是用类似滚珠机的机械,但用的是分别是研磨剂和抛光剂,进过精研的滚珠已达到了完美的球状。抛光采用硬度较软的金属板,压力也会减轻,不会去除任何材料,之后需要用超声波和清洁液清洗滚珠,经过这么多道工艺,滚珠的表面变得非常的光滑闪亮,完全不需要电镀。
7、检查
用例如全自动检查机、光学分选机(利用光波的干涉原理)等等一系列精密工具和设备检测每颗滚珠,确定它是否有瑕疵,是否满足规定工差。行业规定等级为3的滚珠的圆度偏差不能超过0.微米,直径偏差不能超过0.0微米。
气枪的金属弹丸、轴承的塑料滚珠、圆珠笔里使用的塑料滚珠都是用类似工艺制造的。