锥形滚柱轴承的制作方法_3

文档序号:9529082阅读:来源:国知局
含以下中的至少一者:质量百分数为0.5%以下的镍和质量百分数为0.2%以下的钼。由 此,钢的淬火能力提高,使得轴承部件的尺寸可以增大。
[0082] 在上述锥形滚柱轴承1A中,外圈11、内圈12和锥形滚柱13均可以具有体积分数 为20%以下的整体平均残留奥氏体量。由此,上述轴承部件的尺寸稳定性可以得到提高。
[0083] 在上述锥形滚柱轴承1A中,在外圈11、内圈12和锥形滚柱13的每个的接触表面 (外圈滚动接触表面11a、内圈滚动接触表面12a、大凸环表面12cl、滚动表面13a以及大直 径端面13c)下方的表面层部分可以包括出现在垂直于该接触表面的横截面的每100 μπι2中的五个以上的碳氮化物,每个碳氮化物具有0.5 μπι以下的直径。以此方式,由于在表面 层部分中具有大量微观碳氮化物,所以进一步提高了表面层部分的耐久性。优选的是,在以 上区域中具有十个以上的碳氮化物。应当注意的是,现有碳氮化物的量可以例如通过藉用 扫描电子显微镜(SEM)观察上述区域并对该观察的结果进行图像分析来确定。
[0084] 在上述锥形滚柱轴承1Α中,在从外圈11、内圈12和锥形滚柱13的接触表面(外 圈滚动接触表面11a、内圈滚动接触表面12a、大凸环表面12cl、滚动表面13a以及大直径 端面13c)延伸到50 μπι深度处的区域中的残留奥氏体量的体积分数可以是20%以上。由 此,该接触表面的耐久性,特别地在异物侵入的该环境中的耐久性,可以得到提高。
[0085] 在上述锥形滚柱轴承1Α中,在内圈12的内径表面12d中的氮浓度的质量百分数 是0.05%以下。此允许内圈12装配在诸如轴的构件上的状态的稳定。
[0086] 参照图4和图5,下面将描述一种改型的保持件20。参照图4,在凹穴24的较小宽 度侧上的小环形部21可以设置有切口 24c。另外,在较小宽度侧上的三个切口 24a和24c 的总面积可以大于在较大宽度侧上的两个切口 24b的总面积。由此,从保持件20的内径侧 流入内圈12侧的润滑油允许从切口 24c逸出,使得到达内圈12的大凸环12c的润滑油的 量可以进一步减小。由此,由润滑油的流动阻力引起的扭矩损失可以减少。另外,切口 24c 具有例如1mm的深度D3和例如5. 7mm的宽度W3。
[0087] 参照图5,设置在柱状部23中的位于较小宽度侧上的每个切口 24a的深度D1可以 大于设置在柱状部23中的位于较大宽度侧上的每个切口 24b的深度D2。而且,每个切口 24a的总面积大于每个切口 24b的总面积。由此,到达内圈12的大凸环12c的润滑油的量 可以进一步减少,其结果是可以进一步减少由润滑油的流动阻力导致的扭矩损失。
[0088] 参照图3,凸环14沿径向向内面向,以面向内圈12的小凸环12b的外径表面,该凸 环14可以设置在保持件20的小环形部分的轴向外侧。另外,位于凸环14的内径表面和内 圈12的小凸环12b的外径表面之间的间隙δ是小凸环12b的外径尺寸的2. 0%以下。由 此,与从保持件20的外径侧流入外圈11侧的润滑油相比,从保持件20的内径侧流入内圈 12侧的润滑油的量可以大幅减小。由此,由润滑油的流动阻力引起的扭矩损失又可以进一 步减少。
[0089] 锥形滚柱13的全部表面可以随机设置有无数显微凹形凹槽(未示出)。而且,设置 有此类凹槽的锥形滚柱13的表面中,表面粗糙度系数(Ryni)可以是0. 4 μ m以上且1. 0 μ m 以下,并且Sk值可以是-1.6以下。因此,润滑油可以保留在锥形滚柱13的整个表面上。由 此,即使在保留于轴承中的润滑油的量减少的情形下,也可以在锥形滚柱13和外圈11以及 内圈12中的每个之间的接触中提供足够的润滑。
[0090] 然后,下面将描述根据本实施方式的锥形滚柱轴承的生产方法。通过根据本实施 方式的锥形滚柱轴承的该生产方法,生产上述锥形滚柱轴承1A。
[0091] 参照图6,首先执行钢材料制备步骤,其作为步骤(S10)。在该步骤(S10)中,制备 钢材料,该钢材料由以下制成:钢,包含质量百分数为0.60%以上且1.50%以下的碳、质量 百分数为〇. 15 %以上且2. 50%以下的硅、质量百分数为0. 30%以上且1. 50%以下的锰以 及质量百分数为〇. 20%以上且2. 00%以下的铬,其余由杂质构成;或者,钢,包含质量百分 数为0. 60%以上且1. 50%以下的碳、质量百分数为0. 15%以上且2. 50%以下的硅、质量百 分数为〇. 30%以上且1. 50%以下的锰以及质量百分数为0. 20%以上且2. 00%以下的铬, 并且还包含质量百分数为0. 5%以下的镍和质量百分数为0. 2%以下的钼中的至少一种, 其余由杂质构成,例如高碳铬轴承钢,诸如由JIS标准限定的SUJ2、SUJ3、SUJ4和SUJ5。特 别地,制备例如具有上述组成成分的条钢、钢丝和类似物。
[0092] 然后,执行成形步骤,其作为步骤(S20).在该步骤(S20)中,例如在上述步骤 (S10)中制备的条钢、钢丝和类似物经受诸如锻压和车削和类似的加工。由此,制成以外圈 11、内圈12、锥形滚柱13等的形状成形的成形体(参见图1)。
[0093] 然后,执行碳氮共渗步骤,其作为步骤(S30).在此步骤(S30)中,在步骤(S20) 中制备的成形体经受碳氮共渗过程。该碳氮共渗过程例如按以下方式执行。首先,在大约 780°C以上且820°C以下的温度范围内预热30分钟以上且90分钟以下的时间。然后,诸如 RX气体的吸热气体使碳势通过增加用作富化气体的丙烷气体或丁烷气体而得到调整,并且 进一步将氨气引入到吸热气体,在这样的气氛中,将已经预加热的成形体进行加热以使之 经受碳氮共渗。碳氮共渗的温度可以例如是820°C以上且880°C以下。可以根据待形成为 成形构件的富氮层的氮浓度来设定用于该碳氮共渗过程的时间,并且该时间可以是例如4 小时以上且7小时以下。由此,富氮层可以形成,同时抑制成形构件的脱碳。
[0094] 然后,执行淬火步骤,其作为步骤(S40).在该步骤(S40),通过步骤(S30)中的 碳氮共渗过程而在其中形成富氮层的成形构件快速地从预定的淬火温度冷却,并且因此经 历淬火过程。淬火温度例如可以是820°C以上且880°C以下,并且,优选地是850°C以上且 880°C以下。淬火过程可以例如通过将该成形构件浸入淬火油中而执行,淬火油作为冷却 剂,被保持在预定的温度。此外,在该步骤(S40)中,优选地,用作成形构件的接触表面下方 的表面层部分的区域以20°C/秒以上的平均冷却速度在淬火温度至600°C的温度范围内冷 却,并且以30°C /秒以上的平均冷却速度在淬火温度至400°C的温度范围内冷却。由此,由 于步骤(S30)中的碳氮共渗过程而使淬火能力恶化的、待变为表面层部分的区域可以被可 靠地淬硬。
[0095] 然后,执行回火步骤,其作为步骤(S50).在该步骤(S50)中,在步骤(S40)中经受 淬火过程的成形构件经受回火过程。特别地,在加热到例如180°C以上且240°C以下的温度 范围的气氛中,将该成形构件保持0.5小时以上且3小时以下的时间,并且因此执行回火过 程。另外,该回火温度可以是180°C以上且210°C以下。
[0096] 然后,执行精加工步骤,其作为步骤(S60)。在该步骤(S60)中,在步骤(S50)中 经受回火过程的成形构件被加工以因此形成接触表面,该接触表面待与另一部分(外圈滚 动接触表面11a、内圈滚动接触表面12a、大凸环表面12cl、滚动表面13a以及大直径端面 13c)接触。当精加工时,可以执行例如磨削。通过上述步骤,完成外圈11、内圈12、锥形滚 柱13等。
[0097] 进一步,执行组装步骤,其作为步骤(S70)。在该步骤(S70)中,在步骤(S10)至 (S60)中制备的外圈11、内圈12、锥形滚柱13以及独立制备的保持件20 (参见图2)结合并 且组装成上述锥形滚柱轴承1A。由此,本实施方式中生产锥形滚柱轴承的方法结束。
[0098] 在上述步骤(S30)中,成形构件经受碳氮共渗过程,使得借助后续步骤(S60)中的 精加工过程,在接触表面下方的表面层部分中的氮浓度为质量百分数0. 3 %以上。即,考虑 到步骤(S60)中的加工裕量等因素,调整氮量,使得在完成接触表面后,表面层部分中的氮 浓度的质量百分数可以设为〇. 3%以上。
[0099] 另外,在上述步骤(S50)中,成形构件经受回火过程,使得在整个成形构件中的平 均残余奥氏体量的体积百分数为20 %以下。
[0100] 另外,为了实现在从接触表面(外圈滚动接触表面11a、内圈滚动接触表面12a、大 凸环表面12cl、滚动表面13a以及大直径端面13c)延伸到50 μ m深度处的区域中包括体 积分数为20%以上的残余奥氏体量的成品,可以调整例如在步骤(S30)中产生的氮浓度分 布、在步骤(S40)中的淬火温度、在步骤(S50)中的回火温度、在步骤(S60)中的加工裕量 等。
[0101] 另外,为了将内圈12的内径表面12d中的氮浓度设定在质量分数为0. 05%以下, 例如,仅需要藉由夹具(jig)或涂层覆盖内径表面12d,以执行步骤(S30)。
[0102] 另外,为了产生这样的状态一一表面层部分包括出现在垂直于该接触表面的横截 面的每100 μπι2中的五个以上的碳氮化物,每个碳氮化物具有0.5 μπι以下的直径一一例 如,可以调整步骤(S40)中的淬火温度、步骤(S50)中的回火温度等。
[0103] (第二实施方式)
[0104] 然后,以下描述作为本发明的另一实施方式的第二实施方式。根据本实施方式的 锥形滚柱轴承具有基本上与上述第一实施方式相同的构造和效果。然而,根据本实施方式 的锥形滚柱轴承在外圈、内圈和锥形滚柱的构造上不同于上述第一实施方式。
[0105] 参照图7,与第一实施方式类似,根据本实施方式的锥形滚柱轴承1Β包括外圈31、 内圈32、锥形滚柱33和保持件40。在外圈31、内圈32和锥形滚柱33中至少锥形滚柱33, 更特别地,外圈31、内圈32和锥形滚柱33由以下淬火硬化钢制成:即,该淬火硬化钢包含 质量百分数为〇. 90%以上且1. 05%以下的碳、质量百分数为0. 15%以上且0. 35%以下的 硅、质量百分数为〇. 01%以上且〇. 50%以下的锰以及质量百分数为1. 30%以上且1. 65% 以下的铬,其余由杂质构成。在上述每个轴承部件(外圈31、内圈32和锥形滚柱33)中,在 与另一部件接触的接触表面中的氮浓度的质量百分数是〇. 25%以上,并且在该接触表面中 残余奥氏体量的体积百分数为6%以上且12%以下。具体地,在外圈31中,在用作接触表 面中的外圈滚动接触表面31a中的氮浓度的质量百分数是0. 25%以上,而残余奥氏体量的 体积百分数为6%以上且12%以下。在内圈32中,在用作接触表面中的内圈滚动接触表面 32a和大凸环表面32cl的每个中的氮浓度的质量百分数是0. 25%以上,而残余奥氏体量的 体积百分数为6%以上且12%以下。在锥形滚柱33中,在用作接触表面的滚动表面33a和 大直径端面33c的每个中的氮浓度的质量百分数是0. 25%以上,而残余奥氏体量的体积百 分数为6%以上且12%以下。
[0106] 如上所述,在根据本实施方式的锥形滚柱轴承1B中,外圈31、内圈32和锥形滚柱 33每个均由具有上述组成成分的钢制成,并且因此,可以通过使用等同于SUJ2的材料来制 成,该材料在世界每个国家均能容易地得到。另外,由于保持件40具有与上述第一实施方 式中的保持件20相同的结构,所以可以通过减少保留在轴承中的润滑油的量来减少扭矩 损失,如同上述第一实施方式的情形。另外,在外圈31、内圈32和锥形滚柱33的每个的接 触表面(外圈滚动接触表面31a、内圈滚动接触表面32a、大凸环表面32cl、滚动表面33a以 及大直径端面33c)中的氮浓度的质量百分数是0.25%以上。由此,与上述第一实施方式的 情形类似,可以抑制在接触表面上的咬合,同时可以提高该接触表面的耐久性。以此方式, 与上述锥形滚柱轴承1A类似,根据本实施方式的锥形滚柱轴承1B的扭矩损失减小,抗咬合 性提高并且使用寿命延长。
[0107] 另外,在根据本实施方式的锥形滚柱轴承1B中,在外圈31、内圈32和锥形滚柱33 的每个的接触表面(外圈滚动接触表面31a、内圈滚动接触表面32a、大凸环表面32cl、滚 动表面33a以及大直径端面33c)中的残余奥氏体量的体积百分数是6%以上且12%以下。 由此,抑制了使用寿命的缩短,提高了每个接触表面的抗压入性。另外,在锥形滚柱轴承1B 中,在至少锥形滚柱33的接触表面(滚动表面33a和大直径端面33c)中的氮浓度的质量百 分数是0.25%以上,而残余奥氏体量的体积百分数为6%以上且12%以下。由此,在根据本 实施方式的锥形滚柱轴承1B中,抗压入性和滚动疲劳寿命都可以以相对较高的水平实现。
[0108] 在上述锥形滚柱轴承1B中,外圈31、内圈32和锥形滚柱33的每个的接触表面(外 圈滚动接触表面31a、内圈滚动接触表面32a、大凸环表面32cl、滚动表面33a以及大直径端 面33c)的硬度优选地在60. 0HRC以上。由此,进一步延长了使用寿命,并且进一步提高了 抗压入性。另外,该接触表面的硬度优选地是64. 0HRC以下。由此,在每个接触表面中的残 余奥氏体量的体积百分数可以容易地调整在12%以下。
[0109] 然后,下面将描述根据本实施方式的锥形滚柱轴承的生产方法。在根据本实施方 式的锥形滚柱轴承的该生产方法中,生产上述锥形滚柱轴承1B。
[0110] 参照图8,钢材料制备步骤首先进行,其作为步骤(S80)。在该步骤(S80)中,制 备钢材料,其由等同于JIS标准所限定的SUJ2的钢制成,这些钢诸如是JIS标准所限定的 SUJ2、ASTM标准所限定的52100、DIN标准所限定的100Cr6、GB标准所限定的GCr5或GCrl5, 以及Γ OCT标准所限定的Π?Χ15。特别地,
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