Абстрактный: При пробной штамповке конических роликов импортным четырех-высокоскоростным-высокоскоростным оборудованием холодной высадки возникли типичные дефекты, включающие поперечное растрескивание вырезанных заготовок, поверхностные трещины по наружному диаметру роликов и фаске, а также складчатость штамповки на торцах фасок. Анализ первопричин подтверждает, что все эти дефекты связаны с плохим качеством сырья. После технической оптимизации сфероидизированной отожженной катанки GCr15, предназначенной для высокоскоростной-холодной высадки, продукт полностью соответствует практическим производственным требованиям.

Ключевые слова: конический роликоподшипник; конический ролик; высокоскоростная-машина холодной высадки; подшипниковая сталь GCr15; дефект; анализ отказов

1 Процесс обработки на четырех-высокоскоростной-станционной машине холодной высадки

Для повышения производительности штамповки конических роликов с наружным диаметром более 20 мм применяется импортная четырех-высоко-скоростная машина холодной высадки. Оборудование обеспечивает высокую производительность при скорости штамповки до 100 штук в минуту и ​​производит высокоточные-ролики без заусенцев после формовки. Тем не менее, сырьем для этой машины должна быть сфероидизированная отожженная катанка, в то время как основные отечественные производители специальной стали поставляют сталь GCr15 диаметром более 20 мм только в виде цельных прутков. После переговоров поставщик специальной стали предоставляет сфероидизированную отожженную катанку по индивидуальному заказу для этого процесса холодной высадки.

Основные технические требования к пробной катанке следующие: обработка методом двойной вытяжки и двойной зачистки с отделкой поверхности; сфероидизированная микроструктура отжига с классом 2~4 по GB/T18254-2002 г.; твердость контролируется на уровне 170~185 HB. При многопроходной холодной деформации происходит сильное наклеп, что затрудняет последующую формовку, отсюда и относительно низкие требования к твердости. Глубина одностороннего обезуглероживания поверхности не должна превышать 0,8 % номинального диаметра стали; допуск на диаметр стержня составляет 0~-0,05 мм, остальные характеристики соответствуют соответствующим техническим соглашениям на закупку.

Штамповка конических роликов на четырех-станционной машине холодной высадки включает в себя четыре последовательные рабочие станции: резка заготовок → высадка концов → предварительное-формование → чистовое формование, схема формовки показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Схематическая диаграмма четырех-процесса штамповки.

Пустая стрижка: При резке заготовок рукавного типа- получаются заготовки с незначительной деформацией и торцевыми поверхностями, приблизительно перпендикулярными осевой линии заготовки.

Конец огорчения: Выравнивает неровные торцы заготовок перпендикулярно оси, выравнивает длину заготовки и смещает внешний круг заготовки.

Предварительное-формирование: Придает грубую форму конусному контуру, уменьшает размер малого торца, образует вогнутую полость на большом-торце и расширяет внешний диаметр наружу.

Завершить формирование: Завершает размеры ролика до заданного допуска.

Большая деформация и значительное упрочнение происходят на большой-концевой фаске, наружном диаметре, торцевой поверхности как больших, так и малых концов, а также на малой-концевой фаске во время формовки. Изменение твердости готовых валков в различных положениях указано в Таблице 1. По сравнению с валками механических прессов с одной-станцией продукция, изготовленная на этой машине, отличается превосходной точностью размеров, исключая последующие-процессы, такие как удаление заусенцев, мягкое шлифование наружного диаметра и мягкое шлифование торцевой поверхности, что значительно повышает коэффициент использования сырья.

Таблица 1. Изменение твердости штампованного ролика в разных положениях (единица измерения: HB)

2 Анализ дефектов штампованных конических роликов

Во время формовки конических роликов, как показано на рисунке 1, повторяющиеся дефекты включают поперечное растрескивание срезанных заготовок, осевые поверхностные трещины на большом-наружном диаметре конца и фаске, а также дефекты сгиба на поверхностях фаски. После систематического контроля оборудования, штампов и сырья первопричиной подтверждается низкое качество пробной стальной проволоки.

2.1. Поперечное растрескивание срезанных заготовок.

На разрезаемых заготовках на станции резки часто возникают поперечные трещины, параллельные плоскости среза, вызывающие аварийную остановку и сигнализацию машины холодной высадки. Металлографические образцы, вырезанные из растрескавшихся заготовок, протравливают 2%-ным спиртовым раствором азотной кислоты. При микроскопическом исследовании обнаруживаются массивный пластинчатый перлит и крупные частицы карбида (рис. 2). Согласно стандарту GB/T18254-2002 года для высокоуглеродистой хромсодержащей стали, сфероидизированная микроструктура подвергается перегреву и классу выше 6. Объемная твердость заготовок с трещинами измеряется на уровне 187 HB с помощью твердомера по Бринеллю.

Проверка образцов из головной, средней и хвостовой части одной и той же катушки проволоки выявила неоднородную микроструктуру отжига: сосуществовали сфероидизированные структуры классов 4, 5 и 6 с твердостью от 184 HB до 189 HB. Некачественная сфероидизированная микроструктура, особенно избыток пластинчатого перлита, резко снижает пластичность стали. Растягивающее напряжение, сосредоточенное вблизи плоскости сдвига во время резки заготовки, вызывает поперечное растрескивание заготовки.

Рисунок 2. Микроструктура сфероидизированной отожженной заготовки с поперечными трещинами.

2.2 Трещины на поверхности роликов с большим-торцевым наружным диаметром и фаской

Осевые поверхностные трещины обычно встречаются на больших-наружных диаметрах и фасках готовых роликов, при этом частичные трещины распространяются на торцевые поверхности. Магнитопорошковый контроль готовых деталей приводит к накоплению обильного магнитного порошка в местах больших-конечных фасок. После горячего травления (50% концентрированная техническая соляная кислота + 50% вода, выдержка при 70 градусах в течение 30 мин) по поверхности фасок появляются плотные мелкие осевые микротрещины. На небольшой-концевой фаске имеется несколько одинаковых микротрещин.

Ролики с трещинами по осевому наружному-диаметру разрезаются перпендикулярно направлению трещины для металлографического анализа. На микрофотографии видно, что трещины разделены на два слоя: внешний слой крупных трещин с поверхностным обезуглероживанием и внутренний слой мелких трещин, свободный от обезуглероживания (рисунок 3). При проверке микроструктуры необработанной катанки обнаруживается сплошной обезуглероженный слой глубиной 0,3–0,4 мм на поверхности стали (рис. 4), а также рассеянные глубокие осевые трещины и многочисленные мелкие поверхностные царапины.

Большое радиальное расширение наружу происходит при большом-наружном диаметре конца и фаске во время холодной штамповки, что сопровождается интенсивным наклепом и ухудшением пластичности. Ранее существовавшие поверхностные дефекты (трещины/царапины) внутри обезуглероженного слоя с пластинчатым перлитом распространяются в макроскопические трещины под действием формообразующих напряжений; обезуглероженная область вокруг трещин наследует первоначальные поверхностные дефекты сырья, тогда как необезуглероженные участки трещин развиваются в результате распространения трещин при штамповке. Напротив, формирование малых-концов происходит за счет внутренней усадочной деформации, которая сдерживает расширение трещины.

Рисунок 3. Морфология поперечного-сечения осевой трещины на наружном диаметре штампованного ролика.

Рис. 4. Поверхностный обезуглероженный слой сырой стали с межзеренными оксидными микротрещинами на верхней поверхности

Неглубокие трещины и царапины на внешней поверхности ролика удаляются при последующей шлифовке, тогда как поверхности фасок остаются незашлифованными и сохраняют мелкие дефекты, что приводит к накоплению магнитного порошка при окончательном контроле MPI.

2.3 Штамповочный дефект загибки на фаске ролика

Визуальный осмотр сформированных роликов выявляет дефекты сгиба, симметрично расположенные вдоль центральной оси как на больших-торцевых, так и на малых-торцевых фасках. Повреждение матрицы исключено после устранения неполадок; Складывание происходит из-за лишнего «лишнего металла» на локальном заглушке, образующегося в процессе резки.

Разлом в поперечном-сечении срезанной заготовки представляет собой приблизительный контур эллипса, при этом сила сдвига выравнивается вдоль малой оси эллипса. На обоих концах главной оси имеется разорванная зона избытка металла шириной 1–2 мм, отличающаяся от ровной поверхности сдвига в других местах (рис. 5). Статистические данные показывают, что при твердости сырья около 192 HB складок фасок не происходит; Складывание постоянно возникает для сырья с твердостью ниже 190 HB из-за чрезмерной пластичности, что приводит к образованию заусенцев/лишнего металла на заготовке во время резки. Следовательно, низкая базовая твердость необработанной стали приводит к неравномерному разрыву кромки и последующему складыванию фаски после формовки.

3. Улучшение качества сырья и проверочный тест

Отслеживание дефектов выявило четыре критических недостатка первоначальной пробной катанки: (1) Не-несоответствующая неравномерная сфероидизированная микроструктура отжига; (2) Слишком толстый-обезуглероженный слой недопустимой поверхности; (3) Случайные поверхностные трещины и царапины на стали; (4) Недостаточная сфероидизированная твердость при отжиге.

Рисунок 5. Схематическое изображение зон избыточного-металла на поверхности сдвинутого излома.

Пересмотренные технические спецификации на сертифицированную катанку сформулированы следующим образом:

Сфероидизированная микроструктура отжига, контролируемая в пределах класса 2–4, с однородной структурой по всей катушке с одной проволокой;

Нулевое поверхностное обезуглероживание готовой стали;

Не допускаются поверхностные трещины и механические царапины;

Твердость сфероидизированного отжига регулируется от 195 НВ до 207 НВ; остальные технические позиции без изменений.

Поставщик повторно поставляет пробную проволоку, соответствующую обновленным спецификациям: сфероидизированная структура класса 2, объемная твердость 203 HB, полностью обезуглероженная- поверхность, без трещин и царапин. Испытание на штамповку партии с использованием улучшенного сырья устраняет все вышеперечисленные дефекты формования, а четырех-высокоскоростная-станционная машина для холодной высадки возобновляет стабильное нормальное производство.

2026 1 июня НеделяВБМ PРекомендация продукта

Роллинг умирает:

Являясь одним из профессиональных производителей инструментов, мы предлагаем прокатные штампы высокой твердости, быструю доставку и хорошее обслуживание.

https://www.bearingroller.com/tools/rolling-dies.html