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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung
eines dünnen
Einzelteils, einen Lagerring, ein Drucknadellager, ein Verfahren
zur Herstellung eines Wälzlagerings,
einen Wälzlagering 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.
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Technischer Hintergrund
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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 Erzeug nissen wurde während
der Wärmebehandlung eine
Aufkohlung oder ein periodisch arbeitender Ofen verwendet.
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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.
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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.
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Offenbarung der Erfindung
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Durch die Erfindung zu
lösende
Probleme
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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.
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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.
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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.
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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 Lagering, ein Drucknadellager, ein Verfahren zur Herstellung eines
Wälzlagerrings,
einen Wälzlagerring
und ein Wälzlager
bereitzustellen.
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Mittel zur Lösung der
Probleme
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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.
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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.
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Vorzugsweise
wird die Abschreckung des dünnen
Einzelteils in dem vorgenannten Verfahren zur Herstellung eines
dünnen
Einzelteils unter Verwendung der Pressformen als Abschreckmedien
durchgeführt.
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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.
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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.
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Vorzugsweise
wird in dem vorgenannten 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.
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Vorzugsweise
werden in dem vorgenannten Verfahren zur Herstellung eines dünnen Einzelteils
die Pressformen in beiden Schritten der Abschreckung und Temperierung
des dünnen
Einzelteils benutzt.
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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.
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Vorzugsweise
wird in dem vorgenannten Verfahren zur Herstellung eines dünnen Einzelteils
die Erwärmung
des dünnen
Einzelteils durch Induktionserwärmung
durchgeführt.
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Vorzugsweise
ist in dem vorgenannten Verfahren zur Herstellung eines dünnen Einzelteils
Stahl mit wenigstens 0,4 Gew.-% Kohlenstoff ein Material des dünnen Einzelteils.
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Ein
Lagering gemäß der vorliegenden
Erfindung ist mittels eines der vorgenannten Verfahren hergestellt.
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Ein
Drucknadellager gemäß der vorliegenden
Erfindung benutzt den vorgenannten Lagering.
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Ein
Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagerings gemäß der vorliegenden
Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass nach der Erwärmung eines
Wälzlagerings
als das dünne
Einzelteil unter Verwendung des vorgenannten Verfahrens zur Herstellung
eines dünnen
Einzelteils die Abschreckung des Wälzlagerings durch Abkühlung des
Wälzlagerings
während
des Pressens mit den Pressformen und der Benutzung der Pressformen
als Abschreckmedien erfolgt.
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Vorzugweise
wird in dem vorgenannten Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagerings
die Erwärmung des
Wälzlagerrings
durch Induktionserwärmung
durchgeführt.
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Vorzugsweise
besteht der Wälzlagerring
in dem vorgenannten Verfahren zur Herstellung eines Wälzlagerrings
aus einem mittelkohlenstoffhaltigen Stahl, der wenigstens 0,4 Gew.-%
Kohlenstoff enthält.
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Vorzugsweise
beträgt
der Pressdruck durch die Pressformen in dem vorgenannten Verfahren
zur Herstellung eines Wälzlagerrings
bei der Abschreckung wenigstens 2,94 N/cm2.
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Ein
Wälzlagerring
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist dadurch charakterisiert, dass er durch eines der vorgenannten
Verfahren hergestellt ist.
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Ein
Wälzlager
gemäß der vorliegenden
Erfindung enthält
den vorgenannten Wälzlagerring
und einen Wälzkörper.
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Vorzugsweise
ist das Wälzlager
bei dem vorgenannten Wälzlager
ein Drucknadellager.
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Auswirkungen der Erfindung
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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.
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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.
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Da
das dünne
Einzelteil nacheinander dem Abschreckungs- oder isothermen Umwandlungsprozess unterzogen
wird, ist weiterhin die Qualitätskontrolle
erleichtert.
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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
repräsen tative
mittelkohlenstoffhaltige Stahl ist, die vorgenannte Qualität auch dann
erzielt werden, wenn in den Verfahrensschritten eine langsame Abschreckhärtung durchgeführt wird.
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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.
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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.
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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.
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Durch
Verwendung des vorgenannten dünnen
Einzelteils können
ein Lagerring mit dauerhafter Haltbarkeit und Festigkeit und ein
diesen verwendendes Drucknadellager erhalten werden.
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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.
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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.
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Da
die Abschreckung für
einen nach dem anderen durchgeführt
wird, ist weiterhin die Qualitätskontrolle
erleichtert.
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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, des sen 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.
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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.
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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.
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Durch
Gebrauch des vorgenannten Wälzlagerrings
kann ein Wälzlager
mit dauerhafter Haltbarkeit und Festigkeit, z.B. ein Drucknadellager,
erhalten werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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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.
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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.
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3 zeigt
eine schematische Querschnittsansicht, die eine Struktur eines Drucknadellagers
darstellt, das ein Wälzlagerring
in einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gebraucht.
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4 zeigt
eine schematische Querschnittsdarstellung, die eine Struktur eines
Radialnapfnadelwälzlagers
darstellt, das einen Wälzlagerring
in einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung benutzt.
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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.
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- 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.
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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.
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Bezug
nehmend auf 1, ist ein Lagering 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.
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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.
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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.
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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.
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Im
Vergleich zu einem konventionell unter Gebrauch von Luft oder Gas
als ein Abschreckmedium hergestellten Lagering weist der wie oben
hergestellte Wälzlagerring 1 einen
geringen Verwindungsverzug und eine angepasste Ebenheit und besitzt
ebenfalls eine stabilisierte Härte.
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Es
sollte beachtet werden, dass bei der Abschreckung von Lagering 1 ein
Weg besteht, die Wärmekapazität der Pressformen 12a, 12b im
Vergleich zu der von Lagering 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.
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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 Wär mebehandlung kann unter Benutzung
eines Inertgases in der Atmosphäre
durchgeführt
werden.
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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.
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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.
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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.
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Der
Formgebungsprozess von einem Flansch oder einem Kragen kann durch
Steuerung der Form der Pressform oder des Pressdrucks gleichzeitig
mit dem Abschrecken durchgeführt
werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Beispiele
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Im
Folgenden werden Beispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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(Beispiel 1)
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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.
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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.
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Tabelle
1 zeigt den Zusammenhang zwischen Pressformtemperatur und Zwingungszeit
(Halterungszeit) durch die Pressformen, Pressdruck, Verwindungsdeformation,
Härte nach
Wärmebehandlung
und Mikrostruktur.
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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Für die Vertreter
dieser Lagerringe sind die Ergebnisse der Durchführung einer Haltbarkeitsbewertung unter
der in Tabelle 2 gezeigten Bedingung in Tabelle 3 aufgeführt.
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Tabelle
2 Bedingung des Nadellagerhaltbarkeitstests
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Tabelle
3 Ergebnis des Haltbarkeitstests der Musterbauteile
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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.
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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.
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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 Halt barkeit
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.
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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.
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(Beispiel 2)
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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.
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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.
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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 we nigstens 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.
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Tabelle
4 zeigt den Deformationszustand von verschiedenen konventionellen
Erzeugnissen und den Deformationszustand bei dem zu dieser Zeit
durchgeführten
Experiment.
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Tabelle
4 Qualität
der Musterbauteile nach Wärmebehandlung
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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 wenigs tens 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.
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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.
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Tabelle
5 Ergebnis des Haltbarkeitstests der Musterbauteile
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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.
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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.
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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.
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Industrielle Anwendbarkeit
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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.
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Zusammenfassung
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Ein
Verfahren zur Herstellung eines dünnen Einzelteils ist charakterisiert
durch die Erwärmung
eines dünnen
Einzelteils (1) und die anschließende Durchführung eines
der Abschreckungs- und isothermen Umwandlungsprozesse an dem dünnen Einzelteil
(1) während
der Größenfestlegung
mit Pressformen (12a, 12b) und Verwendung der
Pressformen (12a, 12b) als Kühlmedien. Somit kann ein Verfahren
zur Herstellung eines dünnen
Einzelteils ohne Verwindung oder Deformation bei der Wärmebehandlung
mit gleichmäßiger und
hoher Härte,
ein Lagerring, ein Drucknadellager, ein Herstellungsverfahren eines
Wälzlagerrings,
ein Wälzlagerring
und ein Wälzlager
erhalten werden.