CN102782351A - 剖分轴承套圈及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明的剖分轴承套圈包含在圆周方向上被剖分为不小于两个的剖分部。剖分部的圆周方向端面以外的表面的硬度不小于HRC59，剖分部的圆周方向端面以外的表面被施以淬火和回火处理，剖分部的圆周方向端面以外的表面的原奥氏体结晶粒度不小于6级。剖分部以在轴承套圈的轴向一侧所产生的应力大于在轴向另一侧所产生的应力的方式，向轴承套圈施加载荷并进行剖分而形成。

Description

剖分轴承套圈及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种剖分轴承套圈（split bearing ring）及其制造方法。

背景技术

以往，为了便于制造时的组装和安装，已知有将用于滚动轴承的轴承套圈在圆周方向上剖分为两部分的剖分轴承套圈，这样的剖分轴承套圈，一般通过对环状的轴承套圈实施热处理之后，利用自发开裂而剖分为两部分，再进行组合，并对滚道面进行精细磨削而制得。

作为通过自发开裂将轴承套圈剖分的方法，以往提出了各种方法。例如，作为在形成于轴承套圈的轴向两端的切口之间实现自发开裂的方法，提出了通过事先在轴承套圈上形成V形槽、引导孔（invitationhole）等应力集中源，将分型线的形状控制为S形或任意的形状的方案（例如，参照专利文献1、2、3）。此外，还提出了以形成相对于轴线方向倾斜的分型线的方式将轴承套圈剖分，以提高分型面的密合性的方案（例如，参照专利文献4、5、6、7）。

此外，还提出了从轴向两侧进行自发开裂时，为了防止发生分型线的不一致，从形成于轴向一侧的切口进行开口的方案（例如，参照专利文献8）。

此外，在对热锻造用低延展性非调质钢进行强制断裂分离（自发开裂）时，为了便于进行剖分后的对位，提出了将断面的表面粗糙度Rz设定为30μm～1000μm的方案（例如，参照专利文献9）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本国特开昭55-44169号公报

专利文献2：日本国特开昭55-63009号公报

专利文献3：日本国特开昭54-163247号公报

专利文献4：日本国实开平6-40458号公报

专利文献5：日本国特开2002-227852号公报

专利文献6：日本国特开2009-281397号公报

专利文献7：日本国特开2010-255695号公报

专利文献8：日本国专利第4042999号公报

专利文献9：日本国特开平11-43738号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，尽管轴承套圈要求较高的耐久性，但是剖分轴承套圈仍有可能以剖分位置为基点产生剥离或裂痕，因此，有必要提高剖分位置的强度和分型面的密合性。但是，在按照专利文献1、2、3设置了应力集中源的情况下，应力集中源有可能成为使耐久性降低的因素。此外，当发生热处理时的变形或因剖分时的塑性变形导致轴承套圈变形为椭圆形时，有可能发生加工余量增大的问题。

本发明就是鉴于上述情况而做出的发明，其目的在于提供一种具有良好耐久性的剖分轴承套圈及其制造方法。

解决课题的手段

本发明的上述目的，通过下述方案来实现。

（1）一种剖分轴承套圈，其包含在圆周方向上被剖分为不小于两个的剖分部，其特征在于：

上述剖分部的圆周方向端面以外的表面的硬度不小于HRC59，上述剖分部的圆周方向端面以外的表面被施以淬火和回火处理，上述剖分部的圆周方向端面以外的表面的原奥氏体结晶粒度不小于6级，

上述剖分部通过使得轴承套圈的轴向一侧所产生的应力大于轴向另一侧所产生的应力的方式，向上述轴承套圈施加载荷并进行剖分而形成。

（2）根据（1）所述的剖分轴承套圈，其特征在于：

上述剖分部的圆周方向端面的算术平均粗糙度不小于30μmRa，且上述剖分部的圆周方向端面呈凹坑（dimple）状。

（3）根据（1）或（2）所述的剖分轴承套圈，其特征在于：

上述剖分部通过使裂纹仅从上述轴承套圈的轴向一侧发展来形成。

（4）一种用于制造（1）～（3）中任一项所述的剖分轴承套圈的方法，其特征在于：

具有从垂直方向的上方，向上述轴承套圈施加载荷，使得上述轴承套圈的轴向一侧所产生的应力大于轴向另一侧所产生的应力，将上述轴承套圈剖分的工序。

（5）根据（4）所述的剖分轴承套圈的制造方法，其特征在于：

还具有在上述轴向一侧设置切口（slit）的工序，

在上述轴向一侧的上述切口处产生的应力大于在上述轴向另一侧处产生的应力。

（6）根据（5）所述的剖分轴承套圈的制造方法，其特征在于：

还具有在上述轴向另一侧设置切口的工序，

在上述轴向一侧的上述切口处产生的应力大于在上述轴向另一侧的上述切口处产生的应力。

（7）根据（4）～（6）中任一项所述的制造方法，其特征在于：具有：

在上述轴承套圈的内径侧插入柱状的支承夹具的工序；和

由上述支承夹具对上述轴承套圈的内径面进行支撑的工序，

连接上述轴承套圈与上述支承夹具接触的部位中最接近上述轴承套圈的载荷施加位置的接触部和上述轴承套圈的径向中心的连线，相对于与载荷施加的方向相垂直并且通过上述轴承套圈径向中心的面，所成的夹角不小于15°且不大于35°。

此外，在本说明书中，轴向一侧和轴向另一侧意为以轴向中央部为界的轴向一侧及其相反侧。

发明的效果

根据本发明的剖分轴承套圈及其制造方法，能够提供一种具有良好耐久性的剖分轴承套圈及其制造方法。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式的剖分轴承套圈的制造方法中，剖分前的内圈的俯视图。

图2是图1的侧视图。

图3是表示本发明的一个实施方式的剖分轴承套圈的制造方法的轴向剖视图。

图4是图3的侧视图。

符号说明

11内圈

17a、17b、17a′切口

30支承夹具

32顶面

38载荷夹具

具体实施方式

以下，基于附图，具体说明本发明的剖分轴承套圈的制造方法的实施方式。

如图1、2所示，在本实施方式的剖分轴承套圈的制造方法中，剖分前的内圈11具有环状的主体部12、配置于主体部12的轴向两侧的环状的凸缘部13、13、和配置于内圈11的轴向两端的端部14、14。主体部12的外径面形成为未图示的滚动体的滚道面。为了便于剖分内圈11，在端部14设置有沿轴向延伸的切口17a、17b。切口17a、17b在轴向的两侧以位于同一直线上的方式设置。此外，从设有这些切口17a、17b的位置沿圆周方向旋转180°的位置上，在端部14，也设有切口17a′、17b′（未图示）。

为了提高实际使用环境下的耐久性，对剖分前的内圈11实施淬火回火、或者渗碳处理或碳氮共渗处理以及淬火回火。用于内圈11的原料含有不少于0.15质量%且不多于1.20质量%的碳（C）。当C不足0.15质量%时，尽管内圈11的耐久性提高，但是难以实现自发开裂，因此非优选。另一方面，当C超过1.20质量%时，不能获得充分的耐久性，因此非优选。

此外，在内圈11中，C以外的成分的含量优选为在下述范围内。由于Si是具有抗渗碳性的元素，因而优选为2质量%以下，更优选为0.35质量%以下。此外，为了提高加工性能，Cr的含量优选为20质量%以下，更优选为1.2质量%以下。此外，为了抑制晶粒的粗大化，Mn的含量优选为2质量%以下，更优选为0.85质量%以下。另外，由于Mo的含量高时将导致成本增加，因而优选为1质量%以下，更优选为0.3质量%以下。考虑到加工性能，Ni优选为4质量%以下，更优选为0.25质量%以下。此外，其它成分优选为Fe和不可避免的杂质。

此外，内圈11的表面硬度不小于HRC59。另外，内圈11的表面的原奥氏体结晶粒度（JIS G0551）不小于6级。当内圈11的表面硬度不小于HRC59时，除了能够提高耐久性之外，还不会增大剖分时的塑性变形，能够提高分型面的密合性。此外，原奥氏体结晶粒度不小于6级时，尽管剖分载荷上升，但不会随着微细裂纹而在分型面上形成结晶断面，从而能够提高耐久性。晶粒越微细，耐久性越高。另外，在本实施方式中，“分型面”意指将内圈11剖分后的剖分部各自的圆周方向端面。

如图3所示，在本实施方式的轴承套圈的剖分方法中，具有底面31、顶面32和侧面33、33的支承夹具30被插入圆筒状的内圈11的内径侧。此外，在图3中，为了简化，将支承夹具30的顶面32与内圈11的内径面以隔开方式表示。支承夹具30具有垂直方向尺寸从轴向一端36一侧向着轴向另一端35一侧减少的形状，顶面32形成倾斜面。支承夹具30的底面31由柱部37、37支承在轴向一端36和轴向另一端35。柱部37、37的垂直方向尺寸相同，内圈11只要是能够通过支承夹具30而被悬吊，可采用任意尺寸。

支承夹具30在顶面32与侧面33、33之间具有上缘部34、34。通过这些上缘部34、34将内圈11的内径面悬吊。与内圈11的内径面接触的上缘部34、34优选进行不小于1mm且不大于30mm的倒角加工。当倒角加工不小于1mm时，与内圈11的内径面接触时，不会形成压痕。此外，当倒角加工不大于30mm时，裂纹发生后的支承位置的变化量不会变得过大，能够维持稳定性。另外，倒角形状优选为R形状。

对内圈11进行剖分时，如上所述，通过插入内径侧的支承夹具30将内圈11悬吊，使得切口17a、17b位于垂直方向的上方。内圈11配置为使切口17b位于支承夹具30的轴向一端36的一侧，使切口17a位于支承夹具30的轴向另一端35的一侧，并由支承夹具30的顶面32（特别是其边缘部）支承。

在该状态下，载荷夹具38的下表面39在与切口17a、17b相邻的状态下，设置在内圈11的凸缘部13、13上，从垂直方向的上方对内圈11施加载荷。由此，借助载荷夹具38的下表面39，从垂直方向的上方，对内圈11的轴向两侧施加载荷。但是如上所述，支承夹具30的顶面32被配置在轴向一端36的一侧比轴向另一端35的一侧高的位置上。因此，支承夹具30的顶面32相对于载荷夹具38的下表面39倾斜，在切口17b一侧产生大于切口17a一侧的应力。因此，能使得裂纹仅从切口17b发展，从而能够防止裂纹从切口17a及切口17b的两处发展时所产生的裂纹不一致。

另外，支承夹具30的顶面32相对于载荷夹具38的下表面39倾斜的倾斜角度α（参照图3）优选为不小于0.2°且不大于3°。倾斜角度α为不小于0.2°且不大于3°时，能够在维持稳定性的状态下产生偏载荷，因此，能够使得其中一个切口所产生的应力增高，从而降低剖分载荷，抑制内圈11的塑性变形所导致的形状变化。而且，在其中之一的切口所产生的裂纹的顶端部通常会产生稳定的拉伸应力，因此裂纹的直线传播性变得非常高，使得裂纹收敛至目标位置（例如另一个切口）。在内圈11从切口17b沿轴向剖分到切口17a之后，使内圈11在圆周方向上旋转180°，通过再次施加载荷，就能够得到内圈11被剖分为两个剖分部的剖分内圈。

此外，将与内圈11的内径面接触的支承夹具30的上缘部34的最接近内圈11的被施加了载荷的部分的接触部（支承点）和内圈11的径向中心的连线，相对于与向内圈11施加载荷的方向垂直、且通过内圈11的径向中心的面所成的角度（以下，称为接触角）β（参照图4）优选为不小于15°且不大于35°。当使该接触角β变化时，支承点的宽度也发生变化。接触角β为不小于15°且不大于35°时，剖分载荷不会变得过大，且裂纹发生后的支承位置的变化量也不会变得过大，从而能够维持稳定性。

另外，实施了渗碳处理或者碳氮共渗处理的内圈11，内部的韧性提高，剖分载荷增大。当剖分载荷较大时，塑性变形量也增大，因此存在磨削加工余量增大，制造成本增加的问题，以及随着磨削所导致的应力释放而带来的变形问题。因此，优选为自发开裂尽可能在脆性环境下进行。例如，可以考虑利用低温脆性实施低温处理，但是从耐久性的观点出发，优选使得表面上的残留奥氏体为不小于20体积%且不大于45体积%。至少分型面的起点部位于水中时，能够大幅降低剖分载荷，因而优选。

实施了淬火回火处理的内圈11，分型面上容易出现凹凸。当分型面的算术平均粗糙度不小于30μmRa时，则利用凹凸能够提高分型面的密合性，并进一步提高剖分内圈的耐久性。为了抑制裂纹的发生，分型面的算术平均粗糙度优选为1000μmRa以下，更优选为500μmRa以下。此外，分型面的形状优选为凹坑状，由此能够进一步提高分型面的密合性，并进一步提高耐久性。

在本实施方式中，支承夹具30形成为柱状，其由柱部37、37支承的同时，仅由上缘部34悬吊内圈11，因此可适用于各种尺寸的内圈11。

支承夹具30优选为在不实施热处理等并在保持机械结构用碳钢等原料的硬度的状态下形成。对此，如上所述，由于内圈11预先进行了淬火、回火处理，使内圈11的内径面的硬度高于支承夹具30的硬度，因此能够防止内圈11的内径面受损和内圈11发生变形而使得内径面的圆度恶化的情况。

另外，支承夹具30还可以由杨氏模量比形成内圈11的材料小的材料，例如，铸铁、铜系金属、铝等制成。支承夹具30由这些材料制成时，即使在上缘部34和内圈11的内径面之间的接触压力增大的情况下，支承夹具30也会先于内圈11的内径面发生变形，从而能够防止内圈11的内径面受损和内圈11发生变形而使得内径面的圆度恶化的情况。

这样，根据本实施方式的剖分轴承套圈及其制造方法，仅从一个切口17b使裂纹发展而在圆周方向上将内圈11剖分，因此能够抑制截面的混乱而不会增加制造成本，从而得到良好的截面。此外，通过提高分型面的密合性，能够进一步提高剖分内圈的耐久性。

另外，本发明并不限于上述实施方式，可进行适当的变更和改良等。在上述实施方式中，以剖分内圈11的情况为例进行了说明，但剖分外圈的情况也可以适用本发明。此外，在上述实施方式中，以将轴承套圈剖分为两部分的情况为例进行了说明，但是也可以将轴承套圈剖分为三部分及以上。此外，在上述实施方式中，通过以支承夹具30的顶面32为倾斜面实现了倾斜角度α，但不限于此，也可以支承夹具30的底面31为倾斜面来形成，此外，也可以使用垫片等隔离物来实现倾斜角度α。此外，在上述实施方式中，在内圈11的轴向两端形成有切口，但也可以仅在轴向一侧或者轴向另一侧形成切口。此外，也可以不在内圈11的轴向的任何一端形成切口。

实施例

在此，通过表1所示的材料制成圆柱滚子轴承的内圈，在内圈的轴向两端做成切口，按照图3、图4以及表1所示的条件进行剖分。此外，如表1所示，剖分在进行淬火、回火，或者碳氮共渗处理或渗碳处理之后的淬火、回火等热处理之后进行。内圈的尺寸为内径109mm、外径157mm、轴向尺寸154mm。表面硬度（HRC）、结晶粒度、倾斜角度α、接触角度β、分型面粗糙度（μmRa）、分型面形态、用于剖分而施加的剖分载荷、剖分的稳定性、剖分引起的变形量（μm）以及耐久试验的结果示于表1。另外，本例中的的变形量表示剖分后重新组合时的Da-Db的值，即，滚道面直径的最大值与最小值的差（参照图2）。此外，在耐久试验中，径向载荷500kN、转速15min^-1、以油气润滑执行运转，将经过1000小时后分型面未发生裂纹的实例评价为○，发生了裂纹的实例评价为×。

表1

由表1可知，在热处理内容、表面硬度（HRC）、结晶粒度以及分型面形态等条件满足本发明范围的实施例1～25中，通过提高分型面的密合性，耐久试验也合格。

但是，比较例1的倾斜角度α为0°，轴承套圈的轴向一侧所产生的应力与轴向另一侧所产生的应力相等。在这样的比较例1中，剖分载荷变得过大，变形量过大，且分型线也不一致，因此无法进行耐久试验。而表面硬度为本发明范围之外的比较例2同样由于剖分载荷过大，变形量过大，而无法进行耐久试验。此外，比较例3的结晶粒度在本发明的范围之外，分型面形态也并非呈凹坑状，由其在耐久试验中在分型面上发生了裂纹的情况可知，这样的比较例3的耐久试验不合格，寿命缩短。

此外，在实施例1~25中，实施例15的接触角度β小于本发明的优选范围。这样的实施例15尽管耐久试验合格，但利用上缘部34悬吊内圈11的位置在剖分时容易偏向上方，稳定性多少有些差。此外，接触角度β大于本发明的优选范围的实施例19，尽管耐久试验合格，但剖分载荷较大。此外，实施例23的倾斜角度α在本发明的优选范围之外。这样的实施例23尽管耐久试验合格，但由于剖分开始时载荷夹具38的下表面39与内圈11接触的面积小，因此，内圈11容易偏向轴向，稳定性多少有些差。

根据上述结果，证实了本发明的范围以及本发明的优选范围的有效性。

以上，对本发明的实施方式及实施例进行了说明，但本发明并不限于上述实施方式，只要在权利要求书所记载的范围内，就可进行各种变更。本申请基于2011年2月25日申请的日本专利申请（特愿2011-040051）、2011年5月27日申请的日本专利申请（特愿2011-119487）、2011年5月27日申请的日本专利申请（特愿2011-119488）以及2012年2月22日申请的日本专利申请（特愿2012-036462），其内容作为参照引入本说明书。

Claims (7)

1.一种剖分轴承套圈，其包含在圆周方向上被剖分为不小于两个的剖分部，其特征在于：

所述剖分部的圆周方向端面以外的表面硬度不小于HRC59，所述剖分部的圆周方向端面以外的表面被施以淬火和回火处理，所述剖分部的圆周方向端面以外的表面的原奥氏体结晶粒度不小于6级，

所述剖分部通过使得轴承套圈的轴向一侧所产生的应力大于在轴向另一侧所产生的应力的方式，向所述轴承套圈施加载荷进行剖分来形成。

2.根据权利要求1所述的剖分轴承套圈，其特征在于：

所述剖分部的圆周方向端面的算术平均粗糙度不小于30μmRa，并且所述剖分部的圆周方向端面呈凹坑状。

3.根据权利要求1或2所述的剖分轴承套圈，其特征在于：

所述剖分部通过使裂纹仅从所述轴承套圈的轴向一侧发展来形成。

4.一种剖分轴承套圈的制造方法，其用于制造权利要求1～3中任一项所述的剖分轴承套圈，其特征在于：

具有从垂直方向的上方，向所述轴承套圈施加载荷，使得所述轴承套圈的轴向一侧所产生的应力大于轴向另一侧所产生的应力，将所述轴承套圈剖分的工序。

5.根据权利要求4所述的剖分轴承套圈的制造方法，其特征在于：

还具有在所述轴向一侧设置切口的工序，

在所述轴向一侧的所述切口处产生的应力大于在所述轴向另一侧处产生的应力。

6.根据权利要求5所述的剖分轴承套圈的制造方法，其特征在于：

还具有在所述轴向另一侧设置切口的工序，

在所述轴向一侧的所述切口处产生的应力大于在所述轴向另一侧的所述切口处产生的应力。

7.根据权利要求4～6中任一项所述的制造方法，其特征在于：

还具有：

在所述轴承套圈的内径侧插入柱状的支承夹具的工序；和

由所述支承夹具对所述轴承套圈的内径面进行支撑的工序，

连接所述轴承套圈与所述支承夹具接触的部位中最接近所述轴承套圈的载荷施加位置的接触部与所述轴承套圈的径向中心的连线，相对于与所述载荷施加的方向相垂直并且通过所述轴承套圈径向中心的面，所成的夹角不小于15°且不大于35°。

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