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Der ultimative Leitfaden zur Lagerherstellung
Kugellager sind die am weitesten verbreiteten Lager und spielen bei verschiedenen mechanischen Bewegungen eine wichtige Rolle. Kugellager werden verwendet, um die Rotation zu unterstützen, die Reibung zu reduzieren und radiale und axiale Lasten in Hochlast- und Hochgeschwindigkeitsanwendungen zu tragen, bei denen Zuverlässigkeit und Effizienz von entscheidender Bedeutung sind. Ohne Kugellager würden viele Maschinen und Geräte nicht effizient und sicher arbeiten. . Es könnte also für Sie sehr interessant sein, wie Kugellager hergestellt werden. Bei Aubearing sind wir auf die Herstellung von Kugellagern spezialisiert, die einer Vielzahl von Formen, Materialien, Größen und anderen Anforderungen entsprechen. Basierend auf langjähriger Erfahrung in der Herstellung von Kugellagern hat Aubearing den Prozessleitfaden für die Lagerherstellung zusammengefasst.
Kugellager bestehen aus einem Innenring, einem Außenring, Kugeln, einem Käfig und einer Dichtung. Der Innenring und der Außenring stehen in Kontakt mit der Welle bzw. der Außenhülle. Die Kugeln trennen den Innenring vom Außenring und verringern die Reibung der Wälzkörper. Der Käfig trennt die Kugeln und sorgt für einen gleichmäßigen Abstand zwischen den Kugeln. Dadurch wird verhindert, dass die Kugeln aneinander reiben. Die Dichtungen verhindern, dass Staub, Schmutz und andere Verunreinigungen in die Lager gelangen, wodurch die Lebensdauer des Lagersystems verlängert wird. Kugeln sind die Wälzkörper, die die Lagerlaufbahnen getrennt halten. Die Kugeln rollen auf den Laufbahnen, sodass sich die Maschine oder Anlage reibungslos drehen kann. Kugellager werden in Geräten wie Pumpen, Büroautomationsprodukten, medizinischen Geräten, Elektrowerkzeugen, Encodern, AC/DC-Motoren, Durchflussmessern und Messgeräten verwendet.
Es gibt viele Arten von Kugellagern. Eine davon sind Rillenkugellager, die am weitesten verbreitete Art von Kugellagern und in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, die hohe Geschwindigkeiten und geringe Reibung erfordern. Das zweite ist Schrägkugellager, die sowohl für radiale als auch axiale Belastungen ausgelegt sind und sich ideal für Hochgeschwindigkeits- und Präzisionsanwendungen wie Werkzeugmaschinen, Pumpen und Turbinen eignen. Der dritte ist DruckkugellagerSie sind für die Bewältigung axialer Belastungen in einer Richtung ausgelegt und werden häufig in Anwendungen wie Automobilgetrieben und Schwermaschinen eingesetzt, die hohe axiale Belastungsfähigkeiten erfordern. Der vierte ist der selbstausrichtendes Kugellager, das den Fluchtungsfehler zwischen Welle und Gehäuse ausgleichen soll. Es ist ideal für Anwendungen, bei denen Wellendurchbiegung, Fehlausrichtung oder Installationsfehler auftreten können. Der fünfte ist Miniaturlager, verwendet in kleinen Anwendungen wie kleinen Motoren und medizinischen Geräten. Sechstens werden Flanschkugellager in Anwendungen eingesetzt, bei denen das Lager in einer bestimmten Position positioniert werden muss, beispielsweise auf einer Welle, die an Ort und Stelle befestigt werden muss, oder auf einer Stützstruktur.
Wie man Kugellager herstellt
Kugellager gibt es in Hunderten von Größen, von ultrakleinen Lagern mit 1.0 mm Durchmesser, die in mikromedizinischen Dentalgeräten und Mikromotoren verwendet werden, bis hin zu großen Lagern mit einem Durchmesser von über 17 Fuß, die in Hochleistungsgeräten verwendet werden. Wie werden Kugellager hergestellt? Wie macht man Kugelbälle so rund? Die Antwort ist ein mehrstufiger Herstellungsprozess, der Bearbeitung, Wärmebehandlung, Schleifen, Honen, Montage, Qualitätskontrolle usw. umfasst. Obwohl es Unterschiede geben kann, ist der folgende Prozess für die Herstellung der überwiegenden Mehrheit der heutigen Standardkugellager geeignet.
Lagerhersteller wählen geeignete Materialien basierend auf den Kundenanforderungen aus. Je nach Anwendung stehen Materialien wie Stahl, Keramik und Edelstahl zur Verfügung. Zu berücksichtigende Faktoren sind Belastbarkeit, Drehzahl, Betriebstemperatur, Korrosionsbeständigkeit und Kosten. Jedes Lagermaterial hat einzigartige Vor- und Nachteile, die eine entscheidende Rolle bei der Beeinflussung der Leistung und Lebensdauer eines Kugellagers in seiner beabsichtigten Anwendung spielen. Zu den Käfigmaterialien gehören gestanzter Stahl, gestanztes Messing, bearbeiteter Stahl, bearbeitete Bronze, geformtes Nylon oder Polyoxymethylen (POM) und Phenolharz.
Stahl: Das am häufigsten verwendete Material für Kugellager ist Stahl. Stahl verfügt über eine hervorragende Festigkeit, Härte und Verschleißfestigkeit und hält enormem Druck stand. Typischerweise wird Chromstahl mit hohem Kohlenstoffgehalt (allgemein als Wälzlagerstahl bekannt) verwendet. Zu den spezifischen verwendeten Stahlsorten können AISI 52100, AISI 440C oder andere ähnliche Legierungen gehören. Diese Stähle werden einem Wärmebehandlungsprozess unterzogen, um die erforderliche Härte und Zähigkeit zu erreichen. AISI 52100 ist ein Chromstahl (1 % Kohlenstoff, 1.5 % Chromlegierung), der je nach Wärmebehandlungsprozess bis 250 Grad Fahrenheit oder höher formstabil ist. AISI 52100 bietet außerdem eine hervorragende Elastizität, Verarbeitbarkeit und Gleichmäßigkeit. Ein weiteres beliebtes Material ist Edelstahl AISI 440C, der aufgrund seiner Korrosionsschutzeigenschaften verwendet wird. AISI 440C kostet in der Bearbeitung mehr als 52100 und kann nicht so viel Last bewältigen. Bei 70 Grad Fahrenheit hat der 440C 85 % der Belastbarkeit des 52100. Andere martensitische Edelstähle werden ebenfalls verwendet, um Lagergeräusche zu reduzieren oder die Ermüdungslebensdauer zu erhöhen. AISI M50-Stahl wird in kritischen Systemanwendungen wie der Luft- und Raumfahrtindustrie verwendet. Andere Legierungen umfassen M50. M50 ist doppelt so zuverlässig wie 52100 und enthält 4 % Molybdän für zusätzliche Festigkeit. Der größte Nachteil sind die Kosten, da der M50 etwa zehnmal teurer ist als der 52100.
Keramik: Keramikkugellager bieten gegenüber Stahllagern mehrere Vorteile. Sie bestehen üblicherweise aus Materialien wie Siliziumnitrid (Si3N4) oder Zirkoniumoxid (ZrO2), Siliziumkarbid. Keramikkugellager bieten eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit, sind leichter, haben einen niedrigeren Reibungskoeffizienten, sind elektrisch isolierend und können bei höheren Temperaturen betrieben werden. Sie werden typischerweise in Anwendungen eingesetzt, die hohe Geschwindigkeiten, extreme Temperaturen oder Beständigkeit gegenüber rauen Umgebungen erfordern. Der Preis für Keramikkugellager ist normalerweise viel höher als für AISI 52100 und AISI 440C. Die gebräuchlichsten Keramiklager sind Hybridkeramiklager, bei denen die Innen- und Außenringe aus Edelstahl und die Kugeln aus Keramik bestehen.
Edelstahl: Der größte Vorteil von Edelstahlkugellagern ist die Korrosionsbeständigkeit. Die gängigsten Lager aus Edelstahllegierungen wie AISI 304 oder AISI 316 enthalten hohe Konzentrationen an Chrom und Nickel. Edelstahllager werden häufig in Branchen wie der Lebensmittelverarbeitung, medizinischen Geräten und Schifffahrtsanwendungen eingesetzt.
Kunststoff: Es klingt seltsam, ja, das Material von Kugellagern kann auch Kunststoff sein. Kunststoffkugellager werden hauptsächlich in Anwendungen mit geringer Belastung, geringem Gewicht und geringer Präzision eingesetzt, beispielsweise in Kinderspielzeugen. Da sich der Herstellungsprozess von Kunststofflagern von dem von Metalllagern unterscheidet, wird in diesem Blog nicht auf den Herstellungsprozess von Kunststofflagern eingegangen.
Herstellung von Lagerinnen- und Außenringen
Der Herstellungsprozess der Innen- und Außenringe des Lagers ist der gleiche, da es sich bei beiden um Metallringe handelt, sie unterscheiden sich jedoch in der Größe. Der Ring besteht zunächst aus einem Rohr, wobei eine automatisierte Maschine, ähnlich einer CNC-Drehmaschine, verwendet wird, deren Schneidwerkzeuge das Metallrohr in seine Grundform schneiden, wobei eine kleine Menge überschüssiges Material übrig bleibt, um beim nächsten Schritt der Wärmebehandlung Verformungen auszugleichen. Typischerweise sind die Lagernummer und Herstellerinformationen auf dem Außenring aufgedruckt.
Anschließend wird der Metallring in einem Wärmebehandlungsofen gehärtet und je nach Größe des Rings zwischen 1,550 Minuten und mehreren Stunden lang auf etwa 840 Grad Celsius erhitzt. Anschließend werden sie in Öl abgekühlt und in einem zweiten Ofen bei etwa 20 Grad Celsius angelassen und luftgekühlt, um ihre Zähigkeit weiter zu stärken. Dieser Prozess macht die Laufbahn sowohl stark als auch langlebig.
Für exakte Abmessungen und glatte Oberflächen sind die Innen- und Außenringe geschliffen. Die Laufbahn muss mit einer Schleifscheibe nachbearbeitet werden, was mit einem Schneidwerkzeug nicht möglich ist, da die Laufbahn jetzt zu hart ist. Jeder Abschnitt des Rings muss geschliffen werden, um die richtige Lagerbreite, den richtigen Radius, die richtige Laufbahnposition und Geometrie sicherzustellen. Einige Lager, wie z. B. Schräglager, erfordern in einem anschließenden Prozess ein zusätzliches Schleifen, um enge Toleranzen bei den Ringabmessungen sicherzustellen.
Lagerkugeln herstellen
Kugeln sind für Lager sehr wichtig. Die runde und glatte Kugel kann die Reibung im Lager minimieren. Der Ausgangszustand des Balls ist ein Stahldraht- oder stabförmiger Block, der durch einen ganz besonderen und sorgfältigen Herstellungsprozess „kaltgestaucht“ wird. Kaltstauchen bedeutet, den Draht abzuschneiden und an beiden Enden zu schlagen, um eine grobe Kugel zu bilden. Um die Kugel herum befindet sich ein Ring (auch Grat genannt). Als nächstes drehen Sie die raue Kugel um, um die „Gratkanten“ zu entfernen. Die Kugel wird wiederholt in eine Rille zwischen zwei Gusseisenscheiben geführt, von denen eine rotiert und die andere stationär ist. Die groben Rillen reißen die Grate effektiv ab, so dass die Kugel ziemlich rund und etwas größer als die tatsächliche Anwendungsgröße für den nächsten Schleifschritt bleibt. Natürlich werden die Kugeln einer ähnlichen Wärmebehandlung (Erhitzen und Anlassen) wie die Laufbahnen unterzogen, um Haltbarkeit, Zähigkeit und Härte zu erhöhen. Schließlich werden die Kugeln zu einem Mahlwerk bewegt, um die richtige Größe und Rundheit zu erreichen. Um die Oberfläche perfekt zu glätten, wird die Kugel mit einer Schleifmaschine oder Polierpaste poliert. Die Kugeln bleiben 8–10 Stunden im Mahlwerk, um perfekt glatte Kugeln zu erzeugen.
Kugellagerkäfige bestehen in der Regel aus Stahl und werden aus dünnem Blech gefertigt. Die endgültige Form des Käfigs wird in der Form geformt. Die Form besteht aus zwei zusammenpassenden Stahlstücken und wird in die richtige Form gebogen, wenn der Käfig in die Form gelegt und die Form geschlossen wird. Manchmal kann das Käfigmaterial des Lagers auch Kunststoff sein, da die Herstellung kostengünstiger ist und manche Leute denken, dass Kunststoffkäfige einen niedrigeren Reibungskoeffizienten haben als Stahlkäfige. Soll ein Kunststoffkäfig hergestellt werden, kommt ein Spritzgussverfahren zum Einsatz, bei dem eine Form mit geschmolzenem Kunststoff gefüllt und anschließend aushärten gelassen wird. Anschließend wird der fertige Kunststoffkäfig entnommen und mit den anderen Teilen des Lagers zusammengebaut.
Lager zusammenbauen
Nachdem nun die vier Komponenten des Lagers hergestellt sind, erfolgt die endgültige Montage des Lagers. Der Innenring sitzt im Außenring und ist so weit wie möglich zur Seite geschoben, um zwischen ihnen Platz für die Kugeln zu lassen. Legen Sie je nach Größe sorgfältig die richtige Anzahl an Kugeln in den Käfig. Der Käfig trennt die Kugeln voneinander und drückt dann den Käfig sowie den Innen- und Außenring zusammen. Handelt es sich um einen Stahlkäfig, muss dieser montiert und vernietet werden. Um sicherzustellen, dass die Lager höheren Belastungen standhalten, müssen Käfig und Ringe auf eine bestimmte Temperatur erhitzt und an Ort und Stelle gehalten werden, bis die gesamte Baugruppe abgekühlt ist. Kunststoffkäfige lassen sich normalerweise leicht einrasten. In den meisten Fällen wird rund um das Lager eine Rostschutzformel aufgetragen und dann an die Adresse des Kunden verschickt.
Der letzte Schritt im Lagerherstellungsprozess ist die Qualitätskontrolle. Dabei werden Kugellager auf Genauigkeit, Geräuschentwicklung, Vibration und andere Faktoren getestet. Kugellager werden strengen Test- und Qualitätskontrollverfahren unterzogen, um ihre Zuverlässigkeit und Haltbarkeit sicherzustellen.
Reinigen Sie die Lagerfläche von Schmutz: Verwenden Sie ein anerkanntes Lösungsmittel, um Schmutz, Ablagerungen und Rost vom Lager zu entfernen.
Inspektion: Untersuchen Sie das Lager visuell auf sichtbare Mängel und untersuchen Sie das Lager mithilfe von Magnetpartikeln auf Risse, abgenutzte oder unregelmäßige Oberflächen und andere Probleme.
Dimensionsmessung: Verwenden Sie spezielle Lagerprüfgeräte oder dreidimensionale Koordinatenmessgeräte, um wichtige Abmessungen wie Innen- und Außendurchmesser, Stahlkugelgrößen und -breiten zu messen.
Rundheits- und Vibrationsmessung: Bewerten Sie die Rundheit von Lagerkomponenten und messen Sie etwaige Unrundheiten oder Abweichungen von der idealen Kreisform.
Analyse der Oberflächenrauheit: Bewertet die Glätte oder Rauheit einer Lageroberfläche.
Verpackung: Tragen Sie je nach Lagertyp das richtige Schmiermittel auf das Lager auf. Abschließend wird es zur gründlichen Reinigung in eine Vibrationstrommel gegeben und in einem Lagerpaket versiegelt.
Aufgrund der Präzision der Lager führt Aubearing während des gesamten Prozesses strenge Tests durch, um die höchste Qualität des Endprodukts sicherzustellen. Wir führen während des gesamten Prozesses Tests zur Fehlersuche sowie regelmäßige Tests während des Wärmebehandlungsprozesses durch. Auch Größe und Form sind entscheidend und die Oberflächen der Kugeln und Laufbahnen müssen möglichst glatt sein.
Fazit
Dieser Leitfaden beschreibt den gesamten Lagerherstellungsprozess von den Materialien bis hin zu Qualitätskontrollsystemen und vermittelt Ingenieuren, die sich für den Prozess interessieren, ein umfassendes Verständnis der Schritte, die zur Herstellung hochwertiger Lager erforderlich sind. Die Herstellung von Kugellagern ist ein komplexer Prozess, der Präzision und Liebe zum Detail erfordert. Durch die kontinuierliche Weiterentwicklung der Lagertechnologie und die Anhäufung von Lagerwissen können Hersteller sicher qualitativ hochwertige Lager herstellen, die den Kundenanforderungen entsprechen.