DE112007001325T5

DE112007001325T5 - Verfahren zur Fertigung eines Wälzkontaktelementes, Verfahren zur Fertigung eines Wälzlagers, Laufringelement eines Wälzlagers und Wälzlager

Info

Publication number: DE112007001325T5
Application number: DE112007001325T
Authority: DE
Inventors: Kikuo Kuwana-shi Maeda; Yuuji Iwata-shi Okamoto
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2006-06-01
Filing date: 2007-05-21
Publication date: 2009-04-23
Anticipated expiration: 2027-05-22
Also published as: US20120137523A1; CN101460754B; CN101460754A; WO2007138903A1; DE112007001325B4; JP5121168B2; JP2007321901A; US20090257701A1; US9346097B2

Abstract

Verfahren zur Fertigung eines Wälzkontaktelementes, aufweisend:
einen Stahlelement-Herstellungsschritt, bei dem ein Stahlelement hergestellt wird, das aus einem mindestens 0,7 Massen-% Kohlenstoff enthaltenden Stahl besteht;
einen Warmschmiedeschritt, bei dem ein erstes geschmiedetes Element durch Warmschmieden des Stahlelementes hergestellt wird, das bei dem Stahlelement-Herstellungsschritt hergestellt wurde,
einen spanenden Bearbeitungsschritt (cutting step), bei dem ein Teil des ersten geschmiedeten Elementes durch spanende Bearbeitung des ersten geschmiedeten Elementes entfernt wird, das bei dem Warmschmiedeschritt hergestellt wurde; und
einen Kaltschmiedeschritt, bei dem ein zweites geschmiedetes Element durch Kaltschmieden des ersten geschmiedeten Elementes hergestellt wird, das bei dem spanenden Bearbeitungsschritt einer spanenden Bearbeitung unterzogen wurde, wobei
ein Gebiet des zweiten geschmiedeten Elementes, bei dem eine spanende Bearbeitung bei dem spanenden Bearbeitungsschritt erfolgt ist, keine spanende Bearbeitung bei einem an den Kaltschmiedeschritt anschließenden Schritt erfährt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fertigung eines Wälzkontaktelementes, ein Verfahren zur Fertigung eines Wälzlagers, ein Laufringelement eines Wälzlagers und ein Wälzlager, und sie betrifft insbesondere ein Verfahren zur Fertigung eines Wälzkontaktelementes, das aus einem mindestens 0,7 Massen-% Kohlenstoff enthaltenden Stahl besteht, ein Verfahren zur Fertigung eines Wälzlagers, ein Laufringelement eines Wälzlagers und ein Wälzlager.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Im Allgemeinen wird SUJ2 (JIS G4805), bei dem es sich um einen kohlenstoffreichen Chrom-Lagerstahl oder dergleichen handelt, weit verbreitet als Material für ein Wälzkontaktelement verwendet, das ein Wälzlager bildet. Im Fall einer Fertigung eines Wälzkontaktelementes mit einem Material wie beispielsweise einem Stahlbarren, der aus einem kohlenstoffreichen Stahl wie beispielsweise SUJ2 besteht, wird im Allgemeinen dieses Material warmumgeformt, danach einem Weichglühen unterzogen, weiter kaltumgeformt, und einem Abschreckhärten unterzogen.
Nachfolgend wird ein Beispiel eines herkömmlichen Verfahrens zur Fertigung eines Wälzkontaktelementes und eines Wälzlagers beschrieben. Bezug nehmend auf 11 wird ein Material wie beispielsweise ein Stahlbarren, der aus einem kohlen stoffreichen Stahl wie beispielsweise SUJ2 besteht, bei Schritt (S111) vorbereitet. Dann wird das Material bei einem Schritt (S112) zerteilt, und das zerteilte Material wird in Luft einem Warmumformen bei Schritt (S113) unterzogen, so dass ein Rohling-Ring erzeugt wird. Danach wird bei Schritt (S114A) der Rohling-Ring in Luft auf eine vorgeschriebene Temperatur erwärmt, um einem Weichglühen unterzogen zu werden. Auf diese Weise wird der Rohling-Ring enthärtet, und dabei der Zustand der Mikrostruktur des den Rohling-Ring bildenden Stahls verbessert und seine Bearbeitbarkeit verbessert. Dieser Rohling-Ring wird bei Schritt (S116) kaltgeschmiedet, und ein gestufter Ring, der einen inneren Ring und einen äußeren Ring des Wälzlagers in sich vereint, wird erzeugt. Dann wird bei Schritt (S117) dieser gestufte Ring in einen inneren Ringabschnitt und einen äußeren Ringabschnitt unterteilt, und die gesamten Oberflächen des inneren Ringabschnittes und des äußeren Ringabschnittes werden bei Schritt (S118A) gedreht (einer Drehbearbeitung unterzogen). Auf diese Weise werden geformte Ringe erzeugt, die schematische Formen von Innenring und Außenring des Wälzlagers aufweisen.
Weiter werden die geformten Ringe bei Schritt (S119) einem Abschreckhärten unterzogen, danach bei Schritt (S120) einem Anlassen unterzogen, und dann bei Schritt (S121) einem Fertigbearbeiten wie beispielsweise Schleifen unterzogen. Auf diese Weise werden der Innenring und der Außenring des Wälzlagers als Wälzkontaktelemente fertiggestellt. Bei Schritt S122 werden der Innenring und der Außenring und separat hergestellte Wälzelemente, etc. miteinander vereint, um das Wälzlager fertigzustellen.
Das Warmumformen bei Schritt (S113) und das Glühen bei Schritt (S114A) werden mittels Erwärmen des Rohling-Rings in Luft ausgeführt. Daher wird eine Schicht aus Eisenoxid (Zunder) auf dem Oberflächenschichtabschnitt des Rohling-Rings ausgebildet, hingegen wird eine entkohlte Schicht, deren Kohlenstoffgehalt im Vergleich zum Inneren verringert ist, unmittelbar unter dem Zunder ausgebildet. Dabei werden, aufgrund der Zunderbildung, auf der Oberfläche des Rohling-Rings beträchtliche Unregelmäßigkeiten hervorgerufen. Beim Kaltschmieden bei Schritt (S116) kann daher ein solches Phänomen (Gratbildung) stattfinden, dass die Oberfläche des Rohling-Rings nach innen gerollt wird. Falls die Gratbildung stattfindet, hat dieser Abschnitt Defekte der fertiggestellten Wälzkontaktelemente zur Folge und hat schlechten Einfluss auf die Lebensdauer. Falls der Kohlenstoffgehalt im Oberflächenschichtabschnitt aufgrund der Bildung der entkohlten Schicht verringert wird, kann nicht nur keine ausreichende Härte durch das Abschreckhärten bei Schritt (S119) gewährleistet werden, sondern es können auch Zugspannungen im Oberflächenschichtabschnitt verbleiben, was schlechten Einfluss auf die Lebensdauer hat.
Bei Schritt (S118A) werden daher die gesamten Flächen der getrennten Abschnitte des gestuften Rings so abgedreht, dass der Zunder, sowie auch der Grat und die entkohlte Schicht, die auf den Zunder zurückzuführen sind, entfernt werden, und der schlechte Einfluss auf die Haltbarkeit des Wälzkontaktelementes, die dem zuvor erwähnten Zunder und der Bildung der entkohlten Schicht zuzuschreiben ist, wird vermieden. Beim zuvor erwähnten Fertigungsschritt werden jedoch die gesamten Flächen der getrennten Abschnitte des gestuften Rings so abgedreht, dass nicht nur die Anzahl der Bearbeitungsschritte vergrößert wird, sondern auch die Materialausbeute verringert wird, und die Fertigungskosten für die Wälzkontaktelemente und das Wälzlager werden vergrößert.
Nachfolgend wird ein weiteres Beispiel eines herkömmlichen Verfahrens zur Fertigung eines Wälzkontaktelementes und eines Wälzlagers beschrieben. Bezug nehmend auf 12 ist dieses Beispiel des herkömmlichen Verfahrens zur Fertigung eines Wälzkontaktelementes und eines Wälzlagers im Wesentlichen ähnlich zum herkömmlichen Verfahren zur Fertigung eines Wälzkontaktelementes und eines Wälzlagers, das mit Bezug auf 11 beschrieben wurde. Beim Fertigungsverfahren von 12 wird jedoch ein Rückkohlungsglühen, bei dem ein Glühen unter Rückkohlen der bei Schritt (S113) ausgebildeten entkohlten Schicht als Schritt (S114B) durch Steuern eines Kohlenstoffpotential-(C_p)-Wertes in der Glühatmosphäre ausgeführt, und zwar anstelle des Glühens in Luft bei Schritt (S114A) des in 11 dargestellten Fertigungsverfahrens. Auf diese Weise verschwindet die entkohlte Schicht bei Schritt (S114B), wodurch das zuvor erwähnte vollständige Abdrehen zum Zweck eines Entfernens der entkohlten Schicht unnötig wird. Anstelle des Schrittes (S118A) von 11 wird Schritt (S118B) ausgeführt, bei dem lediglich ein Gebiet abgedreht wird, das schwierig durch Kaltschmieden auszubilden ist, und zwar aufgrund seiner komplizierten Gestalt. Demzufolge können Gebete, die dem Drehen unterzogen werden, in den getrennten Abschnitten des gestuften Rings verkleinert werden, und die Fertigungskosten können gesenkt werden. Außerdem werden verschiedene Maßnahmen zur Verhinderung der Bildung der entkohlten Schicht oder einer Beseitigung der ausgebildeten entkohlten Schicht vorgeschlagen ( japanische Patentanmeldung Offenlegungsnummer 2002-285233 (Patentdokument 1), japanische Patentanmeldung Offenlegungsnummer 2003-194072 (Patentdokument 2), japanische Patentanmeldung Offenlegungsnummer 9-176740 (Patentdokument 3) und japanische Patentanmeldung Offenlegungsnummer 11-347673 (Patentdokument 4)).

Patentdokument 1: japanische Patentanmeldung Offenlegungsnummer 2002-285233
Patentdokument 2: japanische Patentanmeldung Offenlegungsnummer 2003-194072
Patentdokument 3: japanische Patentanmeldung Offenlegungsnummer 9-176740
Patentdokument 4: japanische Patentanmeldung Offenlegungsnummer 11-347673

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
Sowohl bei dem zuvor erwähnten Verfahren zur Fertigung eines Wälzkontaktelementes, das mit Bezug auf 12 beschrieben wurde, als auch bei den Fertigungsverfahren, die in den Patentdokumenten 1 bis 4 beschrieben sind, können jedoch die Fertigungskosten nicht unter ausreichendem Lösen der Probleme, die mit der Zunderbildung in Zusammenhang stehen, verringert werden, obschon die Probleme, die der entkohlten Schicht zuzuschreiben sind, lösbar sind.
Demgemäß ist es ein Ziel der Erfindung, Verfahren zur Fertigung eines Wälzkontaktelementes und eines Wälzlagers bereitzustellen, mit denen jeweils die Fertigungskosten gesenkt werden können, und zwar dadurch, dass ein Gebiet verkleinert wird, das einer spanenden Bearbeitung wie beispielsweise einem Drehen unterzogen wird, welches nach Warmschmieden und Glühen beim Wälzkontaktelement ausgeführt wird, wobei dabei gleichzeitig Probleme vermieden werden, die einer Bildung einer entkohlten Schicht zuzuschreiben sind, sowie Probleme, die einer Zunderbildung zuzuschreiben sind. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Laufring-Element eines Wälzlagers und ein Wälzlager bereitzustellen, deren Fertigungskosten jeweils reduziert sind, wobei dabei gleichzeitig Probleme vermieden werden, die einer Bildung einer entkohlten Schicht zuzuschreiben sind, sowie Probleme, die einer Zunderbildung zuzuschreiben sind.
MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEME
Ein Verfahren zur Fertigung eines Wälzkontaktelementes gemäß der Erfindung beinhaltet einen Stahlelement-Herstellungsschritt, einen Warmschmiedeschritt, einen Schneideschritt und einen Kaltschmiedeschritt. Beim Stahlelement-Herstellungsschritt wird ein Stahlelement erzeugt, das aus einem mindestens 0,7 Massen-% Kohlenstoff enthaltenden Stahl besteht. Beim Warmschmiedeschritt wird das Stahlelement, das beim Stahlelement-Herstellungsschritt hergestellt wurde, auf solche Weise warmgeschmiedet, dass ein erstes geschmiedetes Element erzeugt wird. Beim Schritt der spanenden Bearbeitung wird das erste geschmiedete Element, das beim Warmschmiedeschritt hergestellt wurde, einer solchen spanenden Bearbeitung unterzogen, das ein Teil des ersten geschmiedeten Elementes entfernt wird. Der Teil dieses ersten geschmiedeten Elementes ist ein Gebiet (ein Gebiet, das eine Tiefe von ca. 0,2 mm von der Oberfläche hat), das ausreicht, um Zunder und eine entkohlte Schicht von einer Fläche zu entfernen, bei der es beispielsweise im fertigen Zustand erforderlich ist, dass keine Unregelmäßigkeiten ausgebildet ist. Beim Kaltschmiedeschritt wird das erste geschmiedete Element, das beim spanenden Bearbeitungsschritt einer spanenden Bearbeitung unterzogen wurde, so kaltgeschmiedet, dass ein zweites geschmiedetes Element erzeugt wird. Bei einem an den Kaltschmiedeschritt anschließenden Schritt erfolgt keine spanende Bearbeitung des Gebietes des zweiten geschmiedeten Elementes, bei dem beim spanenden Bearbeitungsschritt eine spanende Bearbeitung erfolgt ist.
Gemäß dem Verfahren der Erfindung zur Fertigung eines Wälzkontaktelementes erfolgt beim spanenden Bearbeitungsschritt beim einem Teil des ersten geschmiedeten Elementes eine derartige spanende Bearbeitung, dass der Zunder und die entkohlte Schicht von diesem Teil entfernt werden. Beim Kaltschmiedeschritt wird der Teil des ersten geschmiedeten Elementes, von dem der Zunder und die entkohlte Schicht beim spanenden Bearbeitungsschritt entfernt wurden, zum fertigen Produkt umgeformt, so dass das zweite geschmiedete Element entsteht, und bei diesem Teil erfolgt danach keine spanende Bearbeitung bei den Schritten bis zur Fertigstellung des Wälzkontaktelementes.
Mit anderen Worten wird beim Verfahren der Erfindung zur Fertigung eines Wälzkontaktelementes, betreffend einen Teil, der dem geringere Formunregelmäßigkeiten aufweisenden Teil des Wälzkontaktelementes entspricht, der durch Kaltschmieden gefertigt und umgeformt werden soll, dieser Teil spanend so bearbeitet, dass die entkohlte Schicht und der Zunder in dem Stadium entfernt werden, bei welchem das erste geschmiedete Element relativ einfache Gestalt hat, bevor das Kaltschmieden ausgeführt wird. Dann wird das Kaltschmieden beim Kaltschmiedeschritt so ausgeführt, dass dieser Teil zum Wälzkontaktelement umgeformt wird, wobei dabei Probleme wie beispielsweise ungenügende Abschreckhärtung und verbleibende Zugspannungen, die der entkohlten Schicht zuzuschreiben sind, und Auftreten von Graten, die dem Zunder zuzuschreiben sind, gelöst werden. Daher kann dieser Teil dadurch fertiggestellt werden, dass eine Endbearbeitung wie beispielsweise Schleifen und Superfinish durchgeführt wird, wodurch es möglich wird, keine spanende Bearbeitung nach dem (endformnahen) Kaltschmiedeschritt auszuführen.
Betreffend einen Teil des Wälzkontaktelementes, der sich schwierig mittels Kaltschmieden umzuformen lässt, und zwar deshalb, weil er beträchtliche Formunregelmäßigkeiten aufweist, ist andererseits eine spanende Bearbeitung wie beispielsweise Drehen nach dem Kaltschmiedeschritt erforderlich. Sogar wenn ein Grat und eine entkohlte Schicht nach dem Kaltschmieden verbleiben, werden diese betreffend ein solches Teil dadurch entfernt, dass die spanende Bearbeitung nach dem Kaltschmiedeschritt ausgeführt wird. Daher treten weder Probleme, die einer Bildung der entkohlten Schicht zuzuschreiben sind, noch Probleme auf, die der Zunderbildung zuzuschreiben sind, sogar wenn bei einem derartigen Teil keine spanende Bearbeitung beim spanenden Bearbeitungsschritt erfolgt.
Gemäß dem Verfahren der Erfindung zur Fertigung eines Wälzkontaktelementes, wie zuvor beschrieben, können die Fertigungskosten dadurch gesenkt werden, dass Gebiete verkleinert werden, die einer spanenden Bearbeitung wie beispielsweise Drehen, das beim Wälzkontaktelement nach dem Kaltschmieden ausgeführt wird, unterzogen werden, wobei dabei gleichzeitig die Probleme vermieden werden, die einer Bildung der entkohlten Schicht zuzuschreiben sind, sowie die Probleme, die der Zunderbildung zuzuschreiben sind.
Spanende Bearbeitung (cutting) bezeichnet eine Bearbeitung wie beispielsweise eine Drehbearbeitung (turning), bei der ein Werkstück mit einer Schneideinrichtung (Schneidwerkzeug) spanend bearbeitet wird, und beinhaltet (hier) keine Bearbeitung wie beispielsweise Schleifen, Polieren oder Superfinish.
Ein Verfahren zur Fertigung eines Wälzlagers gemäß der Erfindung beinhaltet einen Laufringelement-Fertigungsschritt, bei dem ein Laufringelement gefertigt wird, einen Wälzelement-Fertigungsschritt, bei dem ein Wälzelement gefertigt wird, und einen Montageschritt, bei dem ein Wälzlager dadurch zusammengebaut wird, dass das Laufringelement, das beim Laufringelement-Fertigungsschritt gefertigt wurde, und das Wälzelement, das beim Wälzelement-Fertigungsschritt gefertigt wurde, miteinander vereint werden. Der Laufringelement-Fertigungsschritt wird mittels des zuvor beschriebenen Verfahrens zur Fertigung eines Wälzkontaktelementes ausgeführt.
Gemäß dem Verfahren der Erfindung zur Fertigung eines Wälzlagers wird der Laufringelement-Fertigungsschritt mittels des zuvor beschriebenen Verfahrens zur Fertigung eines Wälzkontaktelementes ausgeführt, mit dem die Fertigungskosten gesenkt werden können, wobei dabei gleichzeitig die Probleme vermieden werden, die einer Bildung der entkohlten Schicht zuzuschreiben sind, sowie die Probleme, die der Zunderbildung zuzuschreiben sind. Daher kann ein Wälzlager zu geringeren Fertigungskosten gefertigt werden, wobei dabei die Probleme, die der Bildung der entkohlten Schicht und des Zunders zuzuschreiben sind, gleichzeitig vermieden werden.
Ein Laufringelement eines Wälzlagers gemäß der Erfindung wird mittels des zuvor beschriebenen Verfahrens zur Fertigung eines Wälzkontaktelementes gefertigt. Gemäß dem Laufringelement eines Wälzlagers der Erfindung kann ein Laufringelement eines Wälzlagers, das geringere Fertigungskosten aufweist, bereitgestellt werden, wobei dabei Probleme vermieden werden, die der Bildung einer entkohlten Schicht und Zunder zuzuschreiben sind.
Ein Lagerring eines Kegelrollenlagers gemäß der Erfindung wird mittels des zuvor erwähnten Verfahrens zur Fertigung eines Wälzkontaktelementes gefertigt. Der Lagerring eines Kegelrollenlagers, der eine relativ einfache Struktur hat, weist ein großes Gebiet auf, bei der nach dem Kaltschmieden keine spanende Bearbeitung erforderlich ist, und wird mittels des zuvor beschriebenen Verfahrens zur Fertigung eines Wälzkontaktelementes so gefertigt, dass ein merklicher Effekt einer Senkung der Fertigungskosten auftritt.
Ein Wälzlager gemäß der Erfindung beinhaltet ein Laufringelement und eine Mehrzahl von Wälzelementen, die auf einem ringförmigen Laufring in Kontakt mit dem Laufringelement angeordnet sind. Das Laufringelement ist das zuvor erwähnte Laufringelement eines Wälzlagers gemäß der Erfindung. Gemäß dem Wälzlager der Er findung kann ein Wälzlager zu geringeren Fertigungskosten bereitgestellt werden, wobei dabei die Probleme, die einer Bildung der entkohlten Schicht und des Zunders zuzuschreiben sind, gleichzeitig vermieden werden.
EFFEKTE DER ERFINDUNG
Wie aus der obigen Beschreibung klar hervorgeht, können die Fertigungskosten dadurch gesenkt werden, dass Gebiete verkleinert werden, die der spanenden Bearbeitung wie beispielsweise Drehen unterzogen werden, das nach dem Warmschmieden und dem Glühen beim Wälzkontaktelement ausgeführt wird, wobei dabei gleichzeitig die Probleme vermieden werden, die einer Bildung der entkohlten Schicht zuzuschreiben sind, sowie die Probleme, die einer Zunderbildung zuzuschreiben sind, und zwar jeweils gemäß den Verfahren der Erfindung zur Fertigung eines Wälzkontaktelementes und eines Wälzlagers. Gemäß dem erfinderischen Laufringelement eines Lagers und dem erfinderischen Wälzlager kann ein Laufringelement eines Lagers und ein Wälzlager zu geringeren Fertigungskosten bereitgestellt werden, wobei dabei gleichzeitig die Probleme, die der Bildung der entkohlten Schicht zuzuschreiben sind, und die Probleme vermieden werden, die der Zunderbildung zuzuschreiben sind.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Schnittansicht, welche die Struktur eines Kegelrollenlagers als ein Wälzlager zeigt, das ein Laufringelement eines Wälzlagers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufweist;
2 ist eine schematische Schnittansicht, welche die Struktur eines Rillenkugellagers als ein Wälzlager zeigt, das ein Laufringelement eines Wälzlagers gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung aufweist;
3 ist ein Diagramm, das eine Skizze eines Verfahrens zur Fertigung eines Wälzlagers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
4 ist ein Diagramm, das eine Skizze eines Verfahrens zur Fertigung eines Wälzkontaktelementes zeigt, das im Verfahren zur Fertigung eines Wälzlagers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung enthalten ist;
5 ist eine schematische Schnittansicht, die ein Stahlelement zeigt, das als Material für das Wälzkontaktelement und das Wälzlager dient;
6 ist eine schematische Schnittansicht, die einen Rohling-Ring als erstes geschmiedetes Element zeigt, das bei einem jeweiligen der Verfahren zur Fertigung eines Wälzkontaktelementes und eines Wälzlagers erzeugt wird;
7 ist eine schematische Schnittansicht, die einen gestuften Ring als zweites geschmiedetes Element zeigt, das bei einem jeweiligen der Verfahren zur Fertigung eines Wälzkontaktelementes und eines Wälzlagers erzeugt wird;
8 ist eine optische Mikrofotografie einer Mikrostruktur um eine Prüfoberfläche von Vergleichsbeispiel 1 herum;
9 ist eine optische Mikrofotografie einer Mikrostruktur um eine Prüfoberfläche von Vergleichsbeispiel 2 herum;
10 ist eine optische Mikrofotografie einer Mikrostruktur um eine Prüfoberfläche eines Beispiels gemäß der Erfindung herum;
11 ist ein Diagramm, das ein Beispiel eines herkömmlichen Verfahrens zur Fertigung eines Wälzkontaktelementes und eines Wälzlagers zeigt; und
12 ist ein Diagramm, das ein weiteres Beispiel eines herkömmlichen Verfahrens zur Fertigung eines Wälzkontaktelementes und eines Wälzlagers zeigt.
BESTE MODI ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In den folgenden Zeichnungen sind identische oder entsprechende Abschnitte mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und ein Beschreibung von diesen wird nicht wiederholt.
Als Erstes wird ein Kegelrollenlager als ein Wälzlager gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Bezug nehmend auf 1 weist ein Kegelrollenlager 1 einen ringförmigen Außenring 11 als Laufringelement, einen ringförmigen Innenring 12 als Laufringelement, das innerhalb des Außenrings 11 angeordnet ist, und eine Mehrzahl von Rollen 13 als Wälzelemente auf, die zwischen Außenring 11 und Innenring 12 angeordnet sind und durch einen ringförmigen Käfig 14 gehalten werden. Eine Außenring-Wälzfläche 11A ist auf der Innenumfangsfläche von Außenring 11 ausgebildet, und eine Innenring-Wälzfläche 12A ist auf der Außenumfangsfläche von Innenring 12 ausgebildet. Außenring 11 und Innenring 12 sind so angeordnet, dass die Innenring-Wälzfläche 12A und die Außenring-Wälzfläche 11A einander gegenüberliegen. Eine Mehrzahl von Rollen 13 sind in Kontakt mit der Innenring-Wälzfläche 12A und der Außenring-Wälzfläche 11A, und sind in Innenumfangsrichtung mit vorbestimmtem Teilungsabstand angeordnet und auf einer ringförmigen Laufbahn durch Käfig 14 rollbar gelagert. Das Kegelrollenlager 1 ist so aufgebaut, dass die Scheitelpunkte eines Kegels, der die Außenring-Wälzfläche 11A beinhaltet, eines Kegels, der die Innenring-Wälzfläche 12A beinhaltet, und eines Kegels, der die Ortskurve einer Drehachse bei abrollenden Rollen 13 beinhaltet, einander in einem einzigen Punkt auf der Mittellinie des Lagers kreuzen. Gemäß dieser Struktur sind Außenring 11 und Innenring 12 des Kegelrollenlagers 1 relativ zueinander drehbar.
Außenring 11 und Innenring 12 als Laufringelemente des Wälzlagers gemäß dieser Ausführungsform werden mittels eines Verfahrens zur Fertigung eines Wälzkontaktelementes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gefertigt, die später noch beschrieben wird. Demzufolge werden die Fertigungskosten gesenkt, wobei dabei gleichzeitig Probleme vermieden werden, die einer Bildung einer entkohlten Schicht zuzuschreiben sind, sowie Probleme, die einer Zunderbildung zuzuschreiben sind.
Nachfolgend wird ein Rillenkugellager als Wälzlager gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
Bezug nehmend auf 2 hat ein Rillenkugellager 2 im Wesentlichen eine Struktur ähnlich der des Kegelrollenlagers 1, das mit Bezug auf 1 beschrieben wurde. Jedoch unterscheidet sich das Rillenkugellager 2 vom Kegelrollenlager 1 in den Strukturen der Laufringelemente und der Wälzelemente. Mit anderen Worten weist das Rillenkugellager 2 einen ringförmigen Außenring 21 als Laufringelement, einen ringförmigen Innenring 22 als Laufringelement, das innerhalb des Außenrings 21 angeordnet ist, und eine Mehrzahl von Kugeln 23 als Wälzelemente auf, die zwischen Außenring 21 und Innenring 22 angeordnet sind und durch einen ringförmigen Käfig 24 gehalten werden. Eine Außenring-Wälzfläche 21A ist auf der Innenumfangsfläche von Außenring 21 ausgebildet, und eine Innenring-Wälzfläche 22A ist auf der Außenumfangsfläche von Innenring 22 ausgebildet. Außenring 21 und Innenring 22 sind so angeordnet, dass die Innenring-Wälzfläche 22A und die Außenring-Wälzfläche 21A einander gegenüberliegen. Weiter sind eine Mehrzahl von Kugeln 23 in Kontakt mit der Innenring-Wälzfläche 22A und der Außenring-Wälzfläche 21A, und sind in Innenumfangsrichtung mit vorbestimmtem Teilungsabstand angeordnet und auf einer ringförmigen Laufbahn durch Käfig 2 24 rollbar gelagert. Gemäß dieser Struktur sind Außenring 21 und Innenring 22 des Rillenkugellagers 2 relativ zueinander drehbar.
Außenring 21 und Innenring 22 als Laufringelemente des Wälzlagers gemäß dieser Ausführungsform werden mittels eines Verfahrens zur Fertigung eines Wälzkontaktelementes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gefertigt, die später noch beschrieben wird. Demzufolge werden die Fertigungskosten gesenkt, wobei dabei gleichzeitig Probleme vermieden werden, die einer Bildung einer entkohlten Schicht zuzuschreiben sind, sowie Probleme, die einer Zunderbildung zuzuschreiben sind.
Die Verfahren zur Fertigung eines Wälzkontaktelementes und eines Wälzlagers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend beschrieben. Zwar werden die Fertigungsverfahren mit Bezug auf das Kegelrollenlager 1 gemäß der zuvor erwähnten Ausführungsform des erfinderischen Wälzlagers beschrieben, jedoch können in ähnlicher Weise auch ein Wälzkontaktelement und ein Wälzlager, die andere Formen aufweisen, einschließlich des zuvor erwähnten Rillenkugellagers 2, gefertigt werden.
Bezug nehmend auf 3 wird ein Laufringelement-Fertigungsschritt, bei dem ein Laufringelement gefertigt wird, und ein Wälzelement-Fertigungsschritt, bei dem Wälzelemente gefertigt werden, als Erstes beim Verfahren zur Fertigung eines Kegelrollenlagers 1 als Kegelrollenlager einer Ausführungsform der Erfindung ausgeführt. Speziell werden Außenring 11, Innenring 12, etc. als Wälzkontaktelemente beim Laufringelement-Fertigungsschritt gefertigt. Andererseits werden beim Wälzelement-Fertigungsschritt Rollen 13, etc. gefertigt.
Dann wird ein Montageschritt, bei dem das Kegelrollenlager 1 zusammengebaut wird, dadurch ausgeführt, dass die Laufringelemente, die beim Laufringelement-Fertigungsschritt gefertigt wurden, und die Wälzelemente, die beim Wälzelement-Fertigungsschritt gefertigt wurden, miteinander vereint werden. Speziell wird das Kegelrollenlager 1 dadurch zusammengebaut, dass beispielsweise Außenring 11, Innenring 12 und Rollen 13 sowie ein separat hergestellter Käfig 14 miteinander vereint werden. Der zuvor erwähnte Laufringelement-Fertigungsschritt wird beispielsweise mittels des folgenden Verfahrens zur Fertigung eines Wälzkontaktelementes ausgeführt.
Bezug nehmend auf 4 wird ein Stahlelement-Herstellungsschritt, bei dem ein Stahlelement hergestellt wird, das aus einem mindestens 0,7 Massen-% Kohlenstoff enthaltenden Stahl besteht, beim Verfahren zur Fertigung eines Wälzkontaktelementes bei dieser Ausführungsform ausgeführt. Der Stahlelement-Herstellungsschritt beinhaltet einen Stahlmaterial-Herstellungsschritt (S11), bei dem ein Stahlmaterial wie beispielsweise ein Stahlbarren hergestellt wird, der mindestens 0,7 Massen-% Kohlenstoff enthält, und einen Zerteilschritt (cutting step), bei dem das Stahlelement dadurch hergestellt wird, dass das bei Schritt (S11) hergestellte Stahlmaterial zerteilt wird. Speziell wird ein Stahlbarren, der senkrecht zur Längsachse kreisförmigen Querschnitt aufweist, entlang einer zur Längsrichtung senkrechten Fläche zerteilt, wodurch ein Stahlelement 5 scheibenartiger Form hergestellt wird, wie in 5 dargestellt.
Als Stahl, der mindestens 0,7 Massen-% Kohlenstoff enthält, kann beispielsweise Lagerstahl wie beispielsweise SUJ2 oder SUJ3 gemäß JIS, Federstahl wie beispiels weise SUP3, Kohlenstoff-Werkzeugstahl wie beispielsweise SK3 oder SK4 oder dergleichen angeführt werden, und insbesondere wird bevorzugt Lagerstahl verwendet, der als Material für Wälzkontaktelemente geeignet ist,.
Bezug nehmend auf 4 wird ein Warmschmiedeschritt (S13) ausgeführt, bei dem ein erstes geschmiedetes Element dadurch hergestellt wird, dass ein Warmschmieden eines Stahlelementes 5 in Luft erfolgt, das bei Schritt (S11) und Schritt (S12) hergestellt wurde. Insbesondere wird Stahlelement 5 auf eine Temperatur von mindestens 950°C, und nicht mehr als 1150°C, z. B. 1050°C, erwärmt, bei der es sich um eine Temperatur von mindestens der Rekristallisationstemperatur des das Stahlelement 5 bildenden Stahls handelt, und es wird, Bezug nehmend auf 5 und 6, eine Bearbeitung wie beispielsweise ein Stauchen oder ein Stanzen ausgeführt. Auf diese Weise wird ein Durchgangsloch ausgebildet, das durch die Hauptflächen auf beiden Seiten verläuft, und ein Rohling-Ring 6 als erstes geschmiedetes Element wird hergestellt, das ringförmige Gestalt hat, wie in 6 dargestellt.
Bezug nehmend auf 4 wird weiter ein Glühschritt (S14), bei dem ein Glühen zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit des bei Schritt (S13) hergestellten Rohling-Rings 6 durchgeführt wird, in Luft ausgeführt. Speziell wird, wenn das bei Schritt (S11) hergestellte Stahlmaterial beispielsweise Lagerstahl (JIS-System) ist, ein Weichglühen durch Erwärmen des Stahlmaterials auf eine Temperatur von mindestens 740°C und nicht mehr als 820°C, z. B. 780°C, im Temperaturbereich unmittelbar unterhalb einem A₁-Punkt ausgeführt, wobei diese Temperatur für eine Zeit von mindestens 30 Minuten und nicht mehr als 180 Minuten, z. B. 60 Minuten, gehalten wird, und danach ein langsames Abkühlen auf einen Temperaturbereich nicht oberhalb des A₁-Punktes durchgeführt wird. Auf diese Weise wird die Harte des Rohling-Rings 6 auf nicht mehr als 90 HRB verringert, und dabei wird der Zustand der Mikrostruktur des den Rohling-Ring 6 bildenden Stahls verbessert und die Verarbeitbarkeit verbessert. Schritt (S13) und Schritt (S14) werden durch Erwärmen des Stahlelementes 5 oder des Rohling-Rings 6 in Luft durchgeführt, wie zuvor beschrieben wurde, wodurch Zunder auf der Oberfläche des Rohling-Rings 6 gebildet wird und eine entkohlte Schicht unmittelbar unter dem Zunder gebildet wird.
Bezug nehmend auf 4 wird ein erster Drehschritt (S15) als spanender Bearbeitungsschritt durchgeführt, bei dem Teile des Rohling-Rings 6 durch spanende Bearbeitung des Rohling-Rings 6 entfernt werden, der bei Schritt (S13) erzeugt wurde und bei Schritt (S14) einem Glühen unterzogen wurde. Speziell werden eine erste Stirnseite 6A des Rohling-Rings 6, bei der es sich um einen Teil zur Bildung der äußeren Wälzfläche 11A des Kegelrollenlagers 1 handelt, und eine Innenumfangsfläche 6B des Rohling-Rings 6 abgedreht, bei der es sich um einen Teil zur Bildung einer Innenring-Innenumfangsfläche 12B des Kegelrollenlagers 1 handelt. Auf diese Weise wird ein Stirnseiten-Oberflächenschichtabschnitt 6C und ein Innenumfangs-Oberflächenschichtabschnitt 6D, die Teile des Rohling-Rings 6 sind, entfernt, und der Zunder und die entkohlte Schicht, die in diesen Gebieten ausgebildet waren, werden entfernt.
Die Dicke des Oberflächenschichtabschnitts des Rohling-Rings 6, der bei Schritt (S15) abgetragen wird, kann reagierend auf die Dicke der entkohlten Schicht, die durch den Typ des den Rohling-Ring bildenden Stahls und die Bedingungen des Warmumformens und des Glühens bestimmt ist, geeignet bestimmt werden. Speziell beträgt die Dicke der entkohlten Schicht im Allgemeinen ca. 0,1 bis 0,2 mm, und die Dicke des abgetragen Oberflächenschichtabschnitts des Rohling-Rings 6 muss mindestens 0,2 mm betragen, und wird vorzugsweise zu mindestens 0,3 mm bestimmt, und zwar unter Berücksichtigung der Genauigkeit (Toleranzen) des Rohling-Rings. Weiter wird die abgetragene Dicke des Rohling-Rings 6 vorzugsweise auf nicht mehr als 1,5 mm festgelegt, unter Berücksichtigung einer Verbesserung der Materialausbeute. Bei Schritt (S15) kann die erste Stirnseite 6A des Rohling-Rings teilweise abgedreht werden, oder sie kann vollständig abgedreht werden. In ähnlicher Weise kann die Innenumfangsfläche 6B des Rohling-Rings 6 teilweise abgedreht werden, oder sie kann bei Schritt (S15) vollständig abgedreht werden.
Bezug nehmend auf 4 wird weiter ein Kaltschmiedeschritt (S16) ausgeführt, bei dem ein gestufter Ring als zweites geschmiedetes Element durch Kaltschmieden des bei Schritt (S15) spanend bearbeiteten Rohling-Rings 6 erzeugt. Speziell erfolgt ein Kaltschmieden eines Rohling-Rings 6 so, dass ein gestufter Ring 7 erzeugt wird, aus dem ein einziger Außenring 11 und ein einziger Innenring 12 eines Kegelrollenlagers 1 gemeinsam erhalten wird, siehe 1 und 7.
Der gestufte Ring 7 weist ringförmige Gestalt auf und beinhaltet einen großen ringförmigen Abschnitt 7A mit großem Innendurchmesser, um den Außenring 11 zu erhalten, und einen kleinen ringförmigen Abschnitt 7B, um den Innenring 12 zu erhalten, der einen kleineren Innendurchmesser als der große ringförmige Abschnitt aufweist. Die Innenumfangsfläche des großen ringförmigen Abschnitts 7A, die der zuvor erwähnten ersten Stirnseite 6A des Rohling-Rings 6 entspricht, ist ein Abschnitt zur Bildung der Außenring-Wälzfläche 11A. Die Innenumfangsfläche des kleinen ringförmigen Abschnittes 7B, die der Innenumfangsfläche 6B des Rohling-Rings 6 entspricht, ist ein Abschnitt zur Bildung der Innenring-Innenumfangsfläche 12B.
Im Außenring 11 und im Innenring 12 werden die Abschnitte zur Bildung der Außenring-Wälzfläche 11A und der Innenring-Innenumfangsfläche 12B, die keine Formunregelmäßigkeiten erhalten müssen und die relativ einfache Formen aufweisen, ohne Zugabeabmaß für die Drehbearbeitung ausgebildet. Wie zuvor beschrieben, wurden der Zunder und die entkohlte Schicht bereits durch die Drehbearbeitung entfernt, und diese Abschnitte weisen hervorragende Zustände der Oberflächen auf, von denen die entkohlte Schicht entfernt wurde und bei denen ein Auftreten eines Grates unterbunden wurde. Bei einem Schritt, der sich an Schritt (S16) anschließt, werden daher die Abschnitte des gestuften Rings 7 zur Ausbildung der Außenring-Wälzfläche 11A und der Innenring-Innenumfangsfläche 12B, bei denen es sich um die Gebiete handelt, die bei Schritt (S15) abgedreht wurden, keiner spanenden Bearbeitung unterzogen.
Bezug nehmend auf 4 wird ein Trennungsschritt (S17) ausgeführt, bei dem der gestufte Ring 7 in einen Abschnitt, welcher den Außenring 11 bildet, und einen Abschnitt getrennt wird, der Innenring 12 bildet. Speziell wird der bei Schritt (S16) hergestellte gestufte Ring 7 auf einer Fläche entlang einem Liniensegment A zerschnitten (ringförmig zerschnitten) und getrennt (siehe 7). Weiter wird ein zweiter Drehbearbeitungsschritt (S18) als zweiter spanender Bearbeitungsschritt ausgeführt, bei dem ein Teil des gestuften Rings 7, der bei Schritt (S16) erzeugt wurde und bei Schritt (S17) getrennt wurde, durch spanende Bearbeitung entfernt. Insbesondere werden geformte Ringe, deren Formen ähnlich denen von Außenring 11 und Innenring 12 sind, dadurch hergestellt, dass lediglich Gebiete des abgetrennten gestuften Rings 7 abgesehen von den Gebieten abgedreht wurden, die beim ersten Drehbearbeitungsschritt abgedreht (spanend bearbeitet) wurden, siehe 7.
Bezug nehmend auf 4 wird ein Wärmebehandlungsschritt ausgeführt, bei dem eine Wärmebehandlung der bei Schritt (S18) hergestellten geformten Ringe durchgeführt wird. Der Wärmebehandlungsschritt beinhaltet einen Abschreckhärtungsschritt (S19) und einen Anlassschritt (S20). Bei Schritt (S19) werden die geformten Ringe erwärmt, und sie werden von einer Temperatur von mindestens dem A₁-Punkt des die geformten Ringe bildenden Stahls (beispielsweise SUJ2) auf eine Temperatur nicht oberhalb einem M_s-Punkt abgekühlt, so dass eine Abschreckhärtung der geformten Ringe erfolgt. Speziell werden die geformten Ringe dadurch einer Abschreckhärtung unterzogen, dass sie auf eine Temperatur von mindestens 800°C und nicht mehr als 1000°C, z. B. 850°C, welches eine Temperatur von mindestens dem A₁-Punkt ist, erwärmt werden, diese Temperatur wird für eine Zeit von mindestens 30 Minuten, und nicht mehr als 150 Minuten, z. B. 60 Minuten, gehalten, und diese werden danach in Öl (Ölkühlung) eingetaucht, um auf eine Temperatur nicht oberhalb des M_s-Punktes abgekühlt zu werden.
Der A₁-Punkt bezeichnet einen Punkt, der einer Temperatur entspricht, bei welcher beim Erwärmen die Struktur des Stahls mit einer Transformation von Ferrit zu Austenit beginnt. Der M_s-Punkt bezeichnet einen Punkt, der einer Temperatur ent spricht, bei der der Stahl bei seinem Abkühlen eine Transformation von Austenit zu Martensit beginnt.
Bei Schritt (S20) werden weiter die abschreckgehärteten geformten Ringe auf eine Temperatur unterhalb des A₁-Punktes erwärmt, um ein Anlassen durchzuführen. Speziell werden die abschreckgehärteten geformten Ringe auf eine Temperatur von mindestens 150°C, und nicht mehr als 350°C, z. B. 180°C erwärmt, bei der es sich um eine Temperatur unterhalb des A₁-Punktes handelt, diese wird für eine Zeit von mindestens 30 Minuten und nicht mehr als 240 Minuten, z. B. 120 Minuten, gehalten, und danach erfolgt ein Kühlen in Luft von Raumtemperatur (Luftkühlung).
Bezug nehmend auf 4 wird ein Endbearbeitungsschritt (S21) ausgeführt. Speziell wird eine Endbearbeitung wie beispielsweise Schleifen oder Superfinish, bei den geformten Ringen ausgeführt, die dem Wärmebehandlungsschritt unterzogen werden. Sogar wenn bei Schritt (S16) eine Gratbildung erfolgt ist, ist deren Ausmaß gering, und damit erfolgt durch diese Endbearbeitung eine ausreichende Entfernung des Grates. Auf diese Weise werden der Außenring 11 und der Innenring 12 als Lagerringe (Wälzkontaktelemente) des Wälzlagers fertiggestellt.
Gemäß dem Verfahren zur Fertigung von Lagerringen (Wälzkontaktelementen) eines Wälzlagers sowie eines Wälzlagers dieser Ausführungsform, wie zuvor beschrieben, werden eine erste Stirnseite 6A und eine Innenumfangsfläche 6B des Rohling-Rings 6 bei Schritt (S15) so abgedreht, dass der Zunder und die entkohlte Schicht von diesen Abschnitten entfernt werden. Dabei weist der Rohling-Ring 6 relativ einfache Gestalt auf, und der Platz zur Auswahl des Gebietes zum Halten des Rohling-Rings 6 bei der Drehbearbeitung ist groß. Daher kann die zuvor erwähnte Drehbearbeitung relativ problemlos und zu niedrigen Kosten ausgeführt werden.
Bei Schritt (S16) werden die Teile des Rohling-Rings 6, von denen der Zunder und die entkohlte Schicht bei Schritt (S15) entfernt wurden, zu den Formen von Außenring 11 und Innenring 12 ausgebildet, so dass sie zum gestuften Ring 7 werden, und bei diesen Teilen erfolgt danach bei den Schritten bis zur Fertigstellung von Außenring 11 und Innenring 12 keine spanende Bearbeitung.
Mit anderen Worten werden bei den Verfahren zur Fertigung eines Wälzkontaktelementes und eines Wälzlagers gemäß dieser Ausführungsform, betreffend die erste Stirnseite 6A und die Innenumfangsfläche 6B, die der Außenring-Wälzfläche 11A und der Innenring-Innenumfangsfläche 12B entsprechen, bei denen keine unregelmäßige Formgebung erfolgt und bei denen eine Umformungsbearbeitung durch das Kaltschmieden durchgeführt werden kann, die entkohlte Schicht und der Zunder durch Abdrehen dieser Teile entfernt, und zwar in dem Zustand des Rohling-Rings 6, bei dem er relativ einfache Gestalt hat, bevor das Kaltschmieden ausgeführt wird. Dann wird das Kaltschmieden bei Schritt (S16) ausgeführt, wodurch bei diesen Teilen ein Umformen zu Außenring 11 und Innenring 12 durchgeführt wird, und zwar in dem Zustand, bei dem die Probleme wie beispielsweise ein ungenügendes Abschreckhärten und verbleibende Zugspannungen, die der entkohlten Schicht zuzuschreiben sind, und ein Auftreten eines Grates, das dem Zunder zuzuschreiben ist, in diesen Teilen gelöst sind. Daher kann ein Fertigstellen dieser Teile einfach dadurch erfolgen, dass eine Endbearbeitung wie beispielsweise Schleifen und Superfinish nach der Wärmebehandlung durchgeführt wird, wodurch es möglich ist, nach Schritt (S16) keine spanende Bearbeitung durchzuführen. Die Genauigkeit (Fertigungstoleranzen) und die Oberflächenrauheit der fertig bearbeiteten Oberfläche beim Kaltschmieden sind durch die Gesenkgenauigkeit bestimmt, und eine Genauigkeit, die zumindest einer aktuellen Drehbearbeitungsgenauigkeit entspricht, kann beibehalten werden, wodurch kein Problem betreffend eine Genauigkeit bei Kaltschmiede-Oberflächengüte auftritt.
Betreffend Teile, die schwierig mittels Kaltschmieden umzuformen sind, und zwar aufgrund dessen, dass Flansche oder dergleichen im Außenring 11 und im Innenring 12 ausgebildet werden müssen, ist andererseits eine spanende Bearbeitung wie beispielsweise eine Drehbearbeitung nach Schritt (S16) erforderlich. Sogar wenn ein Grat und eine entkohlte Schicht nach dem Kaltschmieden betreffend diese Teile zu rückbleiben, werden diese bei Schritt (S18) entfernt. Daher treten weder Probleme auf, die einer Bildung der entkohlten Schicht zuzuschreiben sind, noch Probleme, die einer Zunderbildung zuzuschreiben sind, sogar wenn diese Teile bei Schritt (S15) nicht einer Drehbearbeitung unterzogen werden.
Mit anderen Worten können gemäß dem Verfahren zur Fertigung eines Wälzkontaktelementes und eines Wälzlagers dieser Ausführungsform, Gebiete, die der Drehbearbeitung bei dem nach dem Kaltschmieden ausgeführten Schritt (S18) unterzogen werden, beim Außenring 11 und Innenring 12 verkleinert werden, wobei dabei gleichzeitig Probleme, die der Bildung der entkohlten Schicht zuzuschreiben sind, und die Probleme, die der Zunderbildung zuzuschreiben sind, vermieden werden. Die Formen der geformten Ringe, die bei Schritt (S18) einer Drehbearbeitung unterzogen wurden, sind im Vergleich zum Rohling-Ring 6 komplizierter und sind so nahe zur Gestalt des fertigen Produktes, dass der Platz zur Auswahl des Gebietes, die beim Drehen gehalten wird, gering ist, und somit besteht eine Tendenz, dass die Kosten für die Drehbearbeitung bei Schritt (S18) steigen. Daher können die Fertigungskosten für das Wälzkontaktelement und das Wälzlager gesenkt werden, und dabei kann die Materialausbeute durch Verkleinern von Gebieten, die der Drehbearbeitung bei Schritt (S18) unterzogen werden, verbessert werden, wie zuvor beschrieben wurde.
(Beispiel 1)
Beispiel 1 der Erfindung wird nachfolgend beschrieben. Betreffend Zustände von Oberflächenschichtabschnitten von gestuften Ringen unmittelbar nach einem Kaltschmieden wurde ein Versuch durchgeführt, bei dem ein Laufringelement eines Wälzlagers gemäß der Erfindung mit einem Laufringelement eines herkömmlichen Wälzlagers verglichen wurde. Die Prozedur des Versuches ist wie folgt: Als Erstes wird ein Verfahren zur Herstellung von Probestücken beschrieben, die einer Prüfung unterzogen werden. Als Erstes wurde ein Stahlbarren aus SUJ2 gemäß JIS hergestellt. Dieser wurde als Material verwendet, und das Verfahren zur Herstellung eines Wälzkontaktelementes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, das mit Bezug auf 4 beschrieben wurde, wurde bis zu Schritt (S16) ausgeführt. Der erhaltene gestufte Ring wurde als Probestück verwendet (Beispiel der Erfindung). Andererseits wurden in ähnlicher Weise erzeugte Stahlbarren aus SUJ2 als Material verwendet, und die herkömmlichen Verfahren zur Fertigung von Wälzlagern, die mit Bezug auf 11 und 12 beschrieben wurden, wurden jeweils bis zu den Schritten (S116) ausgeführt. Die erhaltenen gestuften Ringe wurden jeweils als Probestücke verwendet (Vergleichsbeispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2).
Dann wurden die gestuften Ringe entlang Flächen senkrecht zu Oberflächen (Prüfflächen), welche Außenring-Wälzflächen bilden, zerschnitten. Diese Schnitte wurden poliert und danach durch Pikral (alkoholische Pikrinsäurelösung) korrodiert, und Abschnitte um die Prüfoberflächen herum wurden mit einem optischen Mikroskop betrachtet.
Die Versuchsergebnisse bei Beispiel 1 werden nun mit Bezug auf 8 bis 10 beschrieben. Bezug nehmend auf die 8 bis 10 handelt es sich bei den Oberseiten jeweils um die Außenringwälzoberfläche-Seite, weiße Gebiete zeigen eine Stahlbasis, und schwarze Punkte sind Zementit (Eisenkarbid: Fe₃C).
Bezug nehmend auf 8 wird eine Prüfoberfläche 90 dadurch erzeugt, dass das Warmschmieden und das Glühen bei Schritt (S113) und Schritt (S114A) in Luft ausgeführt wird, wie zuvor beschrieben wurde, und ein Kaltschmieden der Oberfläche dann wie bei Vergleichsbeispiel 1 ausgeführt wird. Bei Vergleichsbeispiel 1 wird daher eine entkohlte Schicht, die eine geringe Menge an Zementit aufweist, um Prüfoberfläche 90 herum beobachtet. In Vergleichsbeispiel 1 wird weiter nicht nur ein Grat 91 beobachtet, sondern aufgrund von Zunderbildung tritt auch beträchtliche Unregelmäßigkeiten in Prüfoberfläche 90 auf. Falls ein Lagerring des Wälzlagers fertiggestellt wird, ohne dass ein Entfernen von Prüfoberfläche 90 durch eine Drehbearbeitung oder dergleichen erfolgt, kann daher die entkohlte Schicht durch Schlei fen nicht vollständig entfernt werden, und Probleme verbleibender Zugspannungen und einer ungenügenden Abschreckhärtung, die der entkohlten Schicht zuzuschreiben sind, treten auf der Außenring-Wälzfläche auf. Weiter weiß man auch, dass Grat 91 als Defekt wirkt, der die Wälzkontakt-Dauerfestigkeit des Lagerrings verringert.
Bezug nehmend auf 9 tritt andererseits eine entkohlte Schicht, die beim Warmumformen bei Schritt (S113) erzeugt wird, aufgrund des Rückkohlungsglühen bei Schritt (S114B) von Vergleichsbeispiel 2 auf. Bei Vergleichsbeispiel 2 ist daher keine entkohlte Schicht um eine Prüfoberfläche 90 herum zu beobachten. Bei Vergleichsbeispiel 2 wird jedoch das Kaltschmieden bei Schritt (S116) ausgeführt, ohne dass ein bei Schritt (S113) erzeugter Grat vollständig entfernt wird. Bei Vergleichsbeispiel 2 wird daher nicht nur ein Grat 91 beobachtet, sondern es treten auch beträchtliche Unregelmäßigkeiten in der Prüffläche 90 auf. Falls ein Lagerring des Wälzlagers fertiggestellt wird, ohne die Prüfoberfläche 90 durch eine Drehbearbeitung oder dergleichen zu abzutragen, weiß man daher, dass Grat 91, der sich aufgrund des Einflusses der Unregelmäßigkeiten nicht vollständig entfernen lässt, in Abhängigkeit von Schleifzugabetoleranzen als Defekt wirkt, so dass die Wälzkontakt-Dauerfestigkeit des Wälzlagers verringert wird.
Bezug nehmend auf 10 wird eine Prüfoberfläche 90 dadurch erzeugt, dass eine Drehbearbeitung bei Schritt (S15) durchgeführt wird und danach ein Kaltschmieden bei Schritt (S16) des Beispiels gemäß der Erfindung durchgeführt wird. Beim Beispiel gemäß der Erfindung wird daher keine entkohlte Schicht um Prüfoberfläche 90 herum beobachtet. Beim Beispiel gemäß der Erfindung ist daher nicht nur kein Grat zu beobachten, sondern die Oberfläche der Prüfoberfläche 90 ist auch glatt. Bezüglich der Prüfoberfläche 90 ist es daher möglich, keine spanende Bearbeitung wie beispielsweise eine Drehbearbeitung durchzuführen, und es versteht sich, dass Probleme, die einer Bildung einer entkohlten Schicht zuzuschreiben sind, und Probleme, die einer Zunderbildung zuzuschreiben sind, gleichzeitig vermieden werden können, und zwar durch Ausführen des Verfahrens bis zu Schritt (S21) gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, die mit Bezug auf 4 beschrieben wurde. Mit anderen Worten wurde bestätigt, dass die Herstellungskosten dadurch gesenkt werden können, dass Gebiete des Wälzkontaktelementes, die einer spanenden Bearbeitung wie beispielsweise einem nach Warmschmieden und Glühen auszuführenden Drehen unterzogen werden, verkleinert werden können, wobei dabei gleichzeitig Probleme, die einer Bildung der entkohlten Schicht zuzuschreiben sind, und Probleme, die der Zunderbildung zuzuschreiben sind, gemäß dem Verfahren der Erfindung zur Fertigung eines Wälzkontaktelementes vermieden werden können.
Die hier offenbarten Ausführungsformen und Beispiele verstehen sich lediglich erläuternd und nicht einschränkend. Der Schutzumfang der Erfindung ergibt sich nicht aus obiger Beschreibung, sondern durch die Patentansprüche, und es versteht sich daher, dass alle Modifikationen eingeschlossen sind, die innerhalb von Bedeutung und Bereich liegen, die zum Schutzumfang der Patentansprüche äquivalent sind.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Das Verfahren zur Fertigung eines Wälzkontaktelementes, das Verfahren zur Fertigung eines Wälzlagers, das Laufringelement eines Wälzlagers und das Wälzlager gemäß der Erfindung sind insbesondere nutzbringend anwendbar auf ein Verfahren zur Fertigung eines Wälzkontaktelementes, das aus einem mindestens 0,7 Massen-% Kohlenstoff enthaltenden Stahl besteht, ein Verfahren zur Fertigung eines Wälzlagers, ein Laufringelement für ein Wälzlager und ein Wälzlager.
ZUSAMMENFASSUNG:
Mit einem Verfahren zur Fertigung eines Wälzkontaktelementes, mit dem gleichzeitig das einer Bildung einer entkohlten Schicht zuzuschreibende Problem und das einer Zunderbildung zuzuschreibende Problem vermieden wird, wird eine Senkung der Fertigungskosten erzielt. Das Verfahren beinhaltet den Stahlelement-Herstellungsschritt, bei dem ein Stahlelement hergestellt wird, das aus einem 0,7 Massen-% oder mehr Kohlenstoff enthaltenden Stahl besteht; den Warmschmiedeschritt, bei dem ein Warmschmieden des beim Stahlelement-Herstellungsschritt hergestellten Stahlelement durchgeführt wird, wodurch ein Rohling-Ring als erstes geschmiedetes Element erhalten wird; den ersten Drehbearbeitungsschritt, bei dem eine Drehbearbeitung des Rohling-Rings, der beim Warmschmiedeschritt erhalten wurde, durchgeführt wird, wodurch ein Teil des Rohling-Rings entfernt wird; und den Kaltschmiedeschritt, bei dem ein Kaltschmieden des Rohling-Rings, der beim ersten Drehbearbeitungsschritt bearbeitet wurde, durchgeführt wird, um einen gestuften Ring zu erhalten. Bei den Schritten, die sich an den Kaltschmiedeschritt anschließen, wird beim gestuften Ring das Gebiet, das beim ersten Drehbearbeitungsschritt bearbeitet wurde, keiner spanenden Bearbeitung unterzogen.

1: Kegelrollenlager,
2: Rillenkugellager,
5: Stahlelement,
6: Rohling-Ring,
6A: Stirnseite,
6B: Innenumfangsfläche,
6C: Stirnseiten-Oberflächenschichtabschnitt,
6D: Innenumfangs-Oberflächenschichtabschnitt,
7: Gestufter Ring,
7A: Großer ringförmiger Abschnitt,
7B: Kleiner ringförmiger Abschnitt,
11, 21: Außenring,
11A, 21A: Außenring-Wälzfläche,
12, 22: Innenring,
12A, 22A: Innenring-Wälzfläche,
12B: Innenring-Innenumfangsfläche,
13: Rolle,
14, 24: Käfig,
23: Kugel,
90: Prüfoberfläche,
91: Grat.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- JP 2002-285233 [0007, 0007]
- JP 2003-194072 [0007, 0007]
- JP 9-176740 [0007, 0007]
- JP 11-347673 [0007, 0007]

Claims

Verfahren zur Fertigung eines Wälzkontaktelementes, aufweisend: einen Stahlelement-Herstellungsschritt, bei dem ein Stahlelement hergestellt wird, das aus einem mindestens 0,7 Massen-% Kohlenstoff enthaltenden Stahl besteht; einen Warmschmiedeschritt, bei dem ein erstes geschmiedetes Element durch Warmschmieden des Stahlelementes hergestellt wird, das bei dem Stahlelement-Herstellungsschritt hergestellt wurde, einen spanenden Bearbeitungsschritt (cutting step), bei dem ein Teil des ersten geschmiedeten Elementes durch spanende Bearbeitung des ersten geschmiedeten Elementes entfernt wird, das bei dem Warmschmiedeschritt hergestellt wurde; und einen Kaltschmiedeschritt, bei dem ein zweites geschmiedetes Element durch Kaltschmieden des ersten geschmiedeten Elementes hergestellt wird, das bei dem spanenden Bearbeitungsschritt einer spanenden Bearbeitung unterzogen wurde, wobei ein Gebiet des zweiten geschmiedeten Elementes, bei dem eine spanende Bearbeitung bei dem spanenden Bearbeitungsschritt erfolgt ist, keine spanende Bearbeitung bei einem an den Kaltschmiedeschritt anschließenden Schritt erfährt.
Verfahren zur Fertigung eines Wälzlagers, aufweisend: einen Laufringelement-Fertigungsschritt, bei dem ein Laufringelement gefertigt wird, einen Wälzelement-Fertigungsschritt, bei dem ein Wälzelement gefertigt wird, und einen Montageschritt, bei dem ein Wälzlager dadurch zusammengebaut wird, dass das Laufringelement, das bei dem Laufringelement-Fertigungsschritt gefertigt wurde, und das Wälzelement, das bei dem Wälzelement-Fertigungsschritt gefertigt wurde, miteinander vereinigt werden, wobei der Laufringelement-Fertigungsschritt mittels des Verfahrens zur Fertigung eines Wälzkontaktelementes gemäß Anspruch 1 ausgeführt wird.
Laufringelement (11, 12, 21, 22) eines Wälzlagers, das mittels des Verfahrens zur Fertigung eines Wälzkontaktelementes gemäß Anspruch 1 gefertigt wird.
Lagerring (11, 12) eines Kegelrollenlagers, der mittels des Verfahrens zur Fertigung eines Wälzkontaktelementes gemäß Anspruch 1 gefertigt wird.
Wälzlager (1, 2), aufweisend: ein Laufringelement (11, 12, 21, 22); und eine Mehrzahl von Wälzelementen (13, 23), die auf einer ringförmigen Laufbahn in Kontakt mit dem Laufringelement (11, 12, 21, 22) angeordnet sind, wobei das Laufringelement (11, 12, 21, 22) das Laufringelement (11, 12, 21, 22) eines Wälzlagers gemäß Anspruch 3 ist.