NL1006539C2 - Werkwijze voor het uitvoeren van een warmtebehandeling op metalen ringen, en aldus verkregen lagerring. - Google Patents

Description

Werkwijze voor het uitvoeren van sm warmtebehandeling op metalen ringen, en aldus verkregen laeerring.

De uitvinding betreft een werkwijze voor het uitvoeren van een 5 warmtebehandeling op stalen ringen, in het bijzonder voor lagers, waarbij het uitwendig oppervlak en het inwendig oppervlak van een voorverwarmde ring worden blootgesteld aan verschillende stromen van een koelmedium zodanig dat de gebieden van de ring nabij die oppervlakken worden blootgesteld aan verschillende koelprocessen.

10 Een werkwijze van dit soort is bekend uit de gepubliceerde

Japanse octrooiaanvrage (SHO) 61-235509· Met deze werkwijze kan een lagerring worden vervaardigd waarvan de inwendige en uitwendige oppervlakken verschillende hardheden bezitten. Daartoe wordt een stalen ring gedeeltelijk door afschrikken gehard door één oppervlak 15 daarvan bloot te stellen aan een koelnevel. Tegelijkertijd wordt het andere oppervlak blootgesteld aan een stroming uit gecomprimeerde lucht. Daardoor verkrijgt het uitwendig oppervlak een hardheid die voortvloeit uit het afschrikproces, terwijl in het inwendig oppervlak een hardheid kan verkrijgen die overeenkomt met een temperproces.

20 Hoewel deze bekende werkwijze een zekere verbetering meebrengt in de mechanische eigenschappen van lagerringen, is zijn nuttige toepassing beperkt. Het proces is in het bijzonder bestemd voor het verschaffen van verbeteringen in lagers, die moeten worden toegepast in een mastrol voor een vorkhefinrichting, waarbij het uitwendig 25 oppervlak van de uitwendige ring in rollende aanraking is met een mastrail.

Het doel van de uitvinding is een algemene warmtebehandelingswerkwijze te verschaffen door het vervaardigen van ringen, in het bijzonder voor lagers van een willekeurig soort, welke 30 veel breder kan worden toegepast. Bij het normale proces van het vervaardigen van dergelijke lagerringen, wordt volgens een eerste stap een ring gesneden uit een buis, of gesmeed uit een geschikt staalmateriaal. Volgens een verdere mogelijkheid, kan een dergelijke ring worden vervaardigd door koud rollen en heet vormen. Vervolgens 35 worden die ringen onderworpen aan een draaiwerking, en vervolgens worden zij onderworpen aan een warmtebehandeling.

De warmtebehandeling betreft het verwarmen van de ringen tot een temperatuur van ongeveer de austeniet temperatuur, het vervolgens 1006539 2 uitvoeren van een afschrikbehandeling ter verkrijging van een martensietstructuur, en tenslotte het temperen.

Bij deze behandelingen raakt de betreffende ring vervormd als gevolg waarvan de vorm en afmetingen van de ringen veranderen en 5 bijvoorbeeld de onrondheid toeneemt. Teneinde de ring geschikt te maken voor toepassing in een lager, moeten zijn afmetingen hersteld worden tot binnen nauwere toleranties, hetgeen een kostbare slijpbewerking meebrengt.

De veranderingen in afmetingen van het staalmateriaal kunnen op 10 basis van ervaring redelijk worden voorspeld. Deze veranderingen vloeien onder andere voort uit de volumeverandering welke plaatsvindt tijdens het martensiet overgangsproces bij het afschrikken. De veranderingen in de vorm van de ringen zijn echter minder goed voorspelbaar. Deze veranderingen vloeien voort uit "inhomogeniteiten" 15 in de ringen, zoals in hun chemische samenstelling, microstructure, mogelijke ontkoling en vervormingen.

De belangrijkste variaties in de vorm vloeien echter voort uit verschillen in restspanningen. Tenslotte wordt de vorm van de ringen beïnvloedt door plastische deformaties voor en tijdens de 20 warmtebehandeling en na het afschrikken.

Het doel van de uitvinding is derhalve een werkwijze te verschaffen door middel waarvan de variaties in de vorm van de ringen op een betrouwbaarder wijze kan worden beheerst. Dat doel wordt bereikt door het regelen van de stromingstoevoer op zodanige wijze dat 25 een gewenst inwendig spanningspatroon in die ring wordt verkregen door middel van het regelen van het voortschrijden van de fasetransformatie van een austeniet materiaalstructuur naar een martensiet of bainiet materiaals tructuur.

De stromingen van het koelmedium, zoals een koelnevel of mist, 30 die beide nauwkeurig worden geregeld, worden nu gebruikt voor het verkrijgen van een spanningspatroon in de ring dat minder vervormingen meebrengt. Voor het vervaardigen van een ring voor een lager met een loopbaan op een van zijn oppervlakken, wordt de nevel of misttoevoer aan die oppervlakken in het bijzonder zodanig geregeld dat 35 drukspanningen worden verkregen in het oppervlaktegebied nabij de loopbaan.

De drukspanningen nabij de loopbaan, die gebalanceerd worden door trekspanningen nabij het andere oppervlak van de ring, hebben ook een

100R^3Q

3 positieve invloed op het gedrag van de ring bij het rollende contact met de rollen, waardoor de ontwikkeling van scheurtjes die zouden voortvloeien uit vermoeiing als gevolg van het rollende contact worden tegengegaan.

5 De werkwijze volgens de uitvinding kan verder verbeterd door de ring in axiale richting in te klemmen, waarbij de klemkracht zodanig wordt geregeld dat onrondheid als gevolg van het koelproces zo klein mogelijk wordt gemaakt.

Teneinde het vervaardigingsproces nauwkeurig te kunnen regelen, 10 wordt de oppervlaktetemperatuur van ten minste één oppervlak gemeten.

Het koelmedium, zoals een nevel of mist, kan worden gevormd met water en lucht op een geschikte temperatuur, bijvoorbeeld in het gebied van 0-50'c en onder een overdruk. Beide oppervlakken van de ringen kunnen tegelijkertijd behandeld worden met een mengsel van een 15 koelmiddel, zoals water en/of lucht.

Tijdens dit proces kan de ring rond zijn hartlijn worden geroteerd met hoeksnelheden in het gebied van 0-200 omwentelingen per minuut.

Zoals genoemd, wordt de nevel- of misttoevoer zodanig geregeld 20 dat een martensiet microstructuur van staalmateriaal wordt verkregen; tegelijkertijd wordt de in axiale richting uitgeoefende klemkracht geregeld in afhankelijkheid van de temperatuurdaling van de ring tot in zijn algemeenheid onder de martensiet overgangstemperatuur. De stromingen van de nevel of mist worden derhalve volgens een 25 voorafbepaalde koelcurve in het fasediagram geregeld.

De uitvinding betreft ook een stalen lagerring, vervaardigd door middel van de hiervoor beschreven werkwijze, waarbij het gebied nabij het oppervlak voor de loopbaan van de ring drukspanningen bevat en het tegenovergelegen gebied trekspanningen bevat volgens een gewenst 30 spanningspatroon.

De uitvinding betreft verder een inrichting voor het uitvoeren van een warmtebehandeling op stalen ringen, omvattende een steunmiddel voor een te behandelen ring, eerste en tweede toevoermiddelen voor het toevoeren van een nevel of mist van een vloeistof, gas of combinatie 35 daarvan aan het uitwendig oppervlak respectievelijk het inwendig oppervlak van de ring, alsmede regelmiddelen voor het regelen van de toevoer van de nevel of mist ter verkrijging van een gewenst inwendig spanningspatroon in de ring bij omgevingstemperatuur.

! ή

De inrichting omvat ook een steunmiddel voorzien van een spanklem voor het axiaal inklemmen van de ring.

De spanklem omvat een bovenste bek en een onderste bek, die door middel van cilinder/zuigerinrichtingen naar elkaar toe kunnen worden 5 bewogen voor het inklemmen van een ring, welke onderste bek draaibaar is ondersteund met betrekking tot de assen door middel van lagers.

De door de cilinder/zuigerinrichtingen uitgeoefende klemkracht en de draaisnelheid van de bekken wordt geregeld door de regelmiddelen.

De uitvinding zal verder onder verwijzing naar de figuren worden 10 beschreven.

Figuur 1 toont een inrichting voor het uitvoeren van de werkwijze volgens de uitvinding, in de fase van het positioneren van een ring.

Figuur 2 toont de inrichting volgens figuur 1 in bedrijf.

Figuur 3 toont een overzicht van het regelsysteem voor de 15 inrichting volgens de uitvinding,

De inrichting in figuren 1 en 2 omvat een basis 1, ondersteunende pneumatische cilinder/zuigerinrichtingen 2 alsmede vaste kolommen 16. Aan de bovenkant van de cilinder/zuigerinrichtingen 2 is een onderste gestel 3 gemonteerd, dat een onderste bek 17 draagt, die door middel 20 van een verdere cilinder/zuigerinrichting 10 op en neer beweegbaar is met betrekking tot het gestel 3·

Aan het bovenste eind van de kolommen 16 is een bovenste gestel 7 gemonteerd, dat een vaste bovenste bek 14 draagt. De kolommen 16 dragen verder een toevoerring 16 voorzien van een aantal radiaal naar 25 binnen gerichte sproeimondstukken 5· Door het bovenste gestel 7 en de bovenste bek lk strekt zich een toevoerbuis 8 uit, waarvan het onderste einde is voorzien van een radiaal naar buiten gericht sproeimondstuk 13.

In bedrijf wordt een ring uit staalmateriaal 12 op de onderste 30 bek 17 geplaatst, die zich nog in zijn onderste positie bevindt.

Vervolgens worden de hydraulische zuiger/cilinderinrichtingen 2 en 10 in bedrijf gesteld, zodanig dat de bovenrand van ring 12 ingeklemd wordt tussen de onderste bek 17 en de bovenste bek 14. Door middel van de druksensor 9, geplaatst tussen het onderste eind van de 35 zuiger/cilinderinrichting 10 en het gesteldeel 11 van het onderste gestel 3. kan de op de ring 12 uitgeoefende klemkracht worden geregeld.

De onderste bek 17 en de bovenste bek 14 zijn opgenomen in lagers 5 11. 15. zodanig dat bij bekrachtigen van een (niet getoonde) aandrijf motor, deze bekken 17, 14 samen met de ring 12 in draaiing worden gebracht. Verder wordt een mengsel uit water en lucht onder druk toegevoerd aan de buis 6 en 8, zodanig dat een geregelde stroming 5 van een gekoeld water/luchtmengsel op het uitwendig oppervlak en het inwendig oppervlak van ring 12 wordt gesproeid.

Zoals weergegeven in de schematische weergave van figuur 3. wordt de inrichting volgens figuren 1 en 2 bedreven door computer 18. Deze computer bevat geschikte programma's voor het besproeien van het 10 inwendige en uitwendige oppervlak van ring 12. Informatie betreffende temperatuur van de ring 12 wordt toegevoerd aan regeleenheid 18, zoals gemeten door het contactthermokoppel 19 of de contactvrije sensor 20.

Computer 18 regelt de kleppen 21, 22 respectievelijk 23, 24 voor het instellen van de toevoer van water respectievelijk lucht aan de 15 nozzles 5 en 13. De kleppen 21, 23 worden via leiding 25 gevoed vanuit een luchtbuffer 26; kleppen 22, 24 worden via leiding 27 gevoed vanuit een waterbuffer 28.

Verder regelt de regeleenheid 18 de klep 29 in verband met het instellen van de druk in de zuiger/cilinderinrichting 10, en daardoor 20 voor het instellen van de klemkracht die door de onderste bek 17 en de bovenste bek 14 op ring 12 wordt uitgeoefend.

Door de regeleenheid 18 op een geschikte wijze te programmeren, kan elke koel/afschrikprocedure voor de ring 12 worden gesimuleerd. Zo zou, zelfs wanneer water en lucht worden gebruikt als een 25 (milieuvriendelijk) koelmedium, een oliekoelcurve kunnen worden verkregen door eenvoudigweg de kleppen 21-24 op de gewenste wijze te regelen.

In dit proces worden de vervormingen van de ring zo klein mogelijk gemaakt door de gewenste axiale klemkracht op ring 12 door 30 middel van onderste bek 17 en bovenste bek 14 uit te oefenen, eveneens geregeld door regeleenheid 18.

100^5?9 1

Claims (21)

1. Werkwijze voor het uitvoeren van een warmtebehandeling op stalen ringen, in het bijzonder voor lagers, waarbij het uitwendig 5 oppervlak en het inwendig oppervlak van een voorverwarmde ring worden blootgesteld aan verschillende stromen van een koelmedium zodanig dat de gebieden van die oppervlakken worden blootgesteld aan verschillende koelprocessen, gekenmerkt door het regelen van de stromingstoevoer op zodanige wijze dat een gewenst inwendig spanningspatroon in die ring 10 wordt verkregen door middel van het regelen van het voortschrijden van de fasetransformatie van een austeniet materiaalstructuur naar een martensiet of bainiet materiaalstructuur.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij het koelmedium bestaat 15 uit een vloeistof, gas of combinatie daarvan.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2 voor het vervaardigen van een ring voor een lager met een loopbaan op een van zijn oppervlakken, waarbij de toevoer van koelmedium aan die oppervlakken zodanig wordt 20 geregeld dat drukspanningen worden verkregen nabij het oppervlak voor de loopbaan van het lager.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, 2 of 3. waarbij de ring in axiale richting wordt ingeklemd in zijn binnendiameters, en de 25 klemkracht zodanig wordt geregeld dat de onrondheid als gevolg van het koelproces tot een minimum beperkt wordt gehouden.

5· Werkwijze volgens conclusie 4, waarbij de klemkracht wordt geregeld volgens een voorgeschreven traject. 30

6. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de oppervlaktetemperatuur van ten minste één oppervlak wordt gemeten voor het regelen van het/de koelproces/processen. 35

7· Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het koelmedium een nevel of mist is gevormd door water en/of lucht op een geschikte temperatuur in het gebied van bijvoorbeeld 0-50°C en bij een bepaalde overdruk. 1006539

8. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de ring en mondstukken worden gedraaid rond de hartlijn van de ring op een relatieve snelheid in het gebied van 0-200 omwentelingen per minuut. 5

9· Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de koelmediumtoevoer zodanig wordt geregeld dat een martensiet microstructuur of bainietstructuur aan het staalmateriaal wordt verkregen. 10

10. Werkwijze volgens conclusies 4 en 9. waarbij de klemkracht die in axiale richting wordt uitgeoefend wordt geregeld met betrekking tot de temperatuurval van de ring tot in zijn algemeenheid onder de martensiet overgangstemperatuur. 15

11. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de stromingen van het koelmedium worden geregeld volgens een voorafbepaalde koelkromme in het transformatiediagram.

12. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het koelproces zodanig wordt geregeld dat een gewenst inwendig spanningspatroon wordt verkregen.

13· Stalen lagerring, vervaardigd door middel van de werkwijze 25 volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het gebied nabij het oppervlak voor de loopbaan van de ring drukspanningen heeft en het tegenovergelegen gebied balancerende trekspanningen bezit volgens een gewenst spanningspatroon.

14. Inrichting voor het uitvoeren van een warmtebehandeling op stalen ringen volgens de werkwijze van een van de voorgaande conclusies, omvattende een steunmiddel (1-3, 7. 9~12, 14-17) voor een te behandelen ring (12), eerste (5. 6, 23, 24) en tweede (8, 13, 21, 22) toevoermiddelen voor het toevoeren van een nevel of mist van een 35 vloeistof, gas of een combinatie daarvan aan het uitwendig oppervlak respectievelijk het inwendig oppervlak van de ring (12), alsmede regelmiddelen (18) voor het regelen van de toevoer van nevel of mist ter verkrijging van een gewenst inwendig spanningspatroon in de ring '-.:-0653 3 (12) bij omgevingstemperatuur.

15. Inrichting volgens conclusie 14, waarbij de steunmiddelen een spanklem (14, 17) omvatten voor het in axiale richting vastklemmen van 5 de ring.

16. Inrichting volgens conclusie 15, waarbij de spanklem een bovenste bek (14) en een onderste bek (17) omvat, welke door middel van cilinder/zuigerinrichtingen (2) naar elkaar toe kunnen worden 10 bewogen voor het vastklemmen van een ring (12).

17. Inrichting volgens conclusie 15 of 16, waarbij de bovenste bek (14) en de onderste bek (17) draaibaar met betrekking tot hun hartlijnen zijn ondersteund door middel van lagers (11, 15). 15

18. Inrichting volgens conclusie 16 of 17, waarbij de klemkracht uitgeoefend door de cilinder/zuigerinrichtingen (2), en de draaisnelheden van de bekken (14, 17) wordt geregeld door de regelmiddelen (18). 20

19. Inrichting volgens conclusie 18, waarbij de bovenste bek (14) een vaste positie heeft, en de onderste bek (17) is verbonden aan een cilinder/zuigerinrichting (10) voor het naar en vanaf de onderste bek (17) bewegen van de bovenste bek (14). 25

20. Inrichting volgens conclusie 19, waarbij de cilinder/zuigerinrichting (10) voor het bewegen van de onderste bek (17) is ondersteund in een subgestel (3). welk subgestel (3) is ondersteund door verdere cilinder/zuigerinrichtingen (2) voor het 30 verplaatsen van dat subgestel (3) in dezelfde richting als de onderste bek (17).

21. Inrichting volgens conclusie 20, waarbij het subgestel (3) een de transporteur (4) omvat voor het verplaatsen van een ring (12) 35 tot boven de onderste bek (17) in de positie van het subgestel (3) op een afstand van de bovenste bek (14). 1006539