滾珠是最古老的機械裝置之一，早在公元40年的羅馬船只上就開(kāi)始使用它們作為軸承部件，目前，人們仍在不斷開(kāi)發(fā)精密滾珠的新式設計、制造技術(shù)和應用 功能。比如，用于飛機貨艙的萬(wàn)向滾珠使用空心滾珠來(lái)減輕重量和降低燃料消耗。采用不銹鋼滾珠的機械安全氣囊傳感器已經(jīng)用于數以百萬(wàn)計的交通工具，從來(lái)沒(méi)有 出現打開(kāi)失敗或錯誤打開(kāi)的情況。同樣，微型滾珠制造技術(shù)的發(fā)展，使制造商迅速提升了磁盤(pán)驅動(dòng)器、牙科鉆具、衛星制導系統和其它重要應用的水準?
減少飛機的重量
最近燃料價(jià)格大幅上升，而很久以前，航空貨運行業(yè)就開(kāi)始尋找減輕重量以節省燃料的方法，其中就包括如何減輕航空貨艙的重量。航空貨艙一般裝載成組裝 運設備（ULD），例如行業(yè)標準集裝箱等。借助萬(wàn)向滾珠（BTU），裝載人員可以在貨艙內迅速裝入、安放和卸下成組裝運設備。萬(wàn)向滾珠的滾珠位于殼體內， 它們向上方突出并接觸成組裝運設備的下表面。一般情況下使用直徑1英寸的滾珠，滾珠的頂部切點(diǎn)位于面板上表面以上0.25英寸的位置。實(shí)心的1英寸滾珠重 量為67克。這些滾珠一般在殼體內由一組1/8英寸的小球支撐，這些小球密封在一個(gè)外罩內。
萬(wàn)向滾珠在外罩內按照一定方式排列，以形成滾珠面板，這些面板使飛機載運的貨物表面對齊。大型飛機的貨艙內有數萬(wàn)個(gè)滾珠，所以重量很大。相關(guān)方請求 滾珠制造商想辦法生產(chǎn)重量更輕，同時(shí)仍然能夠承受6,000磅高峰荷載的軸承。最終的解決方案是制作一種空心滾珠軸承，其方法是將兩個(gè)440不銹鋼半球結 構壓在一起，然后將其焊接起來(lái)。
最大的困難來(lái)自焊接操作，在此過(guò)程中必須將兩個(gè)半球精確對準，然后結合在一起，使其能夠承受負載并防止泄露。在滾珠焊接完畢之后，會(huì )進(jìn)行整平對接以 消除焊口，進(jìn)行軟研磨、熱加工和硬研磨達到精度公差。滾珠如果需要中等精度，則會(huì )在一個(gè)圓筒內進(jìn)行翻轉、清潔和鈍化處理，以使其具有耐腐蝕性。精度更高的 滾珠則首先進(jìn)行拋光，然后進(jìn)行清潔和鈍化處理。熱加工工藝已經(jīng)進(jìn)行了改良，可以提高滾珠的表面硬度，避免出現痕跡或凹陷，并延長(cháng)其使用壽命。
空心滾珠的重量只有21克，每個(gè)滾珠減少了47克或大約0.1磅的重量。與原來(lái)的實(shí)心滾珠相比，其重量少了69%。舉例來(lái)說(shuō)，一架C-130H 大力神軍用運輸機的貨艙尺寸為36英尺長(cháng)9英尺寬，總面積為324平方英尺。地板表面的滾珠面板大約有40,000個(gè)滾珠，如果使用空心滾珠，大約可以減 輕4,000磅的重量。在通常情況下，通過(guò)減輕飛機重量節省的燃料約為0.0036加侖/磅/小時(shí)。因此，假設每年飛行2,000小時(shí)，減輕4,000磅 的重量每年就可以節約大概28,800加侖的燃料，按照目前噴氣式飛機燃料的價(jià)格，每年可以節約43,200美元左右?？招臐L珠也用于其它領(lǐng)域，比如需要 輕型磁滾珠的流量閥。
提高汽車(chē)的安全性
機械氣囊傳感器是另外一種重要的應用。在傳感器中使用一個(gè)空心管來(lái)引導滾珠。通過(guò)位于管子開(kāi)口端的一個(gè)彈簧將滾珠固定就位。在傳感器組裝完畢之后， 首先通過(guò)滾珠使彈簧產(chǎn)生位移，形成一個(gè)預負荷。當汽車(chē)突然減速導致滾珠突然加速沖出管子時(shí)，傳感器就會(huì )觸發(fā)。滾珠會(huì )克服彈簧上的預負荷并使彈簧移位，直到 其接觸位于其路徑上的第二個(gè)彈簧。當第一個(gè)彈簧接觸第二個(gè)彈簧時(shí)，會(huì )形成一個(gè)回路，觸發(fā)氣囊操作。
此應用的難點(diǎn)在于滾珠必須能夠在操作汽車(chē)的很大溫度范圍內與管子保持相同的間隙。因為管子首先選擇了不銹鋼材料，所以滾珠制造商必須找到具有相同熱 膨脹系數的滾珠材料，431類(lèi)不銹鋼就是具有合適系數的一種材料。不過(guò)在此之前尚未有人用431不銹鋼制作過(guò)滾珠，并且此應用需要嚴密的公差。滾珠所需的 球公差為0.000010英寸，尺寸變化為+/- 0.000010英寸，表面起伏度低于Ra 1。
52100含鉻不銹鋼或者440C不銹鋼等材料的HRC硬度值均高于60，易于滿(mǎn)足上述公差要。但是431不銹鋼材料的HRC硬度值只有40左右。 因為材料在加工過(guò)程中容易變形，所以達到上述公差要求的難度更大。在制作滾珠的過(guò)程中，首先在一個(gè)線(xiàn)圈上進(jìn)行冷鐓頭操作。這樣得到的滾珠看起來(lái)像土星，在 中間環(huán)繞一個(gè)環(huán)形結構，其材料擠在兩半模具中間。通過(guò)一種稱(chēng)為整平器的裝置將這個(gè)環(huán)消去。
下一步是進(jìn)行熱加工，其中包括低溫冷凍和回火。然后對滾珠進(jìn)行研磨、表面拋光、清潔和鈍化。最后進(jìn)行鍍金以提高這些關(guān)鍵部件的耐腐蝕能力。機械氣囊 傳感器目前已經(jīng)普遍被為微機電設備所取代，不過(guò)，它們曾經(jīng)為數以千萬(wàn)計的汽車(chē)用戶(hù)提供了良好的保護功能，從來(lái)沒(méi)有出現過(guò)一次故障，這一紀錄是無(wú)可比擬的。
制作更高公差等級的微型滾珠
在微型滾珠的制造領(lǐng)域也取得了顯著(zhù)的進(jìn)步，這些微型滾珠用于多種計算機存儲設備、醫療和牙科設備、航空設備、精密機械、實(shí)驗室儀器，用作鋰離子電池 中的排放管，并用于多種其它尖端設備。大型滾珠做成球型，而小于1/16英寸的微型滾珠則是用線(xiàn)切削的。首先要仔細檢查線(xiàn)的尺寸、表面層以及表面和內部是 否完好，然后將線(xiàn)切削成圓柱形，一般每小時(shí)可以制作100,000件。
接下來(lái)將部件放到一個(gè)整平器中，位于兩個(gè)鑄鐵盤(pán)表面之間的槽內。槽內部是不平的，可以將滾珠的突起部位拉掉。在操作過(guò)程中，一個(gè)輪子旋轉，另外一個(gè) 輪子固定。固定的輪子有一個(gè)開(kāi)口，可以將滾珠送入到槽內或從槽中取出來(lái)。使用一個(gè)特殊的傳輸帶將滾珠送入到一個(gè)孔內。接下來(lái)滾珠會(huì )繞著(zhù)槽移動(dòng)，然后從另外 一個(gè)孔出來(lái)。在后面的操作中，它們被送回到傳送帶反復通過(guò)輪槽，直到滾珠變得非常圓，并且尺寸比正常尺寸略大，突起部分已經(jīng)完全消失。在整平器中清除的原 料尺寸大約為0.006英寸，具體數值與滾珠的尺寸有關(guān)。得到的滾珠大于正常尺寸，這樣可以在熱加工后將其研磨到成品大小。
在整平之后，滾珠運動(dòng)到一個(gè)滾珠研磨機器進(jìn)行軟研磨。在此操作中清除的原料尺寸一般為0.008英寸到0.010英寸。研磨或拋光機器有一個(gè)固定軸 或板以及一個(gè)旋轉軸或板。在軟研磨之后，對滾珠進(jìn)行清潔和干燥，然后進(jìn)行滾筒篩選操作。滾筒篩選器帶有精密旋轉滾筒，通過(guò)合理的布置確保尺寸合適的滾珠能 夠在滾筒間穿過(guò)，而尺寸過(guò)大或過(guò)小的滾珠則會(huì )掉出來(lái)。接下來(lái)，滾珠進(jìn)行熱加工，以確保其具有良好的硬度，同時(shí)減少殘留奧氏體，或者滿(mǎn)足特殊要求。
熱加工后的下一步操作是硬研磨。在此操作中清除的原料尺寸大約為0.006 英寸。然后進(jìn)行新一輪的清潔、干燥和滾筒篩選操作。粗拋光大約除去0.0006英寸，將其圓球度至少提高到百萬(wàn)分之二十五，在大多數情況下可以達到百萬(wàn)分 之十。根據滾珠的尺寸，可以進(jìn)行篩選操作或再進(jìn)行一次滾筒篩選。最終進(jìn)行亮拋光操作，除去0.0002英寸的原料，將其圓球度提高到百萬(wàn)分之三到五。如果 要制作不銹鋼滾珠，接下來(lái)還要進(jìn)行圓筒清潔和鈍化，然后進(jìn)入離心機干燥，繼而進(jìn)行最終檢查和測定。
大多數需要運動(dòng)的設備都會(huì )使用滾珠。本文所述的精密高科技應用經(jīng)常需要利用滾珠來(lái)滿(mǎn)足輕重量，小尺寸和精密公差等特殊要求。這些滾珠的設計和制造不僅需要創(chuàng )造性的工程設計，而且需要非常精細的工作態(tài)度。最終得到具有高質(zhì)量和高公差、能夠滿(mǎn)足應用需求的產(chǎn)品