추상적인: 수입된 4-고속- 냉간 압조 장비를 사용하여 테이퍼 롤러를 시험 스탬핑하는 동안 절단 블랭크의 횡균열, 롤러 외경 및 챔퍼의 표면 균열, 챔퍼 면의 스탬핑 접힘 등의 전형적인 결함이 나타났습니다. 근본 원인 분석을 통해 이러한 모든 결함은 원자재 품질 불량에서 비롯된다는 사실이 확인되었습니다. 고속 냉간 압조 전용 구상화 어닐링 GCr15 선재의 기술적 최적화 후, 이 제품은 실제 생산 요구 사항을 완전히 충족합니다.

핵심 단어: 테이퍼 롤러 베어링; 테이퍼 롤러; 고속-냉간 헤딩 기계; GCr15 베어링강; 결함; 실패 분석

4개의-스테이션 고속-속도 냉간압조기 1대의 가공 공정

외경이 20mm를 초과하는 테이퍼 롤러의 스탬핑 성능을 향상시키기 위해 수입된 4스테이션 고속-냉간압조 기계가 채택되었습니다. 이 장비는 분당 최대 100개까지 스탬핑 속도로 높은 생산성을 제공하며 성형 후 플래시가 없는 고정밀 롤러를 생산합니다.- 그럼에도 불구하고, 이 기계의 원료는 구상화 소둔 선재이어야 하는데, 국내 주류 특수강 제조업체는 Φ20mm 이상의 GCr15 강을 솔리드 바 형태로만 공급합니다. 협상 후, 특수강 공급업체는 이 냉간압조 공정을 위해 맞춤형 구상화 어닐링 선재를 제공합니다.

시험 선재에 대한 주요 기술 요구 사항은 다음과 같습니다. 표면 마감 처리와 함께 이중 인발 및 이중 박리를 통해 가공됩니다. GB/T18254-2002년 당 2~4등급 등급의 구상화 어닐링 미세 구조; 경도는 170~185 HB로 제어됩니다. 다중-패스 냉간 변형 중에 심각한 가공 경화가 발생하여 후속 성형을 방해하므로 경도 요구 사항이 상대적으로 낮습니다. 단면 표면 탈탄 깊이는 공칭 강철 직경의 0.8%를 초과해서는 안 됩니다. 로드 직경의 치수 공차는 0~−0.05mm이며, 나머지 사양은 관련 구매 기술 계약을 준수합니다.

4-스테이션 냉간 헤딩 기계의 테이퍼 롤러 스탬핑은 4개의 순차적 작업 스테이션을 포함합니다: 블랭크 전단 → 엔드 업세팅 → 사전-성형 → 마무리 성형(그림 1에 표시된 성형 도식 포함)

그림 1 4-스테이션 스탬핑 성형 공정의 개략도

블랭크 전단: 슬리브-형 블랭크 전단은 작은 변형을 갖는 블랭크를 생성하고 끝면이 블랭크 축선에 거의 수직인 블랭크를 생성합니다.

화나게 끝내기: 블랭크 끝면이 축에 수직으로 고르지 않게 수평을 유지하고 블랭크 길이를 통일하며 블랭크 외부 원을 뒤집습니다.

사전{0}}성형: 테이퍼진 윤곽을 대략적으로 형성하고 작은 끝 치수를 줄이며 큰 끝면에 오목한 공동을 형성하고-외경을 바깥쪽으로 확장합니다.

마무리 성형: 지정된 공차로 롤러 치수를 확정합니다.

큰 변형과 놀라운 가공 경화는 성형 전반에 걸쳐 큰-단면 모따기, 외경, 크고 작은 끝단의 단면, 작은-단면 모따기에서 발생합니다. 다양한 위치에서 완성된 롤러의 경도 변화는 표 1에 나열되어 있습니다. 단일 스테이션 기계식 프레스의 롤러와 비교할 때 이 기계의 제품은 치수 정확도가 뛰어나고 플래시 제거, 외경 연삭 및 단면 연삭과 같은 후처리 공정이 필요하지 않아 원료 활용률이 크게 향상됩니다.

표 1 위치에 따른 스탬프 롤러의 경도 변화(단위: HB)

2 스탬프 테이퍼 롤러의 결함 분석

그림 1과 같이 테이퍼 롤러를 성형하는 동안 반복되는 결함에는 Sheared Blank의 횡방향 균열, 큰-끝 외경 및 Chamfer의 축 표면 균열, Chamfer 표면의 접힘 결함 등이 포함됩니다. 장비, 금형, 원자재 등을 체계적으로 검사한 결과, 시험용 강선의 품질 불량이 근본 원인으로 확인되었습니다.

2.1 절단된 블랭크의 횡균열

전단면에 평행한 가로 균열은 절단 스테이션의 전단된 블랭크에서 자주 발생하여 냉간압조 기계의 비상 정지 및 경보를 유발합니다. 균열된 블랭크에서 절단된 금속 조직 시편을 2% 질산 알코올 용액으로 에칭합니다. 현미경 관찰을 통해 거대한 라멜라 펄라이트와 거친 탄화물 입자가 드러납니다(그림 2). 고탄소 크롬 베어링강에 대한 GB/T18254-2002 표준에 따라 구형화된 미세 구조는 과열되어 6등급 이상 등급이 지정됩니다. 균열된 블랭크의 벌크 경도는 브리넬 경도 시험기를 통해 187HB로 측정됩니다.

동일한 와이어 코일의 헤드, 중간 및 테일에서 샘플링 검사를 하면 일관되지 않은 어닐링 미세 구조가 드러납니다. 4, 5, 6등급 구형화 구조가 공존하며 경도 범위는 184HB ~ 189HB입니다. 부적합한 구상화 미세 구조, 특히 과도한 라멜라 펄라이트는 강철 연성을 크게 감소시킵니다. 블랭크 절단 중 전단면 근처에 집중된 인장 응력은 가로 블랭크 균열을 시작합니다.

그림2 횡균열 블랭크의 구상화 소둔 미세구조

2.2 롤러의 큰-단부 외경 및 모따기 표면 균열

축방향 표면 균열은 일반적으로 큰-끝단 외경과 완성된 롤러의 모따기에서 발견되며, 부분 균열은 끝면까지 확장됩니다. 완성된 부품의 자분 검사를 통해 넓은-모따기 위치에 자성 분말이 많이 축적됩니다. 뜨거운 산세척(50% 농축 공업용 염산 + 50% 물, 70도에서 30분 동안 침지) 후 조밀하고 미세한 축방향 미세균열이 모따기 표면 전체에 나타납니다. 작은-끝 모따기에는 동일한 미세균열이 거의 존재하지 않습니다.

축 외경-균열이 있는 롤러는 금속 조직 분석을 위해 균열 방향에 수직으로 절단됩니다. 현미경 사진은 균열이 두 개의 층으로 분할된 것을 보여줍니다: 표면 탈탄이 있는 외부 거친 균열층과 탈탄이 없는 내부 미세한 균열층(그림 3). 원료 선재의 미세 조직 검사를 통해 강철 표면에 0.3~0.4mm 깊이의 연속적인 탈탄층이 발견되었으며(그림 4), 흩어져 있는 깊은 축 방향 균열 및 다수의 얕은 표면 긁힘이 확인되었습니다.

냉간 성형 시 큰-끝단 외경과 모따기 부분에서 반경 방향 외측으로 큰 팽창이 발생하며, 이는 강렬한 가공 경화 및 연성의 저하와 함께 발생합니다. 라멜라 펄라이트를 포함하는 탈탄층 내부의 기존-표면 결함(균열/스크래치)은 형성 응력 하에서 거시적 균열로 전파됩니다. 균열 주변의 탈탄 영역은 원재료의 원래 표면 결함을 물려받은 반면, -탈탄되지 않은 균열 부분은 스탬핑 시 균열 전파로 인해 발생합니다. 대조적으로, 작은-단단 성형은 균열 확장을 억제하는 내부 수축 변형을 통해 진행됩니다.

그림3 스탬핑 롤러 외경 축방향 균열의 단면-단면 형태

그림4 상부 표면에 입계 산화물 미세균열이 있는 원강의 표면 탈탄층

롤러 외부 표면의 얕은 균열과 스크래치는 후속 연삭 작업에서 제거되는 반면, 모따기 표면은 연삭되지 않고 작은 결함을 유지하여 최종 MPI 검사 중에 자성 분말이 축적됩니다.

2.3 롤러 챔퍼의 스탬핑 접힘 결함

형성된 롤러를 육안으로 검사하면 큰-끝과 작은-끝 모따기 모두에서 중심 축을 따라 대칭적으로 분포된 접힘 결함이 감지됩니다. 문제 해결 후에는 다이 손상이 배제됩니다. 폴딩은 전단 과정에서 생성된 국부 공백 끝의 추가 "과잉 금속"으로 인해 발생합니다.

전단된 블랭크의 파손된 단면-은 타원의 단축을 따라 정렬되는 전단력과 함께 대략적인 타원 윤곽을 나타냅니다. 1~2mm 너비의 찢어진 초과-금속 영역이 장축의 양쪽 끝에 존재하며, 이는 다른 곳의 깔끔한 전단 표면과 다릅니다(그림 5). 통계 데이터에 따르면 원료 경도가 약 192HB일 때 모따기 접힘이 발생하지 않는 것으로 나타났습니다. 절단 중 블랭크 끝 부분에 찢어진 버/과잉 금속으로 이어지는 과도한 연성으로 인해 190HB 미만의 공급 원료에 대해 접힘이 일관되게 나타납니다. 따라서 원강의 낮은 기본 경도로 인해 가장자리가 불규칙하게 찢어지고 성형 후 모따기 접힘이 발생합니다.

3 원료 품질 개선 및 검증 시험

결함 추적은 초기 시험 선재의 네 가지 중요한 단점을 결론지었습니다. (1) 비-불균일한 구상화 어닐링 미세 구조를 따르지 않음; (2) -두꺼운 무효 표면 탈탄층; (3) 강철의 무작위 표면 균열 및 긁힘; (4) 소형 구형화 어닐링 경도.

그림 5 찢어진 파손 표면의 찢어진 과잉-금속 영역의 도식

적격 선재에 대한 개정된 기술 사양은 다음과 같이 공식화됩니다.

단선 코일 전체에 걸쳐 균일한 구조로 등급 2~4 내에서 제어되는 구상화 어닐링 미세 구조;

완성된 강철의 표면 탈탄 제로;

표면 균열이나 기계적 긁힘은 허용되지 않습니다.

구형화 어닐링 경도는 195HB에서 207HB로 규제됩니다. 나머지 기술 항목은 변경되지 않습니다.

공급업체는 업데이트된 사양을 준수하는 시험용 와이어를 재공급합니다. 등급 2의 구상화 구조, 벌크 경도 203HB, 균열이나 긁힘이 없는 완전 탈탄-표면 없음. 개선된 공급원료를 사용한 배치 스탬핑 테스트는 앞서 언급한 모든 성형 결함을 제거하고 4스테이션 고속-냉간압조 기계는 안정적인 정상 생산을 재개합니다.

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