CN101449072B - 滚动轴承部件和用于制造这种滚动轴承部件的方法 - Google Patents

Abstract

一种滚动轴承部件(1、12)，其由金属支承体(2、13)组成，金属支承体(2、13)带有以喷射方法包覆到其上的、具有滚动轴承工作面(4、15)的、喷射压实的金属层(3、14)。

Description

滚动轴承部件和用于制造这种滚动轴承部件的方法

技术领域

本发明涉及一种滚动轴承部件。

背景技术

众所周知，滚动轴承至少由两个部件组成，亦即，一个内圈和一个外圈，在内圈和外圈之间运行可以是球体、滚柱或类似的滚动体。通常，这样的旋转对称的滚动轴承部件是以切削方式制造的，并且接下来为了改善滚动体的疲劳强度进行表面硬化处理或碳氮共渗处理。例如，由于应力，在进行表面硬化处理时，有必要达到2mm以上的高的渗碳深度，根据所选择的原材料，所述渗碳深度要求至少15—20小时的热处理时间。对边界层性质的进一步改变只能通过选择另一种通常是更高合金化的基本原材料才能实现。但是，过渡到高性能的基本原材料必然造成更高的成本。

发明内容

为此，本发明基于这个问题提出一种可以以简单和节约成本的方式制造的滚动轴承部件。

为了解决这个问题，设置有滚动轴承部件，其由金属的支承体组成，支承体带有在其上以喷射方法包覆的、构成滚动轴承工作面的、被喷射压实的金属层。

根据本发明的滚动轴承部件，与普通的滚动轴承部件不同，不再是由一种均匀的材料加工出，而是由原材料结合体或复合原材料以切削方式加工出，在这种情况下，通过用金属喷射方法至少制成了形成滚动轴承工作面的边界层。在这种喷射压实方法的情况下，在一个气体雾化器中钢熔融液在保护气体流中被雾化成球状的小滴。金属滴通过该气体迅速冷却到一定液相和固相之间的温度上，通常甚至是低于固相温度。这种被冷却的金属滴以高速度运动。它们具有一种粘稠的粘度。如果金属滴现以高速度冲击到表面上，在本发明的情况下是冲击到支承体上，由于其本身的动能，因而液滴被压实。这样就构成了一种高密度的材料结合体。通过这种压实喷射法，可以制造出没有偏析、气孔极少、具有均匀的结构以及高的密度的金属层。根据本发明的滚动轴承利用了这一优点。如上所述，因为根据本发明构成滚动轴承工作面的金属层是以喷射方法形成的，其中，在喷射后，金属层还必须为了形成滚动轴承工作面而进行再加工。

采用以喷射方法进行制造具有一系列的优点。在金属覆层的成分方面及金属层的物理、化学、和机械性能调整方面具有非常大的灵活性，因此金属覆层的成分，特别是在各种确定机械、物理和化学性能的组分方面几乎是任意可变的。通过选择相应的材料，也已经实现了在滚动轴承工作面的范围内特征组合，采用常规的用于渗碳以及碳氮共渗的热处理方法不能达到该特征组合。从而可以省去长时间的表面硬化处理。因此，对滚动轴承部件始终执行的热处理仅依赖于部件的尺寸进而重量，而不再依赖于待改变的边界层的厚度。在对支承体金属与包覆金属层(也可以称为功能层)的金属进行适当协调配合的情况下，也可以在表面硬化处理过的原材料中在进行热处理时类似于不同转变方法形成内部压缩应力。通过对构成金属层的高碳化物含量的金属的选择，与传统的解决方案相比也可以明显提高耐磨性。同时滚动轴承部件的制造可以明显加快地进行，因为当形成金属层以后，仅仍必须在后续的制造步骤中(如锻造和/或环轧)对残余孔隙进行再压缩，之后是常规的热处理，而无需花费时间扩散控制性地形成滚动轴承工作层。

根据本发明第一个可选方案可以把预制的部件用作轴承支承体。在这种情况下，可以涉及任意成型的、优先接近成品形状的毛坯。

替代性地也可以考虑的是，以喷射方法将支承体制造成喷射压实的部件。这就是说，还要利用喷射方法(如在上面所阐述的)的优点来制造所述的支承体。其中，在选择支承体材料时，其它性能要求起着比在选择金属层材料方面更重要的作用。

除了滚动轴承部件自身外，本发明还涉及到一种制造这种滚动轴承部件的方法。这种方法的突出的特征在于，以喷射方法将金属层喷涂到金属的支承体上，接着对该金属层进行再加工以形成滚动轴承工作面，对此，通常是用不同的机械加工方法加工金属层。

在此，可以用一个预制的部件作为支承体。为了在支承体和金属层之间形成紧密的金属结合，该预制部件优选被加热到接近支承体金属的固相温度的温度，此后金属层才被喷涂。所产生的在内核中依然是熔融态的金属液滴立即结合到热态的支承体表面上并“合金化”。从而保证两种组分紧密金属化结合。

使用预制部件的替代方案是拟定出一种变动方案，对此，在第一步中以喷射方法制造出支承体，为此将构成该支承体的金属喷涂到部件芯架上，此后在第二步中喷涂金属层。在此，金属层也优选喷涂在仍处于热态的支承体上，以保证紧密的金属结合。

上述制造方法的可选方案主要可以用于制造内圈，在这种制造方法可选方案中，都是把金属层喷涂到已经存在支承体上，支承体可以一种预制的部件的形式，或者该支承体本身是提前喷射压实制造的支承体，因为用于执行喷射方法的工具是比较大的，并且不能将其导入到制造外圈所用的支承体中。但是，为了仍能够制造出具有非常优良的喷射压实的金属层的外圈，设计另一种根据本发明的制造滚动轴承部件的方法，在第一步中以喷射方法制作出金属层，为此，将形成金属层的金属喷涂到部件芯架上，并且此后在第二步中，通过把支承体金属喷涂到金属层上制造支承体，然后拆卸下部件芯架后，对金属层进行再加工以形成滚动轴承工作面。在此，优选还是选择把支承体金属喷涂到仍然处于热态的金属层上。

在这种方法中的制造顺序与制造具有喷射压实支承体的内环的顺序相比是反序的。对此，首先要把金属层喷涂到部件芯架上，接着使该金属层构成外圈的置于内部的滚动轴承工作面，然后，将支承体喷涂，使之构成成型的外圈部件的外面。

附图说明

从下面对实施范例的说明可以了解到本发明的更多的优点、特征和细节。其中：

图1示出内圈形式的根据本发明的部件的剖视图；

图2示出用于解释图1所示部件的制造方法的原理图；

图3示出与图1相似的根据本发明的部件的纵向放大剖面图；

图4示出用于解释根据本发明部件的制造方法的示意图，其中在一种喷射方法中既制造支撑件也制造金属层；

图5示出外圈形式的根据本发明的另外的部件的剖视图；以及

图6示出用于解释图5所示部件的制造方法的原理图。

具体实施方式

图1以内圈形式示出根据本发明的滚动轴承部件1，内圈1由在常规情况下中空圆柱形支承件2和一个用喷射方法包覆到该支承体2上的金属层3所组成。在所示的实施例中，对于支承体2涉及下述的预制部件，该部件由一种如通常用于制造切削加工的滚动轴承部件的金属所组成。金属层3的材料只要符合喷射致密加工，就可以任意选择，对此，优先考虑选用的是高速钢或耐热钢。但是其成分原则上可以是任意的的，也就是说，像C，N，Si，Mn，T，S，Cr，Mo，V，Nb，W和Fe等常规的钢组成部分及连同其它常见的杂质元素一起，一方面其量能够被如此进行计量，以使得该原材料基本上可以以金属喷射方法进行加工，另一方面也可以对其如此进行选择，以使所制造的金属层具有理想的物理、化学和机械性能。通过向熔融液内添加合适的球状或纤维状的非金属颗粒，例如氧化铝或碳化硅，还可以具体地影响耐磨性。形成金属层3后，首先以机械再加工方法(例如，通过锻造或轧制方法)对其进一步压实以减少气孔体积，然后，进行常规的热处理而不进行特殊的表面硬化处理，接着对金属层3进行加工，以形成外部的滚动轴承滚动面4，其中，也可以在热处理执行之前进行这样的加工。

图2示出用于说明如图1所示滚动轴承部件1制造方法的原理图。将预制好的、事后将构成滚动轴承部件的的成套部件的支承体2推到部件芯架5上(例如金属管或陶瓷管)，其中必要时可以通过相应的定距芯架将支承体2进行定位。部件芯架5是容纳在一个进给装置中，其在此没有详细表示，通过进给装置该部件芯架5一方面可以直线推移，另一方面也可以转动，如按照两个运动箭头所表示的那样。通过进给装置部件芯架5运动经过喷射装置6(这里未详细示出)旁边。喷射装置6通过气体雾化器将金属熔融液的细小的金属滴7以保护气体流喷射到金属支承体2上，以使得在部件芯架5旋转期间随着停留时间的增加，在金属支承体2上形成了金属层。支承体2本身是加热的，优选加热到其固相温度附近的温度，以便可以产生喷涂的金属层3在支承体2上接合面区域内最佳方式的粘结，从而形成与接合面相近的融合物构成。在所述的方式中，将整体的支承体2都以金属层3包覆，然后将支承体2从再次可用的部件芯架5上取下，并进行再加工。

部件芯架在用于容纳单体毛坯件时(正常情况下，是把多个单体毛坯件一个接一个地排成行)或进行双层喷洒时是必要的。如果某些部分是从长管定尺剪切下来的，那么只是该管为了喷洒借助进给装置进行运动和转动。

图3所示的是用这种方式制造的滚动轴承部件1的纵向剖面原理图。所表示的是部件芯架5，在所示出的范例中，在部件芯架5上设置有固定圈8或者说固定圈8在部件芯架5上推动。预制的支承体2安放在它们之间，在所示的实施范例中，该支承体2有径向伸出的、模制的环箍9。金属层3被喷涂到支承体2上。该金属层3具有外部的多孔的边界层10，边界层10与金属层3的某一部分共同进行切削减少，以形成轴承滚动体的滚道4。在图3中轴承滚动体滚道4以虚线表示。

图2所示的是在使用预制支承体的情况下滚动轴承部件的制造方法，而图4表示的是以金属喷射方法不仅制造支承体2而且还制造金属层3的可能性，设有两个可以直接进行互相顺序连接的喷射装置6a和6b。在此，也有重复可用的部件芯架5。它同样通过未详细示出的进给装置进行直线移动并同时进行转动。在此，首先是将部件芯架5运送经过喷射装置6a旁边。喷射装置6a把用于制成支承体2的钢熔融液的细小的金属滴11喷射到部件芯架5的外壳表面上。以此通过喷射压实作用形成支承体2。随着进给运动，支承体2(其还具有由于喷涂的钢熔融液而获得的余热)到达直接顺序连接的喷射装置6b的工作区域，喷射装置6b喷涂细小的金属滴7，用于制造金属层3。如果支承体2在相关表面区域内被金属层3包覆，则结束喷射过程，并且把滚动轴承部件1从部件芯架5上取下来。当部件芯架5与被喷涂的支承体2之间在接合面区域内形成一个有气孔的边界层之后，就可以使部件芯架5容易地脱模。接着对支承体内径上的有气孔的边界层进行切削加工。此外，这种方法通过控制锥形喷雾的重叠可以调整支承体2与金属层3之间不同斜度的性能梯度。

图5示出是根据本发明的另一种滚动轴承部件12，在此是以外圈的形式表达，滚动轴承部件12具有构成部件外面的支承体13，在该支承体13内径上设置有一个金属层14，其内表面构成滚动轴承工作面15。制造这样的带有内金属层的滚动轴承部件12同样以下述方法进行，即其中不仅支承体13而且金属层14都由相应的钢熔融液进行喷涂。

图6示出根据本发明的原理图方式的方法。此外，还使用可重复使用的部件芯架18，在此，同样也设置有两个喷射装置6a和6b。通过没有详细示出的进给装置，部件芯架18首先引导经过喷射装置6a旁边，在此喷射装置6a喷涂细小的金属滴16，但是此处金属是直接喷射到部件芯架18的表面以形成金属层14所必需的。此外，在金属层14和部件支承架18之间的接合面区域内，也形成与图3所示边界层相似的有气孔的边界层，但是该边界层与某确定金属层部分一起进行切削切除，以形成滚动体滚动面15。

当部件芯架18继续直线运动时，所喷涂的金属层14到达喷射装置6b的工作区域，该喷射装置6b将钢熔融液的细金属滴17喷涂到还处于热态的金属层14的外表面上，以构成支承体13。在此由于金属层14的余热而无需加热。在此，在金属层14的金属和支承体13的金属之间也形成紧密的金属化结合。

此外，当部件芯架18脱模后，还要进行适当的再加工，一方面是为了去除金属层14的有气孔边界层，从而加工出滚动体滚动面15，另一方面在外侧去除支承体13的有气孔的边界层，以及进行相应的机械式的锻造处理或轧制处理，是为了减少气孔量，并接下来进行已经阐述的热处理。

最后，还要指出，金属层的厚度和预制支承体的厚度，或者说用喷射压实法制成的支承体的厚度可以是任意的，它们优选都处于相近的厚度范围内。例如，对于用于容纳直径为100mm的轴的内圈，支承体的厚度约为10mm，而金属层的厚度可以是约6—8mm。相应的密封滚动轴承的外圈的厚度处于相近的范围内。厚度相应于各个滚动轴承部件直径的大小而变化。

附图标记：

1  滚动轴承部件

2  支承体

3  金属层

4  滚动轴承滚动面

5  部件芯架

6  喷射装置

6a 喷射装置

6b 喷射装置

7  金属滴

8  固定圈

9  环箍

10 边界层

11 金属滴

12 滚动轴承部件

13 支承体

14 金属层

15 滚动轴承滚动面

16 部件芯架

17 金属滴

18 部件芯架

Claims (7)

1.滚动轴承部件(1、12)，由金属支承体构成，所述支承体带有喷射压实的金属层，该金属层以喷射方法包覆在所述支承体上且具有滚动轴承工作面，所述支承体也是以喷射方法制造的喷射压实的部件。

2.用于制造根据权利要求1所述的滚动轴承部件的方法，其特征在于，以喷射方法在金属支承体上喷涂金属层，接着对该金属层进行再加工以形成滚动轴承工作表面。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在喷涂所述金属层之前，将所述支承体加热到接近支承体金属固相温度的温度，并且将所述金属层喷射到加热了的支承体上。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在第一步骤中以喷射方法制造所述支承体，为此，将构成所述支承体的金属(11)喷涂到部件芯架(5)上，然后在第二步骤中喷涂所述金属层。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将所述金属层喷射到仍然处于热态的所述支承体上。

6.用于制造根据权利要求1所述的滚动轴承部件的方法，其特征在于，在第一步骤中以喷射方法制造金属层，为此，将构成所述金属层的金属(16)喷涂到部件芯架(18)上；然后在第二步中，通过将支承体金属(17)喷涂到所述金属层上制造支承体；然后在将部件芯架(18)拆卸后对所述金属层进行再加工，以形成滚动轴承工作面。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述支承体金属(17)喷涂到仍然处于热态的所述金属层上。 

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