[发明专利]制造轴承环的方法

说明书

技术领域

本发明涉及制造用于滚动元件轴承的轴承环的方法，其中轴承环包括由轴承等级的钢制成的轴承座圈和模制到轴承座圈的过模制(overmould)部分。本发明进一步涉及用这种方法制造的轴承环和包括这样的轴承环的轴承单元，尤其是适于支撑车辆中的轮子的带凸缘的轴承单元。

背景技术

在燃料经济利益方面，在汽车工业中具有向着减轻车辆部件重量的不断发展的趋势。但是，重量减轻需要在不损及部件的必要强度或者稳定性以及优选地不会增大材料成本或者制造成本下实现。

车辆轮子轴承是汽车部件中期望减轻重量的例子，这同样是因为这样的事实：轮子末端轴承属于车辆的簧下重量。为了经得起滚动接触应力，轴承的滚道需要由足够硬的材料制成。钛和某些陶瓷是具有必要的机械属性并且还重量轻的材料。它们也昂贵，因此，轴承钢更常用。轴承钢具有优秀的可淬硬性，但是不能视作重量轻的材料。这样，获得制造起来相对便宜并且重量减轻的轮子轴承的一种解决方案是由轴承钢形成轴承环的滚道部分并由重量轻的材料形成环的其它部分。

在US06485188中，提出具有嵌入在铸件部件中的轴承座圈的轮子安装座。在一个实施例中，轮子安装座是毂，其中由轴承等级的钢制成的外轴承座圈嵌入在铸件部件中，该铸件部件具有用于附着车辆轮子的径向凸缘。在进一步的实施例中，轮子安装座是转向节，其是围绕外轴承座圈的铸件。用于铸件部件的建议金属是钢、可延展的铁和铝。在铸造步骤之后，轴承座圈的外滚道被感应硬化。

但是，在简化包括铸件或者过模制部分的轴承环的制造方面以及实现能够具有与完全由例如轴承钢制成的传统单元相同的机械和结构性能的包括这样的轴承环的轴承单元方面仍然留有改善空间。

发明内容

本发明包括制造用于滚动元件轴承的轴承环的方法，其中轴承环包括由轴承等级的钢制成的轴承座圈和在模制工艺中结合到轴承座圈的过模制部分。在轴承座圈的一个径向侧面上，轴承座圈具有适于作为用于轴承的滚动元件的滚道的表面，由此过模制部分在相对的径向侧面结合到轴承座圈。根据本发明，所述方法包括至少使得轴承座圈的滚道表面在结合过模制部分到轴承座圈的步骤之前进行硬化处理的步骤。

本发明的一个优点在于，轴承座圈可以根据在轴承环制造场所使用的标准工艺进行硬化，从而降低成本。而且，在模制之前硬化可以比在模制之后更容易地执行，从而简化包括过模制部分的轴承环的制造。类似地，轴承滚道通常在硬化后进行机加工操作，以实现需要的公差。机加工操作例如硬车削或者无心磨削也可以更简单地在模制之前执行，尤其是如果模制到轴承座圈的部分具有复杂的几何形状。

为了在使用中经得起滚动接触疲劳，至少轴承座圈的滚道表面必须经历硬化处理。在本发明的优选实施例中，轴承座圈在模制处理之前经历通透硬化处理。在另一个实施例中，轴承座圈的滚道表面在模制之前进行表面硬化。这样的硬化的变体是感应表面硬化、激光硬化、燃烧硬化或者渗碳加随后的炉中(furnace)硬化。

在表面硬化中，取决于应用的载荷情况，仅滚道表面被硬化到限定深度。这通过局部加热到发生奥氏体相变的温度，随后淬火，而完成。轴承座圈的其它部分不受硬化处理的影响。在通透硬化中，相比之下，整个部件都加热到相变温度，然后淬火，此后轴承座圈在其横截面上呈现基本恒定的硬度。

感应硬化技术常用于硬化凸缘毂的滚道，由此凸缘未被硬化并设计来抵抗结构疲劳，而滚道被硬化并设计来抵抗滚道接触疲劳。在适于内环转动的凸缘毂的情形中，滚道部分安置在强交变磁场中以为了在滚道表面中感应交流电并产生热量。感应硬化因此要求专用设备和专用工具。通透硬化更加简单，因此更为优选。轴承座圈可以在淬火以前简单地放置在炉中并加热到需要的温度一需要的时间段。

在两种类型的硬化中，热处理包括加热轴承钢到奥氏体相，将其保持在奥氏体相直到存在于合金中的碳的一部分已经分散(dissolve)，然后快速冷却。在快速冷却时，奥氏体的主要部分转变为马氏体或者贝氏体，其取决于冷却条件。在马氏体硬化的情形中，钢变得非常脆和硬。在淬火之后，因此对钢进行回火，其包括再加热钢到接近于马氏体开始温度的温度一段时间直到钢实现必要的韧性，同时保持足够的硬度。马氏体开始温度取决于轴承钢的组分以及淬火温度，但是大多数马氏体硬化轴承钢在150-160℃的温度下回火。在贝氏体硬化的情形下，钢被淬火到大约230℃的温度，保持在该温度几个小时，直到奥氏体相已经转变为贝氏体，然后空气冷却到室温。产生的贝氏体硬化钢比马氏体硬化钢更加可延展，并且不需要进行回火处理。