CN102356168A - 制造轴承环的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明包括一种制造用于滚动元件轴承的轴承环(101)的方法，其中轴承环包括由轴承等级的钢制成的轴承座圈(102)和优选地由重量轻的金属例如铝或者热塑性材料例如聚酰胺制成的过模制部分(106)。根据本发明，所述方法包括在模制工艺中结合过模制部分(106)到轴承座圈(102)之前至少硬化轴承座圈的滚道表面(103)。在进一步的发展中，所述方法包括温度控制步骤，以保证滚道表面(103)的温度在模制工艺过程中保持在预定值之下。

Description

制造轴承环的方法
技术领域
本发明涉及制造用于滚动元件轴承的轴承环的方法，其中轴承环包括由轴承等级的钢制成的轴承座圈和模制到轴承座圈的过模制(overmould)部分。本发明进一步涉及用这种方法制造的轴承环和包括这样的轴承环的轴承单元，尤其是适于支撑车辆中的轮子的带凸缘的轴承单元。
背景技术
在燃料经济利益方面，在汽车工业中具有向着减轻车辆部件重量的不断发展的趋势。但是，重量减轻需要在不损及部件的必要强度或者稳定性以及优选地不会增大材料成本或者制造成本下实现。
车辆轮子轴承是汽车部件中期望减轻重量的例子，这同样是因为这样的事实：轮子末端轴承属于车辆的簧下重量。为了经得起滚动接触应力，轴承的滚道需要由足够硬的材料制成。钛和某些陶瓷是具有必要的机械属性并且还重量轻的材料。它们也昂贵，因此，轴承钢更常用。轴承钢具有优秀的可淬硬性，但是不能视作重量轻的材料。这样，获得制造起来相对便宜并且重量减轻的轮子轴承的一种解决方案是由轴承钢形成轴承环的滚道部分并由重量轻的材料形成环的其它部分。
在US06485188中，提出具有嵌入在铸件部件中的轴承座圈的轮子安装座。在一个实施例中，轮子安装座是毂，其中由轴承等级的钢制成的外轴承座圈嵌入在铸件部件中，该铸件部件具有用于附着车辆轮子的径向凸缘。在进一步的实施例中，轮子安装座是转向节，其是围绕外轴承座圈的铸件。用于铸件部件的建议金属是钢、可延展的铁和铝。在铸造步骤之后，轴承座圈的外滚道被感应硬化。
但是，在简化包括铸件或者过模制部分的轴承环的制造方面以及实现能够具有与完全由例如轴承钢制成的传统单元相同的机械和结构性能的包括这样的轴承环的轴承单元方面仍然留有改善空间。
发明内容
本发明包括制造用于滚动元件轴承的轴承环的方法，其中轴承环包括由轴承等级的钢制成的轴承座圈和在模制工艺中结合到轴承座圈的过模制部分。在轴承座圈的一个径向侧面上，轴承座圈具有适于作为用于轴承的滚动元件的滚道的表面，由此过模制部分在相对的径向侧面结合到轴承座圈。根据本发明，所述方法包括至少使得轴承座圈的滚道表面在结合过模制部分到轴承座圈的步骤之前进行硬化处理的步骤。
本发明的一个优点在于，轴承座圈可以根据在轴承环制造场所使用的标准工艺进行硬化，从而降低成本。而且，在模制之前硬化可以比在模制之后更容易地执行，从而简化包括过模制部分的轴承环的制造。类似地，轴承滚道通常在硬化后进行机加工操作，以实现需要的公差。机加工操作例如硬车削或者无心磨削也可以更简单地在模制之前执行，尤其是如果模制到轴承座圈的部分具有复杂的几何形状。
为了在使用中经得起滚动接触疲劳，至少轴承座圈的滚道表面必须经历硬化处理。在本发明的优选实施例中，轴承座圈在模制处理之前经历通透硬化处理。在另一个实施例中，轴承座圈的滚道表面在模制之前进行表面硬化。这样的硬化的变体是感应表面硬化、激光硬化、燃烧硬化或者渗碳加随后的炉中(furnace)硬化。
在表面硬化中，取决于应用的载荷情况，仅滚道表面被硬化到限定深度。这通过局部加热到发生奥氏体相变的温度，随后淬火，而完成。轴承座圈的其它部分不受硬化处理的影响。在通透硬化中，相比之下，整个部件都加热到相变温度，然后淬火，此后轴承座圈在其横截面上呈现基本恒定的硬度。
感应硬化技术常用于硬化凸缘毂的滚道，由此凸缘未被硬化并设计来抵抗结构疲劳，而滚道被硬化并设计来抵抗滚道接触疲劳。在适于内环转动的凸缘毂的情形中，滚道部分安置在强交变磁场中以为了在滚道表面中感应交流电并产生热量。感应硬化因此要求专用设备和专用工具。通透硬化更加简单，因此更为优选。轴承座圈可以在淬火以前简单地放置在炉中并加热到需要的温度一需要的时间段。
在两种类型的硬化中，热处理包括加热轴承钢到奥氏体相，将其保持在奥氏体相直到存在于合金中的碳的一部分已经分散(dissolve)，然后快速冷却。在快速冷却时，奥氏体的主要部分转变为马氏体或者贝氏体，其取决于冷却条件。在马氏体硬化的情形中，钢变得非常脆和硬。在淬火之后，因此对钢进行回火，其包括再加热钢到接近于马氏体开始温度的温度一段时间直到钢实现必要的韧性，同时保持足够的硬度。马氏体开始温度取决于轴承钢的组分以及淬火温度，但是大多数马氏体硬化轴承钢在150-160℃的温度下回火。在贝氏体硬化的情形下，钢被淬火到大约230℃的温度，保持在该温度几个小时，直到奥氏体相已经转变为贝氏体，然后空气冷却到室温。产生的贝氏体硬化钢比马氏体硬化钢更加可延展，并且不需要进行回火处理。
典型地，轴承环被硬化直到至少滚道具有在58和65HRC(洛氏硬度)之间的硬度。在硬化之后，滚道不应暴露于过热的温度，因为这在效果上会导致过回火，其会降低滚道硬度。在具有马氏体硬化滚道的滚动元件轴承的情形下，轴承不适于在大约150℃以上的操作温度。对于具有贝氏体硬化滚道的轴承，最大操作温度是大约250℃，也就是，更低的贝氏体转变温度。
类似地，在包括硬化轴承钢制成的轴承座圈和以模制或者半模制状态结合到轴承座圈的过模制部分的轴承环中，滚道表面的温度必须保持在预定温度值之下，预定温度值即滚道表面的硬度不会受到不利地影响的最高温度。过模制部分结合到的相对的轴承座圈表面的温度可超过预定值，因为仅滚道表面需要具有到大约1.5-2.5毫米的深度的特定硬度，其取决于预期的载荷情形。但是，轴承钢是优秀的热导体。
在本发明的一个实施例中，轴承环的过模制部分由热塑性塑料材料形成。高性能的工程塑料例如聚酰胺46是具有用于某些轴承应用的必要的机械性能的塑料材料的一个例子。聚酰胺46具有295℃的熔化温度。以该塑料材料为例子，具有质量m1的一定量的模制聚酰胺46模制到轴承座圈。模制材料包含一定量的热能量，其可以由系统焓进行计算。假定在与模制塑料(在295℃)接触之前轴承钢的温度为25℃，系统焓Q1由Q1＝(295-25)·m1·cpa给出，其中cpa是聚酰胺46的比热容。
为了提高滚道表面的温度ΔT的量，该量将导致滚道表面达到预定温度值，需要Q2的热能量，其可以由Q2＝m2·cbs·ΔT进行计算，其中m2是轴承座圈的质量，cbs是制造轴承座圈的轴承钢的比热容。
接着，假定热能量Q3在热传递损失中消耗，例如，热传递到过模制部分在其中成形的模具以及热传递到周围环境，那么当Q2＞Q1-Q3时，滚道表面的温度将不会超过预定温度值，并且滚道的硬度将不会受到影响。
在本发明的另一个实施例中，轴承环的过模制部分由铝或者其合金形成。铝部分可以例如在大约700℃温度下的压力铸造工艺中结合到轴承座圈。优选地，铝过模制部分以半固态金属工艺，即流变铸造工艺、流变成型工艺、流变模制工艺、触变铸造(thixocasting)工艺、触变成形(thixoforming)工艺或者触变模制(thixomoulding)工艺之一，结合到轴承座圈。在半固态金属工艺中，处理温度为大约580℃。当过模制部分是由金属例如铝制成时，结合到轴承座圈的模制或者半固态铝的量(质量)更可能包含足够的热能以致使滚道表面的温度超过预定温度值。
这样，在本发明的进一步发展中，所述方法包括控制滚道表面的温度以将其保持在预定温度值之下的步骤。
在一个实施例中，温度控制步骤包括冷却滚道表面；例如，通过循环冷却介质通过滚道表面并将从滚道移除的热量传递到热交换器。有利地，冷却介质可以具有在80℃和100℃之间的温度以防止轴承座圈的滚道表面和模制侧面之间的过大的温度梯度，从而降低热传递速率。
在另一个实施例中，温度控制的步骤包括在模制步骤之前在轴承座圈的与滚道表面相对的表面上提供热障。热障是减少传递到轴承座圈的热能量的材料层，以使得滚道表面温度保持在预定温度值以下。
在一个实施例中，热障是具有极低热导率的绝缘层。热障可以是例如等离子喷射到轴承座圈的与滚道表面径向相对的表面的陶瓷氧化铝或者氧化锆涂层。该涂层具有比模制温度更高的熔点。此外，喷涂并烘焙到钢上的牙用陶瓷可以被考虑。当绝缘层通过等离子喷射工艺或者烘焙工艺设置在轴承座圈上时，应用温度将超过硬化轴承钢可安全地暴露到的预定温度值。因此，绝缘层优选地在硬化处理之前设置在轴承座圈上。在一些实施例中，绝缘层可以在硬化处理之后提供，在该情形下，硬化滚道表面在例如氧化铝涂层的施加的过程中适当地冷却。
在进一步的实施例中，热障是在模制工艺过程中熔化的牺牲层，从而减少由于焓转变传递到轴承座圈的热能量。用于牺牲层的适当的材料包括易熔合金例如基于铋或者铟的合金，其可以通过金属注射模制、喷射、铸造或者浸渍施加到轴承座圈。低温焊接合金例如锡-银合金也可以使用。这样的焊接合金可以通过任何适当的预焊接工艺例如热浸渍、粉末技术或者其它的适当方式施加到轴承环。优选地，牺牲层具有低于预定温度值的熔点。这意味着，牺牲层被施加的温度将不会影响滚道硬度并且牺牲层可在硬化步骤之后施加。
除提供热防护之外，热障还可以选取来有利于过模制部分结合到轴承座圈。例如当根据本发明的轴承外环包括由聚酰胺46形成的过模制部分时，玻璃纤维增强聚合物(GFRP)的衬垫可以收缩配合在轴承座圈的径向外表面周围。该GFRP衬垫将用作绝热器，并且当衬垫的聚合物熔化时，一些模制聚酰胺46将变得散布在玻璃纤维之间，从而产生良好的结合。而且，当过模制部分由铝制成时，热障可以防止铝扩散到轴承钢的铁中。产生的金属间化合物是脆的并可以降低轴承单元的韧性。
在第二方面，本发明涉及轴承环，其包括由轴承等级的钢制成的轴承座圈和由重量更轻的材料制成的过模制部分，其中至少轴承座圈的滚道表面在过模制部分结合到轴承座圈以前硬化。在进一步的发展中，轴承座圈包括设置在轴承座圈和过模制部分之间的热障。轴承环可以是包括在轴承座圈的径向外表面上的热障的轴承外环，或者可以是包括在轴承座圈的径向内表面上的热障的轴承内环。
在第三方面，本发明涉及包括根据本发明的轴承环的轴承单元。在第一实施例中，轴承单元是包括根据本发明的轴承外环的轮子轴承单元，并适于外环转动。在这个实施例中，轴承环的过模制部分包括设置有用于车辆轮子附着的装置的径向延伸凸缘。
在根据本发明的轴承单元的第二实施例中，轴承单元是包括根据本发明的轴承外环的轮子轴承单元并适于内环转动。在第二实施例的一个例子中，轴承环的过模制部分包括设置有使得凸缘能够附着到车辆的悬挂部件的装置的径向延伸凸缘。在第二实施例的进一步的例子中，过模制部分包括悬挂部件。例如，转向节或者不可转向的悬挂部件可以模制在轴承座圈周围。
在其它的实施例中，轴承单元包括根据本发明的轴承内环。再一次地，轴承单元可以是适于内环或者外环转动的轮子轴承单元。当轴承单元适于从动内环转动时，内环的过模制部分包括设置有用于车辆轮子附着的装置的径向延伸凸缘并可以进一步地通过非圆形孔执行。这样，具有相应的非圆形形状的驱动元件(例如恒定速度接头的舷外轴)可以传递扭矩到带凸缘的轴承内环。非圆形孔与部分地由重量轻的金属例如铝形成的带凸缘的内环的组合的优点在于，非圆形形状给予增加的刚度到内环。
本发明的其它的优点将从详细描述和附图变得明显。
附图说明
在下面，参照附图描述本发明，其中：
图1示出根据本发明的轴承环的例子的轴向视图；
图2示出可以用于生产图1的轴承环的根据本发明的方法的流程图；
图3示出根据本发明的轴承环的另一例子的轴向视图；
图4示出可以应用来生产图3的轴承环的根据本发明的方法的流程图；
图5示出包括根据本发明的轴承环的轴承单元的局部横截面视图。
具体实施方式
将参照图1描述本发明的方法，图1示出根据本发明的轴承环的例子的轴向视图。在这个例子中，环是轴承外环101，其包括由轴承等级的钢制成的轴承座圈102和由重量轻的材料制成的过模制部分106。轴承座圈102具有径向内表面103，其在当环101形成滚动元件轴承的一部分时将用作用于滚动元件的外滚道。轴承环101的过模制部分106在模制工艺中结合到轴承座圈102的径向外表面104。
模制工艺应当理解为其中模制或者半模制材料利用刚性模具围绕轴承座圈102成形的任何工艺，凭此，模制或者半模制材料在模具内硬化或者凝结，从而具有其形状。因此，模制包括热塑塑料的模制、金属的压力铸造和半固态金属工艺例如触变成形。如将理解的，当根据本发明的轴承环是轴承内环时，过模制部分成形在轴承座圈内并结合在径向内表面上。
在轴承环受到重的载荷的应用中，由铝或者铝合金形成的过模制部分是有利的，用于结合铝部分到轴承座圈的优选工艺为半固态金属工艺，例如流变铸造。半固态金属工艺是接近净形状工艺，其中金属或者金属合金在它的液相线和固相线温度之间的温度下成形。半固态金属或者金属浆具有触变属性，意味着金属浆的粘性在当它受到剪切时降低。
在传统的熔融金属工艺例如铸造中，铸件金属或者金属合金的微观结构包含导致材料脆性的互锁枝状晶体。在半固态金属工艺中，相比之下，球状颗粒被形成，金属具有精细的均一的微观结构，其给予改善的机械属性。半固态金属工艺还对空气诱捕更不敏感，并且以这种方法形成的部件比例如铸造部件具有更少的缺陷和更低的多孔性。而且，半固态金属工艺在低于铸造工艺的温度下进行，意味着更少的热能量传递到轴承座圈102，其益处将在下面进一步详述。
在使用中，滚动元件轴承的滚道必须能够经得起滚动接触疲劳，并且因此必须具有大约58-65HRC的硬度，如果轴承要实现它的额定寿命的话。具有大于0.4重量％的碳含量的钢因此用于滚动元件轴承中，因为这些钢具有必要的可淬硬性(hardenability)。根据本发明的轴承环中的轴承座圈这样适于由轴承等级的钢在ISO 683-17，例如还称作DIN100Cr6或者SAE 52100的ISO 683-17/B1中表明的熟知的通透硬化和表面硬化轴承钢制成。对于特定场合，某些不锈钢或者工具钢可以用作轴承钢，例子为AISI430D和M50。
这样，根据本发明的方法包括由轴承等级的钢生产轴承座圈102的步骤。传统地应用来制造轴承环坯件的任何技术可以用于生产轴承座圈，包括钢管的热锻和热轧和冷轧。
所述方法进一步包括至少硬化轴承座圈102的滚道表面103的步骤。优选地，轴承座圈受到通透硬化处理，意味着轴承座圈在通过它的横截面上被提供基本恒定的硬度。再一次地，如轴承制造商应用的标准技术可以用于硬化轴承座圈102。在一个实施例中，轴承座圈102被马氏体地硬化。马氏体硬化包括加热轴承座圈到奥氏体相变温度例如1100℃之上的温度，保持它在该温度直到一部分碳已经分散，然后在淬火介质例如油或者水中快速冷却或者淬火。当奥氏体相冷却太快以使得碳从固态溶液扩散出来以形成渗碳体并从而转变为珠光体时，捕获的碳扭曲晶格，并阻碍从(奥氏体相的)面心立方体到(珠光体的)体心立方体转变。马氏体转变发生并且转变的产品是体心体心正方(BCT)晶格。该晶格结构是非常硬的，但是还特别脆。在该阶段，材料具有超过用于轴承场合的足够硬度的硬度，但是并不具有足够的韧性。
因此，在淬火之后，轴承座圈被再次加热或者回火，以允许一些捕获的碳从BCT结构扩散出去并形成铁素体。在马氏体硬化情形中，淬火产品典型地在大约150-160℃的温度，即马氏体开始温度带中的温度，回火一段时间。回火增加韧性，但是降低硬度，因此该工艺必须小心地进行控制以保证轴承座圈保持足够硬度以经得起滚动接触疲劳。回火还有利于材料内的内应力的释放。
在另一个实施例中，硬化步骤包括使得轴承座圈进行贝氏体硬化。再一次地，轴承座圈102被加热到奥氏体相变温度以上的温度并快速冷却或者淬火。在这个实施例中，材料在介质例如盐水中淬火，其保持在马氏体相变温度以上的温度例如230℃，直到奥氏体转变为贝氏体。然后材料空气冷却到室温。贝氏体具有用于轴承应用的必要的硬度并比马氏体更具有延展性，意味着不需要进一步的热处理(回火)。当进行加热时，但是，贝氏体硬化轴承钢将在大约250℃的温度，也就是低于贝氏体转变温度，开始失去硬度。
根据本发明的方法进一步包括在模制工艺中结合过模制部分106到轴承座圈102的步骤。在一些实施例中，过模制部分是由热塑性塑料材料例如聚酰胺46制成，其在大约295℃的工艺温度下模制到轴承座圈。在其它的实施例中过模制部分是由在压力铸造工艺中在大约700℃的工艺温度下结合到轴承座圈的铝或者铝合金制成。铝过模制部分还可在半固态金属工艺中结合，其发生在大约580℃的温度。如果硬化轴承钢暴露到任何的上述工艺温度，结果将是硬度降低。
在轴承应用中，轴承座圈102的仅滚道表面103需要具有到例如大约2毫米深度的58-65HRC的硬度，其取决于预期的轴承载荷。因此，轴承座圈的与滚道表面径向相对的表面可以暴露到模制涉及的工艺温度。但是，轴承钢是优秀的导热体并具有低的比热容。因此，必须确定从模制工艺传递到轴承座圈的热能是否足以引起将不利地影响滚道硬度的滚道表面103上的温度的增加。
这取决于许多因素，包括：模制到轴承座圈的材料的比热容、质量和温度；轴承座圈的质量和厚度；轴承钢的比热容、热导率和热扩散率；不利地影响硬度所需的温度增加大小、轴承座圈暴露到升高的工艺温度的持续时间和传递到周围环境的热量。所述测定数据可以通过例如通过轴承座圈的热转移的热瞬时有限元分析。
如果确定模制工艺不会导致滚道表面上的温度破坏性地增大，过模制部分简单地在与滚道表面103相对的表面104上结合到轴承座圈102。如果确定模制工艺将导致在滚道表面103上的温度的破坏性增大，那么所述方法包括温度控制步骤，其中滚道表面保持在滚道硬度不会被不利地影响的最高安全温度之下。如前所述，当轴承座圈102已经马氏体地硬化时，最高安全温度大致等于轴承座圈回火的温度。当轴承座圈已经贝氏体地硬化时，最高安全温度大致等于更低的贝氏体转变温度。
根据本发明的方法描述在图2的流程图中，可以总结如下(还参照图1)：
在第一步210中，轴承座圈102由轴承钢进行制造。
在第二步220中，至少轴承座圈102的滚道表面103被硬化。
在子步骤225中，确定是否过模制部分106到轴承座圈102的结合将导致硬化滚道表面103的温度达到最高安全温度，所述最高安全温度为滚道表面可以经得起而不会导致硬度降低的最高温度。
如果否，所述方法包括在模制工艺中结合过模制部分106到轴承座圈102的第三步230。
如果是，所述方法包括在模制工艺中结合过模制部分106到轴承座圈102的步骤240，由此模制工艺包括冷却滚道表面103以保证滚道表面的温度保持在最高安全温度之下。
这样，根据本发明的方法包括温度控制步骤。在图2的流程图描述的实施例中温度控制步骤包括在模制工艺中冷却滚道表面103以从滚道散热并防止温度超过预定值。这可以通过在模制工艺过程中允许冷却介质流动通过滚道表面而完成。例如，依靠水的循环流动和热交换器，由此水从滚道表面散热，所述热在水再循环以前传递到热交换器。冷却介质和冷却参数可以基于可以通过例如有限元分析进行确定的需要从滚道移除多少热量而进行适当选择。这样，当模制工艺包括冷却时，半固态金属工艺具有超过铸造工艺的进一步的优点。更低的工艺温度意味着需要从滚道表面移除更少的热量。
在替代实施例中，温度控制步骤包括在轴承座圈和过模制部分之间应用热障。根据这个实施例制成的轴承环的例子示出在图3中。在这个例子中，轴承环301是包括由轴承等级的钢制成的轴承座圈302的轴承内环，所述轴承座圈302具有径向外表面303，该表面已经硬化并适于用作滚动元件轴承的滚动元件的滚道。在径向内表面304上，轴承座圈302设置有热障层308，轴承环包括在模制工艺中结合到轴承座圈302的过模制部分306，以使得过模制部分接触热障308。
热障是介于轴承座圈302和过模制部分306之间的材料，其减少在模制工艺过程中传递到轴承座圈的热能的量。在如图3所示的例子中，热障308是铋合金层，例如包括58％铋和42％锡的Bi58。该合金具有138℃的熔点，并可以在注射模制工艺中施加到轴承座圈的径向内表面304。138℃的温度不会影响轴承钢的硬度，热障308可以安全地施加到预硬化的轴承座圈。假如模制部分306是在半固态金属工艺中在580℃的温度下由结合到轴承座圈302的铝制成，铋合金层将在接触半模制铝时开始熔化。由于焓转变，铋合金的温度不会超过138℃，直到合金已经熔化。这样，转变耗费能量。在合金已经熔化后，温度将升高，尽管铋是差的热导体并因此持续提供热防护到轴承座圈。基于例如热有限元分析，铋合金层308的厚度被适当地选择以防止从轴承座圈的径向内侧面304传递到滚道303的热量致使滚道表面的温度超过最高安全温度。
具有超过50％铋的铋合金例如铋58的进一步的优点在于，当凝固时，材料并不收缩离开它所施加到的表面，而是稍微膨胀。这在当所述表面是环形部件例如轴承内环的径向内表面时是特别有利的。
根据本发明的用于生产图3的轴承环的方法示出在图4的流程图中。
在第一步410，轴承座圈302以如前所述的方式由轴承等级的钢制成。
在第二步420，轴承座圈302的至少滚道表面303如前所述地受到硬化处理。
在第三步430，牺牲热障308设置在轴承座圈的与滚道表面303径向相对的表面304上。
在第四步440，过模制部分306在模制工艺中结合到轴承座圈302，以使得热障308位于轴承座圈和过模制部分之间。
通过模制重量轻的材料例如铝或者热塑性塑料到轴承座圈，根据本发明的轴承环可以有利地用在其中期望减少重量的场合例如轮子轴承单元中。图5示出根据本发明的包括轴承环的轮子轴承单元的例子的局部横截面视图。
在这个例子中，轮子轴承单元500是适于内环转动的，并包括根据本发明的轴承外环501。轴承外环501包括由轴承等级的钢制成的轴承座圈502和由例如在流变铸造工艺中已经结合到轴承座圈的铝制成的过模制部分506。在这个例子中过模制部分506是转向节。
围绕轴承座圈502模制一部分除了使得相对于完全由轴承钢制成的传统的轴承降低重量之外具有进一步的优点。当模制工艺过程中过模制的部分冷却并凝固时，在径向向内的方向发生收缩。过模制部分围绕轴承座圈收缩，从而施加有利的预应力到轴承座圈并有利于过模制部分506和轴承座圈502之间的牢固的且永久的结合。
在结合工艺之前，轴承座圈滚道502适当地硬化，例如通过贝氏体通透硬化处理，并包括径向内表面503，该径向内表面具有用于第一和第二排滚动元件530，531的第一和第二外滚道520，521。轴承环501进一步包括设置在轴承座圈的径向外表面上在过模制部分506和轴承座圈502之间的热障508。在这个例子中，热障是具有0.9W/m℃的热导率和2700℃的熔点的锆氧化物涂层，其在等离子汽化沉积工艺中施加到轴承座圈的径向外表面。适当地选择锆氧化物涂层508的厚度以防止轴承座圈的径向内表面503的温度在流变铸造工艺过程中超过250℃，以使得滚道520，521在流变铸造工艺过程中保持它们的硬度。在这个实施例中，热障涂层的沉积发生在将不利地影响硬化轴承钢的(马氏体或者贝氏体硬化)硬度的温度。因此，涂层508在硬化工艺之前适合地施加在轴承座圈上。
为了实现进一步重量降低，在这个例子中的轮子轴承单元500包括凸缘毂510，其同样部分地由重量轻的材料制成。凸缘毂510包括由例如低碳钢制成的插入件512和在流变铸造工艺中由例如结合到钢制的插入件512的铝制成的过模制部分516。过模制部分516包括设置有连接装置的径向延伸凸缘518以使得车辆轮子安装到凸缘毂510。钢制的插入件512提供强度和刚度到凸缘毂510并还用作用于两轴承内环525，526的座。轴承内环525，526包括用于第一和第二排的滚动元件530，531的第一和第二内滚道540，541，轴承单元500锁定上并通过锁定螺母528设置有任何必要的预载荷。
钢制的插入件512可以由低碳钢制成，因为凸缘毂510不包括需要被硬化的表面以为了经得起滚动接触疲劳。如将理解的，在包括具有滚道表面的凸缘毂的轮子轴承单元中，凸缘毂可以根据本发明生产。钢制的插入件512然后将由轴承等级的钢形成，插入件将被硬化，并且，如果需要的话，滚道表面的温度将在过模制部分516结合到插入件512的过程中进行控制，以防止滚道表面的硬度损失。
在如图5所示的例子中，钢制的插入件512包括在径向向内的方向延伸的凸出部分513，由此所述部分具有背对轴承单元的旋转轴的表面513s。如上所述，当过模制部分冷却并凝固时发生收缩，并且在环形部分的情形中，收缩导致径向向内的方向的收缩。换句话说，凸缘毂510的过模制部分516远离钢制的插入件512收缩，但是抵靠着部分513的表面513s收缩。所述部分因此用以径向互锁钢制的插入件512和模制到其上的所述部分516。这样，在根据本发明的轴承内环中，轴承座圈有利地包括具有至少一个背对轴承旋转轴的表面的向内延伸部分。
在许多的设计中轮子轴承单元可以根据本发明执行。例如，根据本发明的内环的径向内表面可以用作用于恒速接头的滚动元件的外滚道，并且所述单元可以包括一体的CV接头。而且，轴承单元可以是单一排或者双排的倾斜接触轴承，其中滚动元件是球体、滚柱、变平的球体等。再者，当所述单元是双排轴承时，用于第一和第二排的滚动元件的滚道可以直径相等，或者直径可以不同。根据本发明的方法并不限制到用于汽车应用的轴承环的制造，而是还可以应用到用于工业应用的制造带凸缘的和不带凸缘的轴承环。
已经描述本发明的许多方面/实施例。应当理解，每个方面/实施例可以与任何其它的方面/实施例组合。本发明这样可以在所附专利权利要求的范围内变化。
附图标记
图1示出根据本发明的轴承环的轴向视图。
101  轴承环
102  轴承环的轴承座圈
103  轴承环的滚道表面
104  轴承座圈的与滚道表面径向相对的表面
106  轴承环的过模制部分
图2示出根据本发明的方法的实施例的流程图。
210  由轴承钢制造轴承座圈
220  至少硬化轴承座圈的滚道表面
225  确定是否过模制部分到轴承座圈的结合将导致滚道表面达到预定值
230  如果否，无温度控制地结合过模制部分到轴承座圈
240  如果是，具有温度控制地结合过模制部分到轴承座圈以保证滚道表面温度保持在预定值之下
图3示出根据本发明的轴承环的进一步的实施例。
301  轴承环
302  轴承环的轴承座圈
303  轴承环的滚道表面
304  轴承座圈的与滚道表面径向相对的表面
306  轴承环的过模制部分
308  热障(牺牲层)
图4示出根据本发明的方法的实施例的流程图。
410  由轴承钢制造轴承座圈
420  至少硬化轴承座圈的滚道表面
430  在轴承座圈的与滚道表面径向相对的表面上设置热障
440  在模制工艺中结合过模制部分到热障
图5示出根据本发明的轴承单元的局部横截面。
500  轴承单元
501  根据本发明的轴承环
502  轴承座圈
503  轴承座圈的滚道表面
506  转向节
508  热障涂层
510  凸缘毂
512  钢制的插入件
513  插入件的向内延伸的部分
513s 部分的表面
516  凸缘毂的过模制部分
518  轮子安装凸缘
520，521 外滚道
525，526 轴承内环
528  锁定螺母
530，531  滚动元件
540，541  内滚道

Claims (16)

1.一种制造用于滚动元件轴承的轴承环的方法，所述轴承环(101，301，501)包括：
具有适于作为用于轴承的滚动元件的滚道的表面(103，303，503)的轴承座圈(102，302，502)，和
在与所述滚道表面径向相对的表面(104，304)上结合到所述轴承座圈的过模制部分(106，306，506)，
该方法包括步骤：
由轴承等级的钢生产轴承环的轴承座圈；
至少使得轴承座圈的滚道表面进行硬化处理；
在模制工艺中结合过模制部分到轴承座圈；
其特征在于：
所述硬化步骤是在模制步骤之前执行，并且在模制步骤过程中，传递到所述滚道表面(103，303，503)的热能的净量不足以使得所述滚道表面的温度超过预定值，所述预定值为硬化的滚道表面能够经得起而不会不利地影响滚道硬度的最高温度。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法进一步包括在模制步骤过程中控制所述滚道表面(103，303，503)的温度的步骤，以使得所述滚道表面温度保持在所述预定值之下。
3.如权利要求1或者2所述的方法，其中，所述硬化步骤包括马氏体热处理，其中至少所述轴承座圈的所述滚道表面(103，303，503)被加热到奥氏体相变温度，在淬火介质中快速冷却，然后在回火温度再加热一段时间，其中所述温度控制步骤包括保持所述滚道表面的温度在回火温度以下。
4.如权利要求1或者2所述的方法，其中，所述硬化步骤包括使得至少所述轴承座圈的所述滚道表面(103，303，503)进行贝氏体硬化工艺，其中所述温度控制步骤包括保持所述滚道表面的温度在更低的贝氏体转变温度之下。
5.如权利要求2-4之一所述的方法，其中，所述温度控制步骤包括在所述模制工艺过程中冷却所述轴承座圈(102，302，502)的所述滚道表面(103，303，503)。
6.如权利要求2-5之一所述的方法，其中，所述温度控制步骤包括在所述模制步骤之前在所述轴承座圈(302，502)上设置热障(308，508)，所述热障设置在所述轴承座圈的与所述滚道表面(303，503)相对的表面中。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述热障(508)是熔点高于模制工艺温度的绝热器，并在所述硬化步骤之前设置在所述轴承座圈(502)上。
8.如权利要求7所述的方法，其中，陶瓷氧化铝或者氧化锆的涂层(508)设置在所述轴承座圈(502)上。
9.如权利要求6所述的方法，其中，所述热障(308)包括熔点低于所述预定温度的材料，并在所述硬化步骤之后设置在所述轴承座圈(302)上。
10.如权利要求9所述的方法，其中，铋合金或者铟合金的层(308)设置在轴承座圈(302)上。
11.如前述权利要求之一所述的方法，其中，所述过模制部分(106，306，506)是由铝或者铝合金形成并在半固态金属工艺中结合到所述轴承座圈，所述半固态金属工艺为流变铸造工艺、流变成形工艺、流变模制工艺、触变铸造工艺、触变成形工艺或者触变模制工艺之一。
12.一种轴承环(101，301，501)，根据权利要求1-11之一所述的方法制成。
13.如权利要求12所述的轴承环，其中，所述轴承座圈(102，502)的所述滚道表面(103，503)是所述轴承座圈的径向内表面，所述过模制部分(506)包括围绕所述轴承座圈模制的可转向或者非可转向车辆悬挂部件。
14.如权利要求12所述的轴承环，其中，所述轴承座圈(302)的所述滚道表面(303)是所述轴承座圈的径向外表面，所述轴承座圈包括在径向向内的方向延伸的部分，所述部分具有背离所述轴承环的旋转轴的至少一个表面。
15.如权利要求14所述的轴承环，其中，所述轴承环的孔包括非圆形几何形状。
16.一种滚动元件轴承(500)，包括如权利要求12-15之一所述的轴承环。
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