抽象的な: 輸入された 4 ステーションの高速冷間圧造装置を使用してテーパー ローラーをプレス加工しようとしたところ、切断されたブランクの横方向の割れ、ローラーの外径と面取りの表面亀裂、面取り面でのプレス加工の折れなどの典型的な欠陥が発生しました。根本原因分析により、これらの欠陥はすべて原材料の品質の低下に起因することが確認されています。高速冷間圧造専用の球状化焼鈍GCr15線材を技術的に最適化した後、この製品は実際の製造要件を完全に満たしています。-

キーワード：円すいころ軸受。円錐ころ。高速冷間圧造機。- GCr15 軸受鋼;欠陥;故障解析

1 4 ステーション高速冷間圧造機-の加工プロセス-

外径 20 mm を超えるテーパー ローラーのプレス能力を向上させるために、輸入された 4 ステーション高速冷間圧造機が採用されています。-この装置は、毎分最大 100 個のスタンピング速度で高い生産性を実現し、成形後のバリのない高精度のローラーを生産します。-しかしながら、この機械の原料は球状化焼鈍線材でなければならず、国内の特殊鋼メーカーの主流はΦ20mm以上のGCr15鋼を棒状でしか供給していません。交渉の後、特殊鋼サプライヤーは、この冷間圧造プロセス用にカスタマイズされた球状化焼鈍線材を提供します。

試作線材の主な技術要件は以下のとおりです。 2 度伸線、2 度ピーリングにより加工され、表面処理が行われます。 GB/T18254 でグレード 2 ～ 4 と評価された球状化焼鈍微細構造-2002;硬度は170～185HBに管理されています。マルチパス冷間変形中に激しい加工硬化が発生し、その後の成形が妨げられるため、比較的低い硬度が必要になります。片面表面の脱炭深さは鋼の公称直径の 0.8% を超えてはなりません。ロッド直径の寸法公差は 0 ～ − 0.05 mm で、残りの仕様は関連する購入技術協定に準拠します。

4 ステーションの冷間圧造機でのテーパー ローラーのスタンピングは、ブランク シャーリング → エンドアプセット → 予備成形 → 仕上げ成形という 4 つの連続した作業ステーションをカバーします。成形の概略図を図 1 に示します。

図1 4ステーションスタンピング成形プロセスの概略図

ブランクシャーリング: スリーブ-タイプのブランクせん断では、変形が少なく、端面がブランクの軸線に対してほぼ垂直なブランクが生成されます。

動揺を終わらせる：ブランク端面の凹凸を軸直角に整え、ブランクの長さを均一にし、ブランクの外周をひっくり返します。

予備成形-: テーパー輪郭を大まかに形成し、小端の寸法を縮小し、大端面に凹状のキャビティを形成し、外径を外側に拡大します。{0}}

成形を完了する: ローラーの寸法を指定された公差に仕上げます。

成形全体を通して、大端面取り、外径、大小端の端面、小端面取りで大きな変形と顕著な加工硬化が発生します。{0}{1}完成したローラーの各位置での硬度の変化を表 1 に示します。単ステーション機械プレスのローラーと比較して、この機械の製品は優れた寸法精度を備えており、バリ除去、外径軟研削、端面軟研削などの後工程が不要となり、原材料の利用率が大幅に向上します。

表1 スタンプローラーの位置による硬さの変化（単位：HB）

2 打ち抜き円すいころの欠陥解析

図 1 に示すような円すいころの成形中に繰り返し発生する欠陥には、せん断ブランクの横割れ、大端外径と面取りの軸方向表面割れ、面取り面の折り曲げ欠陥などがあります。-設備、金型、原材料の体系的な検査を経て、試作鋼線の品質不良が根本原因であることが確認されます。

2.1 せん断ブランクの横割れ

せん断面に平行な横方向の亀裂は、切断ステーションでせん断されたブランクに頻繁に発生し、冷間圧造機の緊急停止と警報を引き起こします。ひび割れたブランクから切り取った金属組織標本を、2% 硝酸アルコール溶液でエッチングします。顕微鏡観察により、大量の層状パーライトと粗大な炭化物粒子が確認できます (図 2)。高炭素クロム軸受鋼の GB/T18254- 2002 規格に従って、球状化微細構造は過熱され、グレード 6 以上に等級付けされます。割れたブランクのバルク硬度は、ブリネル硬度計で 187 HB と測定されます。

同じワイヤコイルの頭部、中間部、尾部からのサンプリング検査により、一貫性のない焼鈍微細構造が明らかになりました。グレード 4、5、および 6 の球状化構造が共存し、硬度は 184 HB ～ 189 HB の範囲です。不適格な球状化微細構造、特に過剰な層状パーライトは鋼の延性を大幅に低下させます。ブランクの切断中にせん断面付近に集中した引張応力により、ブランクの横方向の亀裂が発生します。

図2 横割れブランクの球状化焼鈍組織

2.2 大端外径の表面亀裂とローラの面取り

軸方向の表面亀裂は、完成したローラーの大端部の外径と面取りでよく見られ、部分的な亀裂は端面にまで広がります。{0}完成部品の磁粉検査では、大端面取り箇所に多量の磁粉が蓄積します。-高温酸洗い（50% 濃工業用塩酸 + 50% 水、70 度で 30 分間浸漬）後、面取り表面全体に密な微細な軸方向の微小亀裂が現れます。小端の面取りには同一の微小亀裂がほとんど存在しません。-

軸外径亀裂のあるローラーは、金属組織学的分析のために亀裂の方向に対して垂直に切断されます。{0}}顕微鏡写真では、亀裂が 2 つの層に分かれていることがわかります。表面が脱炭された外側の粗い亀裂層と、脱炭されていない内側の細かい亀裂層です (図 3)。生線材の組織検査では、鋼表面に深さ0.3～0.4 mmの連続的な脱炭層が確認され（図4）、点在する深い軸方向の亀裂と多数の浅い表面傷が確認されます。

冷間成形中に大端部の外径と面取りで半径方向外側への大きな膨張が発生し、激しい加工硬化と延性の低下が伴います。{0} -層状パーライトを含む脱炭層内部の既存の表面欠陥（亀裂/引っかき傷）は、成形応力下で巨視的な亀裂にまで広がります。亀裂周囲の脱炭された領域は原材料からの元の表面欠陥を受け継ぎますが、脱炭されていない亀裂部分はスタンピング時の亀裂の伝播によって発生します。-対照的に、小端の成形は亀裂の拡大を抑制する内向きの収縮変形によって進行します。-

図3-プレスローラー外径の軸方向亀裂の断面形態

図4 表面に粒界酸化物の微小亀裂を有する生鋼の表面脱炭層

ローラ外面の浅い亀裂や傷は後続の研削作業で除去されますが、面取り面は研削されずに小さな傷が残り、最終的な MPI 検査中に磁性粉が蓄積します。

2.3 ローラー面取り部のプレス折り欠陥

成形されたローラーの目視検査により、大端面取りと小端面取りの両方で中心軸に沿って対称的に分布する折り曲げ欠陥が検出されます。{0}}トラブルシューティング後、ダイの損傷は除外されます。折り曲げは、せん断手順で生成される局所的なブランク端の余分な「余分な金属」から始まります。

せん断されたブランクの破断断面は、ほぼ楕円の輪郭を示し、せん断力は楕円の短軸に沿って整列します。長軸の両端には幅 1 ～ 2 mm の引き裂かれた過剰金属ゾーンが存在し、他の部分のきれいなせん断面とは異なります (図 5)。統計データによると、原材料の硬度が約 192 HB の場合、面取り折り曲げは発生しません。過剰な延性により、190 HB 未満の原料では折り曲げが一貫して発生し、切断中にブランク端に破れたバリや余分な金属が発生します。したがって、生鋼のベース硬度が低いと、不規則な切れ刃が発生し、成形後に面取り折れが発生します。

3 原材料の品質向上と実証試験

欠陥追跡により、初期試作線材の 4 つの重大な欠点が結論付けられました。(1) -不適合で不均一な球状化焼鈍微細構造。 (2) -厚すぎる無効な表面脱炭層。 (3) スチール上のランダムな表面の亀裂や傷。 (4) 球状化焼鈍硬度が小さい。

図5 せん断破面上の引き裂かれた過剰金属ゾーンの概略図-

認定線材の改訂技術仕様は次のように策定されます。

球状化焼鈍微細構造はグレード 2 ～ 4 以内に制御され、単線コイル全体で均一な構造を備えています。

完成鋼の表面脱炭はゼロ。

表面の亀裂や機械的傷は認められません。

球状化焼鈍硬度は195 HBから207 HBに調整。残りの技術項目は変更ありません。

サプライヤーは、更新された仕様に準拠したトライアル ワイヤを再供給します。グレード 2 の球状化組織、かさ硬度 203 HB、亀裂や傷のない完全に脱炭-されていない表面。改善された原料を使用したバッチ スタンピング テストにより、前述の成形欠陥がすべて排除され、4 ステーションの高速冷間圧造機が安定した通常の生産を再開します。-

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