Was sind die besonderen Anforderungen an gängige Präzisionsbearbeitungsverfahren bei der Herstellung von Lagerlaufbahnen aus Edelstahl?

Lager aus Edelstahl Insbesondere martensitische Edelstahllager wie AISI 440C werden wegen ihrer kombinierten Korrosionsbeständigkeit und Härte geschätzt. Die Herstellung dieser Lagerlaufbahnen erfordert jedoch hochpräzise Bearbeitungsprozesse wie Schleifen und Feinstbearbeiten. Aufgrund der inhärenten metallurgischen Eigenschaften von Edelstahl stellen diese Bearbeitungsschritte noch strengere Anforderungen an Prozessparameter und Gerätegenauigkeit als bei gewöhnlichem Wälzlagerstahl.

1. Besondere Anforderungen beim Schleifen: Vermeidung thermischer Schäden und Kaltverfestigung

Schleifen ist ein entscheidender Prozess zur Bildung der Laufbahngeometrie und zur Erzielung von Maß- und Toleranzgenauigkeit. Aufgrund der hohen Härte und geringen Wärmeleitfähigkeit von 440C-Edelstahl muss der Schleifprozess streng kontrolliert werden, um Oberflächenfehler zu vermeiden, die sich auf die Lagerlebensdauer auswirken könnten.

1. Strenge Kontrolle der Schleifwärme

Wärmestau: Aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit von 440C-Edelstahl kann die beim Schleifen entstehende Schleifwärme nur schwer schnell abgeführt werden, was zu vorübergehend hohen Temperaturen auf der Werkstückoberfläche führt. Diese hohe Temperatur kann zu einer Erweichung der Laufbahnoberfläche durch Anlassen führen, was zu einer Verringerung der Laufbahnhärte und einer erheblichen Verkürzung der Kontaktermüdungslebensdauer führt.

Kühlmittelstrategie: Für eine robuste Kühlung muss ein Kühlmittel mit hohem Durchfluss und hohem Druck verwendet werden. Die Auswahl einer Schleifflüssigkeit mit hervorragenden Schmier- und Kühleigenschaften ist entscheidend, um eine wirksame Temperaturkontrolle in der Schleifzone zu gewährleisten und die Bildung einer thermischen Schadensschicht zu verhindern.

Geringer Vorschub, hohe Geschwindigkeit: Um Schleifkräfte und Wärmeentwicklung zu reduzieren, sind im Allgemeinen ein niedriger radialer Vorschub und eine entsprechende Schleifscheibengeschwindigkeit erforderlich. Auch die selbstschärfenden Eigenschaften der Schleifscheibe sollten optimiert werden, um eine scharfe Schneidkante zu erhalten und ein Abstumpfen zu vermeiden, das zu einem plötzlichen Hitzeanstieg führen kann.

2. Unterdrückung von Kaltverfestigung und Eigenspannung

Tendenz zur Kaltverfestigung bei 440C: Beim Schneiden oder Schleifen neigen die Oberflächenkörner von martensitischem Edelstahl zu plastischer Verformung, was zu Kaltverfestigung führt. Diese gehärtete Schicht erschwert das anschließende Schneiden und kann die Oberflächenrauheit verschlechtern.

Eigenspannungskontrolle: Falsche Schleifparameter können leicht zu Eigenspannungen auf der Laufbahnoberfläche führen. Zugspannung verringert die Ermüdungsfestigkeit und Spannungskorrosionsbeständigkeit eines Materials erheblich. Qualifiziertes Präzisionsschleifen sollte eine günstige Restdruckspannung auf der Oberfläche erzeugen, was für die Verbesserung der Wälzkontakt-Ermüdungslebensdauer von Lagern von entscheidender Bedeutung ist.

II. Besondere Anforderungen beim Superfinishing: Erreichen einer hohen Oberflächenintegrität

Das Superfinishen, auch Honen genannt, ist der letzte Schritt bei der Bearbeitung der Lagerlaufbahn. Ziel ist es, durch das Schleifen verursachte Oberflächenwelligkeiten und Rundheitsfehler zu beseitigen und so eine extrem niedrige Oberflächenrauheit zu erreichen.

1. Kontrolle der Welligkeit und topografischen Genauigkeit

Beseitigung von Schleifspuren: Der Kern des Superfinishens besteht darin, einen Schleifstein zu verwenden, um die Laufbahn mit niedrigem Druck, hoher Frequenz und kurzen Hüben in Schwingungen zu versetzen und so mikroskopisch kleine Spitzen, die durch das Schleifen entstanden sind, effektiv zu entfernen. Bei Materialien mit hoher Härte wie 440C erfordern die Steinauswahl (z. B. Partikelgröße, Bindemittel) und die Drucksteuerung eine noch präzisere Steuerung, um sicherzustellen, dass nur die Spitzen entfernt werden, ohne die makroskopische Geometrie der Laufbahn zu stören.

Rundheit und Genauigkeit des Rillenprofils: Ultra-Finishing verbessert die Formfehler des Laufbahnprofils erheblich. Hochpräzise Lager aus rostfreiem Stahl erfordern eine Rundheit der Laufbahn und eine Krümmung der Nut im Mikrometer- oder sogar Submikrometerbereich, was höchste Steifigkeit und Bewegungssteuerungsgenauigkeit der Ultra-Finishing-Ausrüstung erfordert.

2. Oberflächenrauheit und Schmierfilm

Extrem niedriger Ra: Ultra-Finishing kann die Oberflächenrauheit (Ra) von Edelstahllaufbahnen auf Ra 0,02 Mikrometer oder sogar weniger reduzieren. Diese ultraglatte Oberfläche trägt zur Bildung eines stabilen hydrodynamischen Schmierfilms bei und reduziert so Reibung und Wärmeentwicklung, was für die Hochgeschwindigkeitsleistung von entscheidender Bedeutung ist.

Optimierung der Oberflächenintegrität: Während des Ultra-Finishing-Prozesses wird durch die Steuerung des Ölsteindrucks und der Schneidflüssigkeit eine gleichmäßige Kaltplastikverformungsschicht mit Restdruckspannung auf der Laufbahnoberfläche gebildet. Diese Schicht verbessert die Verschleißfestigkeit und Abplatzfestigkeit der Laufbahn und ist entscheidend für die Zuverlässigkeit von Edelstahllagern.

3. Anforderungen an Sauberkeit und Umweltschutz

Bei Lagern aus rostfreiem Stahl muss besonders auf Sauberkeit geachtet werden, da ihre Einsatzumgebungen häufig verschmutzungsanfällig sind.

Entgraten und Reinigen: Nach dem Schleifen und Feinstbearbeiten sind gründliches Entgraten und Waschen unerlässlich. Selbst winzige Metallpartikel oder Schleifrückstände, selbst im Mikrometerbereich, können bei hohen Geschwindigkeiten Sekundärschäden an den Laufbahnen verursachen, was zu Geräuschen und vorzeitigem Ausfall führt.

Rostschutz und Passivierung: Im Gegensatz zu gewöhnlichen Lagerstählen müssen Edelstahllager nach der Bearbeitung typischerweise passiviert werden, um freies Eisen und Verunreinigungen auf der Oberfläche zu entfernen, die Bildung eines schützenden Chromoxidfilms zu fördern und sicherzustellen, dass die Korrosionsbeständigkeit den Designanforderungen entspricht.