用于制造軸承裝置的滾道元件的方法和滾道元件的制作方法
【專利摘要】一種用于制造軸承裝置的滾道元件的方法，具有以下方法步驟：提供具有滾道的滾道元件；通過至少部分地加熱滾道元件來硬化滾道；利用第一滾動體強化滾壓滾道，并且利用第二滾動體強化滾壓滾道，其中第二滾動體相對第一滾動體具有至少一個不同的維度尺寸。
【專利說明】用于制造軸承裝置的滾道元件的方法和滾道元件
[0001]本發(fā)明涉及一種用于制造軸承裝置的滾道元件的方法和一種軸承裝置的滾道元件。
[0002]在使用滾動軸承時存在多種損害機理，它們會負(fù)面地影響滾動軸承的壽命。由于滾動軸承的滾道之上和之下的材料疲勞，可能因為滾動體的持續(xù)滾動所導(dǎo)致的赫茲微觀或宏觀接觸中的周期性應(yīng)力而出現(xiàn)例如晶格改變和裂縫，它們最終可能導(dǎo)致滾動軸承失效。在滾動接觸中的混合摩擦的影響下，還可能例如在滾道表面出現(xiàn)類似裂縫的易碎的強斷裂裂縫，所述強斷裂裂縫例如可能在與侵入的老化潤滑劑(由振動破裂腐蝕引起)的共同作用下增長進(jìn)入材料深處，并且通過朝向表面的裂縫逆行以及在裂縫邊緣的材料脫落最終可能引起滾道脫皮。正是前述的振動破裂腐蝕的機理可導(dǎo)致滾動軸承在遠(yuǎn)未達(dá)到名義上的LlO-壽命之前(90%的存活可能性)失效。借助已知的方法，例如硬車削和其它的邊緣層加固的方法，可以通過在滾道表面之上和之下產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力來阻止這種裂縫的形成和擴展。
[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種滾動軸承的滾道元件和一種用于制造滾道元件的方法，該滾道元件相對已知的滾動軸承裝置具有更高的壽命。
[0004]所述技術(shù)問題通過一種具有獨立權(quán)利要求的特征的用于制造軸承裝置的滾道元件的方法或通過一種具有并列權(quán)利要求的特征的軸承裝置的滾道元件解決。本發(fā)明有利的技術(shù)方案是各個從屬權(quán)利要求的技術(shù)內(nèi)容。
[0005]按照獨立權(quán)利要求提供一種用于制造軸承裝置的滾道元件的方法，具有以下方法步驟:
[0006]-提供具有滾道的滾道元件，
[0007]-通過至少部分地加熱滾道元件來硬化滾道，
[0008]-利用第一滾動體強化滾壓(Festwalzen)滾道,并且
[0009]-利用第二滾動體強化滾壓滾道，其中第二滾動體相對第一滾動體具有至少一個不同的維度尺寸。
[0010]本發(fā)明的一個方面主要基于這種認(rèn)知，即通過利用至少兩個不同尺寸的滾動體進(jìn)行強化滾壓的方法可以實現(xiàn)滾道元件的表面之上和附近的內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)和微觀結(jié)構(gòu)的特別有利的改變。內(nèi)應(yīng)力的概念在此以通用方式稱為第一種內(nèi)應(yīng)力(宏觀內(nèi)應(yīng)力)。通過強化滾壓可以在金屬表面之下形成內(nèi)應(yīng)力，也就是將所述材料冷作硬化。通常隨著按照vonMises的比較應(yīng)力直接在表面上形成一定程度的內(nèi)應(yīng)力，這種程度隨著深度增加加強至最大值。隨著深度的繼續(xù)增加，內(nèi)應(yīng)力的值又會下降。通常在已淬火(硬化)的鋼中，在直至幾百μm的深度時可以產(chǎn)生明顯大小的內(nèi)應(yīng)力。然而在強化滾壓的已知方法中，在內(nèi)應(yīng)力的最大值和在表面上的或在較小深度(大約10 μ m或小于10 μ m)處的內(nèi)應(yīng)力的值之間存在較大差值。因此，直至在用于與滾動體的赫茲(宏觀)接觸的最大von Mises比較應(yīng)力的位置處的內(nèi)應(yīng)力最大值，內(nèi)應(yīng)力的值朝向表面相對劇烈地下降。為了在強化滾壓過程中，既在表面上和非常接近表面(直至幾十μm的典型深度)處、也在通常為幾百μm的較大深度處構(gòu)成值足夠大的內(nèi)應(yīng)力，可以有利地利用不同直徑的滾動體來工作。通過利用兩個或多個不同大小的滾動體交替地強化滾壓滾道，可以有針對性地在表面和內(nèi)應(yīng)力最大值或共同增長的最大值之間調(diào)節(jié)形成最佳的內(nèi)應(yīng)力分布，由此在較小的深度(至例如ΙΟΟμπι)時就能產(chǎn)生足夠接近最大值的內(nèi)應(yīng)力。也就是塑化加工和內(nèi)應(yīng)力的形成很大程度地與在強化滾壓中使用的滾動體的幾何形狀有關(guān)。除了內(nèi)應(yīng)力的形成，在塑性變形過程中的錯位滑動形成在能量方面有利的錯位布置(例如錯位多極)，這穩(wěn)定了材料的微觀結(jié)構(gòu)。
[0011]在本發(fā)明一種優(yōu)選的實施形式中，兩個滾動體具有球形或圓柱形的形狀和不同的直徑。備選地也可以混合使用具有不同直徑的圓柱體或球形滾動體。
[0012]有利的是，在利用第二滾動體進(jìn)行強化滾壓之后實施材料消減的方法步驟，其中滾道元件在滾道區(qū)域中的表面被部分地去除。這尤其在以下情況下是有利的，即在通過強化滾壓步驟這樣提高表面粗糙度，使得用于在滾動接觸中軸承良好運行的質(zhì)量不再足夠。在此，珩磨過程或無破壞的打磨過程是有利的，例如滑動打磨，其中從表面除去小于50 μ m的材料，以便在很大程度上獲得所形成的內(nèi)應(yīng)力的深度區(qū)域。
[0013]同樣有利的是，至少滾道元件的滾道在小于馬氏或貝式淬火時的回火溫度或轉(zhuǎn)變溫度的溫度下進(jìn)行最后的熱學(xué)再處理。這種再加熱用于例如能夠通過檢驗X射線圖像的的線寬度證明的、在機械影響的表層中的材料微觀結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，并且這種再加熱可以在空氣中或化學(xué)惰性的環(huán)境(例如真空、保護氣體、鹽浴)中進(jìn)行。通過所選的溫度范圍可以在典型的約為I小時的熱學(xué)再處理持續(xù)時間中抑制硬度的損失。
[0014]本發(fā)明的其它優(yōu)點和設(shè)計方案由以下根據(jù)附圖對本發(fā)明實施例的說明得出。在附圖中:
[0015]圖1示出圓錐滾子軸承裝置并且
[0016]圖2示出圖1的圓錐滾子軸承的滾道元件的典型內(nèi)應(yīng)力曲線的示意圖。
[0017]按照本發(fā)明的滾道元件允許尤其在高負(fù)載的圓錐滾子或圓柱滾子軸承裝置中使用，如其例如在風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用、其它工業(yè)傳動機構(gòu)或船舶驅(qū)動機構(gòu)中使用的那樣。圖1以草繪圖的形式示出作為本發(fā)明的一種實施例的圓錐滾子軸承。在此，圓錐滾子軸承包含外部滾道元件20和內(nèi)部滾道元件10，其間布置有設(shè)計為截錐的滾動體30。在此，滾動體30可以設(shè)置在未顯示的保持架中，并且在兩個滾道元件10和20之間可以設(shè)置相應(yīng)的密封裝置以便密封包含滾動體30的空間。滾動體30在此設(shè)置用于在開設(shè)于滾道元件10和20中的滾道12和22上滾動。在其它實施例中，顯然也可以是多列滾動軸承和/或圓柱滾子軸承、球軸承、圓筒軸承、滾針軸承和任意其它滾動軸承類型。
[0018]在本發(fā)明的實施例中有利的是，相對于利用已知方法如噴丸清理、硬車削或傳統(tǒng)的強化滾壓過程實現(xiàn)的曲線，從表面至最大內(nèi)應(yīng)力區(qū)域中的內(nèi)應(yīng)力的曲線在深度上變得更均勻。這尤其通過以下方式實現(xiàn)，即在滾動元件的滾道硬化之后利用不同的滾動體實施兩個強化滾壓步驟。在此，例如利用兩個不同直徑的陶瓷球或硬質(zhì)金屬球依次在滾道上滾壓，由此產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。根據(jù)滾動體的幾何形狀，內(nèi)應(yīng)力優(yōu)選在不同的深度中形成。深度型廓在此隨vonMises比較應(yīng)力的分布變化，其中，隨著重復(fù)的滾動出現(xiàn)與已經(jīng)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力的重疊。通過兩個或更多單獨的強化滾壓過程得出重疊的固有壓應(yīng)力曲線，其中在較小深度處已經(jīng)出現(xiàn)比較接近最大值的內(nèi)應(yīng)力。與此相反的是，內(nèi)應(yīng)力的值在噴丸清理、僅利用一個滾動體的強化滾壓或硬車削的過程中，在較小深度處相對較劇烈地下降。這種根據(jù)所用方法在較小深度(例如直至50μπι或IOOym)處的劇烈下降尤其在表面感應(yīng)的正應(yīng)力控制的裂縫形成(例如通過摩擦拉應(yīng)力)過程中對滾道元件的壽命產(chǎn)生負(fù)面效果。通過利用兩個不同大小的滾動體對滾道的強化滾壓，內(nèi)應(yīng)力直至最大值的曲線隨著深度的增加比已知方法更接近恒定內(nèi)應(yīng)力的理想曲線。
[0019]滾動軸承裝置的滾道元件優(yōu)選在滾道表面之下直至至少200 μ m的深度具有至少400MPa的內(nèi)應(yīng)力。但是，內(nèi)應(yīng)力的最大值優(yōu)選在500MPa至800MPa之間，盡可能不要明顯超過lOOOMPa。但是，內(nèi)應(yīng)力在直至IOOym的深度的值至少為內(nèi)應(yīng)力最大值的40%。由此能夠?qū)崿F(xiàn)比在表層或冷作硬化的方法中隨著深度增加更均勻的內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)。這又可以實現(xiàn)滾道元件以及滾動軸承裝置在所述運行條件或負(fù)載條件下的更高壽命。在圖2中示范性顯示滾道元件的內(nèi)應(yīng)力關(guān)于相對滾道的深度的有利曲線。該曲線利用按照本發(fā)明實施例的方法通過利用兩個不同尺寸設(shè)計的滾動體進(jìn)行強化滾壓而產(chǎn)生。明顯的是在滾道下方非常小的深度處已經(jīng)能夠形成約500MPa的內(nèi)應(yīng)力，其隨后接近線性地在約250μπι的深度處降低至約800MPa的最大值。
[0020]有利的是使用球形和/或滾子形的滾動體，但是也可以使用其它幾何形狀的滾動體。此外，兩個滾壓步驟也可以利用不同基礎(chǔ)形狀的滾動體進(jìn)行。對于圓柱形滾動體，較小的滾動體的直徑優(yōu)選位于Imm至3mm之間，并且較大的滾動體的直徑在6mm至9mm之間,特別優(yōu)選在7mm至8mm之間。
[0021]按照本發(fā)明實施例的方法能夠有利地在所有已知的軸承類型中，即除了圓錐滾子軸承尤其還可以在圓柱滾子軸承、球形滾子軸承和滾針軸承中使用，其中根據(jù)滾動軸承的應(yīng)用領(lǐng)域，可以不同地取消對內(nèi)應(yīng)力曲線的要求。但是相比已知方法能夠明顯更有針對性地產(chǎn)生符合要求的曲線。
[0022]附圖標(biāo)記清單
[0023]10, 20滾道元件
[0024]12,22 滾道
[0025]30 滾動軸承
【權(quán)利要求】
1.一種用于制造軸承裝置的滾道元件的方法，具有以下方法步驟: -提供具有滾道的滾道元件， -通過至少部分地加熱滾道元件來硬化滾道， -利用第一滾動體強化滾壓滾道，并且 -利用第二滾動體強化滾壓滾道，其中第二滾動體相對第一滾動體具有至少一個不同的維度尺寸。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中，至少一個滾動體具有球形的形狀。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中，兩個滾動體具有球形或圓柱形的形狀和不同的直徑。
4.按照權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其中，在利用第二滾動體進(jìn)行強化滾壓之后實施材料消減的方法步驟，其中滾道元件在滾道區(qū)域中的表面被部分地去除。
5.按照權(quán)利要求4所述的方法，其中，在材料消減的方法步驟中去除小于50μ m的表面。
6.按照權(quán)利要求4或5所述的方法，其中，在強化滾壓、珩磨或打磨過程之后實施熱學(xué)再處理過程。
7.按照權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述熱學(xué)再處理過程在小于淬火的回火溫度或轉(zhuǎn)變溫度的溫度下實施。
8.一種滾動軸承裝置的滾道元件，包含以下特征: -至少一個滾道，滾動軸承裝置的用于滾動的滾動體設(shè)置在該滾道上， -在滾道表面的下方直至至少200 μ m的深度設(shè)有至少400MPa的內(nèi)應(yīng)力， -內(nèi)應(yīng)力的值直至100 μ m的深度最大改變500MPa。
9.按照權(quán)利要求8所述的滾道元件，其中，內(nèi)應(yīng)力的最大值在500至IOOOMPa之間。
10.按照權(quán)利要求8或9所述的滾道元件，其中，直至200μ m的深度，內(nèi)應(yīng)力的最小值在400至500MPa之間。
【文檔編號】F16C33/58GK104011413SQ201280064446
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2012年10月25日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月26日
【發(fā)明者】J.蓋格納, U.克魯格, A.奧爾舍夫斯基, A.斯圖本勞赫 申請人:Skf公司