軸承零件、軸承部件以及制造軸承部件的工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]根據第一方面，本發明涉及軸承零件，例如滾動軸承的內環或外環的部分。
[0002]根據第二方面，本發明涉及軸承部件，其包括根據本發明第一方面的軸承零件。
[0003]根據第三方面，本發明涉及工藝，其用于制造根據本發明第二方面的軸承部件。
【背景技術】
[0004]滾動軸承是熟知的且包括滾子軸承、球軸承及其組合。近年來，已經看到客戶需求和要求差別化的增加。這導致滾動軸承顧客化的提高，這進而導致制造上的更多變化以及每項變化上的較小批量。這樣的發展對于較大的滾動軸承尤其多見，例如，大型球形滾子軸承、圓錐滾子軸承、圓柱滾子軸承等等。再者，大型滾動軸承通常以較小的系列進行制造，因為這些軸承通常針對于直接客戶訂單制造，而不是以庫存的方式制造和存放。不同的顧客要求涉及例如不同的材料要求、不同的材料硬度要求、磨損特性、延展性、耐熱性等。另外，較高的顧客要求通常涉及顧客化的要求，以及優化軸承部件之間的滾動接觸表面的要求。因此，需要找到成本有效的解決方案來提高為顧客不同需要提供不同的顧客化解決方案的能力，并且能實現改進滾動接觸表面上的較高且日益增加的要求。
【發明內容】
[0005]因此，本發明的目標是提供對上述不同需要的解決方案。
[0006]根據本發明的第一方面，該目標通過提供軸承零件而實現，該軸承零件包括至少一個圓周外圍表面，其中該圓周外圍表面具有沿著該外圍表面圓周的至少一部分延伸的至少一個凹槽。凹槽設置為容納第二材料。外圍表面還具有第一部分和第二部分，沿著外圍表面的圓周設置在至少一個凹槽的相對側。此外，軸承零件包括可焊接金屬材料。通過提供具有當前特征的軸承零件，現在能提供具有不同特性的很多不同的軸承部件，其特性可通過更換凹槽中填充的材料而變化。填充材料，也就是第二材料，可變化到不同程度來實現不同的顧客要求。軸承零件和凹槽中容納的填充材料隨后經受擴散焊接工藝，因此將填充材料結合到軸承零件，即軸承部件的本體。板狀金屬條通過焊接固定到軸承零件，用于根據本發明第三方面的擴散焊接工藝。圓周外圍表面上的第一部分和第二部分提供有效的方法來固定板狀金屬條到軸承零件上，這對于擴散焊接工藝是必需的，并且在一個實施例中，第一部分和第二部分包括可焊接的金屬材料。通過將板狀金屬條固定通過焊接固定到軸承零件，將產生密閉空間，即密閉了凹槽。這是產生密閉空間的非常高效且成本有效的方法，對于擴散焊接工藝是需要的。該高效率有利于小系列地生產很多不同的軸承部件。
[0007]現在，將描述根據本發明第一方面的軸承零件的示例性和有利的實施例。
[0008]根據軸承零件的實施例，圓周外圍表面是指軸承環的滾道或滾子的滾動表面。滾動軸承中的滾動接觸表面的特性對軸承使用壽命是至關重要的。因此，通過對滾道表面施加高性能的鋼，可提高運行壽命。凹槽可僅設置在滾動軸承的滾動接觸表面處。因此，不必使高性能剛遍布圓周外圍表面的全部寬度上。這進一步提高了該設計的成本效率。
[0009]在軸承部分的實施例中，軸承零件是軸承的內環、軸承的外環或滾子軸承的輥子的任何零件。
[0010]在軸承零件的實施例中，軸承零件由可焊接鑄鐵或可焊接鑄鋼中的任何一個制造。通過采用鑄鋼或鑄鐵且因此鑄造軸承零件，軸承零件可以以成本有效方式制造。鑄造是成本有效的方法，尤其是在僅需要生產小系列時。大部分軸承環由冷乳環和/或熱乳環制造，這樣的方法更加適合于生產較大的系列。此外，已知的乳制軸承環包括同質的鋼體。因此，如果乳制接觸表面上需要高性能鋼，則全部軸承環必須包括這樣的鋼，這導致環非常昂貴。因此，通過采用低成本的本體部分，且然后擴散焊接高性能鋼到本體部分上僅在所需的表面處(即主要在滾動接觸表面)，將實現更加成本有效的高性能軸承部件。
[0011]在另一個實施例中，軸承零件由熱乳或冷乳鍛造圓柱元件制造，鍛造圓柱元件例如為環元件。
[0012]根據本發明的第二方面，該目標通過提供軸承部件來實現，該軸承部件包括根據本發明第一方面的軸承零件。軸承零件中的凹槽填充有第二材料，優選為金屬粉末材料，經受擴散焊接工藝，以使得第二材料接合到軸承零件。本發明的第一方面的所有方面可應用于本發明的第二方面的所有方面，反之亦然。擴散焊接在軸承零件上的材料可為任何類型的軸承鋼，特別是高性能的軸承鋼。在一個實施例中，通過擴散焊接接合的第二材料可僅設置在軸承部件的滾動接觸表面處。該設計提供了諸如軸承環的軸承部件，能實現顧客在滾動接觸表面上的高要求，并且也可以以成本有效方式生產。這對于小系列特別有利，在這種情形下滾動軸承顧客化為特定的應用。例如，風輪機的滾動軸承要求非常高，且在滾動接觸表面處具有高性能材料非常重要，從而能應對這些應用中經歷的高負荷。這些軸承部件提供了能實現這些高要求的軸承。此外，軸承零件可制作成接近最終形狀，例如通過將軸承零件鑄造成接近最終形狀，然后進行擴散焊接工藝，由此施加了第二材料。在去除板狀金屬條后，軸承零件可接近最終形狀，即不需要執行進一步的主要步驟就能實現軸承部件的最終形狀。例如，在軸承部件為滾動軸承的環的情況下，不需要執行任何隨后的環乳制步驟。
[0013]在軸承部件的實施例中，第二材料是如IS0683-17:1999(E)，9-10頁描述的任何軸承鋼。這樣鋼的示例是穿透硬化的軸承鋼、表面硬化鋼、誘導硬化鋼、不銹鋼軸承鋼或諸如M50鋼、Μ50Ν?1鋼等的高溫鋼。與ISO對應限定的軸承鋼也可使用，只要它們可滿足宏觀和微觀清潔度上的高赫茲接觸要求。該組鋼可為特定的適合于馬氏體硬化的N合金馬氏體不銹鋼，例如XD15NW或類似級別，但是也可采用更高合金的不銹鋼工具鋼。此外，可采用適合于表面富集和馬氏體硬化的不銹鋼。在進一步的實施例中，第二材料是金屬粉末材料。
[0014]在軸承部件的實施例中，擴散焊接工藝是高溫等靜壓(hot isostaticpressing, HIP)工藝。
[0015]在一個實施例中，軸承部件是球形滾子軸承的部件。軸承部件可為軸承的內環、夕卜環或滾子。如果軸承部件是雙排球形滾子軸承的內環，則內環的兩個滾道可包括填充有高性能軸承鋼例如是M50鋼的凹槽。這可在內環和滾子元件之間提供改進的滾動接觸表面。
[0016]在其它實施例中，軸承部件是任何滾子軸承或球軸承的部件，例如圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承、環形滾子軸承等。
[0017]根據本發明的第三方面，該目標通過制造軸承部件的工藝實現，軸承部件例如為軸承環或滾子。該工藝包括如下步驟:
[0018]提供根據本發明第一方面的軸承零件，
[0019]將板狀金屬條固定到軸承零件，以使得至少一個凹槽和板狀金屬條產生至少一個密閉空間，
[0020]用第二材料填充該至少一個密閉空間，以及
[0021]擴散焊接第二材料，因此將第二材料固定且接合到軸承零件。該工藝實現了根據本發明第二方面的軸承部件。應注意，本發明第二方面的所有實施例可應用于第三方面的所有實施例，反之亦然。該工藝提供了獲得合成軸承部件的有效方法。通過采用板狀金屬條且將其固定到軸承零件上，因此產生擴散焊接工藝的密閉空間，實現了更加有效、簡單且因此也是成本有效的工藝。此外，通過僅施加所需的第二材料，即至少在軸承部件的滾動接觸表面處，甚至實現更好的成本效率。
[0022]在一個實施例中，板狀金屬條通過焊接固定到軸承零件。在進一步的實施例中，板狀金屬條通過焊接經由可焊接的第一部分和第二部分固定到圓周外圍表面。這是固定板狀金屬條的有效方法。
[0023]在工藝的實施例中，板狀金屬條隨后從軸承部件去除。在另一個實施例中，板狀金屬條的去除通過后續的研磨步驟或隨后的切割步驟完成。在再一個實施例中，在隨后的研磨步驟中，滾動接觸表面研磨到拋光狀態，即滾動接觸表面(例如，軸承環的滾道)不需要進一步的處理，并且因此準備使用。
[0024]在一個實施例中，第二材料是金屬粉末材料。
[0025]在工藝的一個實施例中，擴散焊接通過高溫等靜壓(HIP)實現。在另一個實施例中，高溫等靜壓的實施溫度在1000和1300°C之間。在另一個實施例中，高溫等靜壓實施的溫度在1050-1250攝氏度之間。在另一個實施例中，高溫等靜壓實施的溫度為1100-1200攝氏度。在另一個實施例中，高溫等靜壓實施的溫度為1150攝氏度。在另一個實施例中，高溫等靜壓實施2至4小時。在另一個實施例中，高溫等靜壓在80-310Mpa的壓力下執行。
[0026]在工藝的一個實施例中，軸承部件隨后切割成至少兩件，以產生至少兩個軸承部件。采用具有至少兩個凹槽的一個軸承零件，然后執行上述工藝步驟以將粉末材料接合到軸承零件，隨后將軸承部件分成幾個軸承部件，這甚至可更加有效地制造軸承部件。這例如可將長環切割成幾個環(即，將軸承部件分成幾個軸承部件)而實現。例如，內環可這樣高效生產，在軸承零件的外周邊上提供具有幾個凹槽的軸承零件(至少部分地設置在內環的滾動接觸表面處)，隨后通過將板狀金屬條焊接到該部分上，且伴隨著如上所述的擴散焊接步驟，將板狀金屬條固定到軸承零件。其后，軸承零件可分成幾個環。軸承零件(軸承體)可為由鑄鐵或鑄鋼制作的鑄件，與高性能軸承鋼相比這是便宜的材料。
[0027]在一個實施例中，硬化處理可與擴散焊接步驟同時進行或者直接伴隨著擴散焊接步驟。第二材料和軸承零件優選在擴散焊接期間加熱到1000和1300攝氏度之間的溫度。隨后，從擴散焊接溫度，軸承部件可經受硬化步驟，以因此獲得第二材料和軸承零件的良好的硬度和金相。例如，可獲得貝氏體和/或馬氏體結構。在一個實施例中，硬化步驟伴隨著回火。
【附圖說明】
[0028]現在，將參考附圖詳細描述本發明的示范性實施例，其中:
[0029]圖1示出了根據本發明的軸承零件。
[0030]圖2示出了根據本發明的軸承部件。
[0031]圖3示出了根據本發