Tóm tắt: Trong quá trình dập thử con lăn côn bằng thiết bị dập nguội bốn trạm-tốc độ cao{1}}nhập khẩu, các lỗi điển hình đã xuất hiện bao gồm vết nứt ngang của phôi đã cắt, vết nứt bề mặt trên đường kính ngoài và mặt vát của con lăn, cũng như vết gấp dập trên mặt vát. Phân tích nguyên nhân gốc rễ xác nhận tất cả những khiếm khuyết này đều xuất phát từ chất lượng nguyên liệu kém. Sau khi tối ưu hóa kỹ thuật thanh dây GCr15 được ủ hình cầu chuyên dụng cho-đầu nguội tốc độ cao, sản phẩm hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu sản xuất thực tế.

Từ khóa: ổ côn; con lăn côn; máy làm nguội-tốc độ cao; Thép chịu lực GCr15; khuyết điểm; phân tích lỗi

1 Quy trình gia công gồm 4 máy-Máy gia công nguội tốc độ cao trạm{2}}

Để cải thiện khả năng dập cho các con lăn côn có đường kính ngoài trên 20 mm, một máy dập nguội tốc độ cao-bốn trạm nhập khẩu đã được áp dụng. Thiết bị này mang lại năng suất cao với tốc độ dập lên tới 100 chiếc mỗi phút và tạo ra các con lăn có độ chính xác-cao mà không bị nhấp nháy sau khi tạo hình. Tuy nhiên, nguyên liệu thô cho máy này phải là thanh dây ủ hình cầu, trong khi các nhà sản xuất thép đặc biệt chính thống trong nước chỉ cung cấp thép GCr15 trên Φ20 mm ở dạng thanh đặc. Sau khi đàm phán, một nhà cung cấp thép đặc biệt sẽ cung cấp thanh dây ủ hình cầu tùy chỉnh cho quy trình làm lạnh này.

Yêu cầu kỹ thuật cơ bản đối với thanh dây thử nghiệm như sau: được gia công bằng phương pháp kéo kép & bóc đôi và hoàn thiện bề mặt; vi cấu trúc ủ hình cầu được xếp loại Cấp 2~4 mỗi GB/T18254-2002; độ cứng được kiểm soát ở mức 170 ~ 185 HB. Sự cứng lại nghiêm trọng xảy ra trong quá trình biến dạng nguội nhiều lần{8}}, điều này cản trở quá trình tạo hình tiếp theo, do đó yêu cầu về độ cứng tương đối thấp. Độ sâu khử cacbon bề mặt một mặt không được vượt quá 0,8% đường kính thép danh nghĩa; dung sai kích thước của đường kính thanh là 0 ~ −0,05 mm, với các thông số kỹ thuật còn lại tuân thủ các thỏa thuận kỹ thuật mua hàng có liên quan.

Việc dập các con lăn côn trên máy cán nguội bốn trạm-bao gồm bốn trạm làm việc tuần tự: cắt phôi → xáo trộn phần cuối → tạo hình trước{1}}→ tạo hình hoàn thiện, với sơ đồ tạo hình được hiển thị trong Hình 1.

Hình 1 Sơ đồ của bốn-Quy trình tạo hình trạm

Cắt trống: Việc cắt trống kiểu ống bọc-tạo ra các khoảng trống có biến dạng nhỏ và các mặt cuối gần như vuông góc với đường trục trống.

Kết thúc khó chịu: Căn chỉnh các mặt đầu phôi không đều vuông góc với trục, thống nhất chiều dài phôi và đảo lộn vòng tròn bên ngoài phôi.

Trước{0}}hình thành: Tạo hình thô cho đường viền côn, thu nhỏ kích thước đầu nhỏ, tạo thành khoang lõm trên mặt-đầu lớn và mở rộng đường kính ngoài ra bên ngoài.

Kết thúc hình thành: Hoàn thiện kích thước con lăn theo dung sai quy định.

Biến dạng lớn và quá trình đông cứng đáng chú ý diễn ra trên phần vát đầu lớn, đường kính ngoài, mặt cuối của cả đầu lớn và đầu nhỏ cũng như phần vát đầu nhỏ trong suốt quá trình tạo hình. Sự thay đổi độ cứng của các con lăn đã hoàn thiện tại các vị trí khác nhau được liệt kê trong Bảng 1. So với các con lăn từ máy ép cơ học-trạm đơn, các sản phẩm từ máy này có độ chính xác về kích thước vượt trội, loại bỏ các quá trình sau-như loại bỏ chớp nhoáng, mài mềm đường kính ngoài và mài mềm mặt cuối, giúp cải thiện đáng kể tỷ lệ sử dụng nguyên liệu thô.

Bảng 1 Sự thay đổi độ cứng của con lăn dập ở các vị trí khác nhau (Đơn vị: HB)

2 Phân tích khuyết tật của con lăn côn đóng dấu

Trong quá trình tạo hình con lăn côn như minh họa trong Hình 1, các khuyết tật tái diễn bao gồm vết nứt ngang của phôi bị cắt, vết nứt bề mặt dọc trục trên-đường kính ngoài và mặt vát cuối lớn, và các khuyết tật gấp trên bề mặt vát. Sau khi kiểm tra có hệ thống thiết bị, khuôn dập và nguyên liệu thô, nguyên nhân cốt lõi là chất lượng kém của dây thép thử nghiệm được xác minh.

2.1 Nứt ngang của phôi cắt

Các vết nứt ngang song song với mặt phẳng cắt thường xuyên xảy ra trên các phôi bị cắt tại trạm cắt, gây ra tình trạng dừng khẩn cấp và báo động của máy gia công nguội. Các mẫu kim loại được cắt từ các phôi bị nứt được khắc bằng dung dịch cồn axit nitric 2%. Quan sát bằng kính hiển vi cho thấy các lớp ngọc trai lớn cộng với các hạt cacbua thô (Hình 2). Theo tiêu chuẩn GB/T18254-2002 đối với thép chịu lực crom cacbon cao, vi cấu trúc hình cầu bị quá nhiệt và được phân loại trên Cấp 6. Độ cứng khối của phôi bị nứt được đo ở 187 HB thông qua máy đo độ cứng Brinell.

Kiểm tra lấy mẫu từ đầu, giữa và đuôi của cùng một cuộn dây cho thấy vi cấu trúc ủ không nhất quán: các cấu trúc hình cầu cấp 4, 5 và 6 cùng tồn tại, có độ cứng từ 184 HB đến 189 HB. Cấu trúc vi mô hình cầu không đủ tiêu chuẩn, đặc biệt là ngọc trai dạng phiến dư thừa, làm giảm đáng kể độ dẻo của thép. Ứng suất kéo tập trung gần mặt phẳng cắt trong quá trình cắt phôi sẽ gây ra vết nứt ngang phôi.

Hình 2 Cấu trúc vi mô ủ hình cầu của phôi bị nứt ngang

2.2 Vết nứt bề mặt trên-Đường kính ngoài lớn và góc vát của con lăn

Các vết nứt bề mặt dọc trục thường thấy ở-đường kính ngoài lớn và mặt vát của các con lăn đã hoàn thiện, với các vết nứt một phần kéo dài đến các mặt cuối. Việc kiểm tra hạt từ tính trên các bộ phận hoàn thiện sẽ tích tụ rất nhiều bột từ tính tại các vị trí vát mép-lớn ở cuối. Sau khi ngâm nóng (axit clohydric công nghiệp đậm đặc 50% + 50% nước, ngâm ở 70 độ trong 30 phút), các vết nứt nhỏ dọc trục dày đặc xuất hiện trên các bề mặt vát. Rất ít vết nứt nhỏ giống hệt nhau tồn tại ở phần vát đầu-nhỏ.

Các con lăn có vết nứt có đường kính ngoài{0}}theo trục được cắt vuông góc với hướng vết nứt để phân tích kim loại. Ảnh vi mô cho thấy các vết nứt được chia thành hai lớp: lớp vết nứt thô bên ngoài có lớp cacbon hóa bề mặt và lớp vết nứt mịn bên trong không có lớp cacbon hóa (Hình 3). Kiểm tra vi cấu trúc của thanh dây thô xác định lớp khử cacbon liên tục sâu 0,3 ~ 0,4 mm trên bề mặt thép (Hình 4), cùng với các vết nứt dọc trục sâu rải rác và nhiều vết xước bề mặt nông.

Sự giãn nở hướng tâm lớn ra bên ngoài xảy ra ở-đường kính ngoài lớn và mặt vát trong quá trình tạo hình nguội, kèm theo hiện tượng cứng hóa mạnh và độ dẻo bị suy giảm. Có sẵn-các khuyết tật bề mặt hiện có (vết nứt/trầy xước) bên trong lớp được khử cacbon với các lớp ngọc trai lan truyền thành các vết nứt vĩ mô dưới ứng suất hình thành; vùng được khử cacbon xung quanh các vết nứt thừa hưởng các khuyết tật bề mặt ban đầu từ nguyên liệu thô trong khi-các phần vết nứt không được khử cacbon phát triển do sự lan truyền vết nứt trong quá trình dập. Ngược lại, quá trình hình thành đầu cuối nhỏ-tiến hành thông qua biến dạng co ngót vào trong nhằm hạn chế sự giãn nở của vết nứt.

Hình 3 Mặt cắt-Hình thái mặt cắt của vết nứt dọc trục trên đường kính ngoài của con lăn dập

Hình 4 Lớp thép thô được khử cacbon trên bề mặt với các vết nứt nhỏ oxit giữa các hạt trên bề mặt trên

Các vết nứt và vết xước nông trên bề mặt ngoài của con lăn sẽ được loại bỏ trong hoạt động mài tiếp theo, trong khi các bề mặt vát vẫn không được mài và giữ lại các sai sót nhỏ, dẫn đến tích tụ bột từ trong quá trình kiểm tra MPI cuối cùng.

2.3 Khiếm khuyết gấp nếp trên con lăn vát mép

Kiểm tra trực quan các con lăn định hình sẽ phát hiện các khuyết tật gấp phân bố đối xứng dọc theo trục trung tâm trên cả phần vát đầu-đầu lớn và đầu nhỏ-. Thiệt hại về khuôn được loại trừ sau khi khắc phục sự cố; nếp gấp bắt nguồn từ "kim loại dư thừa" trên đầu trống cục bộ được tạo ra trong quy trình cắt.

Mặt cắt ngang{0}}bị gãy của phôi cắt thể hiện đường viền hình elip gần đúng, với lực cắt thẳng hàng dọc theo trục nhỏ của hình elip. Vùng kim loại thừa bị rách rộng 1~2 mm tồn tại ở cả hai đầu của trục chính, khác với bề mặt cắt gọn gàng ở những nơi khác (Hình 5). Dữ liệu thống kê cho thấy không xảy ra hiện tượng gấp vát khi độ cứng nguyên liệu thô ở khoảng 192 HB; nếp gấp xuất hiện liên tục đối với nguyên liệu dưới 190 HB do độ dẻo quá mức dẫn đến vết rách/kim loại thừa ở đầu phôi trong quá trình cắt. Do đó, độ cứng cơ bản thấp của thép thô gây ra tình trạng rách mép không đều và tiếp theo là nếp gấp vát sau khi tạo hình.

3 Kiểm tra xác minh và cải thiện chất lượng nguyên liệu thô

Việc dò tìm khuyết tật kết luận bốn nhược điểm nghiêm trọng của thanh dây thử nghiệm ban đầu: (1)-cấu trúc vi ủ hình cầu không đồng đều; (2) Lớp khử cacbon trên bề mặt quá dày không hợp lệ; (3) Các vết nứt, trầy xước ngẫu nhiên trên bề mặt thép; (4) Độ cứng ủ hình cầu nhỏ hơn.

Hình5 Sơ đồ vết rách quá mức-Các vùng kim loại trên bề mặt vết nứt bị cắt

Thông số kỹ thuật sửa đổi cho dây thép đủ tiêu chuẩn được xây dựng như sau:

Cấu trúc vi mô ủ hình cầu được kiểm soát trong Lớp 2 ~ 4 với cấu trúc đồng nhất trên cuộn dây đơn;

Không khử cacbon bề mặt trên thép thành phẩm;

Không được phép có vết nứt bề mặt hoặc vết trầy xước cơ học;

Độ cứng ủ hình cầu được quy định từ 195 HB đến 207 HB; các hạng mục kỹ thuật còn lại không thay đổi.

Nhà cung cấp cung cấp dây thử nghiệm tuân thủ các thông số kỹ thuật cập nhật: cấu trúc hình cầu cấp 2, độ cứng số lượng lớn 203 HB, bề mặt không được khử cacbon hoàn toàn mà không có vết nứt hoặc vết trầy xước. Thử nghiệm dập hàng loạt với nguyên liệu cải tiến giúp loại bỏ tất cả các khiếm khuyết hình thành nêu trên và máy làm lạnh bốn-tốc độ cao-trạm sẽ tiếp tục quá trình sản xuất bình thường ổn định.

2026 ngày 1 tháng 6 TuầnWBM Pkhuyến nghị sản phẩm

khuôn lăn:

Là một trong những nhà sản xuất công cụ chuyên nghiệp, cung cấp khuôn lăn có độ cứng cao, giao hàng nhanh và dịch vụ tốt.

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