请介绍一下混合陶瓷轴承的制造工艺
混合陶瓷轴承是指滚动体采用陶瓷材料,内圈、外圈采用金属材料的轴承产品(区别于全陶瓷轴承),兼具金属轴承的高刚性、陶瓷滚动体的耐磨耐高温等优势,其制造工艺需严格把控材料加工精度与部件装配适配性。
一、 原材料选型与预处理
金属套圈(内圈 + 外圈)原材料
主流材质为高碳铬轴承钢(GCr15) 或不锈钢(440C/304),前者适用于常规工业工况,后者适配耐腐蚀场景。
预处理流程:圆钢下料 → 锻造(消除内部疏松,提升致密度) → 球化退火(降低硬度,便于后续切削加工) → 车削粗加工(初步成型套圈毛坯)。
陶瓷滚动体原材料
首选氮化硅(Si₃N₄) 陶瓷,其次为氧化锆(ZrO₂) 陶瓷,氮化硅具有更低的密度、更高的硬度和耐磨性,是工业混合陶瓷轴承的主流选择。
预处理流程:陶瓷粉末制备(采用气相沉积法或固相烧结法,保证粉末粒径均匀) → 粉末造粒(加入粘结剂,制成可压制的颗粒状原料)。
二、 核心部件加工工艺
(一) 金属套圈精密加工
精车加工:对退火后的毛坯进行精车,控制套圈的内径、外径、宽度等尺寸公差,精度需达到 ±0.005mm 以内。
热处理:
GCr15 轴承钢套圈需经过淬火 + 低温回火处理,将硬度提升至 HRC 60–64,保证耐磨性;
不锈钢套圈采用固溶处理,提升耐腐蚀性能的同时维持一定硬度。
磨削加工:这是决定套圈精度的关键工序,通过多道磨削流程实现:
无心磨(磨削外圈外径和内圈内径) → 双端面磨(磨削套圈两端面,保证平行度) → 沟道磨(磨削滚动体的滚道,需严格控制沟道曲率半径,与陶瓷滚动体适配)。
超精加工:对滚道表面进行抛光处理,降低表面粗糙度(Ra≤0.01μm),减少滚动体与滚道的摩擦损耗。
清洗与防锈:采用超声波清洗去除加工残留的铁屑和油污,不锈钢套圈可直接干燥,碳钢套圈需进行镀镍、镀锌或涂防锈油处理。
(二) 陶瓷滚动体成型与烧结
压制成型:将造粒后的陶瓷粉末放入模具,通过冷等静压(CIP) 工艺压制出球形毛坯,压力控制在 100–300MPa,确保毛坯密度均匀。
脱脂处理:将球形毛坯放入脱脂炉,加热至 400–600℃,去除内部粘结剂,避免烧结时产生气泡和裂纹。
高温烧结:将脱脂后的毛坯置于烧结炉中,在氮气或氩气保护气氛下加热至 1600–1800℃(氮化硅烧结温度),保温 2–4 小时,使陶瓷颗粒紧密结合,形成致密的陶瓷球。
研磨抛光:
粗磨:去除烧结后的表面缺陷,初步修正球形度;
精磨:采用金刚石研磨液,将陶瓷球的球形度误差控制在 0.001mm 以内;
抛光:最终抛光后表面粗糙度 Ra≤0.005μm,保证滚动时的顺滑性。
三、 装配与终检工艺
保持架加工与装配
保持架材质根据工况选择,常用黄铜、工程塑料(PA66 + 玻纤) 或不锈钢;通过冲压或注塑成型后,需进行钻孔、倒角处理,保证兜孔与陶瓷滚动体的适配间隙。
装配流程:在清洁的无尘车间内,将陶瓷滚动体均匀装入保持架兜孔 → 与金属内圈、外圈组合装配。
润滑与密封
常规工况:填充高温润滑脂(如聚脲脂、氟素脂),降低滚动体与滚道的摩擦;
恶劣工况(高温、粉尘、腐蚀环境):加装金属密封圈或防尘盖,防止异物侵入和润滑脂流失。
终检与出厂
尺寸检测:检测轴承内径、外径、游隙等关键参数,确保符合行业标准(如 ISO 302);
性能测试:进行旋转精度测试、振动测试、耐高温测试等;
外观检测:检查套圈和滚动体表面是否有裂纹、划痕等缺陷,合格后包装出厂。
四、 关键工艺控制点
陶瓷滚动体的球形度:直接影响轴承的旋转精度和振动值,需通过高精度研磨设备严格把控。
金属套圈滚道的曲率匹配:滚道曲率半径与陶瓷滚动体的比值需控制在 1.01–1.05,确保接触应力均匀。
清洁度控制:整个加工和装配过程需在无尘环境下进行,避免杂质进入轴承内部,导致运行失效。