Анотація: Під час пробного штампування конічних роликів за допомогою імпортованого чотири{0}}станційного високошвидкісного-обладнання для холодної висадки виникли типові дефекти, зокрема поперечні розтріскування вирізаних заготовок, поверхневі тріщини на зовнішньому діаметрі ролика та фасці, а також згинання штампування на гранях фаски. Аналіз першопричин підтверджує, що всі ці дефекти походять від низької якості сировини. Після технічної оптимізації сфероїдизованої відпаленої катанки GCr15, призначеної для високошвидкісної холодної висадки, продукт повністю відповідає практичним виробничим вимогам.

Ключові слова: конічний роликовий підшипник; конічний ролик; високо{0}}швидкісна машина холодної висадки; GCr15 підшипникова сталь; дефект; аналіз несправностей

1 процес обробки з чотирьох-високошвидкісних-машин холодної висадки

Щоб покращити здатність до штампування для конічних роликів із зовнішнім діаметром понад 20 мм, використовується імпортована чотири-станційна високо-машина для холодної висадки. Обладнання забезпечує високу продуктивність зі швидкістю штампування до 100 штук за хвилину та виробляє високо-точні валики без спалаху після формування. Тим не менш, сировиною для цієї машини має бути сфероїдизована відпалена катанка, тоді як вітчизняні основні виробники спеціальної сталі постачають тільки сталь GCr15 вище Φ20 мм у формі суцільного прутка. Після узгодження постачальник спеціальної сталі надає сфероїдизовану відпалену катанку для цього процесу холодної висадки.

Основні технічні вимоги до пробної катанки такі: оброблена за допомогою подвійного витягування та подвійного очищення з фінішною обробкою поверхні; сфероїдна мікроструктура відпалу, оцінена як клас 2~4 за GB/T18254-2002; твердість контролюється на 170~185 HB. Під час багатопрохідної холодної деформації відбувається серйозне зміцнення, що перешкоджає подальшому формуванню, отже, відносно низька вимога до твердості. Глибина зневуглецювання односторонньої поверхні не повинна перевищувати 0,8% номінального діаметра сталі; допуск на розміри діаметра стрижня становить 0~-0,05 мм, решта специфікацій відповідає відповідним технічним угодам про закупівлю.

Штампування конічних роликів на чотири-станційній машині холодної висадки охоплює чотири послідовні робочі станції: різання заготовок → висадка торців → попереднє{1}}формування → кінцеве формування, зі схемою формування, показаною на малюнку 1.

Малюнок 1. Схематична діаграма чотирьох-процесів формування штампування

Стрижка заготовки: Рукавне-різання заготовок створює заготовки з незначною деформацією та торцевими гранями, приблизно перпендикулярними до осьової лінії заготовки.

Кінець засмучення: вирівнює нерівні торці заготовки перпендикулярно до осі, уніфікує довжину заготовки та зміщує зовнішнє коло заготовки.

Попереднє-формування: Грубо формує звужений контур, зменшує малий кінцевий розмір, утворює увігнуту порожнину на великому-торцевому торці та розширює зовнішній діаметр назовні.

Завершити формування: Завершення доведення розмірів ролика до заданого допуску.

Велика деформація та значне зміцнення відбуваються на великій-кінцевій фасці, зовнішньому діаметрі, торцевій поверхні як великого, так і малого кінців і малої-кінцевої фаски протягом усього формування. Варіанти твердості готових валків у різних положеннях наведено в таблиці 1. Порівняно з валками з одно-станційних механічних пресів, вироби з цієї машини відрізняються надзвичайною точністю розмірів, усуваючи наступні-процеси, такі як видалення швидкої обробки, м’яке шліфування зовнішнього діаметра та м’яке шліфування торцевої поверхні, що значно покращує коефіцієнт використання сировини.

Таблиця 1 Зміна твердості штампованого ролика в різних положеннях (одиниця: HB)

2 Аналіз дефектів штампованих конічних роликів

Під час формування конічних роликів, як показано на малюнку 1, дефекти, що повторюються, включають поперечні тріщини відрізаних заготовок, осьові поверхневі тріщини на великому-зовнішньому діаметрі та фасках, а також дефекти згортання на поверхнях фасок. Після систематичної перевірки обладнання, штампів і сировини встановлюється низька якість пробного сталевого дроту.

2.1 Поперечне розтріскування різаних заготовок

Поперечні тріщини, паралельні площині зрізу, часто виникають на різаних заготовках на станції різання, викликаючи аварійну зупинку та сигналізацію машини холодної висадки. Металографічні зразки, вирізані з тріснутих заготовок, протравлюють 2%-ним розчином азотної кислоти. Мікроскопічне спостереження виявляє масивний пластинчастий перліт і грубі частинки карбіду (рис. 2). Відповідно до стандарту GB/T18254-2002 для високовуглецевої хромоносної сталі, сфероїдна мікроструктура перегрівається та оцінюється вище 6 класу. Об’ємна твердість заготовок із тріщинами вимірюється на 187 HB за допомогою твердомера за Брінеллем.

Перевірка зразків з голови, середини та хвоста тієї самої котушки дроту виявила суперечливу мікроструктуру відпалу: співіснують сфероїдні структури 4, 5 та 6 класу з твердістю від 184 HB до 189 HB. Некваліфікована сфероїдна мікроструктура, особливо надлишок пластинчастого перліту, різко знижує пластичність сталі. Розтягуюча напруга, зосереджена поблизу площини зсуву під час різання заготовки, ініціює поперечне розтріскування заготовки.

Рисунок 2 Мікроструктура сфероїдного відпалу заготовки з поперечними тріщинами

2.2 Поверхневі тріщини на великому-кінцевому зовнішньому діаметрі та фасці роликів

Осьові поверхневі тріщини зазвичай зустрічаються на великому-зовнішньому діаметрі торців і фасках готових роликів, а часткові тріщини поширюються на торцеві поверхні. Магнітопорошкова перевірка готових деталей накопичує велику кількість магнітного порошку у великих-місцях фаски. Після гарячого травлення (50% концентрованої промислової соляної кислоти + 50% води, замочування при 70 градусах протягом 30 хвилин) на поверхнях фасок з’являються дрібні щільні осьові мікротріщини. Кілька ідентичних мікротріщин існують на малих-кінцевих фасках.

Ролики з тріщинами осьового зовнішнього-діаметра розрізають перпендикулярно напрямку тріщини для металографічного аналізу. Мікрофотографії показують тріщини, розділені на два шари: зовнішній шар грубої тріщини з поверхневим зневуглецюванням і внутрішній шар тонкої тріщини, вільний від зневуглецювання (рис. 3). Перевірка мікроструктури необробленої катанки ідентифікує безперервний обезуглерожений шар глибиною 0,3–0,4 мм на поверхні сталі (Рисунок 4), разом із розсіяними глибокими осьовими тріщинами та численними неглибокими поверхневими подряпинами.

Під час холодного формування відбувається велике радіальне розширення зовнішнього-кінцевого діаметра та фаски, що супроводжується інтенсивним робочим зміцненням і погіршенням пластичності. Попередні-поверхневі дефекти (тріщини/подряпини) всередині обезуглероженого шару з пластинчастим перлітом поширюються в макроскопічні тріщини під дією напруги формування; декарбюризована область навколо тріщин успадковує оригінальні поверхневі дефекти від сировини, тоді як не-декарбюризовані ділянки тріщин розвиваються внаслідок поширення тріщини під час штампування. Навпаки, формування невеликих-кінцев відбувається через усадкову деформацію всередину, яка стримує розширення тріщини.

Рисунок 3 Морфологія поперечного-розрізу осьової тріщини на зовнішньому діаметрі штампованого ролика

Малюнок 4 Поверхневий декарбюризований шар сирої сталі з мікротріщинами міжкристалічного оксиду на верхній поверхні

Неглибокі тріщини та подряпини на зовнішній поверхні ролика видаляються під час наступної операції шліфування, тоді як поверхні фаски залишаються невідшліфованими та зберігають крихітні дефекти, що призводить до накопичення магнітного порошку під час остаточної перевірки MPI.

2.3 Дефект згинання штампування на фасці ролика

Візуальний огляд сформованих роликів виявляє дефекти згортання, симетрично розподілені вздовж центральної осі на обох-кінцевих і малих-кінцевих фасках. Після усунення несправностей пошкодження матриці виключається; згортання виникає через зайвий «надлишок металу» на локальному пустому кінці, який утворюється під час процедури зрізання.

Зламаний поперечний-переріз відрізаної заготовки має приблизний контур еліпса, причому сила зсуву вирівнюється вздовж малої осі еліпса. На обох кінцях головної осі є розірвана надлишкова{4}}металева зона шириною 1~2 мм, яка відрізняється від акуратної поверхні зсуву в інших місцях (Малюнок 5). Статистичні дані вказують на те, що згортання фаски не відбувається, коли твердість сировини становить близько 192 HB; згортання постійно виникає для вихідної сировини нижче 190 HB через надмірну пластичність, що призводить до розриву задирок/надлишку металу на заготовці під час різання. Таким чином, низька базова твердість необробленої сталі викликає нерівномірний розрив краю та подальше згинання фаски після формування.

3 Випробування на покращення якості сировини та перевірку

Відстеження дефектів свідчить про чотири критичні недоліки початкової пробної катанки: (1) не-відповідна нерівномірна мікроструктура сфероїдного відпалу; (2) Над-товстий недійсний поверхневий обезуглерожений шар; (3) Випадкові поверхневі тріщини та подряпини на сталі; (4) Занижена сфероїдна твердість відпалу.

Малюнок 5. Схема надлишкових-металевих зон на поверхні зрізу

Нижче наведено переглянуті технічні характеристики кваліфікованої катанки:

Мікроструктура сфероїдного відпалу контролюється в межах 2-4 класу з однорідною структурою по одній дротяній котушці;

Нульове зневуглецювання поверхні готової сталі;

Поверхневі тріщини або механічні подряпини не допускаються;

Сфероїдна відпалена твердість регулюється від 195 HB до 207 HB; решта технічних елементів без змін.

Постачальник повторно постачає пробний дріт, який відповідає оновленим специфікаціям: сфероїдна структура класу 2, об’ємна твердість 203 HB, повністю знеуглерожена-поверхня без тріщин і подряпин. Випробування пакетним штампуванням із покращеною сировиною усуває всі вищезазначені дефекти формування, і чотири-станційна високошвидкісна-машина для холодної висадки відновлює стабільне нормальне виробництво.

2026 1 червня тижденьWBM PРекомендація щодо продукту

Катальні плашки:

Як один із професійних виробників інструментів, надає матрицю високої твердості, швидку доставку та якісне обслуговування.

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