用于制造轴承装置的滚道元件的方法和滚道元件的制作方法
【专利摘要】一种用于制造轴承装置的滚道元件的方法，具有以下方法步骤：提供具有滚道的滚道元件；通过至少部分地加热滚道元件来硬化滚道；利用第一滚动体强化滚压滚道，并且利用第二滚动体强化滚压滚道，其中第二滚动体相对第一滚动体具有至少一个不同的维度尺寸。
【专利说明】用于制造轴承装置的滚道元件的方法和滚道元件
[0001]本发明涉及一种用于制造轴承装置的滚道元件的方法和一种轴承装置的滚道元件。
[0002]在使用滚动轴承时存在多种损害机理，它们会负面地影响滚动轴承的寿命。由于滚动轴承的滚道之上和之下的材料疲劳，可能因为滚动体的持续滚动所导致的赫兹微观或宏观接触中的周期性应力而出现例如晶格改变和裂缝，它们最终可能导致滚动轴承失效。在滚动接触中的混合摩擦的影响下，还可能例如在滚道表面出现类似裂缝的易碎的强断裂裂缝，所述强断裂裂缝例如可能在与侵入的老化润滑剂(由振动破裂腐蚀引起)的共同作用下增长进入材料深处，并且通过朝向表面的裂缝逆行以及在裂缝边缘的材料脱落最终可能引起滚道脱皮。正是前述的振动破裂腐蚀的机理可导致滚动轴承在远未达到名义上的LlO-寿命之前(90%的存活可能性)失效。借助已知的方法，例如硬车削和其它的边缘层加固的方法，可以通过在滚道表面之上和之下产生内应力来阻止这种裂缝的形成和扩展。
[0003]本发明所要解决的技术问题在于，提供一种滚动轴承的滚道元件和一种用于制造滚道元件的方法，该滚道元件相对已知的滚动轴承装置具有更高的寿命。
[0004]所述技术问题通过一种具有独立权利要求的特征的用于制造轴承装置的滚道元件的方法或通过一种具有并列权利要求的特征的轴承装置的滚道元件解决。本发明有利的技术方案是各个从属权利要求的技术内容。
[0005]按照独立权利要求提供一种用于制造轴承装置的滚道元件的方法，具有以下方法步骤:
[0006]-提供具有滚道的滚道元件，
[0007]-通过至少部分地加热滚道元件来硬化滚道，
[0008]-利用第一滚动体强化滚压(Festwalzen)滚道,并且
[0009]-利用第二滚动体强化滚压滚道，其中第二滚动体相对第一滚动体具有至少一个不同的维度尺寸。
[0010]本发明的一个方面主要基于这种认知，即通过利用至少两个不同尺寸的滚动体进行强化滚压的方法可以实现滚道元件的表面之上和附近的内应力状态和微观结构的特别有利的改变。内应力的概念在此以通用方式称为第一种内应力(宏观内应力)。通过强化滚压可以在金属表面之下形成内应力，也就是将所述材料冷作硬化。通常随着按照vonMises的比较应力直接在表面上形成一定程度的内应力，这种程度随着深度增加加强至最大值。随着深度的继续增加，内应力的值又会下降。通常在已淬火(硬化)的钢中，在直至几百μm的深度时可以产生明显大小的内应力。然而在强化滚压的已知方法中，在内应力的最大值和在表面上的或在较小深度(大约10 μ m或小于10 μ m)处的内应力的值之间存在较大差值。因此，直至在用于与滚动体的赫兹(宏观)接触的最大von Mises比较应力的位置处的内应力最大值，内应力的值朝向表面相对剧烈地下降。为了在强化滚压过程中，既在表面上和非常接近表面(直至几十μm的典型深度)处、也在通常为几百μm的较大深度处构成值足够大的内应力，可以有利地利用不同直径的滚动体来工作。通过利用两个或多个不同大小的滚动体交替地强化滚压滚道，可以有针对性地在表面和内应力最大值或共同增长的最大值之间调节形成最佳的内应力分布，由此在较小的深度(至例如ΙΟΟμπι)时就能产生足够接近最大值的内应力。也就是塑化加工和内应力的形成很大程度地与在强化滚压中使用的滚动体的几何形状有关。除了内应力的形成，在塑性变形过程中的错位滑动形成在能量方面有利的错位布置(例如错位多极)，这稳定了材料的微观结构。
[0011]在本发明一种优选的实施形式中，两个滚动体具有球形或圆柱形的形状和不同的直径。备选地也可以混合使用具有不同直径的圆柱体或球形滚动体。
[0012]有利的是，在利用第二滚动体进行强化滚压之后实施材料消减的方法步骤，其中滚道元件在滚道区域中的表面被部分地去除。这尤其在以下情况下是有利的，即在通过强化滚压步骤这样提高表面粗糙度，使得用于在滚动接触中轴承良好运行的质量不再足够。在此，珩磨过程或无破坏的打磨过程是有利的，例如滑动打磨，其中从表面除去小于50 μ m的材料，以便在很大程度上获得所形成的内应力的深度区域。
[0013]同样有利的是，至少滚道元件的滚道在小于马氏或贝式淬火时的回火温度或转变温度的温度下进行最后的热学再处理。这种再加热用于例如能够通过检验X射线图像的的线宽度证明的、在机械影响的表层中的材料微观结构的稳定，并且这种再加热可以在空气中或化学惰性的环境(例如真空、保护气体、盐浴)中进行。通过所选的温度范围可以在典型的约为I小时的热学再处理持续时间中抑制硬度的损失。
[0014]本发明的其它优点和设计方案由以下根据附图对本发明实施例的说明得出。在附图中:
[0015]图1示出圆锥滚子轴承装置并且
[0016]图2示出图1的圆锥滚子轴承的滚道元件的典型内应力曲线的示意图。
[0017]按照本发明的滚道元件允许尤其在高负载的圆锥滚子或圆柱滚子轴承装置中使用，如其例如在风力发电应用、其它工业传动机构或船舶驱动机构中使用的那样。图1以草绘图的形式示出作为本发明的一种实施例的圆锥滚子轴承。在此，圆锥滚子轴承包含外部滚道元件20和内部滚道元件10，其间布置有设计为截锥的滚动体30。在此，滚动体30可以设置在未显示的保持架中，并且在两个滚道元件10和20之间可以设置相应的密封装置以便密封包含滚动体30的空间。滚动体30在此设置用于在开设于滚道元件10和20中的滚道12和22上滚动。在其它实施例中，显然也可以是多列滚动轴承和/或圆柱滚子轴承、球轴承、圆筒轴承、滚针轴承和任意其它滚动轴承类型。
[0018]在本发明的实施例中有利的是，相对于利用已知方法如喷丸清理、硬车削或传统的强化滚压过程实现的曲线，从表面至最大内应力区域中的内应力的曲线在深度上变得更均匀。这尤其通过以下方式实现，即在滚动元件的滚道硬化之后利用不同的滚动体实施两个强化滚压步骤。在此，例如利用两个不同直径的陶瓷球或硬质金属球依次在滚道上滚压，由此产生内应力。根据滚动体的几何形状，内应力优选在不同的深度中形成。深度型廓在此随vonMises比较应力的分布变化，其中，随着重复的滚动出现与已经产生的内应力的重叠。通过两个或更多单独的强化滚压过程得出重叠的固有压应力曲线，其中在较小深度处已经出现比较接近最大值的内应力。与此相反的是，内应力的值在喷丸清理、仅利用一个滚动体的强化滚压或硬车削的过程中，在较小深度处相对较剧烈地下降。这种根据所用方法在较小深度(例如直至50μπι或IOOym)处的剧烈下降尤其在表面感应的正应力控制的裂缝形成(例如通过摩擦拉应力)过程中对滚道元件的寿命产生负面效果。通过利用两个不同大小的滚动体对滚道的强化滚压，内应力直至最大值的曲线随着深度的增加比已知方法更接近恒定内应力的理想曲线。
[0019]滚动轴承装置的滚道元件优选在滚道表面之下直至至少200 μ m的深度具有至少400MPa的内应力。但是，内应力的最大值优选在500MPa至800MPa之间，尽可能不要明显超过lOOOMPa。但是，内应力在直至IOOym的深度的值至少为内应力最大值的40%。由此能够实现比在表层或冷作硬化的方法中随着深度增加更均匀的内应力状态。这又可以实现滚道元件以及滚动轴承装置在所述运行条件或负载条件下的更高寿命。在图2中示范性显示滚道元件的内应力关于相对滚道的深度的有利曲线。该曲线利用按照本发明实施例的方法通过利用两个不同尺寸设计的滚动体进行强化滚压而产生。明显的是在滚道下方非常小的深度处已经能够形成约500MPa的内应力，其随后接近线性地在约250μπι的深度处降低至约800MPa的最大值。
[0020]有利的是使用球形和/或滚子形的滚动体，但是也可以使用其它几何形状的滚动体。此外，两个滚压步骤也可以利用不同基础形状的滚动体进行。对于圆柱形滚动体，较小的滚动体的直径优选位于Imm至3mm之间，并且较大的滚动体的直径在6mm至9mm之间,特别优选在7mm至8mm之间。
[0021]按照本发明实施例的方法能够有利地在所有已知的轴承类型中，即除了圆锥滚子轴承尤其还可以在圆柱滚子轴承、球形滚子轴承和滚针轴承中使用，其中根据滚动轴承的应用领域，可以不同地取消对内应力曲线的要求。但是相比已知方法能够明显更有针对性地产生符合要求的曲线。
[0022]附图标记清单
[0023]10, 20滚道元件
[0024]12,22 滚道
[0025]30 滚动轴承
【权利要求】
1.一种用于制造轴承装置的滚道元件的方法，具有以下方法步骤: -提供具有滚道的滚道元件， -通过至少部分地加热滚道元件来硬化滚道， -利用第一滚动体强化滚压滚道，并且 -利用第二滚动体强化滚压滚道，其中第二滚动体相对第一滚动体具有至少一个不同的维度尺寸。
2.按照权利要求1所述的方法，其中，至少一个滚动体具有球形的形状。
3.按照权利要求1所述的方法，其中，两个滚动体具有球形或圆柱形的形状和不同的直径。
4.按照权利要求1至3之一所述的方法，其中，在利用第二滚动体进行强化滚压之后实施材料消减的方法步骤，其中滚道元件在滚道区域中的表面被部分地去除。
5.按照权利要求4所述的方法，其中，在材料消减的方法步骤中去除小于50μ m的表面。
6.按照权利要求4或5所述的方法，其中，在强化滚压、珩磨或打磨过程之后实施热学再处理过程。
7.按照权利要求6所述的方法，其中，所述热学再处理过程在小于淬火的回火温度或转变温度的温度下实施。
8.一种滚动轴承装置的滚道元件，包含以下特征: -至少一个滚道，滚动轴承装置的用于滚动的滚动体设置在该滚道上， -在滚道表面的下方直至至少200 μ m的深度设有至少400MPa的内应力， -内应力的值直至100 μ m的深度最大改变500MPa。
9.按照权利要求8所述的滚道元件，其中，内应力的最大值在500至IOOOMPa之间。
10.按照权利要求8或9所述的滚道元件，其中，直至200μ m的深度，内应力的最小值在400至500MPa之间。
【文档编号】F16C33/58GK104011413SQ201280064446
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2012年10月25日 优先权日:2011年10月26日
【发明者】J.盖格纳, U.克鲁格, A.奥尔舍夫斯基, A.斯图本劳赫 申请人:Skf公司