CS217010B1

CS217010B1 - A method of producing rings, in particular, roller bearings

Info

Publication number: CS217010B1
Application number: CS571980A
Authority: CS
Inventors: Karel Sommer; Jiri Bezrouk; Zdenek Rusnak; Frantisek Habrovec; Alois Holemar; Karol Bucha
Original assignee: Karel Sommer; Jiri Bezrouk; Zdenek Rusnak; Frantisek Habrovec; Alois Holemar; Karol Bucha
Priority date: 1980-08-21
Filing date: 1980-08-21
Publication date: 1982-12-31

Abstract

Účelem vynálezu je vytvářit způaab výroby kroužků, při kterém by byly minimalizovány výrobní náklady tím, že ae zvýší podíl objemu hotového kroužku na objemu polotovaru, zmenší energetioké náročnost tvářecích a tvrdících operací, jakož i pracnost obráběcích operací. Uvedeného účelu se dosáhne tím, že polotovary kroužků z železných slitin a obsahem uhlíku 0,2 - 0,6 & hmotových a alespoň jednoho nitridotvarného prvku, zejména chrómu, hliníku, molybdenu, boru, vanadu, titanu, niobu nebo tantalu ae na vnějším a vnitřním průměru kalibrují za teploty da 650 C zejména mezi matricí a trnem, dále se na alespoň jednám čele odebírá přebytečný objem materiálů, polotovary kroužků ae tvarově rozválcnyávají za teploty se 650 ®C, kalibrují ae na plášti s méně členitým příčným profilem, zejména válcovým, načež se iontově nitridují alespoň na funkčních plochách a dokončují některým z abrazivních způsobů obrábění nebo jejich kombinaoí. Polotovary kroužků se podle vynálezu vytvářejí několikerým způsobem.The purpose of the invention is to create a method for producing rings that would minimize production costs by increasing the proportion of the volume of the finished ring to the volume of the blank, reducing the energy requirements of forming and hardening operations, as well as the laboriousness of machining operations. The stated purpose is achieved by the fact that the blanks of the rings made of iron alloys with a carbon content of 0.2 - 0.6 % by mass and at least one nitride-forming element, in particular chromium, aluminium, molybdenum, boron, vanadium, titanium, niobium or tantalum are calibrated on the outer and inner diameters at a temperature of 650 °C, in particular between the matrix and the mandrel, further the excess volume of materials is removed on at least one face, the blanks of the rings are shaped at a temperature of 650 °C, calibrated on a shell with a less dissected cross-sectional profile, in particular cylindrical, after which they are ion nitrided at least on the functional surfaces and finished by one of the abrasive machining methods or their combinations. The blanks of the rings are produced according to the invention in several ways.

Description

Uvedeného účelu se dosáhne tím, že polotovary kroužků z železných slitin a obsahem uhlíku 0,2 - 0,6 & hmotových a alespoň jednoho nitridotvarného prvku, zejména chrómu, hliníku, molybdenu, boru, vanadu, titanu, niobu nebo tantalu ae na vnějším a vnitřním průměru kalibrují za teploty da 650 C zejména mezi matricí a trnem, dále se na alespoň jednám čele odebírá přebytečný objem materiálů, polotovary kroužků ae tvarově rozválcnyávají za teploty se 650 ®C, kalibrují ae na plášti s méně členitým příčným profilem, zejména válcovým, načež se iontově nitridují alespoň na funkčních plochách a dokončují některým z abrazivních způsobů obrábění nebo jejich kombinaoí. Polotovary kroužků se podle vynálezu vytvářejí několikerým způsobem.This is accomplished by providing ferrous alloy blanks having a carbon content of 0.2-0.6% by weight and at least one nitride element, in particular chromium, aluminum, molybdenum, boron, vanadium, titanium, niobium or tantalum, and internal diameter calibrated at temperature da 650 C, especially between the die and mandrel, at least one face is taken off the excess volume of materials, semifinished rings and roll shape at temperatures of 650 ®C, calibrated and on the casing with less rugged cross section, especially cylindrical, after which they are ionically nitrided at least on the functional surfaces and finished by one of the abrasive machining processes or their combinations. Ring blanks according to the invention are formed in several ways.

ΟΆ#. 2ΟΆ #. 2

IAND

Dosud běžné kroužky valivých ložisek vyrábějí a přlmokaiitelaé aceli tvářením, případné třískovým obráběním, kalením, popouštěním a dokončováním některým z sbrazivních způsobů obrábění nebo jejich kombinací. Tento způsob je věak vysoce materiálně a energeticky náročný, protože tváření a/nebo alespoň tepelné zpracování za teplot odpovídajících příslušným ocelím s sebau nese nutnost velkých mezioperačních přídavků na opracování v důsledku výskytu povrchového eduhllčení a deformací. Energetická náročnost pak plyne z vysokých tvářecích a kalicích teplot. Povrchové tvrzení však při dosavadním způsobu výroby nebylo většinou aplikovatelné, neboť objemové nepřesnosti polotovarů po tváření jsou obvykle tak velké, že při opracování nebo cementaci a zejména nitridaci by vzhledem k slabé síle tvrzené vrstvy došla, ne-li k jejímu úplnému úběru, tak alespoň k narušení. K narušeni povrchové tvrzené vrstvy pak dochází i při již zmíněných teftrmácích součástí. Kutné velké přídavky na opracování ae projeví i ve vysokých nákladech na opracování. Proces nitridace má před oatatními způsoby povrchového tvrzení výhody, neboť je například méně technologicky a energeticky náročný a součásti takto zpracované vykazují minimální deformace, itridace však vyžaduje použití speciálních ocelí, obsahujících nitiidotvorné prvky jako například chrom, hliník, molybden, bar, vanad, titan, tantal. známých způsobů nitridace za teplat 480 až 520 *C v kyanidové solné lázni nebo v atmosféře plynného čpavku ae však i při značně dlouhé expozici, trvající řádově až stovky hodin, vytvářejí relativně alebé vrstvy málo odolné proti prolomení. Pre vylepšení postupů nitridace ae začalo využívat cyklické změny teplot, dvou- i vícenásobné nitridace a zvláštních přísad jako chloridu vápenatého, anilinu, nitrobenzenu, pyridinu. X zvýšení aktivity povrchu vůči absorbujícími dusíku so provádí i pasivace povrchu fosfátováním.Conventional roller bearings have been manufactured and bonded by forming, optionally machining, quenching, tempering and finishing by one of the abrasive machining methods or combinations thereof. This method is, however, highly material and energy intensive, since the forming and / or at least heat treatment at temperatures corresponding to the respective steels with itself carries the necessity of large in-process machining additions due to the occurrence of surface carbonization and deformation. The energy intensity is due to high forming and hardening temperatures. However, surface hardening was not generally applicable in the prior art process, since the volume inaccuracies of the semi-finished products after molding are usually so great that during machining or cementation and especially nitriding, due to the weak strength of the hardened layer, disruption. The surface hardened layer is then disrupted even with the aforementioned teftram components. The large machining allowances and ee also result in high machining costs. The nitriding process has advantages over other surface hardening processes, for example, it is less technologically and energy intensive and the parts so treated show minimal deformation, but itriding requires the use of special steels containing nitriting agents such as chromium, aluminum, molybdenum, bar, vanadium, titanium, tantalum. The known methods of nitriding to heat 480-520 ° C in a cyanide salt bath or in an ammonia gas atmosphere, and even with very long exposures lasting up to hundreds of hours, still produce relatively or poorly resistant to breakage layers. To improve nitriding processes and e, it has started to utilize cyclic temperature changes, double and multiple nitriding and special additives such as calcium chloride, aniline, nitrobenzene, pyridine. X increases the surface activity towards the absorbing nitrogen, and passivates the surface by phosphating.

♦řechny tyto modifikace popsaných způsobů nitridace však nepředčí způsob iontové nitridace, které však i přesto vzhledem ke konečným rozměrům ložiskových kroužků řádově v tisícinách milimetru a nutným úběrum při dosavadním způsobu tváření nelze použít.However, all these modifications of the described nitriding processes do not outperform the ion nitriding process, which, however, cannot be used due to the final dimensions of the bearing rings in the order of thousands of millimeters and the necessary removal.

Uvedené nevýhody ve značné míře odstraňuje způsob výroby podle vynálezu. Jeho podstata je v tem, že polotovary kroužků z oceli a obsahem uhlíku 0,2-0,6 % hmotových ae na vnějším a vnitřním průměru kslubrujl za teploty do 650 °0 zejména mezí matrici a trnem, dále ae na slespon,jednom čele odebírá přebytečný objem materiálu, polotovary kroužků se tvarově rozválcovávají za teploty do 650 *C, kalibrují se na plášti a méně členitým přímým prafilem, zejména válcovým, načež ae iontově nitridují alespoň na funkčních plochách a dokončují některým z abrazivních způsobů obrábění nbbo jejich kombinaoí. Další podstata je v tom, žo polotovary kroužků se vytvářejí dělením trubet. Další podstata je v tem, že polotovary kroužků se vytvářejí dělením.tyčí a následujícím děrováním vzniklých oddělků. Další podstata je, že polotovary kreužků se vytvářejí lisováním a spěkáním prášku z odpovídajícíha materiálu. Další podstata je v tom, že poletovaný kroužků ee vytvářejí vystřihováním mezikruží z ploštin a obracením jejich průřezu o 90°. ^ualší podstata je v tam, že polotovary karoužků ae vytvářejí litím, zejména odstředivým. Další podstata je, & polotovary kroužků ao vytvářejí dělením pásku, jeho stáčením a svařováním konoů. Další padatata je v tam, že polotovary kroužků se vytvářejí třískovým obráběním nebo broušením. Další podstata je v tam, že se polotovary kroužků po kalibrování na plášti s méně členitým příčným prafilem kalí a popouštějí až na teplotu nitridace, nejlépe v rozmezí 350-500*. Další podstata je v tam, že po kalibrování na plášti a méně členitým příčným profilem ae polotovary kroužků žíhají sa teplot do teploty ÁCy příslušného materiálu.These disadvantages are largely eliminated by the process of the invention. Its essence is that the steel ring blanks and carbon content of 0.2-0.6% by weight ae at the outer and inner diameters at a temperature of up to 650 ° 0 mainly interposed between the die and the mandrel; the excess material volume, the blanks of the rings are rolled to a temperature of up to 650 ° C, calibrated on the sheath and with a less articulated straight foil, in particular cylindrical, and then ion-nitrided at least on functional surfaces. Another principle is that the blanks of the rings are formed by dividing the tubes. A further essence is that the blanks of the rings are formed by cutting and then punching the resulting separations. Another principle is that the blanks are formed by pressing and sintering the powder from the corresponding material. A further feature is that the rings ee form polished rings by cutting the annulus out of the platforms and turning their cross-section by 90 °. ^another principle is that the semifinished products a and e are formed by casting, in particular by centrifugal casting. Another principle is that the blanks are formed by cutting the tape, twisting it and welding the cones. Another padatata is that the blanks of the rings are formed by machining or grinding. A further feature is that the calibrated rings on the sheath with a less broken transverse foil are quenched and tempered up to the nitriding temperature, preferably in the range of 350-500 *. Another principle is that after calibrating on the shell and the less rugged cross-sectional profile and the blanks of the rings anneal at temperatures up to the temperature of the respective material.

Způsob výroby padle vynálezu umožňuje vyrábět s minimálními náklady na energii a materiál přičémž ae zároveň dosahuji úspory pracnosti. Úspory energie tkví v provádění tvářecích a tvrdících operací bez ohřevu nebe za teplat i a. 500 *0 nižších ve srovnání s dosavadními technologiemi. Nižší operační teploty zabraňují i eduhličení povrchu materiálu, jehož výskyt je u polotovarů kroužků důvodem dosavadních značných rozměrových přídavků, které je po tváření a t pelném zpracování nutno odebrat. Přídavky při provádění způsobu podle vynálezu jsou řádově i desetkrát menší než přídavky nutné u dosavadních způsobů, nehet při zpracování za nižších teplot značně omezuje, ne-li odstraňuje, deformace. Způsob podle vynálezu je tak optimální kombinací tvářecích a tvrdících aperací, kterými se již před tvrzením dosáhne rozměrů hotových kroužků s přídavky nanejvýš 0,05 mm podle rozměrů kroužků, když hitridaci nabydeu rozměry řádově v .setinách milimetrů, ale kroužky nedoznají žádných deformací.The method according to the invention makes it possible to produce with minimum energy and material costs, while at the same time achieving labor savings. The energy savings are in the forming and hardening operations without heating the heaters at a temperature of less than 500% compared to the prior art. Lower operating temperatures also prevent carbonization of the surface of the material, the occurrence of which in the semi-finished rings is the reason for the considerable dimensional additions which have to be removed after forming and heat treatment. The additions in the process according to the invention are of the order of ten times smaller than those required in the prior art processes, the nail during processing at lower temperatures greatly reduces, if not eliminates, deformation. The method according to the invention is thus an optimum combination of forming and hardening aerations which, before curing, already achieve the dimensions of the finished rings with an addition of at most 0.05 mm according to the dimensions of the rings, when they reach the size of several hundredths of millimeters.

Vynález je dále vysvětlen na příkladném provedení způsobu podle vynálezu, který je znázorněn na přiloženém výkrese, kde obr. 1 až 6 představují sled oprací e výjimkou těch, při kterých kroužky nedeznávají podstatných tvarových změn a kterými jsou například iontové nitridace, dokončování, popouštění, kalení.The invention is further illustrated by the exemplary embodiment of the method of the invention shown in the accompanying drawing, wherein Figures 1 to 6 represent a sequence of operations except those in which the rings do not undergo substantial shape changes, such as ion nitriding, finishing, tempering, quenching .

Jedná se a výrobu vnějších kroužků jednořadých radiálních kuličkových ložisek, přičemž obrázky od osy nalevo zaznamenávají stav na počátku příslušné operace a pravá polovina obráz ku na jejím konci. Na obr. 1 je tak trubka JL o vnějším průměru 3 a vnitřním průměru 2 beztřískevě dělena na polotovary_4 kroužků a výšce 5. Tyto polotovary 4 ae v další operaci, která je znázorněna na obr. 2, kalibrují na vnějším průměru_3 a vnitřním průměru 2 mezi metrici 6 a středním trnem 7 protlačováním za působení tlačného trnu 8 ne čelo polotovaru 4 kroužku za teploty do 650 °C. Po vložení polotovaru 4 do matrice 6 se při této operaci —-o —* střední tm 7 nejprve zasune do polotovaru aby se za pohybu tlačného trnu a polotovarem 4 do otevřené části matrice' 6 střední trn 7 pohyboval v opačném směru, tedy opět ven z otev«I ^w—* řené Části matrice 6. Funkčně nutný pohy trnů 7,_8_ pro kalibraci ae zastavuje na opačných stranách kalibrační plochy matrice J6 a průměru zkalibrovaného polotovaru_4. Polotovar na obr. 3 má po kalibraci zmenšený jak vnitřní průměr 9, tak i vnější průměr 10. Přebytečný materiál 11 se na čele polotovaru 4 obráběním odebírá, čímž ae upraví objem polotovaru 4.It is the manufacture of outer rings of single row radial ball bearings, wherein the images from the left-hand axis record the state at the beginning of the respective operation and the right half of the image at its end. Thus, in FIG. 1, a tube 11 having an outer diameter 3 and an inner diameter 2 is chiplessly divided into ring blanks 4 and a height of 5. These blanks 4 are calibrated on the outer diameter 3 and the inner diameter 2 between the outer diameter 3 and the inner diameter 2 between them. metric 6 and the central mandrel 7 by extrusion under the action of the mandrel 8 to the face of the ring blank 4 at a temperature of up to 650 ° C. After insertion of the blank 4 into the die 6, in this operation, the mid dark 7 is first inserted into the blank to move the punch and the blank into the open portion of the die 6 in the opposite direction, i.e. again out of the open «I ^w - * René part of the matrix 6. the term required invisible to the mandrel 7, and 8 for calibration ae stops on opposite sides of the calibration matrix surface J6 and polotovaru_4 calibrated diameter. The blank of Fig. 3 has, after calibration, both the inner diameter 9 and the outer diameter 10 reduced. Excess material 11 is removed at the face of the blank 4 by machining, thereby adjusting the volume of the blank 4.

Na obr. 4 se objemově upřesněný polotovar 4 radiálně rozválcovává na kroužek 12 ve tvaru hotového kroužku v tomto případě jednořadého radiálně kuličkového ložisjp. hozválcování se provádí na konstantní meridiánový průřez mezi otáčejícími se válcovacím trnem 13 a válcovacím kotoučem 14 s rovnoběžnými osami za jelch vzájemného realtivního přibližování k sobě. Válcovací trn 13 má příčný profil funkční plachy vypouklý, ale jinak shodný s příčným profilem oběžné dráhy a postranních nefunkčních ploch kroužku ložiska, funkční plocha válcovacího trnu 13 je po obou stranách opstřena zdviženými okraji, které omezují při rozválcevání tak materiálu da stran a jsou vzájemně vzdáleny o šiřku polotovaru. Válcovací ketuč 14 má funkční plochu válcovou a stejně zdvižené okrade po jejich stranách. Rozválcováním se zvětší průměr polotovaru 12 kroužku na vnější průměr 15. Ten se kalibrováním v zápustce 16, kterou je >lletevar kroužku 12 >rotlač»ván beranem 17, jak je zřejmé z obr. J, zmenšuje na průměr 18. Kalibraoi může ještě předcházet kalení a popouštění v ochranné atmosféře, Dále se polotovary kroužků 12 podrobují neznázoraěné iontové nitridaci, které se provádí za teplat 420In FIG. 4, the volume-refined blank 4 is rolled radially onto a finished ring 12 in this case a single row radial ball bearing. The rolling is carried out to a constant meridian cross-section between the rotating rolling mandrel 13 and the rolling disk 14 with parallel axes under the deer relative to each other. The mandrel 13 has a functional canvas transverse profile but otherwise coincident with the raceway and lateral non-functional surfaces of the bearing ring, the functional surface of the mandrel 13 is lined on both sides with raised edges that limit both sides of the material and are spaced apart. by the width of the stock. The rolling roll 14 has a functional surface cylindrical and equally elevated on its sides. Rolling increases the diameter of the ring blank 12 to an outside diameter 15. This is reduced to a diameter 18 by calibrating in the die 16, which is rotated by the ram 17, as shown in FIG. Further, the blanks of the rings 12 are subjected to ionic nitriding (not shown) which is carried out at a temperature of 420 ° C.

- 600 ^eC po minimálně 24 hodin. Difusí dusíku do povrchové vrstvy se zde vytvářejí s legujícími nitridotvomými prvky stabilní strukturní fáze na bázi nitridů, takže pevrchevá vrstva dosáhne tvrdosti alespoň HV«680 do hloubky 0,5 nm a více. Po ochlazení z ritridační teploty ao polotovary kroužků 12 dokončují kroužením a superfinišováním, čímž kroužek 12. získá svá konečné rszmžry, jaks je vnější průměr 20.- 600 ^e C for at least 24 hours. The diffusion of nitrogen into the surface layer here is formed with the alloying nitride forming elements of a stable nitride-based structural phase, so that the hardness layer reaches a hardness of at least HV 680 680 to a depth of 0.5 nm and more. After cooling from the ritriding temperature and the semifinished products of the rings 12, they finish by swirling and superfinishing, thereby giving the ring 12 its final rzmzry as an outer diameter 20.

V případě potřeby ae před nitridací polotovary kroužků zbavují nečistot na povrchu mechanicky, zejména tryskáním, nebo phemloky, zejména mařením nebo odmašťováním.If necessary and prior to nitriding, the blanks of the rings are stripped of surface impurities mechanically, in particular by blasting or phemlocs, in particular by dipping or degreasing.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Method for producing rings, in particular for roller bearings, the semi-finished products of which are made of iron alloys and containing carbon and at least one nitride-forming element, in particular chromium, aluminum, molybdenum, boron, vanadium, titanium, niobium or tantalum on steels with carbon content in the range of 0.2 to 0.6% by weight, the outer diameter is calibrated at temperatures up to 650 ° C, especially between the die and the mandrel, the excess volume of material is removed at least on one face; at a temperature of up to 650 ° C, they are calibrated to the beach by a less and less yellowish cross-section, in particular a cylindrical profile, whereupon the nitriding of aleapen on functional surfaces is completed and completed by some of the abrasive machining methods or combinations thereof.

Method according to claim 1, characterized in that the blanks of the rings are formed by cutting tubes.

3. Method according to claim 1, characterized in that the blanks of the rings are formed by cutting the rods and then punching the resulting pieces.

4. A method according to claim 1, wherein the ring blanks are formed by squeezing and sintering the powder and the corresponding material.

Method according to claim 1, characterized in that the blanks of the rings are produced by cutting the annulus from the platforms and turning their cross-section by 90 °.

6. Method according to claim 1, characterized in that the blanks of the rings are produced by casting, in particular by centrifugal casting.

7. A method according to claim 1, wherein the blanks are formed by splitting the tape, twisting it and welding the ends.

6. Method according to claim 1, characterized in that the semifinished products of the rings oe are produced by machining or grinding.

9. Method according to claim 1, characterized by. That the ring plating of the rings, after calibrating on the sheath with a less rugged cross-section, quenches and tempers up to the nitriding temperature, preferably in the range of 35 ° to 500 ° C.

10. Method according to claim 1, characterized in that after calibrating on the sheet and with a less articulated transverse profile, the ring plating of the rings is annealed at temperatures up to the temperature Ao-1 of the respective material.

1 drawing