CS245303B1

CS245303B1 - A method of producing flat rings

Info

Publication number: CS245303B1
Application number: CS829858A
Authority: CS
Inventors: Andrej Salak; Milan Laznicka; Milan Hrubjak; Vladimir Benke; Zdenek Bendl
Original assignee: Andrej Salak; Milan Laznicka; Milan Hrubjak; Vladimir Benke; Zdenek Bendl
Priority date: 1982-12-28
Filing date: 1982-12-28
Publication date: 1986-09-18
Also published as: CS985882A1

Abstract

Cielom, vynálezu je výroba plochých krúžkov s vnútorným otvorom a na čelnej straně s oběžnou dráhou alebo bez nej postupmi práškovej metalurgie dosiahnuť ú- spory materiálu, miezd a energie. Takéto krúžky, u ktorých sa vyžaduje až plná hustota materiálu, doteraz sa vyrábajú iba trieskovým obrábanim z polotovarov z liatych ocelí. Podl'a vynálezu takéto krúžky sa vyrobia z práškových ocelí, ktoré sú tepelne a’ebo chemicko-tepelne spracovatelné, lisováním a spekaním polotovarov na hustotu 60 až 82 % a potom ich deformáciou za tepla, a to kováním. Týmto spósobom sa výrovi krúžok potřebného tvaru a rozmerov, vr. zaoblení, hustoty podlá potřeby 90 až 100 pere., a to buď priamo s oběžnou dráhou, alebo bez nej, čo je odvislé od nástroja. Obežnú dráhu, u ktorej sa vyžaduje až 100 % hustota, s výhodou možno vykovať z výkovku s rovnými čelami hustoty 90 až 97 % v druhom postupe. Tým sa dosiahne až 100 % hustota materiálu, zvýšenie funkčných vlastností a zmenšenie opotrebenia nástrojov. Vynález možno úspěšně využiť na výrobu krúž kov axialnych gulkových ložísk, príložných krúžkov ložísk i v iných výrobných odboroch.The aim of the invention is to produce flat rings with an internal hole and with or without a raceway on the front side by powder metallurgy processes to achieve savings in material, wages and energy. Such rings, for which full material density is required, have so far been produced only by chip machining from cast steel blanks. According to the invention, such rings are produced from powder steels, which are thermally or chemically heat-treatable, by pressing and sintering the blanks to a density of 60 to 82% and then by hot deformation, namely by forging. In this way, a ring of the required shape and dimensions, incl. rounding, density according to need 90 to 100 per., is produced, either directly with a raceway or without it, which depends on the tool. The raceway, which requires up to 100% density, can be advantageously forged from a forging with straight faces of 90 to 97% density in the second process. This achieves up to 100% material density, increased functional properties and reduced tool wear. The invention can be successfully used for the production of metal rings of axial ball bearings, bearing support rings and in other manufacturing sectors.

Description

Vynález sa týká spósobu výroby plochých krúžkov s vnútorným otvorom popřípadě aj s oběžnou dráhou postupmi práškovej metalurgie, ktoré možno s výhodou využit vo výrobě valivých ložísk.The invention relates to a process for the production of flat rings with an inner bore and possibly also with an orbit by powder metallurgy processes, which can advantageously be used in the manufacture of rolling bearings.

Ploché krúžky s vnútorným otvorom a to bez a s oběžnou dráhou pre valivé telieska, ktoré móžu byť súčasťou přednostně axiálnych gulkových ložísk, ale aj iných, sa vyrábajú z polotovarov z llatej ocele zvoleného chemického zloženia. Tieto polotovary prevažne tvaru hrubostenných rúr alebo plných tyčí, sa vyrábajú obvyklými hutnickými postupmi, ktoré sú energeticky náročné. Z týchto polotovarov trieskovým opracováním sa vyrábajú potom hriadel'ové ploché krúžky s menším lícovaným vnútorným otvorom a priechodné krúžky s váčším vnútorným otvorom v obidvoch prípadoch s obežnou dráhou alebo napr. príložné krúžky bez dráhy. Rozhodujúce je ich použitie vo výrobě axiálnych gulkových ložísk. Po tepelnom alebo chemicko-tepelnom spracovaní a po brúsení z jedného priechodného a z jedného hriadeíového krúžku a z teliesok s klietkou sa zmontujú axiálně ložiská, ktoré sú v prevádzke namáhané axiálnou silou. Charakteristickým znakom týchto krúžkov je ich malá výška v porovnaní s vonkajším i vnútorným priemerom, ak zoberieme do úvahy tie isté poměry pri krúžkoch iných typorozmerov valivých ložísk. V zásadě je známy spósob výroby krúžkov kuželíkových ložísk práškovou metalurgiou. Přitom u týchto ložísk na krúžkoch sú rovné oběžné dráhy pre priamkový styk teliesok s krúžkom, čo je iný spósob namáhania. Ďalej v patente USA 3 782 794 sa uvádza spósob výroby vnútorného krúžku gulkového ložiska vytvořením obeznej dráhy tvárněním za studená spekaného polotovaru vrátane obeznej dráhy. Pri tomto spósobe výroby len časť materiálu dosahuje hustotu vyššiu ako 95 % teoretickej hustoty materiálu. V patente USA 1 377 066 sa uvádza spósob výroby tvárněním za studená polotovaru hustoty už vyššej ako 98'% teoretickej hustoty materiálu. V patente USA 3 874 049 sa rieši spósob výroby krúžku ložiska s kosoúhlým stykom tvárněním za studená spekaného pórovitého vysokými tlakmi. Vo všetkých týchto prípadoch ide o vyššie krúžky, ktoré nie je možné nazvať ako ploché, čo je výhodou pre ich výrobu postupmi práškovej metalurgie.Flat rings with inner bore, without and with raceway for rolling elements, which can be a part of preferentially thrust ball bearings, but also others, are made of cast steel blanks of selected chemical composition. These preforms, predominantly in the form of thick-walled tubes or solid bars, are produced by conventional metallurgical processes that are energy intensive. Shaft flat rings with a smaller fitting inner bore and passage rings with a larger inner bore in both cases with orbit are produced from these pre-finished blanks. contact rings without track. Their use in the production of thrust ball bearings is crucial. After heat or chemical-heat treatment and grinding from one through and one shaft ring and cage bodies, axial bearings are assembled, which are subjected to axial force during operation. A characteristic feature of these rings is their small height compared to the outer and inner diameters, taking into account the same proportions for the rings of other types of roller bearings. In principle, a method of producing tapered roller rings by powder metallurgy is known. In these ring bearings, the raceways for straight contact of the bodies with the ring are straight, which is another way of stressing. Further, U.S. Pat. No. 3,782,794 discloses a method of manufacturing an inner race of a ball bearing by forming a circumferential path by forming a cold sintered blank including an circumferential path. In this method of manufacture, only part of the material reaches a density greater than 95% of the theoretical density of the material. U.S. Pat. No. 1,377,066 discloses a process for cold forming a density stock already greater than 98% of the theoretical density of the material. U.S. Pat. No. 3,874,049 discloses a method of manufacturing a angular contact bearing ring by forming a cold sintered porous high pressure. In all these cases, these are higher rings, which cannot be called flat, which is an advantage for their production by powder metallurgy processes.

Nedostatkom doterajšieho spósobu výroby plochých krúžkov s vnútorným otvorom a s oběžnou dráhou na jednej čelnej straně krúžku z liatych ocelí, z ktorých sa montujú axiálně ložiská, je nízké využitie materiálu, ktoré dosahuje len 20 až 40 % podlá druhu východiskového polotovaru, vysoká prácnosť, pretože opracovanie sa vykonává drahým trieskovým sposobom a vysoká energetická náročnost. Doterajšie známe údaje o výrobě niektorých krúžkov valivých ložísk práškovou metalurgiou neriešia spósob výroby plochých krúžkov axiálnych ložísk nízkej výšky, pretože pri nich v důsledku vysokých rázov pri tvárnění móže dochádzať k poškodeniu nástrojov a nedosiahne sa potřebná vysoká hustota súčiastok. Přitom, okrem krúžkov kuželíkových ložísk, spomínané patenty riešia možnost' výroby iba vyšších krúžkov, a to iba tvárněním za studená, čo nesplňuje požiadavky na vlastnosti krúžkov napr. vysokonamáhaných ložísk alebo i príložných krúžkov valivých ložísk, pretože takýmto postupom nedójde k dokonalému spojeniu a k zhutneniu jednotlivých častíc prášku v súčiastke. Nedostatkom týchto postupov ďalej je, že právě na čelnej ploché, na ktorej má byť obezná dráha, alebo ktorá je v prevádzke namáhaná axiálnymi silami a třením, ostává aj najvyššia pórovitosť alebo uvedená nespojitosť povrchov. Práškovou metalurgiou doteraz sa vyrábajú rožne i ploché krúžky, ktoré sa ale používajú priamo v spekanom pórovitom stave, číže iba lisováním za studená a spekaním, pokia! takéto krúžky dosahujú požadované vlastnosti. Nie sú známe údaje o výrobě plochých krúžkov hustoty vyššej ako 95 % teoretickej hustoty materiálu postupmi práškovej metalurgie.A disadvantage of the prior art method of manufacturing flat-bore rings with an orbit on one end of a cast steel ring from which axial bearings are mounted is the low material utilization, which reaches only 20 to 40% depending on the type of starting stock, high workmanship because of machining is carried out by expensive chip method and high energy consumption. The prior art data on the manufacture of some roller bearing rings by powder metallurgy does not solve the method of manufacturing flat rings of thrust bearings of low height, as they can damage tools due to high shocks, and the required high component density is not achieved. In addition to the tapered roller bearing rings, the aforementioned patents address the possibility of producing only higher rings by cold forming only, which does not meet the requirements for the properties of the rings e.g. high-strength bearings or even thrust washers of rolling bearings, because such a procedure does not achieve perfect bonding and compaction of the individual powder particles in the component. A further disadvantage of these processes is that it is precisely on the frontal flat on which the circumferential path is to be subjected, or which is subjected to axial forces and friction during operation, that the highest porosity or said surface discontinuity remains. Powder metallurgy has so far produced spirits and flat rings, but these are used directly in the sintered porous state, which is only done by cold pressing and sintering. such rings achieve the desired properties. There are no known data on the production of flat density rings higher than 95% of the theoretical density of the material by powder metallurgy processes.

Uvedené nedostatky výroby plochých krúžkov s oběžnou dráhou pre valivé telieska a bez dráhy, ktorých výška je menšia ako jedna pátina vonkajšieho priemeru a poměr vonkajšieho a vnútorného priemeru je rovný alebo váčší ako 1,5, sú odstránené sposobom podlá vynálezu, ktorého podstata spočívá v tom, že z práškovej ocele, ktorú možno tepelne alebo chemicko-tepelne spracovávať, sa vylisuje za studená polotovar va’cového tvaru s vnútorným otvorom, ktorý sa potom speká a ochladí, potom takýto polotovar sa natrie mazadlom pre ďalšie spracovanie, opátovne sa ohřeje a v tomto stave sa podrobí deformácii v uzavretom nástroji, čím sa vytvoří krúžok žiadaného tvaru a rozmerov s oběžnou dráhou, hustoty 90 a, 100 % teoretickej hustoty materiálu. Potom následuje tepelné alebo chemícko-tepelné spracovanie pódia chemického zloženia ocele a brúsenie krúžkov, z ktorých s použitím valivých teliesok s klietkou z liatej ocele sa zmontujú ložiská alebo sa použijú ako príložné krúžky, ktoré možno namáhat' axiálnou siou. Z práškovej ocele sa vylisuje a vyspeká polotovar válcového tvaru s vnútorným otvorom hustoty 60 až 82 % teoretickej hustoty materiálu, ktorého výška je rovná alebo váčšia ako 1,25 násobok hrůbky hotového krúžku. Deformáciou za tepla důjde k zhutneniu telesa v smere pósobenia deformačnej sily a k bočnému tečeniu materiálu na dosiahnutie žiadaných rozmerov a tvaru krúžku hustoty vyššej ako 97 % teoretickej hustoty materiálu. Pri tomto postupe sa vytvoří súčasne na krúžku oběžná dráha pre valivé telieska. V druhom případe pre zvýšenie přesnosti rozmerov a hustoty deformácíou za tepla v jednom nástroji sa vytvoří krúžok hustoty 90 až 97 % teoretickej hustoty materiálu s rovnými obidvoma čelami a oběžná dráha sa vytvoří opatovnou deformácíou za tepla alebo za studená v inom nástroji, tým sa súčasne zhutní krúžok na hustotu 98 až 100 % teóretickej hustoty materiálu.The above-mentioned drawbacks of the production of plain race and raceway race rings whose height is less than one fifth of the outer diameter and the ratio of the outer and inner diameters is equal to or greater than 1.5 are eliminated by the method according to the invention. according to claim 1, characterized in that a cold-formed cylindrical blanks with an inner opening are pressed from the powder steel which can be thermally or chemically-thermally treated, which is then sintered and cooled, then such blanks are coated with a lubricant for further processing For example, a condition is subjected to deformation in a closed tool to form a ring of desired shape and dimensions with orbit, density 90 and 100% of the theoretical density of the material. This is followed by thermal or chemico-thermal treatment of the chemical composition of the steel and the grinding of the rings, from which bearings are used with roller cages with cast steel cage or used as thrust rings, which can be stressed by axial force. A cylindrical blank having an inner opening of 60-82% of the theoretical density of the material having a height equal to or greater than 1.25 times the depth of the finished ring is pressed and sintered from powder steel. By hot deformation, the body is compacted in the direction of the deformation force and lateral creep of the material to achieve the desired dimensions and density ring shape is greater than 97% of the theoretical density of the material. In this procedure, a raceway for rolling elements is formed simultaneously on the ring. In the second case, to increase the accuracy of dimensions and density by hot deformation in one tool, a density ring of 90 to 97% of the theoretical density of the material with straight faces is formed and the orbit is formed by careful hot or cold deformation in another tool. a ring to a density of 98 to 100% of the theoretical density of the material.

Výhodou sposobu podfa vynálezu je, že sa zvýši využitie materiálu až na 80 °/o, že sa zníži prácnosť výroby, pretože sa nahradí drahé trieskové opracovanie beztrieskovým tvárněním a spekaním a že sa zníži aj energetická náročnost’, pretože všetky postupy práškovej metalurgie sú energeticky menej náročné ako klasické postupy. Spósobom podlá vynálezu sa dosiahne životnost ložísk na úrovni hodnůt dosahovaných u ložísk z liatej ocele, ale aj vyššia, pretože štruktúra práškovej ocele deformovanej za tepla na hustotu blízku 100 % hustoty teoretickej je rovnomernejšia ako liatych ocelí. Týmto sposobom možno vyrábať takéto krúžky aj róznej povrchovej konfigurácie hustoty vyššej ako 97 % teoretickej hustoty materiálu.The advantage of the process according to the invention is that the utilization of the material is increased up to 80%, that the manufacturing effort is reduced by replacing the expensive chip-free machining and sintering and that the energy consumption is reduced as all powder metallurgy processes are energy less demanding than conventional procedures. The method according to the invention achieves a bearing life at the level achieved in cast steel bearings, but also higher, since the hot-deformed powder steel structure to a density close to 100% of the theoretical density is more uniform than the cast steels. In this way, it is possible to produce such rings even with different surface configurations of density higher than 97% of the theoretical density of the material.

Příklad 1Example 1

Z predlegovanej práškovej ocele o chemickom zložení 1,9 % Ni a 0,5 % Mo s prídavkom 0,4 % grafitu a 0,5 % steáranu zinočnatého ako mazadla v hmotnostnej koncentrácii, sa vylisovali polotovary válcového tvaru hustoty 6,0 g . cm^-3, vonkajšieho priemeru 67 mm, vnútorného priemeru 38 mm, výšky 9,5 mm. Tieto polotovary boli spekané pri teplote 1100 °C počas 1 h v štiepenom čpavku a v peci boli ochladené na okolnú teplotu. Potom boli opatovne ohriate na teplotu 1 050 °C a z tejto teploty boli podrobené deformácii za tepla v uzavretom nástroji na 1 zdvih lisu. Tým sa vyrobili krúžky vonkajšieho priemeru 68 mm a podl'a nástroja vnútorného priemeru 35 a 36 mm pre hriadelový a priechodný krúžok, hustoty materiálu s oběžnou dráhou pre výšky 7,4 mm a hustoty 98 % teoretickej gulky na hornom čele krúžku. Krúžky boli potom chemicko-tepelne spracované, kalené a popúšťané na tvrdost 62 HRC. Z brúseného hriadelového a priechodného krúžku, vyrobených sposobom podlá vynálezu a z guliek s klietkou z liatej ocele boli zmontované axiálně gutkové ložiska, ktoré boli podrobené skúškam na dynamickú únosnost. Pri týchto skúškach dosiahli ložíská s krúžkami vyrobené sposobom podlá vynálezu 104 % základnej katalogovej dynamickej únosnosti. Pri použitom sposobe je poměr výšky hotového krúžku k vonkajšiemu priemeru 10,6 poměr vonkajšieho a vnútorného priemeru 1,94 a poměr výšky pórovitého polotovaru k výške hotového krúžku po brúsení 1,32 dosiahlo využitie materiálu na 85,7 % a pri hotových ložiskách sa dosiahla vyššia dynamická únosnost ako 100 pere. katalogovej. Tým sú splněné podmienky predmetu vynálezu.Pre-alloyed powder steel with chemical composition of 1.9% Ni and 0.5% Mo with the addition of 0.4% graphite and 0.5% zinc stearate as a lubricant in weight concentration, 6.0 g cylindrical blanks were pressed. cm ^-3 , outer diameter 67 mm, inner diameter 38 mm, height 9.5 mm. These blanks were sintered at 1100 ° C for 1 h in split ammonia and cooled to ambient temperature in an oven. They were then carefully heated to a temperature of 1050 ° C and subjected to hot deformation in a closed tool for 1 stroke of the press. This produced 68 mm outer diameter rings and 35 and 36 mm inner diameter tools for shaft and through-ring, material density with a raceway height of 7.4 mm, and 98% of the theoretical ball at the top face of the ring. The rings were then chemically heat treated, quenched and tempered to a hardness of 62 HRC. Axial spherical roller bearings were assembled from the grinding shaft and through-ring produced by the method of the invention and from the balls with a cast steel cage which were subjected to dynamic load-bearing tests. In these tests, the bearings with rings produced according to the invention achieved 104% of the basic catalog dynamic load rating. In the method used, the ratio of the height of the finished ring to the outer diameter was 10.6 the ratio of the outer and inner diameter to 1.94 and the ratio of the height of the porous blank to the height of the finished ring after grinding 1.32 reached 85.7% higher dynamic load rating than 100 pens. Catalog. Thus, the conditions of the present invention are met.

Příklad 2Example 2

Ako v přiklade 1 s tým rozdielom, že deformáciou za tepla sa vyrobil krúžok hustoty 95 % teoretickej hustoty materiálu s obidvoma rovnými čelami. Po deformácii za tepla krúžok sa ochladil za určených podmienok a potom sa opatovne ohrial a podrobil deformácii za tepla, ktorou sa vyrobila aj obezná dráha. Přitom došlo k zvýšeniu hustoty krúžku na 99,5 % teoretickej hustoty materiálu. Da’ším obvyklým spracovaním týchto krúžkov sa vyrobili axiálně ložiska, ktoré boli podrobené skúškam na dynamickú únosnost. Tieto ložiská dosiahli 107 % základnej katalogovej únosnosti. Tým sa prejavil kladné vplyv vyššej hustoty krúžkov a bola odůvodněná druhá operácia.As in Example 1, with the difference that hot deformation produced a density ring of 95% of the theoretical density of the material with both straight faces. After hot deformation, the ring was cooled under specified conditions and then carefully heated and subjected to hot deformation, which also produced an orbit. The ring density increased to 99.5% of the theoretical density of the material. The usual processing of these rings produced axial bearings which were tested for dynamic load capacity. These bearings reached 107% of the basic catalog capacity. This showed a positive effect of higher ring density and a second operation was justified.

Claims

245303 6 5 by hot deformation density in one tool, a ring of density of 90 to 97% of theoretical material density is formed with equal cellular and the circumferential path is formed by hot deformation or cold in another tool, thereby simultaneously densifying the ring to a density of 98 up to 100% of the theoretical density of the material. An advantage of the process according to the invention is that the material utilization is increased up to 80 ° / o, that the manufacturing effort is reduced, because expensive chipping and sintering are replaced by the expensive chip processing and also the energy intensity is reduced, since all powder processes are reduced. Metallurgy is less energy-intensive than conventional methods. According to the invention, the lifetime of the cast steel bearings is attained, but also a higher, hot-rolled deformation of the powdered steel to a density close to 100% of the theoretical density is more uniform than that of cast steels. a different surface configuration of density greater than 97% of the theoretical material density. EXAMPLE 1 Pre-alloyed powdered steel having a chemical composition of 1.9% Ni and 0.5% Mo with an addition of 0.4% graphite and 0.5% zinc stearate as a lubricant in a mass concentration was compressed semi-finished products of cylindrical shape density 6.0 g. cm-3, outer diameter 67 mm, inner diameter 38 mm, height 9.5 mm. These blanks were sintered at 1100 ° C for 1 h in cleaved ammonia and cooled to room temperature in the furnace. Thereafter, they were carefully heated to 1050 ° C and the temperature was deformed from this temperature by a hot-stamping tool for 1 stroke of the press. This produced rings of an outer diameter of 68 mm and, according to the tool, an inner diameter of 35 and 36 mm for shaft and through-ring, material densities with an overhang of 7.4 mm and a density of 98% of the theoretical ball on the top of the ring. Bolipot rings chemically-heat treated, hardened tempered to 62 HRC. Axial spherical roller bearings that have been subjected to dynamic load tests have been assembled from the abrasive shaft and through-ring produced by the present invention and cast steel cage beads. In these tests, the bearings with the rings produced in accordance with the invention reached 104% of the basic catalog dynamic load carrying capacity. In the method used, the ratio of the finished ring to the outer diameter of the diameter 10.6 is the ratio of the outer and inner diameter of 1.94 and the ratio of the height of the porous blank to the height of the finished grinding ring of 1.32 has reached material utilization of 85.7% and in the finished product. bearings have a higher dynamic load capacity than 100pere. katalogové. Thus, the conditions of the invention are fulfilled. EXAMPLE 2 As in Example 1, with the difference that the gelatin ring was made by hot deformation of 95% of the theoretical density of the material by means of straight straight faces. After deformation, the hot ring was cooled under the specified conditions and then carefully heated and deformed by heat to produce the orbit. The ring density was increased to 99.5% of the theoretical material density. Further customary processing of these rings produced axial bearings which were subjected to dynamic load carrying tests. These bearings have reached 107% of the basic catalog load rating. The team showed a positive effect of higher densities and a second operation was justified. OBJECT

1. A method for producing flat rings with an orbital groove path and without a path whose height is less than one fifth of the outer diameter and the outer diameter to inner diameter ratio greater than or equal to 1.5; that the pulverulent steel which can be thermally or chemically thermally treated is extruded as a cold cylindrical blank with a bore which is then sintered and cooled, then coated with a lubricant, cautiously heated and under this condition producing hot deformation, thereby forming a ring of desired shape and size, and according to the orbit tool or with densities of 90 to 100% of theoretical material density, followed by thermal or chemical-heat treatment by chemical steel composition and ring grinding.

2. The method of manufacture of claim 1, characterized in that the cold-stamped sintered stock blank 60 to 82% of the theoretical material density is greater than 1.25 times the height of the finished ring.

3. A method according to claim 1, characterized in that a hot-faced ring of 90 to 97% of the theoretical material density is produced by hot deformation, after which the ring is subjected to repeated heat deformation in the instrument in which it is formed into the poison the circumference of the circumference and the ring density increases above 98% of the theoretical material density.