圆柱滚子的超精密抛光方法技术

圆柱滚子超精密抛光方法，包括：采用双平面研抛设备对圆柱滚子的圆柱面进行粗抛光和精抛光；安装于双平面研抛设备的上抛光盘和下抛光盘均是半固着磨粒抛光盘；半固着磨粒抛光层中，包含：31～36wt％的α‑氧化铝颗粒，22～25wt％的氧化铈颗粒，23～27wt％的胶体二氧化硅，余量为结合剂；所述α‑氧化铝颗粒的粒径为0.02～15微米；所述氧化铈颗粒的粒径为0.01～5微米；所述结合剂由胶粘剂和添加剂组成，其中胶粘剂占60～80wt％。该方法具有抛光精度高，加工效率高，圆柱滚子表面光洁度高，且批一致性高的特点。

Ultra-precision Polishing Method for Cylindrical Rollers

【技术实现步骤摘要】
圆柱滚子的超精密抛光方法
本专利技术涉及超精密加工
，具体涉及一种圆柱滚子的超精密抛光方法。
技术介绍
轴承是装备制造业中重要的、关键的基础零部件，直接决定着重大装备和主机产品的性能、质量和可靠性，被誉为装备制造的“心脏”部件。精密圆柱滚子作为轴承的关键零件，其表面质量(精度、一致性等)对轴承的工作性能和使用寿命起到至关重要的作用。目前，磨粒抛光和无心抛光是对圆柱滚子进行超精密抛光的主要手段。而磨粒抛光又可大致分为游离磨粒抛光和固着磨粒抛光两类。固着磨粒抛光具有较高的材料去除效率，随着技术的发展，其抛光精度也日益逼近游离磨粒抛光。但固着磨粒抛光要求使用价格高昂的高精度、高刚性设备，且由于强制进给引起的加工变质层较深，严重影响了产品的使用性能和寿命。游离磨粒抛光对设备精度要求不高，抛光精度高、加工变质层浅甚至没有。但游离磨粒的材料去除速率低，且抛光质量和一致性与加工环境的洁净度紧密相关。一旦硬质大颗粒侵入加工区域，即在圆柱滚子的表面产生深划痕，致使返工率和废品率增加，从而限制了抛光效率的提高。双平面抛光设备最早用于加工平面，因其可以同时加工上下两个平面，具有加工效率高和加工后平行度高的特点，在平面加工中广泛使用。后来，双平面抛光设备也被用于抛光加工圆柱面，如：浙江工业大学袁巨龙教授所带领的研究团队就将其用于抛光加工圆柱滚子的圆柱面。但是，目前使用双平面抛光设备抛光加工圆柱面仍局限于使用游离磨料加工的形式，通常需要经过研磨、粗抛光和精抛光三个过程，加工效率有待提高。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种圆柱滚子的超精密抛光方法，该方法抛光精度高，加工效率高，加工后圆柱滚子表面光洁度高，且加工后工件批一致性好。本专利技术的技术方案：圆柱滚子超精密抛光方法，包括：采用双平面研抛设备对圆柱滚子的圆柱面进行粗抛光的步骤；以及，采用双平面研抛设备对经过粗抛光后的圆柱滚子的圆柱面进行精抛光的步骤；其中，所述双平面研抛设备包括上抛光盘、下抛光盘、外齿圈、内齿圈和行星轮保持架；所述上抛光盘、下抛光盘、内齿圈和外齿圈的转轴均同心设置，并各自独立驱动；所述行星轮保持架内外圈分别与内齿圈、外齿圈啮合，所述上抛光盘上设有用于输送抛光液的流道；所述行星轮保持架上设有用于放置圆柱滚子的孔位，抛光时，圆柱滚子置于所述孔位内；抛光加工过程中，安装于双平面研抛设备上的上抛光盘和下抛光盘均是半固着磨粒抛光盘；所述半固着磨粒抛光盘由基盘和粘附于基盘表面的半固着磨粒抛光层构成；所述半固着磨粒抛光层中，包含：31～36wt％的α-氧化铝颗粒，22～25wt％的氧化铈颗粒，23～27wt％的胶体二氧化硅，余量为结合剂；所述α-氧化铝颗粒的粒径为0.02～15微米；所述氧化铈颗粒的粒径为0.01～5微米；所述结合剂由胶粘剂和添加剂组成，其中胶粘剂占40～60wt％；所述半固着磨粒抛光盘按照以下步骤制得：1.将磨粒、胶粘剂和添加剂混合，搅拌均匀，制得混合物料；2.将基盘置于模具中，然后再将制得的混合物料倒入模具中，冷压成型；3.冷压成型后加热固化，冷却后制得半固着磨粒抛光盘；粗抛光时使用的抛光液组分配方为：1～1.5wt％的柠檬酸、0.02～0.05wt％的过氧化氢和余量的水；精抛光时使用的抛光液组分配方为：0.5～0.8wt％的柠檬酸、1.2～1.5wt％的过氧化氢、0.01～0.02wt％的阴离子表面活性剂和余量的水。与现有技术相比，本专利技术的圆柱滚子柱面的超精密抛光方法，采用了具有半固着磨粒的抛光层的抛光盘对工件表面进行材料去除，磨粒通过结合剂以半固着的方式粘结在一起(结合剂需是软结合剂，不能使用诸如金属、陶瓷之类的硬结合剂，否则无法获得半固着状态)，粘结强度介于游离与固着之间，半固着磨粒抛光层中具有不同粒径和硬度的磨粒，大磨粒在抛光层中承担骨架作用，小磨粒对大磨粒之间的孔隙进行填充，从而大大增加了抛光层的结构强度，从而在加工圆柱滚子时，设备可以设定更大的下压力和更快的转速进行抛光加工，从而获得较高的抛光效率；又由于半固着磨粒抛光垫对硬质大颗粒具有“陷阱”效应——侵入加工区域的硬质大颗粒陷入磨具表层且所分担载荷与磨粒相同，可以有效地缓解硬质大颗粒对工件造成的损伤，保证了加工质量和批一致性，降低返工率及废品率；此外，半固着磨粒抛光层具有特定的组分配方，结合特定组分配方的抛光液化学机械复合抛光效率较高，也进一步提高了抛光加工效率。作为优化，粗抛时，所述上抛光盘的转速为-120～-150rpm，所述下抛光盘的转速为150～180rpm，内齿圈的转速为-15～-20rpm，外齿圈的转速为40～45rpm；上抛光盘的下压力为25～40N/滚子。此时，可以在保证加工质量的同时，进一步提高加工效率。作为进一步的优化，粗抛光过程使用的抛光液组分可以为：1wt％的柠檬酸、0.025wt％的过氧化氢和余量的水。粗抛的抛光液中催化剂含量较少，配合粗抛时较高速运行的设备，使粗抛具有较高的材料去除率，同时抛光液提供冷却、润滑作用，防止高速粗抛的过程中，磨粒对圆柱滚子造成损伤。作为优化，精抛时，所述上抛光盘的转速为-90～-120rpm，所述下抛光盘的转速为120～140rpm，内齿圈的转速为-10～-15rpm，外齿圈的转速为30～45rpm；上抛光盘的下压力为20～30N/滚子。此时，可以在保证具有较高加工质量的同时，进一步提高加工效率。作为进一步的优化，精抛光过程使用的抛光液组分可以为：0.5wt％的柠檬酸、1.5wt％的过氧化氢、0.01wt％的阴离子表面活性剂和余量的水。相比与粗抛的抛光液，精抛的抛光液中额外增加了阴离子表面活性剂，在抛光过程中起到清洗作用，防止磨粒对圆柱滚子造成损伤，进一步保证加工精度。作为优化，所述胶粘剂由植物胶类胶粘剂、树脂类胶粘剂、淀粉类胶粘剂混合而成，各组分在胶粘剂中的质量占比均不低于5wt％；所述添加剂由防水剂、填充剂、消泡剂混合而成，各组分在添加剂中的质量占比均不低于15wt％。该类胶粘剂均为软结合剂，此类胶粘剂可以保证抛光层具有半固着的结构特点，同时这些胶粘剂具有较强的黏结力，保证半固着磨粒抛光层的结构强度；防水剂、填充剂、消泡剂可以大幅减少半固着磨粒抛光层内的间隙和气泡，提高结构强度，延长使用寿命。作为进一步的优化，所述添加剂中，防水剂的质量占比为25～35wt％，填充剂的质量占比为45～50wt％；所述填充剂包含木糖醇；所述填充剂中，木糖醇的质量占比为20～35wt％。该配比的防水剂可阻止、减少和延缓半固着磨粒抛光层的早期塑性开裂，极大提高韧性，延长使用寿命；填充剂中添加了木糖醇，在高速抛光中，木糖醇随着抛光盘的磨损被逐渐释放出来遇抛光液中的水后吸收大量热量，具有降温作用，防止圆柱表面因局部过热产生较深的加工变质层，从而有利于获得更高的加工质量。作为优化，所述基盘可以由氮化硅陶瓷制得；半固着磨粒抛光盘的制作过程中，冷压成型后通过微波加热固化。氮化硅陶瓷的成分为Si3N4，是一种高温强度高、高硬度、耐磨、耐腐蚀并能自润滑的高温陶瓷，且线膨胀系数极小，作为基盘可以在具有腐蚀性(抛光液具有一定的腐蚀性)的环境，长久有效地工作。采用微波加热固化，可以防止出现加热过程因受热不均出现开裂或翘曲的情形，并且具有固化速本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.圆柱滚子超精密抛光方法，其特征在于，包括：采用双平面研抛设备对圆柱滚子的圆柱面进行粗抛光的步骤；以及，采用双平面研抛设备对经过粗抛光后的圆柱滚子的圆柱面进行精抛光的步骤；其中，所述双平面研抛设备包括上抛光盘、下抛光盘、外齿圈、内齿圈和行星轮保持架；所述上抛光盘、下抛光盘、内齿圈和外齿圈的转轴均同心设置，并各自独立驱动；所述行星轮保持架内外圈分别与内齿圈、外齿圈啮合，所述上抛光盘上设有用于输送抛光液的流道；所述行星轮保持架上设有用于放置圆柱滚子的孔位，抛光时，圆柱滚子置于所述孔位内；抛光加工过程中，安装于双平面研抛设备上的上抛光盘和下抛光盘均是半固着磨粒抛光盘；所述半固着磨粒抛光盘由基盘和粘附于基盘表面的半固着磨粒抛光层构成；所述半固着磨粒抛光层中，包含：31～36wt％的α‑氧化铝颗粒，22～25wt％的氧化铈颗粒，23～27wt％的胶体二氧化硅，余量为结合剂；所述α‑氧化铝颗粒的粒径为0.02～15微米；所述氧化铈颗粒的粒径为0.01～5微米；所述结合剂由胶粘剂和添加剂组成，其中胶粘剂占40～60wt％；所述半固着磨粒抛光盘按照以下步骤制得：1.将磨粒、胶粘剂和添加剂混合，搅拌均匀，制得混合物料；2.将基盘置于模具中，然后再将制得的混合物料倒入模具中，冷压成型；3.冷压成型后加热固化，冷却后制得半固着磨粒抛光盘；粗抛光时使用的抛光液组分配方为：1～1.5wt％的柠檬酸、0.02～0.05wt％的过氧化氢和余量的水；精抛光时使用的抛光液组分配方为：0.5～0.8wt％的柠檬酸、1.2～1.5wt％的过氧化氢、0.01～0.02wt％的阴离子表面活性剂和余量的水。...

【技术特征摘要】
1.圆柱滚子超精密抛光方法，其特征在于，包括：采用双平面研抛设备对圆柱滚子的圆柱面进行粗抛光的步骤；以及，采用双平面研抛设备对经过粗抛光后的圆柱滚子的圆柱面进行精抛光的步骤；其中，所述双平面研抛设备包括上抛光盘、下抛光盘、外齿圈、内齿圈和行星轮保持架；所述上抛光盘、下抛光盘、内齿圈和外齿圈的转轴均同心设置，并各自独立驱动；所述行星轮保持架内外圈分别与内齿圈、外齿圈啮合，所述上抛光盘上设有用于输送抛光液的流道；所述行星轮保持架上设有用于放置圆柱滚子的孔位，抛光时，圆柱滚子置于所述孔位内；抛光加工过程中，安装于双平面研抛设备上的上抛光盘和下抛光盘均是半固着磨粒抛光盘；所述半固着磨粒抛光盘由基盘和粘附于基盘表面的半固着磨粒抛光层构成；所述半固着磨粒抛光层中，包含：31～36wt％的α-氧化铝颗粒，22～25wt％的氧化铈颗粒，23～27wt％的胶体二氧化硅，余量为结合剂；所述α-氧化铝颗粒的粒径为0.02～15微米；所述氧化铈颗粒的粒径为0.01～5微米；所述结合剂由胶粘剂和添加剂组成，其中胶粘剂占40～60wt％；所述半固着磨粒抛光盘按照以下步骤制得：1.将磨粒、胶粘剂和添加剂混合，搅拌均匀，制得混合物料；2.将基盘置于模具中，然后再将制得的混合物料倒入模具中，冷压成型；3.冷压成型后加热固化，冷却后制得半固着磨粒抛光盘；粗抛光时使用的抛光液组分配方为：1～1.5wt％的柠檬酸、0.02～0.05wt％的过氧化氢和余量的水；精抛光时使用的抛光液组分配方为：0.5～0.8wt％的柠檬酸、1.2～1.5wt％的过氧化氢、0.01～0.02wt％的阴离子表面活性剂和余量的水。2.根据权利要求1所述的圆柱滚子的超精密抛光方法，其特征在于：粗抛时，所述上抛光盘的转速为-120～-150rpm，所述下抛光盘的转速为150～180rpm，内齿圈的转速为-15～-20rpm，外齿圈的转速为40～...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁巨龙，吕迅，张万辉，王志毫，张冬峰，
申请(专利权)人：新昌浙江工业大学科学技术研究院，
类型：发明
国别省市：浙江,33