TWI648122B - 導引軌之接近終輪廓的熱滾壓方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係有關於一種製造用於線性滾動軸承之導引軌(11)的方法，其中提供由鋼構成且具恆定之初始橫截面形狀(13)的條狀材料(12)，其中該條狀材料之長度至少為10m，其中該條狀材料係至少可局部硬化，其中以恆定之輸送速度使得該條狀材料(12)一個接一個地穿過加熱裝置(15)及滾壓裝置(16)，其中在該加熱裝置(15)中將該條狀材料(12)加熱至沃斯田化溫度，在該溫度下鋼中存在沃斯田鐵結構，其中在該滾壓裝置中使得該條狀材料發生塑性變形，其中在到達該滾壓裝置(16)之末端前，該條狀材料(12)之溫度達到存在沃斯田鐵結構的程度。根據本發明，在該條狀材料(12)穿過該滾壓裝置(16)後，立即將該條狀材料冷卻至在其可硬化區域內產生麻田散鐵結構的程度，其中隨後對該條狀材料(12)進行磨削(20)來完成對該導引軌(1)的加工，其中在所述塑性變形(16)與所述磨削(20)之間，在該導引軌(11)之經磨削的表面上不進行其他改變形狀的加工。

Description

導引軌之接近終輪廓的熱滾壓方法
本發明係有關於一種如申請專利範圍第1項之前言所述的製造導引軌的方法。
在先前技術中，DE 10 2008 008 632 A1描述過一種製造用於線性滾動軸承之導引軌的方法。其中，首先對坯料進行熱滾壓，使得坯料藉由塑性變形而獲得與導引軌之最終橫截面形狀接近的橫截面形狀。此坯料通常由可固化的鋼構成，故製造完畢之導引軌的接觸面具有足夠大的硬度。在熱滾壓後，以某種方式對坯料進行熱處理，使得其不處於硬化狀態，以便實施其他製造步驟。此等製造步驟包括冷拉製程，其中，在室溫下透過塑性變形改變此坯料之橫截面形狀，使得其與此導引軌之最終橫截面形狀接近，區別僅在於具經濟性的磨削加工餘量。通常對經冷拉之坯料進行邊緣層硬化，具體方式為，藉由感應式加熱裝置將此坯料之邊緣區域加熱至沃斯田化溫度，其中，隨後對此等邊緣區域進行淬火，從而產生麻田散鐵結構。隨後對經硬化之坯料進行磨削，從而完成導引軌的製造。
本發明所提出的製造方法的優點在於該所建議的方法成本較為低廉。
根據本發明提出一種製造用於線性滾動軸承之導引軌的方法，其中提供由鋼構成且具恆定之初始橫截面形狀的條狀材料，其中該條狀材料之長度至少為10m，其中該條狀材料係至少可局部硬化，其中以恆定之輸送速度使得該條狀材料一個接一個地穿過加熱裝置及滾壓裝置，其中在該加熱裝置中將該條狀材料加熱至沃斯田化溫度，在該溫度下鋼中存在沃斯田鐵結構，其中在該滾壓裝置中使得該條狀材料發生塑性變形，其中在到達該滾壓裝置之末端前，該條狀材料之溫度達到存在沃斯田鐵結構的程度，其中在該條狀材料穿過該滾壓裝置後，立即將該條狀材料冷卻至在其可硬化區域內產生麻田散鐵結構的程度，其中隨後對該條狀材料進行磨削來完成對該導引軌的加工，其中在所述塑性變形與所述磨削之間，在該導引軌之經磨削的表面上不發生其他改變形狀的加工。與先前技術之區別在於，在熱滾壓後即對該條狀材料進行硬化，其中對熱滾壓所需之熱量加以利用。冷拉處理步驟被完全省去。
較佳地將諸如C45E或56 NiCrMoV 7的可硬化鋼用作鋼材。但亦可採用僅能在經滲碳之表面區域內得到硬化的滲碳鋼。較佳地以熱處理後僅存在純相麻田散鐵結構的方式選擇鋼種。所述結構較佳地為細針式，且較佳為無粗粒及裂紋網。
就長度至少為10m之條狀材料而言，在此其特別是指在先前之處理步驟中不間斷製造的條狀材料。該條狀材料亦稱作連續的條狀材料，其中顯而易見的是，此種條狀材料之長度受所述先前之處理步驟的有 限工作時間的限制。
視所採用的鋼種，可透過對環境空氣的非調節式冷卻，或透過特別是採用冷卻裝置進行的調節式冷卻，來實施本發明提出的冷卻。其中，透過該較佳的調節式冷卻，可以某種方式對冷卻時的溫度特性曲線進行調節，以便儘可能減小產生麻田散鐵結構時該條狀材料的變形。
本發明之有利改進方案參閱附屬項。
該提供的條狀材料可具有為圓形且直徑為20mm至90mm的初始橫截面形狀。較佳地將經熱滾壓之線材用作條狀材料。尤佳地，所述線材之表面特別是透過預車削及/或磨削而經過切削加工。藉此便能將所提供之條狀材料的在熱滾壓後可能包含表面缺陷的，或碳含量以非期望之方式變化(特別是減少)的區域移除。
可提供一不間斷的條狀材料，具體方式為，將條狀材料之連續而有限的塊體的末端焊接在一起。較佳地以捲於捲軸或捲盤上之方式提供所述有限的塊體，其中，在焊接前將該等塊體自捲軸拆出並彎曲成直線狀。隨後透過加熱至沃斯田化溫度及隨之而來的再結晶過程將上述操作中產生的材料應力消除。
可在磨削前將相應之焊接點自該條狀材料切出，其中不使用該等焊接點來製造導引軌。在該等焊接點之區域內，必須將該加工完畢之導引軌的有所降低的品質考慮在內，故最初便使得此等塊體發生彎曲，其中較佳地對鋼料加以再利用。較佳地以下方式選擇該等焊接點之間距：使得該間距略大於該條狀材料之若干塊體的長度的整數倍，該等塊體為在本發明之方法的末尾在一個工序中得到磨削的塊體。
在該加熱裝置中，可對該條狀材料進行磁加熱及/或感應加熱及/或傳導加熱。該感應加熱較佳地以頻率調節的方式進行。根據一種較佳實施方式，將磁加熱與隨後的低頻感應加熱相結合。所提出之所有加熱方式的共同之處在於加熱非常迅速。在此需要指出的是，就原理而言，將該條狀材料自該加熱裝置之始端輸送至該滾壓裝置之末端所經過的時間非常短。亦即，該條狀材料僅在極短之時間段內具有較高之沃斯田化溫度。相應地，可供接近表面之層中的碳與環境空氣發生化學反應的時間段亦非常短。因此僅會發生極小程度的部分去碳。透過在該加熱裝置及/或滾壓裝置之區域內採用保護氣氛，可將該條狀材料之表面的非期望變化減小至最低程度。
該加熱裝置可將該條狀材料在其整個橫截面之範圍內加熱至一溫度，該溫度至少等於所述沃斯田化溫度。相應地，在該滾壓裝置中會在該條狀材料中產生較小的材料應力。毋需擔心該條狀材料之變形。需要指出的是，就傳統的製造方法而言，在採用感應加熱時僅會將條狀材料之表面加熱至沃斯田化溫度。
在該加熱裝置中，較佳地將該條狀材料最高加熱至其熔化溫度的2/3。如此便能在該滾壓裝置中實現該條狀材料的極精確的橫截面形狀。需要指出的是，若在對該條狀材料進行最終磨削時僅進行極小程度之物料移除，則能提高本發明之經濟性。與之對應地，根據一種較佳方案，在該滾壓裝置中實現該導引軌的一極精確的橫截面形狀，其與所期望的該導引軌之最終形狀非常接近。
該滾壓裝置可具有多個滾壓架。較佳地將所需的所有塑性變 形均勻地劃分至許多滾壓架，使得在每個滾壓架中僅發生極小的而又能極精確地實施的塑性變形。在沿輸送方向位於最後之滾壓架上發生的塑性變形較佳地小於，尤佳遠小於沿輸送方向的第一個滾壓架上的塑性變形。各滾壓架較佳地各具一專有的轉速調節式驅動器。該驅動器尤佳包括電馬達，特別是同步馬達。在對該等驅動器進行轉速調節時，較佳地將沿輸送方向作用於該條狀材料上的作用力考慮在內，且較佳地將其作為調節變量。較佳地使得該條狀材料處於拉應力之作用下。較佳地在將該等驅動器之驅動轉矩及/或該等電馬達之驅動電流考慮在內的情況下對所述作用力進行計算。
在對該條狀材料進行磨削時移除的磨削加工餘量較佳地最高為0.5mm。
該提供之條狀材料的表面可具有比內部更高的碳含量。較佳地以對該條狀材料進行滲碳的方式實現此種材料狀態。亦即，較佳地將該條狀材料包圍在含碳之環境(特別是碳粉)中並對其進行熱處理。
可以理解的是，在本發明範圍內，上述及下文將述及之特徵不僅可按本申請所給出的方式進行組合，也可按其他方式組合應用或單獨應用。
10‧‧‧輸送方向
11‧‧‧導引軌
12‧‧‧條狀材料
13‧‧‧初始橫截面形狀
14‧‧‧滾壓後的橫截面形狀
15‧‧‧加熱裝置
16‧‧‧滾壓裝置
17‧‧‧冷卻裝置
18‧‧‧噴嘴
19‧‧‧分離裝置
20‧‧‧磨削裝置
21‧‧‧導引軌之側面
22‧‧‧導引軌之頂面
23‧‧‧導引軌之底面
24‧‧‧軌道
25‧‧‧對稱平面
26‧‧‧支承區域
27‧‧‧旋轉軸
30‧‧‧麻田散鐵線
31‧‧‧第一冷卻曲線
32‧‧‧第二冷卻曲線
33‧‧‧第三冷卻曲線
t‧‧‧冷卻持續時間
T‧‧‧溫度
圖1為本發明之處理過程的粗略示意圖；圖2為經滾壓之條狀材料的橫截面圖；及圖3為鋼材56 NiCRMoV 7的連續式時間-溫度轉換示意圖。
下面結合附圖對本發明進行詳細說明。
圖1為本發明之處理過程的粗略示意圖。該方法之首個步驟為提供一條狀材料12，其較佳地具有直徑為20mm至90mm的渾圓的初始橫截面形狀。首先使得條狀材料穿過例如為感應式的加熱裝置15。相應電線圈呈螺旋狀地將條狀材料12包圍。為該電線圈供應一交流電，其在條狀材料12中感生出渦電流。條狀材料12之歐姆電阻與上述渦電流一同導致該條狀材料的迅速加熱。可透過所饋入之交流電的頻率及該感應線圈之形狀，對該等渦電流之分佈及溫度分佈進行控制。在頻率較高的情況下，加熱主要發生在條狀材料12之表面上。較佳地將條狀材料12在其整個橫截面之範圍內加熱至沃斯田化溫度，從而在該整個橫截面範圍內產生可良好地塑性變形的沃斯田鐵結構。
隨後，使得條狀材料12穿過滾壓裝置16。與附圖所示情形不同，實際上設有多個沿輸送方向10一個接一個地佈置的滾壓架，其中，該等滾壓架分別引起條狀材料12上之一較小的塑性變形。各滾壓架之滾子可自不同側對條狀材料12進行加工。例如可以採用以下方案：一滾壓架僅對該等側面21進行加工，而一緊隨其後的滾壓架則僅對頂面及底面22；23進行加工。特別是，在相對輸送方向10位於最後之滾壓架中，可有總計至少四個滾子同時對條狀材料12起作用，其中，該等至少四個滾子在分配有的四側21；22；23上分別僅引起一較小之塑性變形。在該滾壓裝置之末端上，條狀材料12具有橫截面形狀14，除具有例如為0.3mm的較小的磨削加工餘量以外，該橫截面形狀與穿過磨削裝置20後之最終的橫截面形狀一 致。
穿過滾壓裝置16後，使得條狀材料12穿過冷卻裝置17。冷卻裝置17例如可具有多個環繞條狀材料12分佈的噴嘴18。例如可透過噴嘴18向條狀材料12噴射水或油來將該條狀材料冷卻。亦可採用以下方案：在冷卻裝置17之末端上，條狀材料12之溫度遠高於室溫，其中，在磨削前對經切下之導引軌11進行中間存儲的時間段內，最終冷卻至室溫。
在該冷卻裝置上連接有分離裝置19，其例如為快速旋轉的，且旋轉軸27與條狀材料12或與輸送裝置100平行的切斷砂輪。藉由分離裝置19將若干易於在磨床中得到加工的有限的塊體自條狀材料12切下。該等塊體之長度通常為6m。
切割操作完畢後，在多個不同的磨床或磨削裝置上對該等條狀材料塊進行磨削。在此情形下，以某種方式選擇該等磨床之數目，使得該方法能連續運作，而不必在分離裝置19後對未經加工之條狀材料塊進行收集，且不會出現個別磨床未被使用的狀況。在圖1中，上述磨床被簡化繪示作兩個成形砂輪20。
圖2示出經滾壓之條狀材料12的橫截面14。該橫截面形狀14係相對對稱平面25鏡像對稱。頂面22在滾壓後略微呈凸面狀，其中，在磨削操作中將該頂面磨削成平面狀。在該二側面21上各自有兩個用於滾動體的軌道24。就加工完畢之導引軌而言首要的一點在於，該等軌道24係經過硬化，使得對應之線性滾動軸承具有較高壽命。在此示出的是針對球狀滾動體的呈凹面狀之軌道24。但本發明之方法亦適用於針對圓柱狀滾動體的平面狀軌道。原則上可使用本發明之方法製造任意多個軌道24。特別 是，在進行最終磨削時，以極高之精度對軌道24進行加工，使得加工完畢之線性滾動軸承具有較高的導引精度。
在此還需對該導引軌之底面23上的支承區域26進行說明。在內裝完畢後，該導引軌藉由該支承區域26貼靠在上一級組件上。如圖所示，支承面26在滾壓後不完全呈平面狀。在最終磨削過程中亦會將此不平度消除。
圖3為鋼材56 NiCRMoV 7的連續式時間-溫度轉換示意圖，該鋼材例如完美適用於實施本發明之方法。水平線所表示的是對數形式的單位為秒的冷卻持續時間t，垂直線所表示的是該條狀材料之單位為℃的溫度T。此圖記錄了對該條狀材料進行不同強度的冷卻時所得到的兩個典型冷卻曲線31；32。冷卻曲線31；32之特徵皆為冷卻時間t8/5，其為自800℃下降至500℃所經過的持續時間。此外繪示了麻田散鐵線30，在此其位於245℃的位置。此線30將以A表示的存在沃斯田鐵結構的區域與以M表示的存在麻田散鐵結構的區域隔開。
在對該冷卻過程進行過程控制時，較佳地確保在麻田散鐵線30下之區域內足夠快地進行冷卻，從而儘可能避免碳化物析出。此種自回火效應會造成硬度減小，且其與該結構中之微內應力的相互作用會助長微裂縫。
就麻田散鐵線30上之區域而言，冷卻之重要性相對較低，因為如以56 NiCRMoV 7為例所示，碳在未經冷卻之麻田散鐵中保持溶解狀態。
在860℃下進行沃斯田化後，透過t8/5=7.5秒得到硬度為 770HV的麻田散鐵(第一冷卻曲線31)。在麻田散鐵線30上之區域內短暫經過400秒的保持時間，並根據第一冷卻曲線31進行進一步冷卻後，得到如第一冷卻曲線31所示之硬度。上述冷卻過程係由第三冷卻曲線33示出。外在顯示不同的第一及第三冷卻曲線31；33係基於該對數標度。在根據第二冷卻曲線32以t8/5=153秒進行冷卻時會產生較小之硬度。若自280℃起根據第三冷卻曲線33加速冷卻，則該硬度重新升高。
就同樣適於實施本發明之方法的鋼材C45E而言，原則上同樣會出現圖3所示之關係。
為簡化根據滾壓熱實施的溫度控制，亦可將碳含量較低之鋼材用作初始材料。在對熱滾壓線材進行相應調節(表面缺陷、直徑、部分去碳及/或去碳)後，例如可將此線材重新成捲。就此種包含經表面加工之滾壓線材的捲材而言，可簡單地對其進行熱處理，即對接近表面的層進行化學改質。較佳地透過滲碳將該鋼材之碳含量提高至某種程度，使得在根據滾壓熱進行相應冷卻的情況下，存在可用作型軌之半成品材料的邊緣層經硬化的構件。在對碳含量及滲碳硬化深度進行調節時，必須滿足上述針對承受滾壓之構件的要求。對此類經熱處理之捲材的工藝技術加工(包含對表面的化學改質)亦按照上述步驟進行。
在兩種情形下，皆可以某種方式選擇經熱滾壓及硬化之導引軌半成品材料的加工餘量，從而視需求採用簡單的機械製程(銑削、平刨、刮削、磨削等)，以便針對性地對型軌上之未經熱處理的區域進行調節。

Claims (10)

  1. 一種用於線性滾動軸承之導引軌(11)的製造方法，其中提供由鋼構成且具恆定之初始橫截面形狀(13)的條狀材料(12)，其中該條狀材料之長度至少為10m，其中該條狀材料係至少可局部硬化，其中以恆定之輸送速度使得該條狀材料(12)一個接一個地穿過加熱裝置(15)及滾壓裝置(16)，其中在該加熱裝置(15)中將該條狀材料(12)加熱至沃斯田化溫度，在該溫度下鋼中存在沃斯田鐵結構，其中在該滾壓裝置中使得該條狀材料發生塑性變形，其中在到達該滾壓裝置(16)之末端前，該條狀材料(12)之溫度達到存在沃斯田鐵結構的程度，其中在該條狀材料(12)穿過該滾壓裝置(16)後，立即將該條狀材料冷卻至在其可硬化區域內產生麻田散鐵結構的程度，其中隨後對該條狀材料(12)進行磨削(20)來完成對該導引軌(11)的加工，其中在所述塑性變形(16)與所述磨削(20)之間，在該導引軌(11)之經磨削的表面上不發生其他改變形狀的加工。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，該提供之條狀材料具有為圓形且直徑為20mm至90mm的初始橫截面形狀(13)。
  3. 如申請專利範圍第1或第2項之方法，其中，提供不間斷的條狀材料(12)，其提供方式為，將條狀材料的若干連續而有限的塊體的末端焊接在一起。
  4. 如申請專利範圍第3項之方法，其中，在該磨削(20)前將該等相應的焊接點自該條狀材料切出，其中 不使用該等焊接點來製造導引軌(11)。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中，在該加熱裝置(15)中對該條狀材料(12)進行磁加熱及/或感應加熱及/或傳導加熱。
  6. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中，該加熱裝置(15)將該條狀材料在其整個橫截面範圍內加熱至一溫度，該溫度至少等於所述沃斯田化溫度。
  7. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中，在該加熱裝置(15)中將該條狀材料(12)最高加熱至其熔化溫度的2/3。
  8. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中，該滾壓裝置(16)具有多個滾壓架。
  9. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中，在對該條狀材料進行最終磨削(20)時移除的該磨削加工餘量最高為0.5mm。
  10. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中，該提供之條狀材料(12)的表面具有比內部更高的碳含量。
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