DE112004001875B9

DE112004001875B9 - Verfahren zur Herstellung eines dünnen Einzelteils, Lagerring, Drucknadellager, Wälzlagerring und Wälzlager

Info

Publication number: DE112004001875B9
Application number: DE112004001875.7T
Authority: DE
Inventors: Kikuo Maeda; Yuuki Kataoka; Mitsuo Sasabe
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2003-10-06
Filing date: 2004-10-01
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2024-10-02
Also published as: US20080053578A1; WO2005033346A1; US7867345B2; US20110081106A1; DE112004001875T5; DE112004001875B4

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines dünnen Einzelteils, umfassend die Schritte der Erwärmung eines dünnen Einzelteils (1) und anschließender Durchführung eines Abschreckungsprozesses an dem dünnen Einzelteil während einer Größenfestlegung mit Pressformen (12a, 12b) und Verwendung der Pressformen (12a, 12b) als Kühlmittel des dünnen Einzelteils (1), wobei es nachdem es abgeschreckt ist unter Verwendung der Pressformen (12a, 12b) als Temperatursteuermedien temperiert wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines dünnen Einzelteils, einen Lagerring, ein Drucknadellager, einen Wälzlagerring und ein Wälzlager und insbesondere bezieht sie sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines dünnen Einzelteils wie z. B. eines Rings eines Drucknadellagers und eines dünnen Lagerrings, die dazu tendieren, eine große Deformation bei einer Wärmebehandlung aufzuzeigen, und die nach der Wärmebehandlung keinem Polieren unterzogen werden.
Technischer Hintergrund
Herkömmlich werden für einen Ring eines Drucknadellagers (Nadellagers) oder einen Ring eines Radialnapfnadelwälzlagers (drawn cup radial needle roller bearing) eine kohlenstoffarme SPCC-Ware (japanischer Industriestandard: ein kaltgewalztes Stahlblech), eine SCM415-Ware (japanischer Industriestandard: eine Stahlware aus Chrommolybdenstahl) und dergleichen verwendet, die kurzzeitig aufgekohlt wurden, wobei ein Bereich der Deckschicht, der Härte aufweisen muß, gehärtet wurde. Ebenso wurden Erzeugnisse aus mittel- bis hochkohlenstoffhaltigen Stählen gefertigt, z. B. einer SK5-Ware (japanischer Industriestandard: eine Stahlware aus Kohlenstoffwerkzeugstahl), die durch eine Gesamterwärmung einer Durchabschreckung (through quenching) unterzogenen wurde. Bei all diesen Erzeugnissen wurde während der Wärmebehandlung eine Aufkohlung oder ein periodisch arbeitender Ofen verwendet.
Auf der anderen Seite wurde in einigen Einsatzgebieten ebenfalls die Abschreckung eines dünnen Erzeugnisses durch Hochfrequenzerwärmung durchgeführt. Herkömmliche Techniken der Abschreckung eines dünnen Erzeugnisses oder eines Einzelteils mit ungleichmäßiger Dicke durch Hochfrequenzerwärmung können in den folgenden Patentschriften 1 bis 4 gefunden werden. All diese Techniken wenden jedoch Luft oder Gas zur Kühlung während der Abschreckung an, um so zur Unterdrückung eines Verzugs die Abkühlgeschwindigkeit zu steuern oder um zur Unterdrückung einer Deformation Unterschiede in der Abschreckgeschwindigkeit zwischen einem dicken Bereich und einem dünnen Bereich ausschalten.
Obwohl für röhrenförmige Elemente eine Technik der Bereitstellung einer Zwingung bei der Abschreckung gefunden werden kann (vgl. z. B. Patentschrift 5), benutzt diese Technik eine Lösung der Abschreckung. Demzufolge benutzt keine Technik eine Pressform zum Zwingen und auch als Abschreckmedium.

Patentschrift 1: Japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 6-179920
Patentschrift 2: Japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 9-302416
Patentschrift 3: Japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2001-214213
Patentschrift 4: Japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2003-55713
Patentschrift 5: Japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 7-216456 .

Offenbarung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Die konventionelle kohlenstoffarme SPCC- oder SCM415-Ware, die kurzzeitig aufgekohlt wurde, wobei ein Bereich der Deckschicht, der Härte aufweisen muß, gehärtet wurde, ist ausgezeichnet in ihrer Materialverarbeitbarkeit. Dennoch erfolgt die Wärmebehandlung offline, da die Aufkohlung bei der Wärmebehandlung durchgeführt wird, und es bestehen die Probleme, dass die Haltbarkeit oder Festigkeit aufgrund einer innerlichen Oxidation bei der Aufkohlung oder einer Verwindung oder Deformation bei der Abschreckung nicht dauerhaft ist.
Bei dem mittel- bis hochkohlenstoffhaltigen Stahl, wie z. B. der SK5-Ware, besteht das Problem, dass das Material sehr hart und wenig bearbeitbar ist. Die einer Gesamterwärmung-Abschreckung in einem atmosphärischen Ofen unterzogenen Erzeugnisse weisen Deformation aufgrund einer ungleichmäßigen Abkühlung auf, wie bei der Aufkohlung gesehen werden kann. Obwohl eine langsame und gleichmäßige Abkühlung bei solchen Erzeugnissen, die einer Durchabschreckung unterzogen wurden, ausgeführt wurde (z. B. durch Verblasen eines Inertgases zur Kühlung), ist es schwierig, eine Deformation auszuschalten, und eine Temperierung zur Verwindungskorrektur ist erforderlich, um Verwindung zu reduzieren. Auch bei Erzeugnissen, die einer Hochfrequenzerwärmung unterzogen wurden, kann eine Deformation bei der Abschreckung nicht vermieden werden, egal wie langsam die Abkühlung durchgeführt wird, solange Luft oder Wasser als Abschreckmedium in den Schritten der Hochfrequenzerwärmung-Wasserabschreckung verwendet werden. Insbesondere wenn Wasser verwendet wird, ist aufgrund der Alterung oder des Verbrauchs der Flüssigkeit ein Flüssigkeitsersatz erforderlich.
Abschreckung durch eine Pressform kann eine Abschreckung ohne Verwindung oder Deformation erreichen, wenn sie mit einer Hochfrequenzerwärmung verknüpft ist. Dennoch wird eine Pressform in einer gewöhnlichen Technik nicht als Kälteträger benutzt und eine Kühlung durch Öl oder Wasser oder das Ziehen eines Erzeugnisses nach einer Ölabschreckung bei einer vorgeschriebenen Temperatur und Zwingung durch eine Pressform werden ausgeführt.
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines dünnen Einzelteils ohne Verwindung oder Deformation bei der Wärmebehandlung (bei der Abschreckung) und mit gleichmäßiger und hoher Härte, sowie einen Lagerring, ein Drucknadellager, einen Wälzlagerring und ein Wälzlager bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1, einen Lagerring nach Anspruch 10, ein Drucknadellager nach Anspruch 11, einen Wälzlagerring nach Anspruch 16 und ein Wälzlager nach Anspruch 17. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Mittel zur Lösung der Probleme
Ein Verfahren zur Herstellung eines dünnen Einzelteils gemäß der vorliegenden Erfindung ist charakterisiert durch die Erwärmung eines dünnen Einzelteils und der anschließenden Ausführung eines der Abschreckungs- und isothermen Umwandlungsprozesse an dem dünnen Einzelteil während einer Größenfestlegung (Korrektion) mit Pressformen und Verwendung der Pressformen als Kühlmittel des dünnen Einzelteils.
Vorzugsweise umfasst der Schritt der Größenfestlegung (sizing) des dünnen Einzelteils mit den Pressformen in dem vorgenannten Verfahren zur Herstellung eines dünnen Einzelteils den Schritt des Pressens des dünnen Einzelteils mit den Pressformen.
Vorzugsweise wird die Abschreckung des dünnen Einzelteils in dem vorgenannten Verfahren zur Herstellung eines dünnen Einzelteils unter Verwendung der Pressformen als Abschreckmedien durchgeführt.
Vorzugsweise weisen die Pressformen in dem vorgenannten Verfahren zur Herstellung eines dünnen Einzelteils Kühlungsmittel auf und das dünne Einzelteil kann durch die Pressformen fortlaufend abgekühlt werden.
Vorzugsweise wird das dünne Einzelteil in dem vorgenannten Verfahren zur Herstellung eines dünnen Einzelteils in einer Atmosphäre abgeschreckt, in der die Oxidation des dünnen Einzelteils verhindert ist.
Erfindungsgemäß wird dem Verfahren zur Herstellung eines dünnen Einzelteils ein Temperierungsprozess an dem dünnen Einzelteil unter Verwendung der Pressformen als Temperatursteuermedien durchgeführt nachdem das dünne Einzelteil abgeschreckt ist.
Vorzugsweise werden in dem vorgenannten Verfahren zur Herstellung eines dünnen Einzelteils die Pressformen in beiden Schritten der Abschreckung und Temperierung des dünnen Einzelteils benutzt.
Vorzugweise wird in dem vorgenannten Verfahren zur Herstellung eines dünnen Einzelteils im Schritt der Abschreckung des dünnen Einzelteils gleichzeitig ein Formgebungsprozess des dünnen Einzelteils unter Benutzung der Pressformen durchgeführt.
Vorzugsweise wird in dem vorgenannten Verfahren zur Herstellung eines dünnen Einzelteils die Erwärmung des dünnen Einzelteils durch Induktionserwärmung durchgeführt.
Vorzugsweise ist in dem vorgenannten Verfahren zur Herstellung eines dünnen Einzelteils Stahl mit wenigstens 0,4 Gew.-% Kohlenstoff ein Material des dünnen Einzelteils.
Ein Lagerring gemäß der vorliegenden Erfindung ist mittels eines der vorgenannten Verfahren hergestellt und eine Verwindungsdeformation von kleiner gleich 75 μm und eine Vickershärte von größer gleich 730 HV aufweist.
Ein Drucknadellager gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt den vorgenannten Lagerring.
Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagerrings gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst weiterhin, dass nach der Erwärmung eines Wälzlagerrings als das dünne Einzelteil unter Verwendung des vorgenannten Verfahrens zur Herstellung eines dünnen Einzelteils die Abschreckung des Wälzlagerrings durch Abkühlung des Wälzlagerrings während des Pressens mit den Pressformen und der Benutzung der Pressformen als Abschreckmedien erfolgt.
Vorzugweise wird in dem vorgenannten Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagerrings die Erwärmung des Wälzlagerrings durch Induktionserwärmung durchgeführt.
Vorzugsweise besteht der Wälzlagerring in dem vorgenannten Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagerrings aus einem mittelkohlenstoffhaltigen Stahl, der wenigstens 0,4 Gew.-% Kohlenstoff enthält.
Vorzugsweise beträgt der Pressdruck durch die Pressformen in dem vorgenannten Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagerrings bei der Abschreckung wenigstens 2,94 N/cm².
Ein Wälzlagerring gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch charakterisiert, dass er durch eines der vorgenannten Verfahren hergestellt ist und eine Verwindungsdeformation von kleiner gleich 75 μm und eine Vickershärte von größer gleich 730 HV aufweist.
Ein Wälzlager gemäß der vorliegenden Erfindung enthält den vorgenannten Wälzlagerring und einen Wälzkörper.
Vorzugsweise ist das Wälzlager bei dem vorgenannten Wälzlager ein Drucknadellager.
Auswirkungen der Erfindung
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung fanden heraus, dass mit einem Verfahren zur Herstellung eines dünnen Einzelteils durch Ausführung eines der Abschreckungs- und isothermen Umwandlungsprozesse an dem dünnen Einzelteil während des Pressens des dünnen Einzelteils mit Pressformen und der Benutzung der Pressformen als Kühlmittel des dünnen Einzelteils ein Lagerring hergestellt werden kann, der keine Deformation oder Verwindung aufweist, der eine gleichmäßige Härteverteilung aufweist, der exzellent in seiner Zähigkeit ist und der eine lange Haltbarkeit aufweist.
Dementsprechend kann mit dem Verfahren zur Herstellung eines dünnen Einzelteils der vorliegenden Erfindung ein dünnes Einzelteil mit hoher Präzision hergestellt werden, da Verwindung und Deformation unterdrückt sind. Weiterhin kann ein Prozess erreicht werden, der im Vergleich zur Abschreckung durch Luftstoß oder Öl weniger Zeit benötigt und der gleichförmiger ist, da einer der Abschreckungs- und isothermen Umwandlungsprozesse unter Verwendung von Pressformen als Kühlmedien durchgeführt wird. Durch konstante Aufrechterhaltung des Pressdrucks oder der Temperatur der Pressformen kann eine dauerhafte Qualität sichergestellt werden. Da kein Wasser oder Öl benutzt wird, ist die Arbeitsumgebung zusätzlich rein und es wird keine Umweltverschmutzung in Folge von flüssigen Abfällen oder dergleichen erfolgen.
Da das dünne Einzelteil nacheinander dem Abschreckungs- oder isothermen Umwandlungsprozess unterzogen wird, ist weiterhin die Qualitätskontrolle erleichtert.
Während der Abschreckung kann durch Verwendung von Stahl mit einer Zusammensetzung die leicht abschreckgehärtet werden kann, ganz zu Schweigen von S53C (japanischer Industriestandard: Stahlware aus Stahl zum strukturellen Maschineneinsatz), das der repräsentative mittelkohlenstoffhaltige Stahl ist, die vorgenannte Qualität auch dann erzielt werden, wenn in den Verfahrensschritten eine langsame Abschreckhärtung durchgeführt wird.
Bei der isothermen Umwandlung erhält das Material der dünnen Einzelteils eine Bainit-Struktur, weil die Umwandlung durch isothermes Halten bewirkt ist. Im Vergleich zu einer Martensit-Struktur bestehen deshalb die Vorteile, dass sich eine geringere Abschreckverwindung ergibt, Zähigkeit ohne Durchführung einer Temperierung erreicht wird und eine sekuläre Dimensionsänderung unterdrückt ist. Weiterhin kann ein Wälzlagerring stückweise einer Wärmebehandlung unterzogen werden, da eine Temperierung nicht notwendig ist. Ebenfalls können eine normale Abschreckung und Temperierung in einem Prozess beendet werden und deshalb die Fertigungsschritte reduziert werden, da eine Temperierung nicht notwendig ist. Ebenfalls kann die Härte durch die Erzeugung eines unteren Bainits erhöht werden.
Da die Erwärmung des dünnen Einzelteils durch Induktionserwärmung erfolgt, kann in dem vorgenannten Verfahren zur Herstellung eines dünnen Einzelteils ein preiswertes Material zum Hochfrequenzeinsatz (Stahl zur strukturellen Maschinenbenutzung) eingesetzt werden, dessen Haltbarkeit dauerhaft ist. Zusätzlich kann die Erwärmung in kurzer Zeit erreicht werden, wobei eine unregelmäßige Oberflächenschicht z. B. mit innerer Oxidation oder Abkohlung nicht gebildet wird, da die Erwärmung mit Induktionserwärmung durchgeführt wird. Weiterhin kann ein nicht abgeschreckter Bereich oder ein nicht isotherm umgewandlter Bereich partiell durch Änderung der Abschreckbedingungen oder der Form einer Magnetspule gebildet werden und deshalb kann das Verfahren auch auf ein Erzeugnis angewendet werden, das nach der Wärmebehandlung einen Biegeprozess erfordert, da die Erwärmung mit Induktionserwärmung durchgeführt wird.
In dem vorgenannten Verfahren zur Herstellung eines dünnen Einzelteils kann das dünne Einzelteil ausreichend Härte erlangen, wenn es aus mittelkohlenstoffhaltigem Stahl besteht, der wenigstens 0,4 Gew.-% Kohlenstoff enthält.
Durch Verwendung des vorgenannten dünnen Einzelteils können ein Lagerring mit dauerhafter Haltbarkeit und Festigkeit und ein diesen verwendendes Drucknadellager erhalten werden.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung fanden, dass mit dem Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagerrings durch Abschreckung des Wälzlagerrings mittels Kühlung des Wälzlagerrings während des Pressens mit Pressformen und der Benutzung der Pressformen als Abschreckungsmedien ein Lagerring hergestellt werden kann, der eine gleichmäßige Härteverteilung aufweist, keine Defekte wie z. B. Oxidation oder Abkohlung an der Deckschichtfläche aufweist, sehr wenig Verwindung und Deformation aufweist und eine lange Haltbarkeit besitzt. In diesem Fall wurde unter Verwendung von Stahl mit einer Zusammensetzung der leicht abschreckgehärtet werden kann, ganz zu Schweigen von S53C (japanischer Industriestandard: Stahlware aus Stahl zum strukturellen Maschineneinsatz), das der repräsentative mittelkohlenstoffhaltige Stahl ist, die vorgenannte Qualität auch dann erzielt, wenn in den Verfahrensschritten eine langsame Abschreckhärtung durchgeführt wird.
Dementsprechend kann mit dem Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagerrings der vorliegenden Erfindung ein dünner Lagerring mit hoher Präzision hergestellt werden, da Verwindung und Deformation unterdrückt sind. Weiterhin kann eine Abschreckung erreicht werden, die im Vergleich zur Abschreckung durch Luftstoß oder Öl weniger Zeit benötigt und die gleichförmiger ist, da die Abschreckung unter Verwendung von Pressformen als Abschreckmedien durchgeführt wird. Durch konstante Aufrechterhaltung des Pressdrucks oder der Temperatur der Pressformen kann eine dauerhafte Qualität sichergestellt werden. Da kein Wasser oder Öl benutzt wird, ist die Arbeitsumgebung zusätzlich rein und es wird keine Umweltverschmutzung in Folge von flüssigen Abfällen oder dergleichen erfolgen.
Da die Abschreckung für einen nach dem anderen durchgeführt wird, ist weiterhin die Qualitätskontrolle erleichtert.
Da die Erwärmung des Wälzlagerrings durch Induktionserwärmung erfolgt, kann in dem vorgenannten Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagerrings ein preiswertes Material zum Hochfrequenzeinsatz (Stahl zur strukturellen Maschinenbenutzung) eingesetzt werden, dessen Lebensdauer stabil ist. Zusätzlich kann die Erwärmung in kurzer Zeit erreicht werden, wobei eine unregelmäßige Oberflächenschicht z. B. mit innerer Oxidation oder Abkohlung nicht gebildet wird, da die Erwärmung mit Induktionserwärmung durchgeführt wird. Weiterhin kann ein nicht abgeschreckter Bereich partiell durch Änderung der Abschreckbedingungen oder der Form einer Magnetspule gebildet werden und deshalb kann das Verfahren auch auf einen Prozess angewendet werden, der nach der Wärmebehandlung einen Biegeprozess erfordert, da die Erwärmung mit Induktionserwärmung durchgeführt wird.
In dem vorgenannten Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagerrings kann der Wälzlagerring ausreichend Härte erlangen, wenn er aus mittelkohlenstoffhaltigem Stahl besteht, der wenigstens 0,4 Gew.-% Kohlenstoff enthält.
In dem vorgenannten Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagerrings können Verwindung und Verzug durch Festlegung des Pressdrucks durch die Pressformen bei der Abschreckung auf wenigstens 2,94 N/cm² effektiv unterdrückt werden.
Durch Gebrauch des vorgenannten Wälzlagerrings kann ein Wälzlager mit dauerhafter Haltbarkeit und Festigkeit, z. B. ein Drucknadellager, erhalten werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht, die einen Schritt der Erwärmung eines Wälzlagerrings in einem Verfahren zur Herstellung eines dünnen Einzelteils in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht, die einen Schritt der Durchführung eines der Abschreckungs- und isothermen Umwandlungsprozesse an einem Wälzlagerring in einem Verfahren zur Herstellung eines dünnen Einzelteils in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht, die eine Struktur eines Drucknadellagers darstellt, das ein Wälzlagerring in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gebraucht.
4 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung, die eine Struktur eines Radialnapfnadelwälzlagers darstellt, das einen Wälzlagerring in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung benutzt.
5 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung, die eine Struktur eines Radialnapfnadelwälzlagers darstellt, in dem eine Vielzahl von Walze- und Käfiganordnungen in einem äußeren Ring angeordnet sind.
Bezugszeichenliste

1: Dünnes Einzelteil (Wälzlagerring)
2: Wälzkörper
3: Käfig
4: Walze- und Käfiganordnung
6, 7: Kragenbereich
10: Rotationstisch
10a: Wärmeisolator
11: Erwärmungsspule
12a, 12b: Pressform
13: Beschwerung

Beste Arten zur Ausführung der Erfindung
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf Basis der Zeichnungen beschrieben.
1 und 2 zeigen Querschnittsansichten, die Schritt für Schritt ein Verfahren zur Herstellung eines dünnen Einzelteils gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen. Zuerst wird Stahl mit einer vorgeschriebenen Zusammensetzung, z. B. mittelkohlenstoffhaltiger Stahl, der wenigstens 0,4 Gew.-% Kohlenstoff enthält, als ein Material vorbereitet. Dieser Stahl wird einem Prozess des Stanzens oder Schneidens eines plattenförmigen Erzeugnisses oder dergleichen unterzogen, um eine Form eines Wälzlagerrings als ein Bespiel eines dünnen Einzelteils zu erhalten. Es sollte beachtet werden, dass sich ein dünnes Einzelteil in der vorliegenden Erfindung speziell auf ein Einzelteil von höchstens 3 mm Dicke bezieht.
Bezug nehmend auf 1, ist ein Lagerring 1 auf einem Wärmeisolator 10a eines Rotationstisches 10 angeordnet und wird z. B. durch eine Erwärmungsspule 11 induktionserwärmt. Hierbei wird Lagerring 1 durch Rotationstisch 10 rotiert.
Bezug nehmend auf 2, ist der auf eine vorgeschriebene Temperatur erwärmte Lagerring 1 zwischen Pressformen 12a und 12b eingefügt und eine Beschwerung 13 ist auf der Pressform 12b angeordnet. Daher wird Lagerring 1 einem Abschreckungsprozess oder isothermen Umwandlungsprozess unterzogen während er durch die Pressformen 12a, 12b z. B. mit einem Pressdruck von wenigstens 2,94 N/cm² (0,3 kgf/cm²) gepresst (in seiner Größe festgelegt) wird und Pressformen 12a, 12b als Kühlmedien benutzt werden. Mit anderen Worten zwingen die Pressformen 12a, 12b den Lagerring 1 und dienen als Abschreckmedien bei der Abschreckung von Lagerring 1 oder als isotherme Umwandlungsmedien bei der isothermen Umwandlung.
Nach der Abschreckung von Lagerring 1 kann Lagerring 1 in dem eingezwängten Zustand zwischen die Formpressen 12a, 12b temperiert werden. In diesem Fall dienen die Pressformen 12a, 12b als Temperierungsmedien bei der Temperierung von Lagerring 1.
Durch das vorgenannte Verfahren kann ein Lagerring 1 hergestellt werden, der eine gleichmäßige Härteverteilung, keine Defekte, wie z. B. Oxidation oder Abkohlung auf der Deckschichtfläche, sehr wenig Verwindung und Deformation und eine lange Haltbarkeit aufweist.
Im Vergleich zu einem konventionell unter Gebrauch von Luft oder Gas als ein Abschreckmedium hergestellten Lagerring weist der wie oben hergestellte Wälzlagerring 1 einen geringen Verwindungsverzug und eine angepasste Ebenheit und besitzt ebenfalls eine stabilisierte Härte.
Es sollte beachtet werden, dass bei der Abschreckung von Lagerring 1 ein Weg besteht, die Wärmekapazität der Pressformen 12a, 12b im Vergleich zu der von Lagerring 1 wesentlich zu erhöhen, da die Pressformen 12a, 12b als Abschreckmedien benutzt werden. Zum Beispiel muss die Wärmekapazität der Pressform 12a, 12b wenigstens 180 mal größer sein als die des Lagerrings 1, um den Temperaturanstieg der Pressformen 12a, 12b bis zu höchstens 5°C zur Verringerung der Temperatur des Lagerrings 1 um 900°C zu unterdrücken. Da Lagerring 1 zwischen oberen und unteren Pressformen 12a, 12b eingefügt ist, muss die Wärmekapazität der oberen Pressform 12a und der unteren Pressform 12b wenigstens 90 mal so groß sein wie die von Lagerring 1. Dementsprechend müssen die Massen der oberen Pressform 12a und der unteren Pressform 12b wenigstens 90 mal so groß sein wie die von Lagerring 1, vorausgesetzt, dass Lagerring 1 und Pressformen 12a, 12b aus dem selben Material, z. B. Stahl, gebildet sind und die selbe spezifische Wärme aufweisen. Wenn eine Substanz mit großer Wärmekapazität, z. B. Wasser, durch die Pressformen fließen kann, können die Pressformen selbst klein sein.
Wenn Erwärmung/Abschreckung selbst für eine kurze Zeit in Luft durchgeführt wird, kann ein dünnes Einzelteil oxidiert werden. Daher kann eine Oxidschicht gebildet werden, die Oberflächenfestigkeit kann in Folge von Abkohlung herabgesetzt werden oder die Ausscheidung von Troostit kann auftreten. Ein Erzeugnis wie z. B. ein Ring eines Drucknadellagers, der nicht einer Endbehandlung (Polierung, Superfinish-Verfahren) durch einen maschinellen Prozess nach der Wärmebehandlung unterzogen wird, erfordert eine Wärmebehandlung (Abschreckung) zur Unterdrückung von Oxidation/Abkohlung. Solch eine Wärmebehandlung kann unter Benutzung eines Inertgases in der Atmosphäre durchgeführt werden.
Da Abschreckung oder isotherme Umwandlung, in denen Pressformen wie in der vorliegenden Ausführungsform als Kühlungsmedien verwendet werden, eine stückweise Wärmebehandlung darstellt, ist es nicht notwendig, den Wärmebehandlungsprozess wie üblich von der Produktionslinie zu trennen, statt dessen kann er in die Produktionslinie eines maschinellen Prozesses einbezogen werden. Weiterhin besteht ein Vorteil in der Integration des gesamten Prozesses von der Materialeingabe bis zur Erzeugnisfertigstellung in einer Linie, wenn eine Temperierung durch Hochfrequenzinduktionserwärmung oder Hochfrequenzerwärmung durchgeführt während der Durchführung des Pressens mit Pressformen (Hochfrequenzpresstemperierung) wird.
Angesichts einer Verbesserung der Prozessgeschwindigkeit ist durch Ausführung der Abschreckung während einer ständigen Kühlung im Inneren der Pressformen oder der Pressflächen mit Wasser, Öl, Luft o. dgl. eine effiziente kontinuierliche Abschreckung möglich. Zu diesem Zweck ist es bevorzugt, Kühlungsmittel zur Einführung von Medien wie Wasser, Öl, Luft o. dgl. in die Pressformen bereitzustellen.
Es ist zu beachten, dass obwohl Versuche gemäß den weiter unten beschriebenen Bespielen mit plattenförmigen Erzeugnissen von 1 mm Dicke durchgeführt wurden, das Verfahren der vorliegenden Erfindung auf eine dicke Platte (eine Platte mit 5–6 mm Dicke) anwendbar ist, wenn der Druck beim Pressen erhöht ist, obwohl die Dicke bei der Abschreckhärtung durch die Kühlungsgeschwindigkeit der Pressformen begrenzt sein kann.
Der Formgebungsprozess von einem Flansch oder einem Kragen kann durch Steuerung der Form der Pressform oder des Pressdrucks gleichzeitig mit dem Abschrecken durchgeführt werden.
Unter Gebrauch eines nach dem vorgenannten Verfahren hergestellten Lagerrings 1 kann ein Drucknadellager, z. B. wie in 3 gezeigt, hergestellt werden. Dieses Drucknadellager weist ein Paar Lagerringe 1, und eine Vielzahl von Wälzkörpern 2 (Nadelwalzen) auf, die zwischen dem Paar Lagerringen 1 angeordnet sind, und einen Käfig 3 zur rollbaren Halterung der Vielzahl von Wälzkörpern 2.
Zusätzlich kann ebenfalls ein Radialnapfnadelwälzlager, z. B wie in 4 gezeigt, unter Gebrauch eines mit dem vorgenannten Verfahren hergestellten Lagerrings 1 hergestellt werden. Dieses Radialnapfnadelwälzlager weist einen zylindrischen äußeren Ring 1, der der Lagerring 1 ist, auf und eine Walze- und Käfiganordnung 4, die an der inneren Umfangsseite des äußeren Rings 1 angeordnet ist. Walze- und Käfiganordnung 4 weist eine Vielzahl von Wälzkörpern (Nadelwalzen) 2 auf und einen Käfig 3 zur rollbaren Halterung der Vielzahl von Wälzkörpern 2. Obwohl Kragenbereiche 6, 7 an gegenüberliegenden Enden des äußeren Rings 1 angeordnet sind, können einer der oder beide Kragenbereiche 6, 7 entfernt werden. Zusätzlich kann, wie in 5 gezeigt, eine Vielzahl (oder zwei) der Walze- und Käfiganordnungen 4 an der inneren Umfangsseite des äußeren Rings 1 angeordnet sein.
Da der in 4 oder 5 gezeigte Lagerring 1 ein zylindrischer äußerer Ring 1 ist, müssen die bei der Abschreckung des äußeren Rings 1 benutzten Kühlungspressformen eine Form aufweisen, die sich von der der in 2 gezeigten Pressformen 12a, 12b unterscheidet, d. h. zum Beispiel eine zylindrische Form.
Obwohl vorhergehend der Fall beschrieben wurde, in dem ein dünnes Einzelteil ein Lagerring eines Drucknadellagers ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, und es könnte auch eine Unterlegscheibe oder eine Blattfeder sein, die in einem Verschleißbereich eingesetzt wird.
Beispiele
Im Folgenden werden Beispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben.
(Beispiel 1)
Mittelkohlenstoffhaltiger Stahl S53C wurde als ein Material benutzt und es wurde ein Drucknadellagerring (NTN Erzeugnisname: AS1112) durch Stanzen aus einem plattenartigen Erzeugnis hergestellt, das eine äußere Form mit einem inneren Durchmesser von 60 mm, einem äußeren Durchmesser von 85 mm und einer Dicke von 1 mm aufweist.
Unter Verwendung einer Apparatur zur Hochfrequenzinduktionserwärmung (80 kHz) und Rotierens des Rings wurde eine Induktionserwärmung dadurch durchgeführt, dass ein vorgeschriebener Strom durch eine nahe einer Endplatte angeordneten Induktionsspule fließen gelassen wurde (1). In diesem Fall wurde die Erwärmung langsam durchgeführt, um für den gesamten Ring eine einheitliche Temperatur zu erreichen (etwa 900°C). Danach wurde der Ring in obere und untere Pressformen eingesetzt, die aus Eisen hergestellt wurden und eine wesentlich größere Wärmekapazität aufweisen als die des Rings, der Ring wurde sofort gepresst durch Pressen bei einem vorgeschriebenen Druck und umformgehärtet mit Pressformkühlung durch das Pressen (2). Durch Variierung der Pressformtemperatur beim Umformhärten und der Zwingungszeit durch die Pressformen wurde der Zusammenhang zwischen Härte und Mikrostruktur geprüft.
Tabelle 1 zeigt den Zusammenhang zwischen Pressformtemperatur und Zwingungszeit (Halterungszeit) durch die Pressformen, Pressdruck, Verwindungsdeformation, Härte nach Wärmebehandlung und Mikrostruktur.
Tabelle 1 zeigt ebenfalls den Zusammenhang zwischen Verwindungsdeformation, Härte nach Wärmebehandlung und Mikrostruktur eines Musterbauteils, das hochfrequenzerwärmt und danach wasserabgeschreckt wurde, eines Musterbauteils, das gänzlich erwärmt und danach luftstoßabgehärtet wurde, und eines Musterbauteils, das hochfrequenzerwärmt und luftgekühlt wurde. Tabelle 1 Qualität der Musterbauteile nach Wärmebehandlung
Struktur: TM bezieht sich auf temperiertes Martensit, UB bezieht sich auf unteres Bainit, M bezieht sich auf abgeschrecktes Martensit; T bezieht sich auf Troostit
Aus dem in Tabelle 1 gezeigten Ergebnis ist ersichtlich, dass im Beispiel der vorliegenden Erfindung mit einem Pressdruck von 2,94 N/cm² (0,3 kgf/cm²) durch Festlegung der Pressformtemperatur auf wenigstens 250°C und höchstens 320°C und der Zwingungszeit (Halterungszeit) durch die Pressformen auf wenigstens 30 Sekunden und höchstens 5 Minuten isotherme Umwandlung auftritt und eine Struktur des unteren Bainits erhalten werden kann. Es ist außerdem ersichtlich, dass bei dem Beispiel der vorliegenden Erfindung mit einer unteren Bainitstruktur die Deformation höchstens 19 μm beträgt und die Vickershärte (HV) wenigstens 685 beträgt. Weiterhin wurde in Teilen des Beispiels der vorliegenden Erfindung eine zu temperiertem Martensit ähnliche Struktur beobachtet, die bei Temperierung auftritt, obwohl eine Temperierung nicht durchgeführt wurde.
Zusätzlich ist ersichtlich, dass in dem Beispiel der vorliegenden Erfindung, in dem eine kontinuierliche Kühlung durch Einstellung der Pressformtemperatur auf 30°C und der Zwingungszeit (Halterungszeit) durch die Pressformen auf 1 Minute erfolgte, eine Martinsitumwandlung auftritt und eine temperierte Martinsitstruktur erhalten werden kann. Es ist ebenfalls ersichtlicht, dass dieses Musterbauteil eine Verwindungsdeformation von 20 μm erhält und eine Vickershärte HV von 750 erhält.
Es konnte vorstehend gezeigt werden, dass alle Musterbauteile der vorliegenden Erfindung eine Verwindungsdeformation von höchstens 20 μm erhalten und eine Vickershärte HV von wenigstens 685 erhalten.
Auf der anderen Seite wiesen die Musterbauteile des Vergleichsbeispiels eine Qualität auf, in der die Verwindungsdeformation größer war als 20 μm und die keine Vickershärte von wenigstens HV 685 erreichen.

Für die Vertreter dieser Lagerringe sind die Ergebnisse der Durchführung einer Haltbarkeitsbewertung unter der in Tabelle 2 gezeigten Bedingung in Tabelle 3 aufgeführt. Tabelle 2 Bedingung des Nadellagerhaltbarkeitstests

Lagerring	NTN Erzeugnisname AS1112 (φ60 × φ85 × t1)
Käfig, Walze	Hälfte (24) der Walzen von NTN Erzeugnisname AXK1112
Anzahl der Umdrehungen	5000 U/min
Lagerlast	9,8 kN
Schmieröl	VG10
Ölfilmparameter	0,101
Berechnete Haltbarkeit	11,3 h (entsprechend des Ölfilmparameters)
Anzahl der Exemplare	6 Stücke

Tabelle 3 Ergebnis des Haltbarkeitstests der Musterbauteile

Hierbei wurde keine Temperierung durchgeführt, da der einer isothermen Umwandlung unterzogene Ring des Beispiels der vorliegenden Erfindung der isothermen Umwandlung teilweise oder gänzlich unterzogen wird.
Die einer Martensitumwandlung durch kontinuierliche Kühlungsabschreckung unterzogenen Ringe des Beispiels der vorliegenden Erfindung wurden einer Temperierung bei 150°C und 120 Minuten unterzogen. Der Versuch wurde unter der Bedingung einer knappen Schmierung durchgeführt.
Aus dem Ergebnis von Tabelle 3 ist ersichtlich, dass die L10 Haltbarkeit der Musterbauteile des Beispiels der vorliegenden Erfindung wenigstens 15,2 Stunden betrug, was erhöht war. Das Musterbauteil des Vergleichsbeispiels, das normal hochfrequenzerwärmt und danach wasserabgeschreckt wurde, war so deformiert, dass es nicht untersucht werden konnte. Das Musterbauteil des Vergleichsbeispiels, das gänzlich erwärmt und danach luftstrahlabgeschreckt wurde, zeigte eine L10 Haltbarkeit von 11,9 Stunden, was reduziert war. Trotzdem es sich um ein dünnes Einzelteil handelt, war das hochfrequenzerwärmte und danach luftgekühlte Musterbauteil des Vergleichsbeispiels nicht abschreckgehärtet.
Aus dem oben genannten Ergebnis folgt, dass mit dem durch das vorliegende Verfahren erhaltenen Ring (dem Beispiel der vorliegenden Erfindung) die Verwindungsdeformation unterdrückt werden kann und Härte und Haltbarkeit im Vergleich zum Vergleichsbeispiel erhöht werden können.
(Beispiel 2)
Als Materialien wurden mittelkohlenstoffhaltiger Stahl S53C und Stahl mit einer Zusammensetzung, der in den Abschreckeigenschaften verbessert ist und der eine ausreichende Härte durch langsame Abkühlung erreichen kann (0,7 Gew.-% C – 1,0 Gew.-% Si – 0,6 Gew.-% Mn – 1,5 Gew.-% Cr – 0,3 Gew.-% Mo), benutzt.
Aus diesen Materialien wurden durch Schneiden Nadellagerringe (NTN Erzeugnisname: AS1112) hergestellt, die eine äußere Form mit einem inneren Durchmesser von 60 mm, einem äußeren Durchmesser von 85 mm und einer Dicke von 1 mm aufweisen.
Unter Verwendung einer Apparatur zur Hochfrequenzinduktionserwärmung (80 kHz) und Rotierens des Rings wurde eine Induktionserwärmung dadurch durchgeführt, dass ein vorgeschriebener Strom durch eine nahe einer Endplatte angeordneten Induktionsspule fließen gelassen wurde (1). In diesem Fall wurde die Erwärmung langsam durchgeführt, um für den gesamten Ring eine einheitliche Temperatur zu erreichen (etwa 900°C). Danach wurde der Ring in obere und untere Pressformen eingesetzt, die aus Eisen hergestellt wurden und eine wesentlich größere Wärmekapazität aufweisen als die des Rings, der Ring wurde sofort gepresst durch Pressen bei einem vorgeschriebenen Druck und umformgehärtet mit Pressformkühlung durch das Pressen (2). In diesem Fall war eine Deformation/Verwindung bei der Abschreckhärtung durch Einstellung des Pressdrucks auf wenigstens etwa 2,94 N/cm² verhindert. Die zur Abschreckhärtung benötigte Zeit (die Kühlungszeit bis Normaltemperatur erreicht wurde) betrug etwa 2 Sekunden. Die Masse der zu dieser Zeit verwendeten oberen und unteren Pressformen betrug 3,4 kg bei der leichtesten. Da die Masse des Rings 22 g betrug, war die Wärmekapazität einer der Pressformen etwa 150 mal größer als die des Rings.
Tabelle 4 zeigt den Deformationszustand von verschiedenen konventionellen Erzeugnissen und den Deformationszustand bei dem zu dieser Zeit durchgeführten Experiment. Tabelle 4 Qualität der Musterbauteile nach Wärmebehandlung
Das Ergebnis in Tabelle 4 zeigt, dass, obwohl herkömmlich luftstoßabgeschreckte Erzeugnisse wenig Verwindung zeigen, Deformation oder Verwindung der Erzeugnisse gemäß des vorliegenden Verfahrens unabhängig von den Stahltypen einen noch geringeren Grad als bei den luftstoßabgeschreckten Erzeugnissen aufweisen. Dementsprechend ist eine Verzugskorrektur oder Verwindungskorrektur nach der Wärmebehandlung nicht notwendig. Durch Einstellung des Pressdrucks auf wenigstens einen vorgeschriebenen Wert wurde die Deformation auf höchstens einen bestimmten Wert unterdrückt. Es ist zu beachten, dass die Umgebung der Abschreckeinrichtung sauber erhalten werden kann, da die gegenwärtige Abschreckung keine Abschreckung ist, die wasserlösliches Kühlmittel oder Öl verwendet, so dass überschüssige Flüssigprozesse beseitigt sind.
Nach der Durchführung der vorgenannten Abschreckung auf die Testringe wurde eine Temperierung bei 150°C für zwei Stunden durchgeführt und es wurde ein Endbearbeitungsprozess an deren Oberflächen durchgeführt. Auf diese Weise wurden die Ringe einer Haltbarkeitsbeurteilung unterzogen. Der Versuch wurde unter der Bedingung einer knappen Schmierung durchgeführt. Die Bedingung für den Rollhaltbarkeitstest war die gleiche wie die in Tabelle 2 gezeigte Bedingung. Das Testergebnis ist in Tabelle 5 gezeigt. Tabelle 5 Ergebnis des Haltbarkeitstests der Musterbauteile
Mit dem Ergebnis in Tabelle 5 ist gezeigt, dass bei den Ringen gemäß dem vorliegenden Verfahren, das einen geringen Verwindungsverzug bereitstellt, sogar S53C die Haltbarkeit des herkömmlichen aufgekohlten Erzeugnisgrades erzielt. Stahl mit 0,7 Gew.-% C erreicht eine längere Haltbarkeit als aufgekohlter Stahl. Dies kann dessen verglichen mit S53C höherem Gehalt an C zugeschrieben werden, der die Erzielung hoher Härten unterstützt. Zusätzlich kommt in Frage, dass ein hoher Si-, Mo- und Cr-Gehalt zu der langen Haltbarkeit beiträgt. Die dünnen Laufringe in der Form des vorliegenden Falls zeigen einen großen Verwindungsverzug bei freier Abschreckung durch Öl oder Wasser, weshalb Haltbarkeitstests nicht durchgeführt werden konnten.
Das obige Ergebnis zeigt, dass bei den durch das vorliegende Verfahren erhaltenen Ringen (Beispiel der vorliegenden Erfindung) der Verwindungsverzug im Vergleich zu dem Vergleichsbeispiel unterdrückt war und ihre Haltbarkeit erhöht werden kann.
Es sollte klar sein, dass die in dieser Beschreibung offenbarte Ausführungsform und die Beispiele illustrativ und in keinem Aspekt beschränkend sind. Der Umfang der vorliegenden Erfindung ist eher durch die Bezeichnungen der Ansprüche als durch die obige Beschreibung gegeben und es ist beabsichtigt, jegliche Veränderungen in Geist und Umfang gemäß den Bezeichnungen der Ansprüche einzuschließen.
Industrielle Anwendbarkeit
Das Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung ist vorteilhaft auf das Verfahren zur Herstellung eines dünnen Einzelteils, wie z. B. einen Ring eines Drucknadellagers oder einen dünnen Lagerring, angewandt, die dazu tendieren, große Deformation bei der Wärmebehandlung zu zeigen und bei denen ein Polierungsprozess nach der Wärmebehandlung nicht durchgeführt wird.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines dünnen Einzelteils, umfassend die Schritte der Erwärmung eines dünnen Einzelteils (1) und anschließender Durchführung eines Abschreckungsprozesses an dem dünnen Einzelteil während einer Größenfestlegung mit Pressformen (12a, 12b) und Verwendung der Pressformen (12a, 12b) als Kühlmittel des dünnen Einzelteils (1), wobei es nachdem es abgeschreckt ist unter Verwendung der Pressformen (12a, 12b) als Temperatursteuermedien temperiert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt der Größenfestlegung des dünnen Einzelteils (1) mit den Pressformen (12a, 12b) den Schritt des Pressens des dünnen Einzelteils (1) mit den Pressformen (12a, 12b) umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Abschreckung des dünnen Einzelteils (1) unter Verwendung der Pressformen (12a, 12b) als Abschreckmedien durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Pressformen (12a, 12b) Kühlungsmittel aufweisen und das dünne Einzelteil (1) durch die Pressformen (12a, 12b) fortlaufend abgeschreckt werden kann.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das dünne Einzelteil (1) in einer Atmosphäre abgeschreckt wird, in der die Oxidation des dünnen Einzelteils (1) verhindert ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Pressformen (12a, 12b) in beiden Schritten der Abschreckung und Temperierung des dünnen Einzelteils (1) verwendet werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei in dem Schritt der Abschreckung des dünnen Einzelteils (1) gleichzeitig ein Formpressungsprozess des dünnen Einzelteils (1) unter Verwendung der Pressformen (12a, 12b) durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Erwärmung des dünnen Einzelteils (1) mittels Induktionserwärmung ausgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei ein Material des dünnen Einzelteils (1) Stahl ist, der wenigstens 0,4 Gew.-% Kohlenstoff enthält.
Lagerring, wobei der Lagerring mit dem Verfahren gemäß Anspruch 1 hergestellt ist und eine Verwindungsdeformation von kleiner gleich 75 μm und eine Vickershärte von größer gleich 730 HV aufweist.
Drucknadellager, wobei der Lagering (1) gemäß Anspruch 10 verwendet wird.
Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 1 zur Herstellung eines Wälzlagerrings, umfassend den Schritt der Abschreckung eines Wälzlagerrings durch Abkühlung des Wälzlagerings während des Pressens mit den Pressformen (12a, 12b) und Verwendung der Pressformen (12a, 12b) als Abschreckmedien nachdem der Wälzlagering als dünnes Einzelteil (1) erwärmt wurde.
Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei die Erwärmung des Wälzlagerrings (1) durch Induktionserwärmung erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei der Wälzlagering aus mittelkohlenstoffhaltigem Stahl besteht, der wenigstens 0,4 Gew.-% Kohlenstoff enthält.
Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei während der Abschreckung der Pressdruck durch die Pressformen (12a, 12b) wenigstens 2,94 N/cm² beträgt.
Wälzlagerring, wobei der Wälzlagerring mit dem Verfahren gemäß Anspruch 12 hergestellt ist und eine Verwindungsdeformation von kleiner gleich 75 μm und eine Vickershärte von größer gleich 730 HV aufweist.
Wälzlager umfassend den Wälzlagerring (1) gemäß Anspruch 16 und einen Wälzkörper (2).
Wälzlager gemäß Anspruch 17, wobei das Wälzlager ein Drucknadellager ist.