CN1098136C - 制造钢的滚动轴承环的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制造钢滚动轴承环的方法，按此方法从其组织结构与退火为球状渗碳体(GKZ)的组织结构类似的热轧管出发，由此热轧管在供入润滑剂的情况下热切断为连续等宽度的环，以及在冷却后进一步加工。本发明的特征在于，热切断在所使用的滚动轴承钢转变温度以下但高于720℃的温度下进行，并接着在静止的空气中冷却。由此坯环借助于一种时间节奏最合理的多步骤冷切削加工，制成其各部分形状公差极小的滚动轴承环的生环或软环，其中冷加工的主要部分是旋转切削加工。

Description

制造钢的滚动轴承环的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造钢滚动轴承环的方法。
背景技术
德国工业规范(DIN)牌号100Cr6的材料和按其他标准相应的钢(在欧洲用这种材料制成绝大部分滚动轴承环作为滚动轴承的初始产品)由于高的含碳量故算作过共析钢。为了生产热加工管作为制造一个个滚动轴承环的原材料，采用下列方法。
由LD钢厂的生铁和钢包炉及钢包脱气出发或按另一种可选择的方案由E钢厂、钢包炉及钢包脱气出发以及在特殊情况下通过再熔炼钢厂铸成钢坯，钢坯在初轧机上轧制成圆管坯。此圆管坯最好借助于阿塞尔轧管法成型为热加工管(可参见Stahlrohr-Handbuch第10版，Vulkan出版社，Essen 1986年，141-143页)。阿塞尔轧管机通常有一台转底炉作为加热设备，在它之后是一个设计为斜轧机的穿孔器用于制成空心体。此空心体输入由三根沿圆周均布的斜轧辊组成的阿塞尔轧管机，斜轧辊配有台肩设计。在用作内部轧制工具的顶杆拉出后再加热此中间管，并通过多机架的减径机和下游的定径机制成热加工管。
这种方法的缺点在于，所使用的圆管坯其尺寸必须接近热加工管，以及为了满足供货计划需要多种轧制的或锻造的圆管坯材料。
虽然阿塞尔轧管机是制造滚动轴承管的优选设备，但往往在采用预成型和扩散退火的装料时也利用其他一些制管设备，如顶管机或连续轧管机。
还已知取代模铸锭(钢锭)制造连铸坯(初轧坯)(主要矩形坯)，它们通过轧制或锻造过程成型为圆管坯。按另一种方案生产圆形连铸坯取代矩形坯，在这种情况下此连铸坯在切断后也进行轧制或锻造(参见La Revue de Métallurgie CIT，1989年4月，344-350页)。按此先有技术，变形程度选择为使锻造或轧制变形率达到λ＝5。在所提及的轧制或锻造过程前往往进行扩散退火，以便尽可能降低或减少起源于浇注工艺的偏析和粗大的碳化物析出。提及的所有用于坯料的生产方法成本都很高，因为需要投资大的成型设备以及材料要多次运动。因为圆坯料通过延伸必须一再切分，所以还产生相应量的切头料。每一个附加的加工和输送步骤意味着一种产生其他或加剧缺陷的危险，排除这些缺陷进一步提高了成本。
在DE-PS 3738858中指出，热轧管料在其内径和外径减少到要求的最终尺寸前，借助于周期式冷轧或冷拔经受一个成型的长时间退火过程，以便使嵌在组织结构内的片状渗碳体转变为球状渗碳体。但是通过这种长时间退火在管料的外表面和内表面上生成比较厚的氧化层以及边沿区严重脱碳，因此管料外径剥皮，在这种情况下外部的氧化层被去除。
管料剥皮后进行加工，亦即酸洗、磷化或上油。在周期式冷轧或冷拔后，管子作为所谓棒材置入多轴自动车床(6或8轴)的料箱内，通过切削加工将它们制成滚动轴承环。这些环接着进行调质处理，亦即淬火和回火。因为在热处理过程中环起氧化皮和变形，所以必须将环磨削到最终尺寸。然后在滚动轴承生产厂，通过组合外环和内环、滚动体和保持架也许盖片，装配成一个滚动轴承。
为了降低前面这些步骤的成本，已经建议(DE 19520833A1)连铸坯在铸造状态以及不热处理(扩散退火)的情况下输入制管机。
在这一方面的另一项措施是取消长时间退火(GKZ退火)，采用在规定的温度范围内按预定变形率有控制地最终轧制，这非常接近于一种TM轧制(DE 19513314A1)。按另一种与迄今已知的周期式冷轧或冷拔管在切削加工过程中将环切断的方案不同，可通过热切断制成所谓的坏环(Rohring)(WO 95/29777)。所列举的所有建议均导致降低滚动轴承环的生产成本。
发明内容
本发明的目的是，从已知的先有技术出发提供一种钢滚动轴承环的制造方法，这种方法可以更进一步地降低成本。
本发明提出一种制造钢滚动轴承环的方法，按此方法，从通过有控制地终轧辊制成的其组织结构与退火为球状渗碳体(GKZ)的组织结构类似的热轧管出发，由此热轧管在供入润滑剂的情况下热切断为连续等宽的环，以及在冷却后进一步加工，其特征为：热切断在所使用的滚动轴承钢转变温度以下但高于720℃的温度下进行，接着在静止的空气中冷却，由此坯环借助于一种时间节奏最合理的多步骤冷切削加工制成其各部分形状公差极小的滚动轴承环的生环或软环，其中冷加工的主要部分是旋转切削加工。
本发明的核心是有利于降低成本地使用热加工管作原材料再加上热切断制成坯环，由坯环借助于高效率的冷加工廉价地生产滚动轴承环亦即外环或内环的生环或软环。冷加工的主要部分是旋转切削加工，它允许高的切削速度并因而可以缩短周期时间。在按本发明的方法中取消了昂贵地制造周期式冷轧或冷拔管作为生产环的初始产品，因而同样取消了双倍的输送和操作步骤。
作为最佳的顺序，建议热加工管不进行任何进一步处理，尤其是不矫直、不热处理和不无损检验，通过冷床输入用于热切断的设备，以及只在唯一的一个装置内和只用一次换夹借助于一种时间节奏最合理的多步骤旋转切削加工工序将坯环加工成滚动轴承环，并检验其尺寸和缺陷。为了在考虑到短的周期时间(＜8秒)的情况下能保持低的所需要的切削加工费用，坯环的尺寸及其轮廓应尽可能接近力求达到的理想状态。然而取决于工艺方法并非始终能满足这种要求。例如两个端面并非始终准确平行。此外，通常不可能完全避免向内在孔的区域内形成毛刺，因为热切断是在没有内部支承的情况下进行的。在注意到这些事实后，已证明特别有利的是在真正的冷加工预先设置冲和压工序和/或部分精磨。对于外环，部分精磨包括坯环两个端面和/或外表面磨削到软环尺寸。因此多步骤的旋转切削加工可在最佳范围内进行以及工具的磨损也比较小。尤其是坯环外径预置的精磨可以取消旋转切削加工外径至最终尺寸并因而节省了工序，这对于降低周期时间有重要意义。此外在这种情况下只需要一次夹紧，从而取消了换夹。预置的冲压工序和/或部分精磨附加的费用必须更加有利于提高旋转切削加工工序的效率。按另一种可选择的方案，已预处理的坯环也可以在传统的车床上通过两次夹紧加工。提高切削加工效率的另一项辅助措施是供入润滑剂。已证明特别有利的是脉冲式供入一种由压缩空气与普通的钻孔乳化液组成的混合物。在这里，脉冲式指的是，只是在真正的切削加工过程才实施这种供入，在刀具离去和移近期间则切断供应。
所谓的生或软环要不然通常需要的调质处理可有利地组合在切削加工过程中。例如调质处理可以直接在冲和压工序后实施。另一种可能性在于，热切断在温度高于转变温度时进行，以及坯环在这之后直接例如让其掉落在水槽或油槽内淬火。在淬火后接着的回火，使坯环有用于滚动轴承所需要的硬度。然后冷切削加工是硬旋转切削加工和/或硬磨削，近来为此发展了一种相应的加工技术。
所建议的方法其优点在于，除了保持由于-直接使用连铸坯-有控制地最终轧制热加工管-热切断
带来的成本方面的优点外，还由于与上述这些步骤相适应的冷加工获得了附加的成本方面的优点。由上述这些步骤带来的优点，如更高的纯度、更低的边沿脱碳、在最后的调质处理中较小的变形(更小的精磨余量)、基于在此方法中保持的组织结构的细粒度带来的更长的使用寿命都可以一起利用，从而构成了一个相应的总优点。
附图说明
图1是热加工管在张力减径机机架上进行加工的示意图，
图2是热切断装置的旋转驱动器将管子沿轴向移动到切割轧机的示意图，
图3是一个多步骤的旋转切削加工过程中制造整个滚动轴承外环的各加工步骤，
图4是在外环外表面预设部分精磨的情况下执行经改变的步骤顺序图。
具体实施方式
下面借助一个例子进一步说明按本发明的滚动轴承环的制造。
应制造的是滚动轴承型号6202(35.2×11.2mm)的外环。为此所需的管料按图1所示在张力减径机的机架1内精轧为热加工管。考虑到热加工管制造引起的公差，管料的额定尺寸为外径35.7mm和壁厚3.8mm。当采用说明书引言中说明的特殊的制造过程时在冷床2上冷却的管具有为进一步加工所要求的细晶粒珠光体组织，从而可以免去要不然需要的GKZ退火(退火的球状渗碳体)。组合成管排3的管供入圆盘冷锯4并按管长5约6米捆扎。对于所选择的最佳加工方法管料不需要其他的再处理步骤。
如图2所示，管捆通过上料台和单根摆放装置6供入拔入槽7。热切断装置的旋转驱动器8夹紧管子并将管子沿轴向移动到切割轧机11进口前不远处以及附加地使之具有要求的旋转速度。在旋转驱动器8的终端位置(这里用虚线表示)，要切割的管被旋转驱动器8释放，因为进一步的过程依靠自身的运动进行，所以旋转驱动器8可以返回起始位置并能夹紧下一根管子。
在中间料台9，下一根管子的始端移近到紧邻已处于切割过程的管子的管端，所以热切断几乎连续地进行。为了减小变形阻力，要切割的管子借助于感应加热设备10加热到切断温度(＞720℃但＜转变温度)。在真正的切割轧机11内通过专用工具实现真正的切断过程，此工具的特征是通过设计为螺旋形的刀刃使外表面高度渐增。坯环通过出料溜槽12输入容器13中。与之不同的另一种方案是可以通过传送带送出并与此同时在静止的空气中冷却。
如此获得的坯环在其冷却到室温后输入加工机，它在一个多步骤的旋转切削加工过程中制造此整个滚动轴承外环(软环)(图3)。
在加工机内完成下列工作步骤。a)装料14b)两侧同时车平并预钻孔15c)内轮廓仿形(粗加工)16d)内轮廓仿形(精加工)17e)两侧同时切出盖片用的槽和相邻的横挡18f)外轮廓仿形19
在外环外表面预设部分精磨的情况下执行经改变的步骤顺序(图4)a)装料21b)两侧同时车平和预钻孔22c)内轮廓仿形(粗加工)23d)内轮廓仿形(精加工)24e)在棱边缩短区内的外轮廓两侧同时仿形以及两侧同时切出盖片用的槽和相邻的横挡25
然后将已加工的环供入测量站20，在这里100％地检验全部环的几何尺寸及缺陷。如此获得的外环(软环)作为主要尺寸有
外径35.2mm
内径29.26mm
宽度11.21mm
如此制成的环的不圆度＜0.05mm。

Claims (23)

1.制造钢滚动轴承环的方法，按此方法，从通过有控制地终轧辊制成的其组织结构与退火为球状渗碳体(GKZ)的组织结构类似的热轧管出发，由此热轧管在供入润滑剂的情况下热切断为连续等宽的环，以及在冷却后进一步加工，其特征为：热切断在所使用的滚动轴承钢转变温度以下但高于720℃的温度下进行，接着在静止的空气中冷却，由此坯环借助于一种时间节奏最合理的多步骤冷切削加工制成其各部分形状公差极小的滚动轴承环的生环或软环，其中冷加工的主要部分是旋转切削加工。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征为：坯环第一步经受组合的冲和压工序并与此同时校准。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征为：冲压掉伸入孔区内的毛刺并在端面施加预定的压力。
4.按照权利要求2所述的方法，其特征为：通过冲压工序已成形的软环部分预成型。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征为：对于外环，坯环的两个端面和/或外表面精磨至软环尺寸，其余表面旋转切削加工加工。
6.按照权利要求2-5之一所述的方法，其特征为：在冲压工序和/或部分精磨后接着多步骤旋转切削加工，其中环被两次夹紧以及周期时间＜8秒。
7.按照权利要求6所述的方法，其特征为：旋转切削加工工序包括下列具体步骤a)第一次夹紧
-旋转切削加工第一个外半径并旋转切削加工二分之一外表面
-旋转切削加工内孔
-切出一个盖片槽和相邻的横挡b)第二次夹紧
-旋转切削加工第二个外半径和旋转切削加工第二个二分之一外表面
-内轮廓仿形
-切出第二个盖片槽和相邻的横挡。
8.按照权利要求2-5之一所述的方法，其特征为：在冲压工序和/或部分精磨后接着只在一个装置中通过一次换夹按周期实施一道多步骤的旋转切削加工工序，以及在旋转切削加工工序前输入和在旋转切削加工工序后输出，其中，在旋转切削加工工序的第一步工件不动，在最后一步工件旋转，整个周期时间＜8秒。
9.按照权利要求2-5之一所述的方法，其特征为：在管子外环外表面预设精磨的情况下，紧接着精磨只通过一次夹紧只在一个装置中按周期实施一道多步骤的旋转切削加工工序，在旋转切削加工工序前输入和在旋转切削加工工序后输出，其中在旋转切削加工工序的所有步骤工件均静止不动，整个周期时间≤8秒。
10.按照权利要求8所述的方法，其特征为：在取消冲压工序和/或部分精磨时坯环直接进行多步骤的旋转切削加工工序。
11.按照权利要求10所述的方法，其特征为：对于外环此顺序包含下列具体步骤a)端面两侧同时车平和预钻孔b)工作面内轮廓仿形粗加工c)工作面内轮廓仿形精加工d)两侧同时切出盖片槽和相邻的横挡e)外径旋转切削加工至最终尺寸。
12.按照权利要求9所述的方法，其特征为：对于具有精磨外表面的外环此顺序包含下列具体步骤：a)端面两侧同时车平和预钻孔b)工作面内轮廓仿形粗加工c)工作面内轮廓仿形精加工d)在棱边缩短区内的外轮廓两侧同时仿形以及两侧同时切出盖片槽和相邻的横挡。
13.按照权利要求11或12所述的方法，其特征为：在工作步骤b)、c)、d)中切削加工沿轴向和径向重叠进行。
14.按照权利要求8所述的方法，其特征为：只是在切削加工期间才脉冲式供入润滑剂。
15.按照权利要求14所述的方法，其特征为：润滑剂是压缩空气与钻孔乳化液的混合物，其中，钻孔乳化液只是一小滴一小滴地掺入压缩空气。
16.按照权利要求1所述的方法，其特征为：热切断后，对坯环进行调质热处理，以及已硬化的坯环接着进行切削加工。
17.按照权利要求2-4之一所述的方法，其特征为：在冲压工序后，对坯环进行调质热处理，以及已硬化的预制环接着完成切削加工。
18.按照权利要求1所述的方法，其特征为：冷加工是硬旋转切削加工和/或硬磨削。
19.按照权利要求1所述的方法，其特征为：热轧管在冷却后首先消除应力退火，然后矫直，以及在热切断之前无损检验缺陷。
20.按照权利要求19所述的方法，其特征为：无损检验是超声波检验纵向和横向缺陷。
21.按照权利要求1所述的方法，其特征为：冷加工后对每个轴承环进行尺寸检验和缺陷无损检验。
22.按照权利要求21所述的方法，其特征为：尺寸检验借助于激光器进行，以及无损检验借助于超声波或涡流进行。
23.按照权利要求19至22之一所述的方法，其特征为；在取消热轧管无损检验的情况下只对已加工完成的滚动轴承环进行尺寸和缺陷无损检验。
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