用于提高表面层硬化的滚动轴承滚道的承载能力的方法以及用于对其硬轧的轧制装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于提高滚动轴承套圈元件的表面层硬化的滚动轴承滚道的承载能力的方法，包括：

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于提高表面层硬化的滚动轴承滚道的承载能力的方法以及用于对其硬轧的轧制装置


[0001]本专利技术涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于提高表面层硬化的滚动轴承滚道的承载能力的方法、以及一种根据权利要求13所述的用于对表面层硬化的滚动轴承滚道进行硬轧的轧制装置。

技术介绍

[0002]从DE 10 2016 114 895 A1中已知一种用于提高表面层硬化的滚动轴承滚道的承载能力的方法。其中，通过轧制硬化的表面区域改变了残余应力的分布，并且尤其是减小了位于硬化表面层下的最大残余拉应力。在轧制过程中表面压力实现为在3500至5500MPa之间。优选地，所使用的轧辊包括滚动体，使得直接以正确的滚道宽度轧制滚动轴承套圈。缺点是该方法虽然可以提高滚动轴承滚道的静态承载能力，但轴承的动态长期承载能力下降，这意味着滚道的平均寿命降低，因此也降低了轴承的平均寿命。
[0003]从DE 10 2015 201 644 A1和EP 2 771 585 B1中已知用于处理硬化表面的另外的轧制方法。该方法的目的是通过深轧以在金属表面下直接产生残余压应力，即冷加工材料使其固化并形成残余压应力。这样通常可以在淬硬钢中直接在表面至几百微米的深度区域上产生显著量级的残余压应力。轧制采用直径为1至9mm的圆柱滚动体。这种方法的缺点是只能影响硬化表面层本身的特性而不提高静态承载能力，该静态承载能力在表面层硬化的滚动轴承滚道中受限于硬化表面层下的残余应力分布。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术的目的在于提出一种用于提高表面层硬化的滚动轴承滚道的静态承载能力的方法和轧制装置，其中还提高了滚道的使用寿命。
[0005]该目的通过具有权利要求1的特征的用于提高表面层硬化的滚动轴承滚道的承载能力的方法以及具有权利要求13的特征的轧制装置来实现。
[0006]由此，本专利技术规定了一种提高滚动轴承套圈元件的表面层硬化的滚动轴承滚道的承载能力的方法，该方法包括以下步骤：
[0007]‑
提供滚动轴承套圈元件，其具有未硬化的核心区域和至少部分地以一定的表面硬化深度硬化的表面层，其中在硬化的表面层的区域中形成滚动轴承滚道，
[0008]‑
用至少一个轧辊对滚动轴承滚道进行硬轧，其中，
[0009]‑
该轧辊的直径选择为在表面硬化深度的8至25倍的范围内，
[0010]‑
将在硬轧过程中在轧辊与滚动轴承滚道之间的滚轧接触部中存在的表面压力调节在2000MPa至3300MPa之间的范围内，并且
[0011]‑
在硬轧之后对滚动轴承滚道进行切削加工。
[0012]因此，根据本专利技术，在硬轧过程中使用了比现有技术更低的表面压力。这是基于如下认识，即，在滚动轴承套圈元件的核心区域中，由3500至5500MPa范围内的已知表面压力
所引起的塑化虽然特别有效地有助于减小最大残余拉应力(特别是较高的表面压力会引起静态承载能力的显著提高)，然而，由于引入材料的微观结构变化，这种塑化同时也导致核心区域中的材料的动态变形能力的减小。如果轴承承受持续的动态载荷，滚动轴承套圈的核心区域中会较早地出现微裂纹，这些微裂纹可能扩展成较大的疲劳断裂，从而损害滚道的使用寿命。根据本专利技术使用的表面压力在2000MPa至3300MPa(赫兹应力)的范围内，结合与表面硬化深度相比较大的轧辊直径，在硬轧时实现深度效应，其中对应于负载应力和残余应力之和的等效应力虽然超过了核心区域中的滚动轴承套圈元件的屈服强度，但同时，使由此产生的核心区域中的塑性变形最小化。在2300MPa至2800MPa范围内的表面压力下可在温和的材料加工与同时有效降低残余应力之间达到特别好的折衷。
[0013]此外还发现，硬轧步骤会引起滚动轴承滚道中的表面结构变化，这可能导致在滚动体滚动时出现应力峰值，从而可能损坏滚道和滚动体。因此，根据本专利技术规定，在硬轧步骤之后，通过切削加工去除表面结构变化，以进一步提高滚道的使用寿命。
[0014]在优选的实施例中，滚轧接触部中的表面压力选择为使得在未硬化的核心区域中产生的负载应力为未硬化的核心区域的屈服强度的至多0.9至2倍，优选为1.2至1.5倍。未硬化的核心区域始于表面硬化深度约1.1倍的表面距离处。在本专利技术的上下文中，负载应力应理解为对应于通过硬轧引入滚动轴承元件的真实的多轴应力状态、并且能够与(一维)材料特征屈服强度进行比较的等效应力。优选地，负载应力使用形状改变比能假说来计算。为了有效减小核心区域中的最大残余拉应力，需要使负载应力和残余应力之和的等效应力超过核心材料的屈服强度，从而可以通过重新分布来减小残余应力。如果未硬化的核心区域的负载应力不超过滚动轴承套圈元件的材料的屈服强度的0.9至2倍，则核心材料的塑性变形尽可能减小。尤其是避免了与局部超过材料的抗拉强度时可能会出现的一样的微裂纹。此外，通过对滚动轴承滚道的温和加工，极大地保留了滚动轴承滚道的塑性变形能力。
[0015]特别优选的是，滚轧接触部中的表面压力选择为使得通过硬轧在核心区域中发生至多5％的塑性应变。通过将塑化降低到5％的应变，避免了核心材料在更长距离上的流动。由此保留了材料的原始微观结构，并且通过核心材料的局部膨胀/压缩减小了残余应力。
[0016]优选地，滚动轴承套圈元件由滚动轴承钢(例如42CrMo4)形成。
[0017]优选地，在硬轧过程中，滚动轴承滚道被滚轧1至100次之间，特别优选2至10次之间。第一次滚轧时对最大残余拉应力的减小效果最大。然而，已经发现，恰恰是在使用与现有技术相比较低的表面压力时，后续的滚轧也可以显著有效地有助于减小最大残余拉应力。尽管10次以上的滚轧也有可衡量的效果，但从经济角度来看则往往不再值得。
[0018]为了减小在规定的表面压力下由用于硬轧的轧制装置所吸收的力，有利的是，滚轧接触部的宽度至多为滚动轴承滚道的宽度的2/3，并且滚动轴承滚道在多个相互重叠的路径上被硬轧。
[0019]在优选的实施例中，轧辊具有侧面，该侧面被设计成在纵向截面中至少在滚轧接触部的边缘区域中呈凸形弯曲。由于轧辊在边缘区域中弯曲，所以滚动轴承滚道中滚轧接触部的边缘处的过度应力减小。由此保护了滚动轴承滚道的表面并且减少了出现的表面结构变化。由此减少了切削再加工的工作量。对于比滚动轴承滚道窄的轧辊，特别优选凸曲面设计，从而避免滚动轴承滚道中的磨损。
[0020]优选地，滚动轴承套圈元件被制造为具有至少在滚动轴承滚道的区域中的加工余
量。在此，加工余量优选地对应于预期的最大表面结构变化。以这种方式，可以减少切削再加工的工作量。
[0021]在优选的实施例中，提供滚子轴承的滚动轴承套圈作为滚动轴承套圈元件，为进行硬轧，通过在滚动轴承套圈之间引入至少一个滚子列来组装滚子轴承，其中该滚子列包括作为轧辊的至少一个具有径向过盈的超尺寸滚子，并且通过轴向作用的载荷将表面压力引入滚子轴承中。这样做的好处是，硬轧不需要单独的轧制装置。通过旋转装有至少一个超尺寸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于提高滚动轴承套圈元件(1)的表面层硬化的滚动轴承滚道(2)的承载能力的方法，包括：
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提供滚动轴承套圈元件(1)，其具有未硬化的核心区域(K)和至少部分地以一定的表面硬化深度(Rht)硬化的外层(Ra)，其中在硬化的所述外层(Ra)的区域中形成滚动轴承滚道(2)，
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用至少一个轧辊(3)对所述滚动轴承滚道(2)进行硬轧，其特征在于，
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将所述轧辊(3)的直径(D)选择为在所述表面硬化深度(Rht)的8至25倍的范围内，
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将在硬轧过程中在所述轧辊(3)与所述滚动轴承滚道(2)之间的滚轧接触部(4)中存在的表面压力调节在2000MPa至3300MPa之间的范围内，并且
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在硬轧之后对所述滚动轴承滚道(2)进行切削加工。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述滚轧接触部(4)中的表面压力选择为使得在未硬化的所述核心区域(K)中产生的负载应力(LS)至多为未硬化的所述核心区域(K)的屈服强度(S)的0.9至2倍，优选为1.2至1.5倍。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述滚轧接触部(4)中的表面压力选择为使得通过硬轧在所述核心区域(K)中发生至多5％的塑性应变。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述滚轧接触部(4)的宽度(b)为所述滚动轴承滚道(2)的宽度(B)的至多2/3，并且所述滚动轴承滚道(2)在多个相互重叠的路径上被硬轧。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述轧辊(3)具有侧面(5)，所述侧面被设计成在纵向截面中至少在所述滚轧接触部(4)的边缘区域(6)中呈凸形弯曲。6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述滚动轴承套圈元件(1)被制造为具有至少在所述滚动轴承滚道(2)的区域中的加工余量。7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，提供滚子轴承(10)的滚动轴承套圈(20、30)作为滚动轴承套圈元件(1)，通过在所述滚动轴承套圈(20、30)之间引入至少一个滚子列(40)来组装所述滚子轴承(10)以用于硬轧，其中所述滚子列(40)包括作为所述轧辊(3)的具有径向过盈(51)的至少一个超尺寸滚子(50)，并且通过轴向或径向作用的载荷将表面压力引入所述滚子轴承(10)中。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述至少一个滚子列(40)被滚子完全占满，以提高所述滚动轴承套圈(20、30)在硬轧过程中的尺寸精度。9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔尔格，
申请(专利权)人：蒂森克虏伯股份公司，
类型：发明
国别省市：