Směrnice pro výrobu kuličkových ložisek

Směrnice pro výrobu kuličkových ložisek

Kuličková ložiska po staletí hrají roli neopěvovaných hrdinů, usnadňují rotační pohyb a hrají nedílnou roli v hladkém provozu strojů v mnoha průmyslových odvětvích. Kuličková ložiska byla původně patentována firmou Philip Vaughan v roce 1794 k podpoře náprav vozíku a od té doby byly vylepšeny a změněny tak, aby podporovaly různé rotační aplikace. Jak se vyrábí kuličková ložiska? Z čeho jsou vyrobena kuličková ložiska? Podívejme se blíže na proces výroby kuličkových ložisek, opatření kontroly kvality. Tento blog popíše moderní proces výroby kuličkových ložisek, který je dnes široce používán, od návrhu kuliček až po montáž dílů a balení.

Co je to kuličkové ložisko

Kuličková ložiska, navržená tak, aby snižovala rotační tření, usnadňují pohyb při polohování pohyblivých částí stroje a přenášení radiálního zatížení a zatížení ložisek. Jejich hlavním účelem je zajistit hladký chod rotujících částí ve strojních zařízeních. Kuličková ložiska se spoléhají na kuličky, které oddělují dva ložiskové kroužky nebo kroužky. To pomáhá minimalizovat povrchové tření a kontakt mezi pohyblivými částmi. Když se kuličky točí, způsobují nižší koeficient tření ve srovnání s rovnými povrchy, které se o sebe třou.

Kuličková ložiska se liší v závislosti na použitém mechanismu, přičemž nejběžnější jsou radiální kuličková ložiska nebo jednořadá kuličková ložiska s hlubokou drážkou. Kuličková ložiska mají minimální kontakt s uloženými kroužky, takže mohou přenášet axiální nebo radiální zatížení rychlým a plynulým pohybem. Mezi typické součásti kuličkových ložisek patří:

kuličkové ložisko

Vnitřní kroužek/závod: Vnitřní část ložiska namontovaná kolem osy otáčení. Vnitřní povrch vnitřního kroužku, nazývaný oběžná dráha, je navržen tak, aby odpovídal obrysům kuliček, což jim umožňuje hladce a efektivně se odvalovat.

Vnější kruh / závod: Vnější část ložiska, které drží kuličky na místě. Obvykle je namontován uvnitř pouzdra nebo otvoru a zůstává nehybný.

Hlavním účelem závodu je v podstatě fungovat jako dráha, která umožňuje klouzání bez tření. Jednoduše řečeno, k ovládání příslušných koulí je zapotřebí závod a poskytuje pevnou dráhu pro koulení koulí. V ložiskách existují dva typy závodů. Vnitřní kroužek, vnější kroužek a sada kuliček. Obě sedadla obsahují v sedle drážkovaný kroužek, který drží ocelovou kuličku. Ocelová koule se zjevně dostane do přímého kontaktu s každou rasou v jednom bodě. Vnitřní kroužek je umístěn na vnitřní straně koule, naopak vnější kroužek je umístěn na vnější straně koule. Mezi tyto dva typy ras je vložena vnitřní koule. Obě rasy se také otáčejí v opačných směrech, aby si udržely rotaci.

kuličková ložiska

Míče: Ocelové kuličky jsou kulové součásti používané jako valivé mechanismy v rotujících částech, jako jsou ložiska, nástroje a kola. Existuje mnoho specifikací a velikostí pro různé aplikace. Míče hrají nejdůležitější roli při plnění funkcí. Nejdůležitějším účelem je, že představuje význam valivého a rotačního aspektu ložiska. Bez něj se ložisko nesmí otáčet v žádném směru. Kulové valivé prvky, které umožňují plynulé otáčení a přenášejí zatížení mezi vnitřním a vnějším kroužkem. Jsou vyrobeny z extrémně tvrdých a odolných materiálů jako je chromová ocel, keramika nebo nerezová ocel.

Klec nebo držák: Součást, která odděluje a udržuje rozestupy mezi kuličkami, válečky nebo jehlovými válečky, udržuje je v symetrickém radiálním rozestupu a drží ložiska pohromadě. Klec drží kuličky v jednotných kroužcích tak, aby byly rovnoměrně rozmístěny v ložisku. Může být vyroben do různých tvarů a vyvinut s použitím materiálů s nízkým třením, což umožňuje míči pokračovat v efektivním odvalování. Zajišťuje, že se kuličky během provozu nedostanou do vzájemného kontaktu, čímž se snižuje tření a opotřebení. Mezi materiály ložiskové klece patří: ocelová ložisková klec, keramická ložisková klec, vysokopevnostní polymer (nylon, POM atd.) atd.

Štíty nebo těsnění: Jedná se o ochranné krytky, které jsou obvykle namontovány na vnějším kroužku ložiska a poskytují bariéru zabraňující vniknutí nečistot do ložiska, čímž prodlužují jeho životnost.

Ložiska jsou životně důležitá pro výrobu a používají se v mnoha různých typech zařízení a strojů. Ložiska snižují tření od základních průmyslových zařízení až po složité stroje a umožňují jim zvládat různé typy zatížení. Proto je použití vysoce kvalitních a spolehlivých materiálů pro proces výroby ložisek zásadní. K výrobě různých typů vysoce kvalitních ložisek a jejich mnoha komponentů se používají různé materiály. Tyto materiály procházejí specifickými procesy pro získání požadovaných vlastností, čímž se zvyšuje životnost a výkon ložisek. Tým společnosti Aubeering může diskutovat o různých materiálech používaných při výrobě ložisek a o tom, jak každý z nich ovlivňuje použití, integritu a funkčnost ložiska.

Materiály pro kuličková ložiska

Většina kuličkových ložisek je vyrobena z typu oceli nazývané chromová ocel s vysokým obsahem uhlíku, často označovaná jako chromová ocel. To se používá z důvodu nákladů a trvanlivosti. Ložiska se vyrábí i z jiných materiálů, jako je nerezová ocel, keramika a plasty. Každá jeho vlastnost je však přizpůsobena jinému účelu.

Chromová ocel (GCr15 a 52100)

Chromium steel (GCr15 &SAE 52100) is the most commonly used material for manufacturing precision ball bearings, roller bearings and tapered roller bearings. Specifically, it is used to manufacture the load-bearing components of bearings, such as inner rings, outer rings, balls and rollers. Chrome steel is an efficient and economical bearing material because of its durability and strength in harsh conditions. Although chromium steel is less resistant to corrosion, it is durable and can still resist some degree of corrosion in certain environments. SAE 52100 is a chromium steel containing 1% carbon and 1.5% chromium alloy. This material remains stable at temperatures in excess of 250 degrees Fahrenheit and provides reliable bearings and long service life. Chromium steel undergoes controlled machining and heat treatment methods to make the bearings strong and crack-resistant. These processes give the bearings and their components a surface hardness of 60 to 64 on the Rockwell scale C, which makes them resistant to subsurface rolling contact fatigue. Chromium steel is a good general purpose bearing steel due to its excellent hardness and wear resistance. However, due to its lower chromium content, it has poor corrosion resistance compared to other materials. It is recommended that users protect chromium steel bearings with a coating of oil or rust inhibitor to prevent corrosion.

Utěsněná ložiska z chromové oceli

Kromě toho, že nerezová ocel obsahuje alespoň 18 % chrómu, obsahuje také nikl. Když se chrom v nerezové oceli dostane do kontaktu s kyslíkem, dojde k chemické reakci, při které se na povrchu součásti ložiska vytvoří vrstva oxidu chromitého. Tento pasivační chemický film poskytuje dodatečnou ochranu ložisek. Existují dva běžné typy ložisek z nerezové oceli: martenzitická a austenitická.

Ložiska z nerezové oceli nabízejí několik významných výhod, protože zejména nerezová ocel má vyšší odolnost vůči chemikáliím a korozi a také lepší stabilitu v prostředí s vysokou teplotou. Vyznačuje se stejně hlubokými drážkami a pevným uchycením mezi oběžnými drahami a kuličkami jako standard vyrobený z chromové oceli. Ložiska se proto často vyrábějí z nerezové oceli třídy 440, kde je vyžadována odolnost proti korozi. Nerezová ocel třídy 440 je velmi tvrdá ocel, která má dobrou odolnost proti korozi, ale není vhodná pro použití se slanou vodou a mnoha chemikáliemi.

Kuličkové ložisko z nerezové oceli

Martensitic stainless steel bearings (SV30) are often modified during the processing of raw steel, resulting in a reduction in carbon content and an increase in nitrogen content in the material. The result is steel with high strength, hardness and enhanced corrosion resistance. Austenitic stainless steel bearings (AISI316), on the other hand, are non-magnetic and highly resistant to corrosion due to their low carbon content. Likewise, grade 316 stainless steel is used in corrosive applications. However, due to their carbon content, stainless steel bearings are less hard and their load carrying capacity is 20% lower than 52100 chromium steel bearings. 316 stainless steel is therefore softer and therefore can only be used at lower loads and speeds.

keramika (zirkonia a nitrid křemíku) are suitable for highly corrosive or extreme temperature applications. Ceramic materials are also used in the manufacture of bearings and bearing components. However, these materials are often classified as niche areas of the bearing industry. The most common ceramic material is silicon nitride. Bearing balls made of silicon nitride are known for their excellent surface hardness, up to 78 on the Rockwell C scale, and their extremely smooth surfaces. However, there is a problem with using ceramic materials in bearing construction. Bearings made of ceramic materials are generally expensive than bearings made of pure stainless steel.

Keramická kuličková ložiska

Completely ceramic ball bearings are made of ceramic materials. The inner ring, outer ring and balls are made of silicon nitride (Si3N4) or zirconium oxide (ZrO2). The main features are its higher hardness and better elasticity compared to chromium steel bearings. In addition, it can run completely dry, has excellent corrosion resistance, can run in concentrated acid, and will not corrode when completely immersed in seawater, and is suitable for temperature changes and lasts much longer than steel bearings. Ceramics are often used when hybrid bearings are made, where the steel rings are made of stainless steel and the balls are made of ceramic.

Uhlíková legovaná ocel

Uhlíková legovaná ocel se běžně používá při výrobě „polopřesných“ nebo „komerčních“ ložisek a součástí ložisek. Aubearing nabízí ložiska z uhlíkové legované oceli se stupněm přesnosti ABEC #1-5 nebo vyšší. Nízkouhlíkové slitiny se obvykle používají k výrobě klecí ložisek, kovových krytů a kovových podložek. Jsou méně odolné vůči korozi než jiné materiály ložisek, proto musí být potaženy vrstvou oleje nebo maziva, aby se zabránilo korozi. Galvanické pokovování lze také použít, aby se zabránilo oxidaci.

Ostatní nekovové materiály

Vzhledem k tomu, že ložiska jsou často instalována ve strojích, které přenášejí nebo manipulují s břemeny, je běžnou mylnou představou, že ložiska mohou být vyrobena pouze z kovu. K výrobě ložisek a jejich součástí lze ale použít i nekovové materiály. Různé druhy plastů jsou vhodné pro dobrou až velmi dobrou odolnost proti korozi, ale pouze pro nízké zatížení a nízké otáčky. Některé příklady typů nekovových materiálů, které lze použít při konstrukci ložisek, zahrnují, ale nejsou omezeny na:

Plastová kuličková ložiska

A. Plast

Plast se někdy používá k výrobě klecí ložisek, aby se snížily výrobní náklady, ale tento materiál není vždy vhodný pro drsné podmínky, zejména aplikace při vysokých teplotách. Nejběžnějším typem plastu je nylonový plast, ale jako alternativy lze použít i lisovaný acetal nebo POM. Jiné polymery se používají ve speciálních konstrukcích ložisek se specifickými požadavky na výkon, jako je vysoká rychlost, nízký točivý moment nebo nízká hlučnost.

Například rychloběžná kuličková ložiska používaná ve vřetenech obráběcích strojů mají klece vyrobené z fenolického (fenolformaldehydového) materiálu. Přestože jsou fenolová klec a součásti ložisek lehké, jsou pevné a odolné.

B. Guma

Guma se také používá při výrobě ložisek, zejména jejich těsnění. Pro dobré mechanické vlastnosti se často používá nitrilový nebo bunakaučuk. Guma je obecně levná, vydrží mnoho různých teplotních rozsahů a je odolná vůči mnoha chemikáliím. Mezitím se často používají materiály, jako jsou elastomery nebo pryže, jako jsou fluoroelastomery a silikony, když aplikace vyžadují jejich jedinečné vlastnosti.

Je zřejmé, že existuje celá řada materiálů, které lze při konstrukci ložisek použít, a každý materiál lze použít pro různé účely a dosáhnout různých požadovaných vlastností. Proto nelze podceňovat důležitost materiálu, ze kterého je konkrétní ložisko vyrobeno.

Proces výroby kuličkových ložisek

Jak se vyrábí kuličková ložiska? Jak dělají koule tak kulaté? Odpovědí je vícestupňový výrobní proces, který zahrnuje obrábění, tepelné zpracování, broušení, honování, broušení a montáž. I když mohou existovat rozdíly, následující postup platí pro naprostou většinu dnes vyráběných standardních kuličkových ložisek.

Výběr materiálu: vysoce kvalitní ocel, jako je například chromová ocel s vysokým obsahem uhlíku. V závislosti na aplikačních požadavcích ložiska mohou být dokonce použity některé plasty, keramika, nerezová ocel a další materiály. Díky své vysoké pevnosti a odolnosti proti opotřebení je nejčastěji používaným materiálem pro výrobu kuličkových ložisek.

Kované nebo lité: Zvolený materiál je kován nebo odléván do tvaru součásti ložiska. Kování zahrnuje ohřev a tvarování oceli, úpravu její struktury zrna pro zlepšení trvanlivosti. Alternativně odlévání, méně obvyklé, ale používané pro větší nebo složité díly, zahrnuje formování roztaveného kovu do požadovaného tvaru.

Tepelně zpracovaná kuličková ložiska

Tepelné zpracování: Kované nebo lité díly jsou tepelně zpracovány pro zvýšení jejich tvrdosti a odolnosti. Díly se zahřejí na vysokou teplotu, poté se rychle ochladí v procesu zvaném kalení a poté se temperují, při kterém se díl znovu zahřeje na nižší teplotu a poté se pomalu ochladí. Proces dosahuje rovnováhy mezi tvrdostí odolnou proti opotřebení a houževnatostí, aby odolal rázovému zatížení.

Obrábění, broušení a super jemné broušení: Tepelně zpracované díly jsou následně opracovány a broušeny s vysokou přesností na konečné rozměry. Proces obrábění může zahrnovat soustružení, frézování a vrtání, vše prováděné pomocí počítačem řízených strojů pro zajištění přesnosti. Ultra jemné broušení pro dosažení správné kulovitosti a povrchové úpravy zajišťující hladký a efektivní provoz. 

Montáž a mazání: Nakonec se vnitřní kroužek, vnější kroužek, kulička a klec namontují do ložiska a nanese se mazivo, které sníží tření a opotřebení mezi pohyblivými částmi a zajistí hladký a účinný provoz ložiska. Typ ložiskového maziva (olej nebo mazivo) závisí na aplikaci.

Výrobní proces kuličkových ložisek zahrnuje složité postupy, které zajistí, že konečný produkt bude hladký a dokonale kulatý.

Výroba vnitřních a vnějších kroužků ložisek

The manufacturing process for inner and outer raceways is very similar. They begin as steel tubes that are cut by automated machines into the basic shape of the raceways, leaving a small amount of extra material to account for warping during the heating process. Afterwards, the necessary manufacturing information and bearing number are printed on the outer ring surface. Visit our bearing numbering system to learn about bearing numbering. Then comes the reinforcement phase.

Kroužky jsou vytvrzeny v peci pro tepelné zpracování a zahřívány na přibližně 1550 stupňů Fahrenheita (840 stupňů Celsia) po dobu od 20 minut do několika hodin, v závislosti na velikosti součásti. Kroužek se poté ochladí v oleji při 375 °F po dobu 15 až 20 minut. Dalším krokem je temperování prstence na 340 °F po dobu asi dvou hodin. A temperujte v druhé troubě na přibližně 300 stupňů Fahrenheita (148 stupňů Celsia). Díky tomuto procesu je oběžná dráha pevná a odolná.

vnitřní a vnější kroužky kuličkové ložisko

Oběžné dráhy jsou dokončovány pomocí brusných kotoučů, protože je nyní obtížné řezat oběžné dráhy na požadovanou velikost řeznými nástroji. Každá část kroužku musí být broušena, aby byla zajištěna správná šířka ložiska, poloměr, poloha kroužku a geometrie. Některá ložiska, jako jsou ložiska s kosoúhlým stykem, vyžadují během tohoto procesu dodatečné broušení, aby byla zajištěna správná velikost kroužků. Broušení oběžné dráhy pomáhá dosáhnout polohy, geometrie a poloměru oběžné dráhy. Koncové broušení zajišťuje, že prstenec má správnou šířku ložiska. Poté se vnitřní otvor vybrousí na vnitřním kroužku a zároveň se vybrousí vnější kroužek. Sedadlo nakonec prochází procesem honování, aby bylo dosaženo dokonalé povrchové úpravy a geometrie.

Kuličky pro výrobu kuličkových ložisek

Ložiskové kuličky procházejí velmi specifickým a důkladným výrobním procesem, jehož výsledkem jsou dokonale kulaté a hladké kuličky, které minimalizují tření v ložisku. Tyto koule začínají jako drát nebo tyče, které obsahují potřebné materiály potřebné k vytvoření hotové koule. Tento drát prochází procesem zvaným „studená hlava“. Během tohoto procesu na sebe konce drátu narážejí a tvoří kouli s malým kroužkem kolem.
Kulička se poté stočí, aby se odstranily případné drsné hrany. Při tomto procesu je kulička opakovaně přiváděna do drážky mezi dvěma litinovými kotouči, z nichž jeden se otáčí a druhý je stacionární. Hrubé drážky účinně odstraňují otřepy a dělají kuličku poměrně kulatou a mírně předimenzovanou pro snadnější broušení. Dále se koule podrobí procesu tepelného zpracování podobnému oběžné dráze, aby se zlepšila trvanlivost, než se vybrousí na správnou velikost a kulatost.

výrobní koule

Nakonec se kulička přesune do brusky, kde se k vyleštění kuličky použije měkký litinový kotouč, podobně jako při bubnovém broušení, ale s menším tlakem. Leštící pasta slouží k úplnému vyhlazení povrchu bez dalšího odstraňování materiálu. Kuličky zůstávají v mlýnku 8-10 hodin, aby vznikly dokonale hladké kuličky.

Výroba klecí pro kuličková ložiska

Klec je součástí ložiska a je vyrobena z různých materiálů, včetně lisované oceli, lisované mosazi, obrobené oceli, opracovaného bronzu, lisovaného nylonu nebo acetalu (POM) a fenolové pryskyřice. U ocelových nebo kovových klecí je obrys klece vyražen z tenkého kovového plechu a poté umístěn do struktury podobné matrici nazývané „forma“, která ohne klec do vhodného tvaru. Klec lze poté vyjmout a připravit k montáži. U plastových klecí se používá proces zvaný „vstřikování“, kdy se roztavený plast vstřikuje do formy a nechá se ztvrdnout.

Výroba ložiskových klecí

Montáž kuličkových ložisek

Po sestavení všech dílů ložiska lze sestavit ložisko. Nejprve vložte vnitřní kroužek dovnitř vnějšího kroužku. Kuličky jsou pak vloženy mezi oběžné dráhy a rovnoměrně rozmístěny. Nakonec nainstalujte klec, aby držela míč na místě. Plastové klece se snadno zacvaknou, zatímco ocelové klece je obvykle nutné k sobě snýtovat. Ložiska jsou poté natřena inhibitorem koroze nebo jinou speciální povrchovou úpravou pro konkrétní aplikaci a zabalena pro přepravu.

Montáž kuličkových ložisek

Kuličková ložiska procházejí přísným testováním a postupy kontroly kvality, aby byla zajištěna jejich spolehlivost a životnost. Mezi běžné kontrolní a měřicí techniky patří:

  • Vizuální kontrola: Zkontrolujte ložiska, zda nemají viditelné vady, jako jsou praskliny, opotřebení nebo nepravidelnosti povrchu.

  • Rozměrové měření: Použijte speciální nástroje na testování ložisek k měření klíčových rozměrů ložisek, jako je vnitřní průměr, vnější průměr, velikost kuličky a šířka.

  • Měření kruhovitosti a házivosti: Posuďte kruhovitost součástí ložisek a změřte případné házení nebo odchylky od ideálního kruhového tvaru.

  • Analýza drsnosti povrchu: Pomocí přístrojů, jako jsou profilometry, vyhodnoťte hladkost nebo drsnost povrchů ložisek, abyste zajistili správnou funkci a snížili tření.

  • Testování tvrdosti: Určete tvrdost součástí ložisek pomocí metod, jako je testování tvrdosti podle Rockwella nebo Vickerse, abyste se ujistili, že splňují požadované specifikace.

Inspekce kvality
  • Analýza hluku a vibrací: Specializované zařízení se používá k detekci a analýze úrovně hluku a vibrací během provozu ložisek, které mohou indikovat potenciální problémy nebo anomálie.

  • Analýza mazání ložisek: Vyhodnocuje stav a vlastnosti maziva, jako je viskozita, čistota a úroveň znečištění, aby bylo zajištěno optimální mazání a prodloužení životnost ložiska.

  • Nedestruktivní testování (NDT): Použití technik, jako je ultrazvukové testování nebo testování magnetických částic k detekci vnitřních defektů nebo trhlin bez poškození ložisek.

  • Testování trvanlivosti a výkonu: Ložiska jsou vystavena simulovaným provozním podmínkám, jako je zatížení ložisek, otáčky a teploty, aby se vyhodnotila jejich trvanlivost, odolnost proti únavě a celkový výkon.

Statistická kontrola procesu

Statistická kontrola procesu (SPC) je metoda kontroly kvality používaná při výrobě kuličkových ložisek. Používá statistickou analýzu ke sledování výrobního procesu a identifikaci případných problémů před dokončením produktu. SPC zahrnuje sledování výrobního procesu z hlediska známek změn a odchylek od očekávaných výrobních parametrů. To umožňuje výrobcům identifikovat a řešit jakékoli potenciální problémy s produktem dříve, než se dostane k zákazníkovi. Navíc lze SPC použít k optimalizaci výrobních procesů a snížení výrobních nákladů, aby se udržely vysoké standardy kvality. Díky využití SPC mohou výrobci kuličkových ložisek neustále zlepšovat své procesy a produkty, aby lépe sloužili svým zákazníkům.

Proč investovat do čističky vzduchu?

At Pokorný, specializujeme se na výrobu kuličkových ložisek, která vyhovují různým požadavkům na tvary, materiály a velikosti. Můžete si vybrat z našich ocelových, nerezových nebo chromových ocelových, keramických kuličkových ložisek. Naše kuličková ložiska se používají ve spotřebičích, jako jsou čerpadla, produkty kancelářské automatizace, lékařské vybavení, elektrické nářadí, kodéry, AC/DC motory, průtokoměry a měřicí zařízení.