用于加工滾動軸承圈的表面區(qū)域的方法和滾動軸承圈以及滾動軸承的制作方法
【專利說明】用于加工滾動軸承圈的表面區(qū)域的方法和滾動軸承圈以及滾動軸承
[0001]本發(fā)明涉及一種用于加工滾動軸承圈的表面區(qū)域的方法。此外，本發(fā)明還涉及一種滾動軸承圈和滾動軸承。
[0002]已知的是，例如被設(shè)計為球、半球、片或輪的滑動或滾動的工具尖端壓在工件上，并且在工件相應(yīng)轉(zhuǎn)動時在其表面上運動。這種措施通常被稱為輥軋、乳平或軋實，并且使工件的表面平整度無切肩地光滑，并且形成在工件中的內(nèi)應(yīng)力。通過工具尖端朝向工件的壓力可以對內(nèi)應(yīng)力在其強度方面產(chǎn)生影響，并且通過接觸面的尺寸、例如工件尖端球體或半球體的半徑對內(nèi)應(yīng)力在其深度曲線(Tiefenverlauf)方面產(chǎn)生影響。表面的硬度和抗磨損性、表面的動態(tài)穩(wěn)定性(疲勞極限、疲勞強度)和表面的承重比率可以被提高；通過內(nèi)應(yīng)力還可以阻止裂紋形成。此外，光滑的冷作硬化的表面還具有更高的抗腐蝕性。
[0003]在已知的工具中，硬質(zhì)的工具尖端通過盤式彈簧組件或通過水壓或油壓被壓在工件上。在涉及彈簧的情況下，工具尖端被設(shè)計為在表面上滾動的、由陶瓷制成的球，或被設(shè)計為在表面上滑動的、由金剛石制成的半球，在設(shè)計液壓的技術(shù)方案中，工具尖端優(yōu)選被設(shè)計為流體靜力支承或滾動的陶瓷球。
[0004]在盤式彈簧組件的情況下實現(xiàn)了特別緊湊的結(jié)構(gòu)形式以及在工件工具接觸時的迅速的力量積聚。然而當已經(jīng)較小地偏離理論按壓位置時(所述偏離可能由于定位誤差以及工件輪廓造成)，在加工力中會測定出明顯的誤差。盤式彈簧組件在加載和卸載時的滯后同樣也會導(dǎo)致波動的加工力。非常硬的彈簧在相應(yīng)的工件平整度的情況下也同樣會導(dǎo)致工具尖端的劇烈擺動，所述擺動影響表面質(zhì)量，尤其還會降低工具尖端的使用壽命。
[0005]在液壓的情況下，通過集成在工具中的缸體實現(xiàn)了具有恒定壓力的行程區(qū)域。盡管該技術(shù)方案具有可調(diào)節(jié)的且恒定的壓力，然而還具有其他弊端。這需要液壓設(shè)備，所述液壓設(shè)備有必要與工具相連，這通常排除了在加工機器中的自動化工具更換。此外，許多加工機器利用作為冷卻潤滑劑的水基乳濁液工作，因此，由于在乳濁液中的沉淀風險而不希望在工具中使用油。那么液壓設(shè)備必須利用乳濁液工作，這除了不利的潤滑和壓力強度之外，還由于其在加工機器中即使過濾后也通常仍存在的堅硬的和/或磨損的顆粒而導(dǎo)致液壓設(shè)備以及工具的使用壽命降低。當工具尖端在顆粒上滑動或當顆粒滾動過工具尖端時，可能會導(dǎo)致工具尖端和/或工件的損傷。
[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，在批量生產(chǎn)的范疇中在以盡可能低的工具磨損實現(xiàn)滾動軸承圈的表面的無切肩的整平和/或在滾動軸承圈的表面區(qū)域的內(nèi)部形成在尺寸和深度曲線上限定的內(nèi)應(yīng)力。
[0007]所述技術(shù)問題通過一種用于對滾動軸承圈的表面區(qū)域進行無切肩的加工的方法解決。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，滾動軸承圈相對于兩個分別具有一個工具尖端的工具旋轉(zhuǎn)。這兩個工具的工具尖端自不同的初始位置開始以相對于旋轉(zhuǎn)的滾動軸承圈相互反向運動的方式在表面區(qū)域上導(dǎo)引，并且在此利用壓力按壓在表面區(qū)域上，從而使每個工具尖端在表面區(qū)域上形成螺紋狀或螺旋狀的軌跡，以至于所述軌跡部分地相疊并且在相疊區(qū)域中相互多次相交。
[0008]本發(fā)明的優(yōu)點在于，其利用合理的費用實現(xiàn)了滾動軸承圈的表面區(qū)域的有利于批量生產(chǎn)的整平和/或在滾動軸承圈的表面區(qū)域內(nèi)部形成規(guī)定的內(nèi)應(yīng)力。在此特別有利的是，可以將工具磨損保持得特別低。利用本發(fā)明的方法加工的滾動軸承圈具有較長的使用壽命。通過在工件表面上的反向螺紋狀的工具軌道的多次相交，軌跡在各個位置上具有彼此不同的間距，并進而具有持續(xù)變化的應(yīng)力狀態(tài)。避免了在持續(xù)降低的內(nèi)應(yīng)力的距離中的裂紋優(yōu)選方向。
[0009]可以使用由金剛石制成的工具尖端。
[0010]所述兩個工具的工具尖端從參照滾動軸承圈的旋轉(zhuǎn)相互錯開180°的起始位置開始在表面區(qū)域上導(dǎo)引。這具有的優(yōu)點在于，通過加工施加在滾動軸承圈上的力幾乎被抵消，并且由此不必被工件容納部支承。
[0011]所述兩個工具的至少一個工具尖端可以從起始位置開始在表面區(qū)域上導(dǎo)引，所述起始位置基于滾動軸承圈的旋轉(zhuǎn)被布置在表面區(qū)域的徑向和/或軸向端部區(qū)域中。
[0012]所述兩個工具的工具尖端可以從表面區(qū)域的參照滾動軸承圈的旋轉(zhuǎn)相互對置的徑向和/或軸向的端部區(qū)域開始在表面區(qū)域上導(dǎo)引。所述兩個工具的工具尖端可以利用參照滾動軸承圈的旋轉(zhuǎn)相互對置的徑向和/或軸向的運動分量在表面區(qū)域上導(dǎo)引。這種措施的優(yōu)點在于，例如滾動軸承圈通過根據(jù)本發(fā)明的加工導(dǎo)致的變形保持得較小，而且可以被設(shè)計為對稱的。
[0013]軌跡可以部分不重疊地構(gòu)成。由此可以逐步地對未加工的區(qū)域找平。
[0014]重疊區(qū)域可以至少在表面區(qū)域的主要負載區(qū)中延伸，在所述主要負載區(qū)中，承重比率始終具有至少一個預(yù)定的最小值，所述承重比率被定義為，在滾動軸承圈的最大允許負載下，在各個位置上出現(xiàn)的負載相對于在整個表面區(qū)域上出現(xiàn)的最大負載的比例。承重比率的最小值例如可以是0.8。同樣可行的是，承重比率的最小值被預(yù)設(shè)為0.5。通過該措施可以確保的是，滾動軸承在特別極端的區(qū)域軸被特別好地加工。
[0015]所述兩個工具的工具尖端的起始位置可以分別位于主要負載區(qū)之外。通過這種方式，避免了主要負載區(qū)中的表面區(qū)域可能后果嚴重的損傷。
[0016]在根據(jù)本發(fā)明的方法范疇內(nèi)可以規(guī)定，至少一個或兩個工具的工具尖端在加工滾動軸承圈時在接觸區(qū)內(nèi)部緊密地貼靠在滾動軸承圈的表面區(qū)域上，壓力沿力方向作用，并且在進給平面內(nèi)(所述進給平面通過在接觸區(qū)內(nèi)垂直于表面區(qū)域定向的表面法向與工具移動的進給方向限定)使力方向朝進給方向傾斜，并且與表面法向形成至少2°的夾角。這還具有進一步減低磨損的優(yōu)點。力方向可以與表面法向形成最大15°的夾角。力方向尤其可以與表面法向形成至少5°和/或最大10°的夾角。在垂直于進給平面限定的平面內(nèi)，力方向相對于表面法向形成最大1°的夾角。相對于滾動軸承圈的周向方向，力方向平行于表面法向延伸。在此，當所形成的夾角小于1°時就可以認為平行。據(jù)此，力方向僅向進給平面的內(nèi)部傾斜。
[0017]至少一個或兩個工具的工具尖端可以以0.05毫米/轉(zhuǎn)至0.15毫米/轉(zhuǎn)地速度移動。較高的速度會導(dǎo)致具有糟糕平整度的紋路結(jié)構(gòu)和極不均勻的內(nèi)應(yīng)力分布。較低的速度會導(dǎo)致極高的材料負載并導(dǎo)致不經(jīng)濟的加工時長。
[0018]表面區(qū)域可以具有50m/min至150m/min的軌道速度。較高的速度降低工具尖端的使用壽命。較低的速度會妨礙工具尖端在液膜上的無振蕩且無摩擦的滑動。
[0019]至少一個或兩個工具的工具尖端可以以200N至750N的壓力壓在表面區(qū)域上。該區(qū)域尤其適用于具有3_曲率半徑的工具尖端。在曲率半徑較小時應(yīng)該降低所需壓力，在曲率半徑較大時應(yīng)該提高所需壓力。在具有較小直徑的滾動軸承圈中，可以使用比在具有較大直徑的滾動軸承圈中更低的壓力。與形成內(nèi)應(yīng)力相比，使用更小的壓力用于整平。壓力可以根據(jù)同一工具尖端已經(jīng)回撤的距離而提高。從而可以補償由于工具尖端因磨損導(dǎo)致的磨平而降低的作用。
[0020]在工具尖端的沿工具的進給方向和滾動軸承圈的旋轉(zhuǎn)方向的前方、在滾動軸承圈的表面區(qū)域上可以形成由冷卻介質(zhì)和/或潤滑介質(zhì)構(gòu)成的膜層。尤其可以通過輸入冷卻介質(zhì)和/或潤滑介質(zhì)實現(xiàn)工具尖端的懸浮，并由此實現(xiàn)工具尖端與表面之間的至少部分分離。這有利于減少工具尖端的磨損。
[0021]表面區(qū)域可以在無切肩加工之后被研磨或經(jīng)受打磨處理。由此可以在不明顯影響通過根據(jù)本發(fā)明的方法形成的內(nèi)應(yīng)力分布的情況下避免或至少降低表面損傷。
[0022]本發(fā)明還設(shè)計帶有表面區(qū)域的滾動軸承圈，所述表面區(qū)域具有兩個螺旋線狀或螺紋狀構(gòu)成的內(nèi)應(yīng)力模式，所述內(nèi)應(yīng)力模式相疊并且在重疊區(qū)域內(nèi)多次相交。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的滾動軸承圈的特點在于較長的使用壽命，并且非常好地抵抗裂紋形成。所選擇的內(nèi)應(yīng)力模式的幾何規(guī)格導(dǎo)致持續(xù)變化的應(yīng)力狀態(tài)。沿持續(xù)下降的內(nèi)應(yīng)力的延伸方向的裂紋方向可以被避免。
[0024]內(nèi)應(yīng)力模式可以通過無切肩成型的凹陷部構(gòu)成。內(nèi)應(yīng)力模式可以具有彼此相反的旋轉(zhuǎn)方向。
[0025]此外，本發(fā)明還涉及一種具有根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的滾動軸承圈的滾動軸承。
[0026]彈性元件可以具有最高200N/mm、優(yōu)選最高150N/mm、特別優(yōu)選100N/mm的彈性常數(shù)。這種平緩的彈性特征曲線具有的優(yōu)點在于，當沿力方向改變表面區(qū)域的位置時，工具尖端朝滾動軸承圈的表面區(qū)域的壓力僅稍微發(fā)生變化。在相對于理論收縮有一定程度誤差的情況下，平緩的彈性特征曲線僅導(dǎo)致誤差極低的加工力，并且與較軟的彈簧相比同時還避免工具尖端在工件粗糙處的過載，由此明顯提高使用壽命。位置改變和由此導(dǎo)致的理論回縮尤其會在工件較大的情況下導(dǎo)致工件理應(yīng)更大的尺寸、角度和位置公差，或者出現(xiàn)這種情況，其中，在被加工的表面區(qū)域的型廓利用工