CN102770277A - 制造轴承零件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制造轴承零件的方法，其中，利用激光束在所述零件表面制作可见识别标志。所述的起制作标志作用的激光在该零件表面产生氧化层，并且在一潜在区域改变制造该零件的轴承钢的组织。根据本发明，至少除去所述标志的表面氧化层而使得该标志变得用肉眼无法看见。将腐蚀剂作用于该不可见标志而使得所述的被改变的组织显现出来，本发明揭示了这一组织。

Description

制造轴承零件的方法

技术领域

本发明涉及一种制造硬化轴承钢制零件的方法，其中，所述零件的表面具有不可见识别标志。

背景技术

用激光制作标志的方法通常用在轴承零件上，提供如一种号码给该零件。利用激光辐射对轴承钢加热，从而引起轴承钢材料发生变化，用于轴承钢的激光标志正是基于这一变化。各种采用激光制作标志的方法可能是不同的，其中的一些方法在后文中有所描述。雕刻法去除材料可达10至50μm的深度。采用激光在材料里制作凹槽。由于熔化和蒸发的作用，材料可被去除以便形成凹槽。烧蚀法采用极其快的激光脉冲使得材料蒸发。被处理的材料发生蒸发，并且排净浓烟以防止再沉淀。对于金属物件来说，可采用烧蚀法，例如，用于表面图形化或开钻极其细小的孔。回火，也叫退火，是标记钢制零件的主要方法。利用激光的热量回火钢材料，使得反射率和/或表面结构发生变化，最终形成可见标志。

WO2007/020257公开了一种通过局部变换金属结构对金属物体进行标记的方法，例如用激光加热。本文描述了穿过待标记物块的厚度而发生的变换。

人们也知道，通过改变材料的结构或内部应力来产生标志，例如通过激光处理。根据US6527193，这会使得在所标记材料的磁特性、声学特性或电学特性方面产生局部变异，这些变异用肉眼是看不见的，不过借助于适当的仪器则可对其进行读取。

发明内容

根据本发明的第一方面，本发明提供了一种制造轴承零件的方法，如权利要求1所述。该方法包括利用激光在所述零件表面制作可见识别标志。所述激光标志在该零件表面产生氧化层，并且在下面的区域中改变制造该零件的轴承钢的微观结构。根据本发明，至少除去所述标志的表面氧化层而使得该标志变得用肉眼无法看见。将腐蚀剂作用于该不可见标志而使得所述的被改变的微观结构显现出来，因此，可用一种直观的方式对所述零件进行鉴定。

使得所述标志变得用肉眼无法看见，意味着该标志变得与所述钢制零件的相邻区域无法识别；其变得从表面上看来隐遁无形、难以感知。结果，可能的伪造者无法意识到在他正在仿造的物品上的侵权保护，因此可能制造出没有根据本发明生产的隐藏标志的物品。由此很容易将该假冒零件与真品区别开来。

根据本发明的第二方面，本发明涉及一种带有不可见识别标志的轴承零件，其中，先是利用激光在该零件表面制作激光标志，然后至少除去该激光标志的氧化表面而最终得到所述标志。

根据本发明的第三方面，如上面所述，本发明提供了一种鉴别带有不可见识别标志的轴承零件的方法。将腐蚀剂作用于带有该标志的所述零件表面之后，该标志显现出来并变得能够读取。蚀刻法是一种非常简单的使得所述标志可见的方法，而且不需要复杂的实验过程，不需要仪器和机械。

所述标志一旦显现出来，就很容易用眼睛进行读取，可能要借助于放大镜或光学显微镜。相称地，该标记构成标识码，且与储存在制造商数据库里的标识码相对应。因此，对照该数据库，可检查显现出来的标识码，以检验所述轴承零件的真实性。

在一实施例中，所述代码唯一地鉴别所述零件。在另一实施例中，所述的显现出来的代码至少与一个第二变量相结合构成所述零件的唯一标识符。例如，该第二变量可以是所述零件隐藏标志的位置、所述零件的产品号或序列号、生产日期、生产地点等。在另一实施例中，所述的显现出来的代码是一组标识符之一，其与下列有关：特定的生产批次和/或生产日期和/或生产地点等。所述的识别标志可能是一字符串，也可能是如条形码之类的加密代码。

在一优选实施例中，所述识别标志包括加密信息。相称地，所述的利用激光制作标志的步骤就包括使用所述激光束预先确定的开始和停止位置，以便至少形成所述标志的一个符号，该符号至少包括一条连续线。蚀刻之后，可能从所述的显现出来的标志里确定所述的连续线开始和停止的位置。因此，所述加密信息可能包括所述的至少一条连续线的开始/停止位置。当所述标志包括许多具有至少一条连续线的符号时，每条连续线的开始/停止位置方便地形成所述加密信息的一部分。当所述标记包括一个以上至少具有两条交叉连续线的符号时，所述的利用激光制作标志的步骤可相称地包括使用预先确定的次序来形成每一条连续线。从所述的显现出来的标志中也可以识别所用的次序，这意味着所述的预先确定的次序也可以形成所述加密信息的一部分。所述的加密信息可能与这些有关：生产地点和/或生产日期等，破译这些信息可识别或鉴定正提到的轴承零件。许多别的方法可能用于鉴别所述零件，从而使得伪造几乎是不可能的。

对轴承钢制的零件作标记的激光束在所述零件的表面产生可见标志。此外，所述的起制作标志作用的激光在所述的底层材料产生不少于一个热影响区。钢微观结构在加热时发生变化。根据各个区域所达到的温度，可识别这几个区域。下面，以例子的形式，描述所产生的热影响区，涉及到经硬化处理过的轴承零件表面的激光标志。

在所述标志的中心，温度可能已经很高（例如，1500°C以上），足可以熔化所述钢的局部位置，也就是所谓的熔化区。所述的轴承零件进行冷却之后，熔化区可变成再硬化区，其包括马氏体。这是非常困难的阶段，其中，所述的大部分合金元素会溶解掉。文中称其为A区域。

所述熔化区外面可能直接存在一硬化区，在所述轴承零件冷却之后，其可变成再硬化区，被称为过奥式区。这一区域不会熔化，但是所述的大部分合金元素会在此溶解掉。这一区域的温度可能在800至1500°C之间。文中称其为B区域。

在这一后者区域之后，可能存在一过渡区，称为再奥式区，其可能包括残余碳化物。文中称其为C区域。所述轴承零件冷却之后，该区域的一部分也可被认为是再硬化区。

最后，在所述标志的外围，可能存在一回火区，其包括碳化物沉淀。文中称其为D区域。在该区域，所述钢的温度可达200至500°C之间。

此外，几微米厚度的氧化层形成在由所述激光加热的表面上。由于所述光在各个方向和所述氧化表面上的反射使得该层看起来通常是黑暗的，且该层具有的厚度通常为几微米。通过如抛光这样的方法除去所述氧化层后，将合适的腐蚀剂作用于所述标志，例如：硝酸酒精溶液（Nital），便可很容易地看见由激光标志产生的所述不同热影响区。所述腐蚀剂蚀刻所述的细小沉淀物和所述钢基体之间的接触面，并且以不同速率侵蚀所述轴承钢里的不同相态。A区被蚀刻时会变成白色，B区会变成白色和灰色，D区会变得很暗。

在所述轴承零件进行硬化处理之前实施采用所述的激光制作标志时，上述的A-D区域也通过蚀刻的方式显现出来。

优选的是，本发明利用D区域的属性在被蚀刻时变暗，以便产生的标志在蚀刻之后变得可见。这可使得在所述轴承零件加工过程的最后，回火区域D显露出来，也就是存在于所述轴承零件的表面上。

下面，根据本发明，对所述制造方法的第一实施例进行概述，涉及滚动轴承套圈。一般而言，轴承套圈通过这样的方法制造出来：形成套圈毛坯、软加工该套圈毛坯、硬化该套圈、磨削或硬态切削该轴承套圈的侧面（熟知的面加工）、硬化加工该套圈的孔径和滚道、珩磨该滚道、冲洗。然后对该最后的套圈进行激光标记，使其带有如制造商的名字和该成品系列号，希望保持这些标记是可见的。

根据本发明，在所述第一实施例的一例子中，在所述轴承套圈的侧面上提供识别标志，该方法包括在面加工步骤之前用激光对所述套圈进行标记。在进行所述的面加工步骤期间，通常除去0.1至0.2mm的材料。相称地，处置所述的激光标志，在深度约为0.3至0.5mm处产生所述的回火区。为了在此深度处产生回火区，也就是在此深度处诱导出约200至500°C的温度，所述标志通常包括上述A-D的所有区域。

最好的是，所述标志具有的深度至少为0.2mm，更优选的是，至少为0.3mm或0.4mm；优选的是该标志的深度少于5mm。通过选择不太大的深度，损坏所述轴承零件机械属性的风险被减少和/或避免；选择不太小的深度可确保在进行机械表面加工如磨削之后该标志仍然是显现出来的且可读取。很容易明白，所述激光标志的最小和最大深度可能不同，取决于所述面加工步骤时去除的材料数量和所述轴承套圈的尺寸及厚度。

根据本发明，当所述被标记的零件是滚动轴承零件时，所述标志可产生在该轴承的任一非滚动接触表面上；例如，在滚子末端或轴承外套圈的外周。为了防止出现滚动接触疲劳，所述轴承滚道必须满足严格的硬度要求，所以不要在所述轴承的滚道上提供标志。滚道表面的激光标记会危害到硬度，所以不建议这么做。根据本发明，该方法也可用于制造滑动轴承套圈或直线轴承零件。

根据本发明，用于制作标志的激光可取自各种类型的激光器，例如，固体激光器（钕：钇铝石榴石激光器、纤维激光器）或CO₂激光器。可采用能产生辐射脉冲的激光器或者采用连续波激光器。在优选实施例中，至少一个，或优选的是，多于一个下列激光器条件被应用：

功率：优选的是，至少10w或15w，更优选的是，至少20w或25w；优选的是，最多150w或130w，更优选的是，最多120w或100w。聚焦直径：10至50μm。

激光器脉冲频率：优选的是，至少1kHz或5KHz，更优选的是，至少10或20KHz；优选的是，最多1000kHz或500KHz，更优选的是，最多100或80KHz。

反射镜精度：50μm

速度：100至200mm/sec，优选的是，大约150mm/sec。

根据所用激光器的类型，这些条件的变化可能相当大，也可能根据所述的待标记的轴承材料而变化。优选的是，根据本文里的第一实施例，所述激光器被设置成可在待标记元件表面下约0.3至0.5mm处诱导200至500°C之间的温度。

根据本发明，至少除去表面形成的氧化层以使得所述标志用肉眼无法看见。因此，最好在面加工步骤之前提供所述标志，因为这可免去额外的材料去除过程。典型的磨削步骤可除去约0.1至0.2mm的材料，在经历这样的步骤之后，A、B、C区域可被除去以至于仅D区域即回火区暴露在外。然后蚀刻该区域表面，可使得该区域很容易地显现出来以便清楚地读取。

根据所述的制造轴承零件方法的第二实施例，在加工和冲洗所述轴承零件之后，识别标志被提供。根据这样的制造过程，对于除去所述氧化层和使得所述标志可见来说，仅抛光步骤可能是必须的。由于这样的抛光步骤除去的材料远少于磨削步骤，所以可能需要最初产生所述标志直至深度仅约为0.15至0.25mm。为了在这样的深度产生回火区，即在这样的深度处诱导出约为200至500°C的温度，所述标志通常仅包括回火区域D，不包括上述的A至C区域。最好的是，所述标志的厚度至少为0.05mm或至少为0.1mm，更优选的是至少为0.15mm；优选的是所述标志的厚度不大于0.5mm，0.4mm或者更优选的是不大于0.3mm。

相称地，与所述的第一实施例相比，所述的第二实施例中所用的激光束强度较弱。例如，通过使用较低的功率配置，通过增加光束的聚焦直径（也就是使光束散焦），或通过减少曝光时间，可减少光束强度。优选的是，所述激光器被设置成诱导出200至500°C之间的温度至待标记元件表面下约0.2mm处。在一特殊的优选实施例中，根据本发明，用于提供所述的常规可见激光标志给轴承零件的同样的激光器用来提供所述的鉴定标志。

当必须探测或检查或读取所述标志是否存在时，蚀刻存有标志的表面。在优选实施例中，通过用酸，例如硝酸酒精溶液，接触所述轴承的表面，进行所述的蚀刻这一步骤。几秒过后，所述标志开始出现并变得可以读取。所述标志可以光学的方式读出，优选的是，用肉眼读取。或者，为了正确阅读所述标志，可能需要使用放大镜或光学显微镜。在另一实施例中，光学阅读器可能被用，比如为了阅读条形码。

蚀刻伪造品轴承零件的表面可揭露只有真品才具有的标志是不存在的。或者，当标志显现出来时，可以与存储的数据相比较，比如真品轴承零件制造商持有的数据库，来验证其真实性。

下面，参考附图，通过例子的形式来描述本发明的实施例。

附图说明

图1是根据本发明初始状态时的标志的平面示意图，根据所述材料到达的温度分为四个区域；

图2是同一标志的截面示意图；

图3是同一标志的截面示意图，在材料去除步骤之后，其变得不再可见。

图4是用激光束制作的符号的平面示意图。

具体实施方式

根据本发明，例子中，轴承套圈具有可见识别标志。制造该轴承套圈的合适方法如下。首先，通过冲压和车削制成套圈毛坯；然后通过磨削进行软化加工。其次，硬化该轴承套圈：其被加热到750至900°C范围的温度，然后迅速冷却（即淬火）。在硬化步骤之后，包括如一个以上符号或独有识别号码的标志由激光束产生，其位于该套圈的外侧面上。所述的一个以上符号或识别号码输入制造商数据库。

在该方法的选择性实施例中，在硬化步骤之后，所述的鉴定标志被提供在所述套圈的侧面上。

图1和图2显示的是标志在初始状态时具有A、B、C、D四个区域，如上所述。该标志也包括氧化层（未显示），由于与氧气发生化学反应，其形成在该标志的表面上。图中的宽黑箭头代表所述的激光束，虚线显示的是前进的方向。该标志修改了所述套圈的钢至约0.5mm的深度。所用激光器可以是带有160mm聚焦长度镜头的20瓦调Q纤维激光器，其功率为18W，速度是130mm/s，频率为35kHz。

不管是硬化之前还是硬化之后提供所述标志，在面加工步骤时，通过磨削使得该标志变得用肉眼看不见。所述的氧化层被去除，所述的轴承套圈的一部分，约为材料的0.2mm，也被去除。在本例中，仅回火区域D被留下并露在外面。图3显示的是经历这样的处理之后的图1和图2里的标志：h厚度的材料已经被去除。

另外，通过磨削加工在所述轴承套圈里的滚道是硬的；珩磨该滚道并冲洗所述套圈。在所述珩磨和冲洗步骤之间，可在该轴承套圈上加入另一标志，也是通过激光的方法。希望保持这个标志可见。这可能有助于知道所述的隐藏标记存在的位置，前提是如果二者被并排制作的话。在一优选实施例中，所述的可见标志至少部分地被制作位于所述隐藏标志的上部。相称地，通过预先确定的数量，所述的两个标志可以互相重叠，这样一来，伪造就变得甚至更加困难。

当有人希望证实轴承套圈是仿造品还是真品时，在期望存有所述标志的套圈的表面运用腐蚀剂。如果所述的可见标志已经被制作在所述隐藏标记的上部，可能有必要至少擦去所述可见标记的一部分，比如使用砂布。可运用所述的腐蚀剂，比如使用耳芽（ear-bud），其被擦在该套圈的表面。在几秒的暴露之后，所述标志被显现出来且用肉眼可读取。然后可将该标志与制造商机密数据库里存储的数据进行对比，来验证所述标志是否真实。

在本发明的第二实施例中，提供了带有激光标记的制作完成的轴承零件，其中可见标志已被除去了。再次参照轴承套圈，通过冲压和车削形成毛坯；然后通过磨削进行软化加工；然后硬化该轴承套圈。随后是面加工步骤。然后通过磨削加工在所述轴承套圈里的滚道是硬的；珩磨该滚道并冲洗所述套圈。

然后利用激光束在该套圈的外侧面上制作识别标志，包括如唯一的识别号码。此识别号码被输入到制造商数据库。所述激光束回火该套圈的钢至约0.2mm深度。该激光束的热量和存在的氧气在所述标志的表面也产生几微米厚度的氧化层。最后一步，通过抛光，除去氧化层，使该标志变得肉眼看不见。

当有人希望证实轴承套圈是仿造品还是真品时，蚀刻期望存有所述标志的套圈的表面。然后，可将所述的显现出来的标志里的信息与制造商机密数据库里存储的数据进行对比来验证真实性。

用于显现轴承零件上识别标志的合适腐蚀剂是Nital，其是硝酸酒精溶液，通常采用2%溶液。对于由不锈钢制成的零件来说，可用Vilella试剂，这是一种在酒精里添加苦味酸和盐酸而组成的溶液。根据用于制造轴承零件的钢的等级，也可采用其它的腐蚀剂，比如苦醇和Glyceregia试剂。

根据本发明，所述被提供在轴承零件上的标志可以是一特征字符串，其包括符号和/或数字和/或字母文字等。该标志也可是加密码，比如条形码。在另一实施例中，所述标志至少包括一个内含加密码的符号。换句话说，除了由该符号本身传递的信息之外，该符号还包括必须经破译以提取潜在数据的加密信息。

已经发现，不可见激光标志包括一个以上至少具有一条连续线的符号，在对该标志蚀刻之后，有可能识别每条连续线的开始位置和停止位置。这是因为可将接收到来自所述激光束相对更多能量的连续线的线段从那些收到相对较少能量的线段中识别出来。例如，“重叠段”是可识别的。该重叠段项用于查找线段，所述激光束延伸部分位于已形成线段的上部的该线条。这可在图1中清楚地看到，其显示的是由激光束制作的符号的例子。

该例子中，所述标志由字母K组成，包括五条连续线：第一线1、第二线2、第三线3、第四线4和第五线5。所用到的激光器以脉冲的形式释放能量，每条线因此包括一串重叠的单个线段，该线段在图41中以圆环的形式呈现。根据所述的第一线1，可看出该线条从开始位置20处开始至停止位置30处停止，该停止位置30由位于前一圆环上部的“圆环”组成。因此，可能确定每个线条1、2、3、4、5按图中相应箭头显示的方向被制作，而且这些线条按照以所述第一线1开始和所述第五线5停止的次序被制作。在已将所述符号的可见轨迹机械地去除之后，通过蚀刻的方法，保持此信息能够辨别。

当所述激光束到达所述第一线1的末端时，其不再活动，当该光束大约位于线1中间点处时，又重新活动，以便制作所述的第二线2。在第一线1和第二线2发生交叉的该点处，所述轴承钢已经过了比该两条线非交叉部分更强的热处理。结果就是这又是一个微观结构里可识别的变化，通过前面描述的蚀刻方法，其是可显现出来的。因此，在本发明的一实施例中，所述的采用激光制作标志的步骤包括使用预先确定的所述激光束的开始和停止位置，以便形成所述的由一个以上符号组成识别标志的每一条连续线。通过这种方法，在已隐藏代码的内部耦合加密码。该加密信息可包括一条特殊线的开始/停止位置。优选的是，该加密信息包括每一条连续线的开始/停止位置。

在所述第二线2的末端，所述光束必须改变方向，以便制作所述第三线3。在该光束改变方向的点上，该光束停留在一个地方的时间比其如果在移动的时候相对较长，意味着这一点收到的能量比附近点处更多。通过蚀刻的方法，随之发生在所述轴承钢里的组织差别可再次显现出来。因此，该激光束预先确定的开始/停止位置的使用不会限制每条连续线的末端点。可对所述激光器编程，以至于所述激光束不再沿着该线条的预先确定位置处活动，然后在同一位置处再重新活动，以便完成该线条。或者，对所述激光器编程使其逗留在预先确定的位置，以至于在此位置释放相对较多的能量给该轴承钢。这样的位置也可形成所述加密信息的一部分。

在进一步的开发中，当所述符号包括两个以上交叉连续线时，预先确定的次序用于形成每一条连续线。相称地，所用的该次序进而形成所述加密信息的一部分。因此，所述激光束的开始/停止位置和用于产生每个符号的次序可根据比如生产地点和/或生产日期和/或产品类型等而改变。这样的编码额外层甚至提供了进一步保护以防止未被授权而进行复制。

本发明的许多方面/实施例已被描述。应当明白的是，每个方面/实施例可与任意其它的方面/实施例相结合。因此，本发明可在所附带的专利权利要求的范围内改变。

Claims (16)

1.一种制造轴承零件的方法，其包括的步骤有用轴承钢制作所述零件和硬化该零件，其特征在于，该方法进一步包括下列步骤：

-用激光在所述零件表面制作可见识别标志；

-至少除去该标志的表面氧化层，以使得该标志变得用肉眼无法看见。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，用激光制作标志的步骤在所述的硬化步骤后实施。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，用激光制作标志的步骤在所述的硬化步骤前实施。

4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的方法，其中，所述的轴承零件是轴承套圈，并且

-所述的用激光制作标志的步骤包括在该轴承套圈的侧面提供所述的可见激光标志，

-所述除去材料的步骤与所述硬化步骤之后在该轴承套圈上实施的面加工操作相符，其中，除去0.1至0.2mm的材料。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述的用激光制作标志的步骤包括在所述轴承零件表面下至少0.3mm深度处诱导出200至500°C之间的温度。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述的用激光制作标志的步骤和除去材料的步骤作为最后工序，在所述轴承装配之前完成。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述的用激光制作标志的步骤包括在0.1至0.3mm之间的深度处诱导出200至500°C之间的温度，所述的除去材料的步骤包括抛光除去所述标志表面形成的氧化层。

8.根据前述权利要求任何一项所述的方法，其中，所述的用激光制作标志的步骤包括对所述的识别标志里的信息加密。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述的识别标志包括一个以上至少具有一条连续线的符号，所述的用激光制作标志的步骤包括使用预先确定的激光束开始和停止的位置形成每一条连续线。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述的识别标志包括一个以上具有不少于两条交叉连续线的符号，所述的用激光制作标志的步骤进一步包括使用预先确定的次序形成每一条交叉连续线。

11.根据前述权利要求任何一项所述的方法，其中，所述方法进一步包括在所述轴承零件表面提供第二激光标志的步骤，并该第二标志旨在保持可见。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第二标志至少部分地位于所述不可见标志的上部。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，所述的不可见标志和所述的第二标志由同一激光提供。

14.一种轴承零件，其包括不可见识别标志，根据权利要求1至13中任一权利要求所述的方法制造。

15.一种根据权利要求14的鉴别轴承零件的方法，该方法包括这一步骤：

-将蚀刻剂施加于带有所述标志的所述零件的表面，使得所述的不可见标志变得光学可读。

16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括读取所述标志的步骤和将该标志与存储数据对比的步骤。

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