Abstracto: Durante el estampado de prueba de rodillos cónicos con equipos importados de cabezal en frío de cuatro{0}}estaciones de alta-velocidad, surgieron defectos típicos que incluyen agrietamiento transversal de los espacios en blanco cortados, grietas superficiales en el diámetro exterior del rodillo y el chaflán, así como plegado por estampado en las caras del chaflán. El análisis de la causa raíz confirma que todos estos defectos se deben a la mala calidad de la materia prima. Después de la optimización técnica del alambrón GCr15 recocido esferoidizado dedicado al estampación en frío a alta velocidad-, el producto cumple plenamente con los requisitos prácticos de producción.

Palabras clave: rodamiento de rodillos cónicos; rodillo cónico; máquina de cabezal en frío de alta-velocidad; Acero para rodamientos GCr15; defecto; análisis de fallas

1 proceso de mecanizado de la máquina de cabezal en frío de cuatro-estaciones de alta-velocidad

Para mejorar la capacidad de estampado de rodillos cónicos con un diámetro exterior superior a 20 mm, se adopta una máquina de estampado en frío importada de cuatro-estaciones de alta-velocidad. El equipo ofrece alta productividad a una velocidad de estampado de hasta 100 piezas por minuto y produce rodillos de alta-precisión sin rebabas después del conformado. Sin embargo, la materia prima para esta máquina debe ser alambrón recocido esferoidizado, mientras que los principales fabricantes nacionales de acero especial sólo suministran acero GCr15 por encima de Φ20 mm en forma de barra sólida. Después de la negociación, un proveedor de acero especial proporciona alambrón recocido esferoidizado personalizado para este proceso de partida en frío.

Los requisitos técnicos principales para el alambrón de prueba son los siguientes: procesado mediante doble trefilado y doble pelado con acabado superficial; microestructura de recocido esferoidal clasificada como Grado 2~4 según GB/T18254-2002; Dureza controlada a 170 ~ 185 HB. Se produce un severo endurecimiento por trabajo durante la deformación en frío de múltiples pasadas, lo que impide el conformado posterior, de ahí el requisito de dureza relativamente bajo. La profundidad de descarburación de la superficie de un solo lado no deberá exceder el 0,8% del diámetro nominal del acero; La tolerancia dimensional del diámetro de la varilla es de 0~-0,05 mm, y las especificaciones restantes cumplen con los acuerdos técnicos de compra pertinentes.

El estampado de rodillos cónicos en la máquina de cabezal en frío de cuatro-estaciones cubre cuatro estaciones de trabajo secuenciales: corte en blanco → recalcado de extremos → pre-formado → acabado de formado, cuyo esquema de formado se muestra en la Figura 1.

Figura 1 Diagrama esquemático del proceso de formación de estampado de cuatro-estaciones

corte en blanco: El corte de piezas en bruto tipo manguito- genera piezas en bruto con deformación menor y caras extremas aproximadamente perpendiculares a la línea axial del material en bruto.

terminar molestando: Nivela las caras de los extremos desiguales del espacio en blanco perpendiculares al eje, unifica la longitud del espacio en blanco y altera el círculo exterior del espacio en blanco.

Pre-formado: Da forma aproximada al contorno cónico, reduce la dimensión del extremo pequeño, forma una cavidad cóncava en la cara del extremo grande-y expande el diámetro exterior hacia afuera.

Terminar de formar: finaliza las dimensiones del rodillo según la tolerancia especificada.

Se produce una gran deformación y un notable endurecimiento por trabajo en el chaflán-de extremo grande, el diámetro exterior, la cara del extremo de los extremos grandes y pequeños y el chaflán-de extremo pequeño durante todo el proceso de formación. La variación de la dureza de los rodillos terminados en diferentes posiciones se enumera en la Tabla 1. En comparación con los rodillos de las prensas mecánicas de una sola-estación, los productos de esta máquina presentan una precisión dimensional superior, eliminando procesos posteriores-como la eliminación de rebabas, el rectificado suave del diámetro exterior y el rectificado suave de la cara final, lo que mejora en gran medida la tasa de utilización de la materia prima.

Tabla 1 Variación de dureza del rodillo estampado en diferentes posiciones (Unidad: HB)

2 Análisis de defectos de rodillos cónicos estampados

Durante la formación de rodillos cónicos, como se ilustra en la Figura 1, los defectos recurrentes incluyen grietas transversales en piezas cortadas, grietas en la superficie axial en el diámetro exterior y el chaflán de los extremos grandes- y defectos de plegado en las superficies de los chaflanes. Después de una inspección sistemática de los equipos, matrices y materia prima, se verifica que la causa principal es la mala calidad del alambre de acero de prueba.

2.1 Agrietamiento transversal de piezas en bruto cortadas

Con frecuencia se producen grietas transversales paralelas al plano de corte en las piezas cortadas en la estación de corte, lo que provoca una parada de emergencia y una alarma de la máquina de cabezal en frío. Las muestras metalográficas cortadas de espacios en blanco agrietados se graban con una solución de alcohol de ácido nítrico al 2%. La observación microscópica revela perlita laminar masiva más partículas de carburo gruesas (Figura 2). Según la norma GB/T18254-2002 para acero con alto contenido de cromo en carbono, la microestructura esferoidizada se sobrecalienta y se clasifica por encima del Grado 6. La dureza aparente de las piezas en bruto agrietadas se mide en 187 HB mediante un probador de dureza Brinell.

La inspección por muestreo de la cabeza, el centro y la cola de la misma bobina de alambre revela una microestructura de recocido inconsistente: coexisten estructuras esferoidizadas de grado 4, 5 y 6, con una dureza que oscila entre 184 HB y 189 HB. La microestructura esferoidizada no calificada, especialmente el exceso de perlita laminar, reduce drásticamente la ductilidad del acero. La tensión de tracción concentrada cerca del plano de corte durante el corte de la pieza en bruto inicia el agrietamiento transversal de la pieza en bruto.

Figura 2 Microestructura de recocido esferoidizado de pieza en bruto agrietada transversalmente

2.2 Grietas superficiales en diámetros exteriores de extremos-grandes y chaflanes de rodillos

Las grietas en la superficie axial se encuentran comúnmente en los diámetros exteriores de los extremos grandes-y en los chaflanes de los rodillos terminados, y las grietas parciales se extienden hasta las caras de los extremos. La inspección con partículas magnéticas en piezas terminadas acumula abundante polvo magnético en las ubicaciones de los biseles de los extremos grandes-. Después del decapado en caliente (50% de ácido clorhídrico industrial concentrado + 50% de agua, remojado a 70 grados durante 30 minutos), emergen microfisuras axiales finas y densas a lo largo de las superficies de los chaflanes. Existen pocas microfisuras idénticas en el chaflán del extremo-pequeño.

Los rodillos con grietas de diámetro exterior-axial se seccionan perpendicularmente a la dirección de las grietas para el análisis metalográfico. La micrografía muestra grietas divididas en dos capas: la capa exterior de grieta gruesa con descarburación superficial y la capa interior de grieta fina libre de descarburación (Figura 3). La inspección de la microestructura del alambrón en bruto identifica una capa continua descarburada de 0,3 a 0,4 mm de profundidad en la superficie del acero (Figura 4), junto con grietas axiales profundas dispersas y numerosos rayones superficiales superficiales.

Se produce una gran expansión radial hacia afuera en el diámetro exterior del extremo grande y en el chaflán durante el conformado en frío, acompañada de un intenso endurecimiento por trabajo y ductilidad deteriorada. Los defectos superficiales pre-existentes (grietas/rayones) dentro de la capa descarburada con perlita laminar se propagan hacia grietas macroscópicas bajo tensión de formación; la región descarburada alrededor de las grietas hereda los defectos superficiales originales de la materia prima, mientras que las secciones de grietas no-descarburadas se desarrollan a partir de la propagación de grietas en el estampado. Por el contrario, la formación de los extremos pequeños-se produce a través de una deformación por contracción hacia adentro que restringe la expansión de la grieta.

Figura 3: Morfología de la sección transversal-de la grieta axial en el diámetro exterior del rodillo estampado

Figura 4 Capa superficial descarburada de acero en bruto con microfisuras de óxido intergranular en la superficie superior

Las grietas superficiales y los rayones en la superficie exterior del rodillo se eliminan en la operación de rectificado posterior, mientras que las superficies de los chaflanes permanecen sin rectificar y retienen pequeños defectos, lo que resulta en una acumulación de polvo magnético durante la inspección final del MPI.

2.3 Estampado de defectos de plegado en chaflán de rodillos

La inspección visual de los rodillos formados detecta defectos de plegado distribuidos simétricamente a lo largo del eje central en los chaflanes de los extremos-grande y{1}}pequeño. Después de solucionar el problema se descartan daños en el troquel; El plegado se origina por "exceso de metal" adicional en el extremo en blanco local generado en el procedimiento de corte.

La sección transversal-fracturada de una pieza cortada presenta un contorno de elipse aproximado, con la fuerza de corte alineada a lo largo del eje menor de la elipse. Existe una zona de exceso de metal-desgarrado de 1~2 mm de ancho en ambos extremos del eje principal, que difiere de la superficie de corte limpia en otros lugares (Figura 5). Los datos estadísticos indican que no se produce ningún plegado de chaflán cuando la dureza de la materia prima es de alrededor de 192 HB; El plegado surge consistentemente para materias primas por debajo de 190 HB debido a una ductilidad excesiva que genera rebabas rotas o exceso de metal en el extremo en bruto durante el corte. Por lo tanto, la baja dureza de la base del acero en bruto provoca bordes rasgados irregulares y el consiguiente plegado en chaflán después del conformado.

3 Prueba de verificación y mejora de la calidad de la materia prima

El rastreo de defectos concluye cuatro inconvenientes críticos del alambrón de prueba inicial: (1) Microestructura de recocido esferoidizado desigual no conforme -; (2) Capa descarburada de superficie no válida de más-espesor; (3) Grietas superficiales aleatorias y rayones en el acero; (4) Dureza de recocido esferoidizado de tamaño insuficiente.

Figura 5 Esquema de zonas de exceso-de metal desgarrado en la superficie de la fractura cortada

Las especificaciones técnicas revisadas para alambrón calificado se formulan de la siguiente manera:

Microestructura de recocido esferoidizado controlada dentro de Grado 2 ~ 4 con estructura uniforme en toda la bobina de un solo cable;

Descarburación superficial cero en acero acabado;

No se permiten grietas superficiales ni rayones mecánicos;

Dureza recocida esferoidizada regulada de 195 HB a 207 HB; Los elementos técnicos restantes se mantienen sin cambios.

El proveedor reabastece cable de prueba que cumple con las especificaciones actualizadas: estructura esferoidal clasificada como Grado 2, dureza aparente 203 HB, superficie totalmente libre de descarburación-sin grietas ni rayones. La prueba de estampado por lotes con materia prima mejorada elimina todos los defectos de formación anteriores, y la máquina de estampado en frío de cuatro-estaciones de alta-velocidad reanuda la producción normal estable.

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