轴承零件、轴承部件以及制造轴承部件的工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]根据第一方面，本发明涉及轴承零件，例如滚动轴承的内环或外环的部分。
[0002]根据第二方面，本发明涉及轴承部件，其包括根据本发明第一方面的轴承零件。
[0003]根据第三方面，本发明涉及工艺，其用于制造根据本发明第二方面的轴承部件。
【背景技术】
[0004]滚动轴承是熟知的且包括滚子轴承、球轴承及其组合。近年来，已经看到客户需求和要求差别化的增加。这导致滚动轴承顾客化的提高，这进而导致制造上的更多变化以及每项变化上的较小批量。这样的发展对于较大的滚动轴承尤其多见，例如，大型球形滚子轴承、圆锥滚子轴承、圆柱滚子轴承等等。再者，大型滚动轴承通常以较小的系列进行制造，因为这些轴承通常针对于直接客户订单制造，而不是以库存的方式制造和存放。不同的顾客要求涉及例如不同的材料要求、不同的材料硬度要求、磨损特性、延展性、耐热性等。另外，较高的顾客要求通常涉及顾客化的要求，以及优化轴承部件之间的滚动接触表面的要求。因此，需要找到成本有效的解决方案来提高为顾客不同需要提供不同的顾客化解决方案的能力，并且能实现改进滚动接触表面上的较高且日益增加的要求。
【发明内容】
[0005]因此，本发明的目标是提供对上述不同需要的解决方案。
[0006]根据本发明的第一方面，该目标通过提供轴承零件而实现，该轴承零件包括至少一个圆周外围表面，其中该圆周外围表面具有沿着该外围表面圆周的至少一部分延伸的至少一个凹槽。凹槽设置为容纳第二材料。外围表面还具有第一部分和第二部分，沿着外围表面的圆周设置在至少一个凹槽的相对侧。此外，轴承零件包括可焊接金属材料。通过提供具有当前特征的轴承零件，现在能提供具有不同特性的很多不同的轴承部件，其特性可通过更换凹槽中填充的材料而变化。填充材料，也就是第二材料，可变化到不同程度来实现不同的顾客要求。轴承零件和凹槽中容纳的填充材料随后经受扩散焊接工艺，因此将填充材料结合到轴承零件，即轴承部件的本体。板状金属条通过焊接固定到轴承零件，用于根据本发明第三方面的扩散焊接工艺。圆周外围表面上的第一部分和第二部分提供有效的方法来固定板状金属条到轴承零件上，这对于扩散焊接工艺是必需的，并且在一个实施例中，第一部分和第二部分包括可焊接的金属材料。通过将板状金属条固定通过焊接固定到轴承零件，将产生密闭空间，即密闭了凹槽。这是产生密闭空间的非常高效且成本有效的方法，对于扩散焊接工艺是需要的。该高效率有利于小系列地生产很多不同的轴承部件。
[0007]现在，将描述根据本发明第一方面的轴承零件的示例性和有利的实施例。
[0008]根据轴承零件的实施例，圆周外围表面是指轴承环的滚道或滚子的滚动表面。滚动轴承中的滚动接触表面的特性对轴承使用寿命是至关重要的。因此，通过对滚道表面施加高性能的钢，可提高运行寿命。凹槽可仅设置在滚动轴承的滚动接触表面处。因此，不必使高性能刚遍布圆周外围表面的全部宽度上。这进一步提高了该设计的成本效率。
[0009]在轴承部分的实施例中，轴承零件是轴承的内环、轴承的外环或滚子轴承的辊子的任何零件。
[0010]在轴承零件的实施例中，轴承零件由可焊接铸铁或可焊接铸钢中的任何一个制造。通过采用铸钢或铸铁且因此铸造轴承零件，轴承零件可以以成本有效方式制造。铸造是成本有效的方法，尤其是在仅需要生产小系列时。大部分轴承环由冷乳环和/或热乳环制造，这样的方法更加适合于生产较大的系列。此外，已知的乳制轴承环包括同质的钢体。因此，如果乳制接触表面上需要高性能钢，则全部轴承环必须包括这样的钢，这导致环非常昂贵。因此，通过采用低成本的本体部分，且然后扩散焊接高性能钢到本体部分上仅在所需的表面处(即主要在滚动接触表面)，将实现更加成本有效的高性能轴承部件。
[0011]在另一个实施例中，轴承零件由热乳或冷乳锻造圆柱元件制造，锻造圆柱元件例如为环元件。
[0012]根据本发明的第二方面，该目标通过提供轴承部件来实现，该轴承部件包括根据本发明第一方面的轴承零件。轴承零件中的凹槽填充有第二材料，优选为金属粉末材料，经受扩散焊接工艺，以使得第二材料接合到轴承零件。本发明的第一方面的所有方面可应用于本发明的第二方面的所有方面，反之亦然。扩散焊接在轴承零件上的材料可为任何类型的轴承钢，特别是高性能的轴承钢。在一个实施例中，通过扩散焊接接合的第二材料可仅设置在轴承部件的滚动接触表面处。该设计提供了诸如轴承环的轴承部件，能实现顾客在滚动接触表面上的高要求，并且也可以以成本有效方式生产。这对于小系列特别有利，在这种情形下滚动轴承顾客化为特定的应用。例如，风轮机的滚动轴承要求非常高，且在滚动接触表面处具有高性能材料非常重要，从而能应对这些应用中经历的高负荷。这些轴承部件提供了能实现这些高要求的轴承。此外，轴承零件可制作成接近最终形状，例如通过将轴承零件铸造成接近最终形状，然后进行扩散焊接工艺，由此施加了第二材料。在去除板状金属条后，轴承零件可接近最终形状，即不需要执行进一步的主要步骤就能实现轴承部件的最终形状。例如，在轴承部件为滚动轴承的环的情况下，不需要执行任何随后的环乳制步骤。
[0013]在轴承部件的实施例中，第二材料是如IS0683-17:1999(E)，9-10页描述的任何轴承钢。这样钢的示例是穿透硬化的轴承钢、表面硬化钢、诱导硬化钢、不锈钢轴承钢或诸如M50钢、Μ50Ν?1钢等的高温钢。与ISO对应限定的轴承钢也可使用，只要它们可满足宏观和微观清洁度上的高赫兹接触要求。该组钢可为特定的适合于马氏体硬化的N合金马氏体不锈钢，例如XD15NW或类似级别，但是也可采用更高合金的不锈钢工具钢。此外，可采用适合于表面富集和马氏体硬化的不锈钢。在进一步的实施例中，第二材料是金属粉末材料。
[0014]在轴承部件的实施例中，扩散焊接工艺是高温等静压(hot isostaticpressing, HIP)工艺。
[0015]在一个实施例中，轴承部件是球形滚子轴承的部件。轴承部件可为轴承的内环、夕卜环或滚子。如果轴承部件是双排球形滚子轴承的内环，则内环的两个滚道可包括填充有高性能轴承钢例如是M50钢的凹槽。这可在内环和滚子元件之间提供改进的滚动接触表面。
[0016]在其它实施例中，轴承部件是任何滚子轴承或球轴承的部件，例如圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、环形滚子轴承等。
[0017]根据本发明的第三方面，该目标通过制造轴承部件的工艺实现，轴承部件例如为轴承环或滚子。该工艺包括如下步骤:
[0018]提供根据本发明第一方面的轴承零件，
[0019]将板状金属条固定到轴承零件，以使得至少一个凹槽和板状金属条产生至少一个密闭空间，
[0020]用第二材料填充该至少一个密闭空间，以及
[0021]扩散焊接第二材料，因此将第二材料固定且接合到轴承零件。该工艺实现了根据本发明第二方面的轴承部件。应注意，本发明第二方面的所有实施例可应用于第三方面的所有实施例，反之亦然。该工艺提供了获得合成轴承部件的有效方法。通过采用板状金属条且将其固定到轴承零件上，因此产生扩散焊接工艺的密闭空间，实现了更加有效、简单且因此也是成本有效的工艺。此外，通过仅施加所需的第二材料，即至少在轴承部件的滚动接触表面处，甚至实现更好的成本效率。
[0022]在一个实施例中，板状金属条通过焊接固定到轴承零件。在进一步的实施例中，板状金属条通过焊接经由可焊接的第一部分和第二部分固定到圆周外围表面。这是固定板状金属条的有效方法。
[0023]在工艺的实施例中，板状金属条随后从轴承部件去除。在另一个实施例中，板状金属条的去除通过后续的研磨步骤或随后的切割步骤完成。在再一个实施例中，在随后的研磨步骤中，滚动接触表面研磨到抛光状态，即滚动接触表面(例如，轴承环的滚道)不需要进一步的处理，并且因此准备使用。
[0024]在一个实施例中，第二材料是金属粉末材料。
[0025]在工艺的一个实施例中，扩散焊接通过高温等静压(HIP)实现。在另一个实施例中，高温等静压的实施温度在1000和1300°C之间。在另一个实施例中，高温等静压实施的温度在1050-1250摄氏度之间。在另一个实施例中，高温等静压实施的温度为1100-1200摄氏度。在另一个实施例中，高温等静压实施的温度为1150摄氏度。在另一个实施例中，高温等静压实施2至4小时。在另一个实施例中，高温等静压在80-310Mpa的压力下执行。
[0026]在工艺的一个实施例中，轴承部件随后切割成至少两件，以产生至少两个轴承部件。采用具有至少两个凹槽的一个轴承零件，然后执行上述工艺步骤以将粉末材料接合到轴承零件，随后将轴承部件分成几个轴承部件，这甚至可更加有效地制造轴承部件。这例如可将长环切割成几个环(即，将轴承部件分成几个轴承部件)而实现。例如，内环可这样高效生产，在轴承零件的外周边上提供具有几个凹槽的轴承零件(至少部分地设置在内环的滚动接触表面处)，随后通过将板状金属条焊接到该部分上，且伴随着如上所述的扩散焊接步骤，将板状金属条固定到轴承零件。其后，轴承零件可分成几个环。轴承零件(轴承体)可为由铸铁或铸钢制作的铸件，与高性能轴承钢相比这是便宜的材料。
[0027]在一个实施例中，硬化处理可与扩散焊接步骤同时进行或者直接伴随着扩散焊接步骤。第二材料和轴承零件优选在扩散焊接期间加热到1000和1300摄氏度之间的温度。随后，从扩散焊接温度，轴承部件可经受硬化步骤，以因此获得第二材料和轴承零件的良好的硬度和金相。例如，可获得贝氏体和/或马氏体结构。在一个实施例中，硬化步骤伴随着回火。
【附图说明】
[0028]现在，将参考附图详细描述本发明的示范性实施例，其中:
[0029]图1示出了根据本发明的轴承零件。
[0030]图2示出了根据本发明的轴承部件。
[0031]图3示出了根据本发