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La guía definitiva para la fabricación de rodamientos
Los rodamientos de bolas son los rodamientos más utilizados y desempeñan un papel importante en diversos movimientos mecánicos. Los rodamientos de bolas se utilizan para soportar la rotación, reducir la fricción y soportar cargas radiales y axiales en aplicaciones de alta carga y alta velocidad donde la confiabilidad y la eficiencia son críticas. Sin rodamientos de bolas, muchas máquinas y equipos no funcionarían de manera eficiente ni segura. . Quizás le interese mucho saber cómo se fabrican los rodamientos de bolas. En Aubearing, nos especializamos en la fabricación de rodamientos de bolas para adaptarse a una variedad de formas, materiales, tamaños y otros requisitos. Basándose en muchos años de experiencia en la fabricación de rodamientos de bolas, Aubearing ha resumido la guía del proceso para la fabricación de rodamientos.
¿Qué son los rodamientos de bolas?
Los rodamientos de bolas se componen de un aro interior, un aro exterior, bolas, una jaula y un sello. El anillo interior y el anillo exterior están en contacto con el eje y la carcasa exterior respectivamente. Las bolas separan el aro interior y el aro exterior y reducen la fricción de los elementos rodantes. La jaula separa las bolas y las mantiene espaciadas uniformemente, evitando que las bolas rocen entre sí, y los sellos ayudan a evitar que entre polvo, residuos y otros contaminantes en los rodamientos, lo que extiende la vida útil del sistema de rodamientos. Las bolas son los elementos rodantes que mantienen separadas las pistas de los rodamientos. Las bolas ruedan a lo largo de las pistas de rodadura para que la maquinaria o equipo pueda girar suavemente. Los rodamientos de bolas se utilizan en equipos como bombas, productos de automatización de oficinas, equipos médicos, herramientas eléctricas, codificadores, motores CA/CC, caudalímetros y equipos de medición.
Existen muchos tipos de rodamientos de bolas. Uno son los rodamientos rígidos de bolas, que son el tipo más común de rodamientos de bolas y se utilizan en una amplia gama de aplicaciones que requieren altas velocidades y baja fricción. El segundo es rodamientos de bolas de contacto angular, que están diseñados para manejar cargas radiales y axiales y son ideales para aplicaciones de alta velocidad y alta precisión, como máquinas herramienta, bombas y turbinas. El tercero es rodamientos de bolas de empuje, que están diseñados para manejar cargas axiales en una dirección y a menudo se utilizan en aplicaciones como transmisiones de automóviles y maquinaria pesada que requieren altas capacidades de carga axial. El cuarto es el rodamiento de bolas autoalineable, que está diseñado para compensar la desalineación entre el eje y la carcasa. Es ideal para aplicaciones donde pueden existir deflexión del eje, desalineación o errores de instalación. El quinto es rodamientos en miniatura, utilizado en aplicaciones pequeñas como motores pequeños y equipos médicos. En sexto lugar, los rodamientos de bolas con brida se utilizan en aplicaciones en las que el rodamiento debe colocarse en una posición específica, como en un eje que debe fijarse en su lugar o en una estructura de soporte.
Cómo hacer rodamientos de bolas
Los rodamientos de bolas vienen en cientos de tamaños, desde rodamientos ultrapequeños de 1.0 mm de diámetro utilizados en microequipos dentales médicos y micromotores hasta rodamientos grandes de más de 17 pies de diámetro utilizados en equipos de servicio pesado. ¿Cómo se fabrican los rodamientos de bolas? ¿Cómo hacer bolas tan redondas? La respuesta es un proceso de fabricación de varios pasos, que incluye mecanizado, tratamiento térmico, rectificado, bruñido, ensamblaje, control de calidad, etc. Aunque puede haber diferencias, el siguiente proceso es adecuado para fabricar la gran mayoría de los rodamientos de bolas estándar actuales.
Los fabricantes de rodamientos seleccionan los materiales adecuados según los requisitos del cliente. Dependiendo de la aplicación, están disponibles materiales como acero, cerámica y acero inoxidable. Los factores a considerar incluyen capacidad de carga, velocidad de rotación, temperatura de funcionamiento, resistencia a la corrosión y costo. Cada material de rodamiento tiene ventajas y desventajas únicas que juegan un papel decisivo al afectar el rendimiento y la vida útil de un rodamiento de bolas en su aplicación prevista. Los materiales de las jaulas incluyen acero estampado, latón estampado, acero mecanizado, bronce mecanizado, nailon moldeado o polioximetileno (POM) y resina fenólica.
Acero: El material más utilizado para los rodamientos de bolas es el acero. El acero tiene una excelente resistencia, dureza y resistencia al desgaste y puede soportar una presión tremenda. Normalmente se utiliza acero al cromo con alto contenido de carbono (comúnmente conocido como acero para rodamientos). Los grados de acero específicos utilizados pueden incluir AISI 52100, AISI 440C u otras aleaciones similares. Estos aceros se someten a un proceso de tratamiento térmico para conseguir la dureza y tenacidad requeridas. AISI 52100 es un acero al cromo (1% de carbono, 1.5% de aleación de cromo) que es dimensionalmente estable a 250 grados Fahrenheit o más, dependiendo del proceso de tratamiento térmico. AISI 52100 también ofrece excelente elasticidad, procesabilidad y uniformidad. Otro material popular es el acero inoxidable AISI 440C, que se utiliza por sus propiedades anticorrosión. AISI 440C cuesta mecanizar más que 52100 y no puede soportar tanta carga. A 70 grados Fahrenheit, el 440C tiene el 85 % de la capacidad de carga del 52100. También se utilizan otros aceros inoxidables martensíticos para reducir el ruido de los rodamientos o aumentar la vida útil a la fatiga. El acero AISI M50 se utiliza en aplicaciones de sistemas críticos como la industria aeroespacial. Otras aleaciones incluyen M50. M50 es dos veces más confiable que 52100 y contiene 4% de molibdeno para mayor resistencia. La principal desventaja es el costo, ya que el M50 es aproximadamente diez veces más caro que el 52100.
Cerámica: Los rodamientos de bolas cerámicos ofrecen varias ventajas sobre los rodamientos de acero. Suelen estar fabricados a partir de materiales como nitruro de silicio (Si3N4) u óxido de circonio (ZrO2), carburo de silicio. Los rodamientos de bolas cerámicos ofrecen una excelente resistencia a la corrosión, son más livianos, tienen un menor coeficiente de fricción, son aislantes eléctricamente y pueden funcionar a temperaturas más altas. Por lo general, se utilizan en aplicaciones que requieren altas velocidades, temperaturas extremas o resistencia a entornos hostiles. El precio de los rodamientos de bolas cerámicos suele ser mucho más caro que el de AISI 52100 y AISI 440C. Los rodamientos cerámicos más comunes son los rodamientos cerámicos híbridos, con los aros interior y exterior de acero inoxidable y las bolas de cerámica.
Acero inoxidable: La mayor ventaja de los rodamientos de bolas de acero inoxidable es la resistencia a la corrosión. Los rodamientos de aleación de acero inoxidable más comunes, como AISI 304 o AISI 316, contienen altas concentraciones de cromo y níquel. Los rodamientos de acero inoxidable se utilizan comúnmente en industrias como la de procesamiento de alimentos, equipos médicos y aplicaciones marinas.
Plástico: Suena raro, sí, el material de los rodamientos de bolas también puede ser plástico. Los rodamientos de bolas de plástico se utilizan principalmente en aplicaciones de baja carga, livianas y que no son de precisión, como los juguetes para niños. Dado que el proceso de fabricación de los rodamientos de plástico es diferente al de los rodamientos de metal, el proceso de fabricación de los rodamientos de plástico no se tratará en este blog.
Fabricación de anillos interiores y exteriores de rodamientos.
El proceso de fabricación de los aros interior y exterior del rodamiento es el mismo porque ambos son aros metálicos, pero tienen diferentes tamaños. El anillo comienza como un tubo, utilizando una máquina automatizada similar a un torno CNC, cuyas herramientas de corte cortan el tubo de metal en su forma básica, dejando una pequeña cantidad de material adicional para tener en cuenta la deformación durante el siguiente paso del tratamiento térmico. Normalmente, el número de rodamiento y la información del fabricante están impresos en el aro exterior.
A continuación, el anillo de metal se endurece en un horno de tratamiento térmico, calentándolo a aproximadamente 1,550 grados Fahrenheit (840 grados Celsius) durante entre 20 minutos y varias horas, dependiendo del tamaño del anillo. Luego se enfrían en aceite y se templan y enfrían con aire en un segundo horno a unos 300 grados Fahrenheit (148 grados Celsius) para fortalecer aún más su dureza. Este proceso hace que la pista de rodadura sea fuerte y duradera.
Los anillos interior y exterior están rectificados para obtener dimensiones precisas y superficies lisas. La pista de rodadura requiere un acabado con muela, lo que no se puede hacer con una herramienta de corte porque la pista de rodadura ahora es demasiado dura. Cada sección del anillo debe rectificarse para garantizar el ancho, el radio, la ubicación de la pista de rodadura y la geometría adecuados del rodamiento. Algunos rodamientos, como los rodamientos de contacto angular, requieren un rectificado adicional en un proceso posterior para garantizar tolerancias estrechas en las dimensiones de los anillos.
Hacer bolas de rodamiento
Las bolas son muy importantes para los rodamientos. La bola redonda y lisa puede minimizar la fricción dentro del rodamiento. El estado inicial de la bola es un alambre de acero o un bloque en forma de varilla que se “cabeza en frío” mediante un proceso de fabricación muy especial y minucioso. El encabezado en frío significa cortar el alambre y golpearlo en ambos extremos para formar una bola rugosa. Hay un anillo (también llamado rebaba) alrededor de la pelota. Luego, dé la vuelta a la bola rugosa para eliminar los "bordes de rebabas". La bola se introduce repetidamente en una ranura entre dos discos de hierro fundido, uno de los cuales gira y el otro está estacionario. Las ranuras rugosas arrancan efectivamente las rebabas, dejando la bola bastante redondeada y ligeramente más grande que el tamaño real de la aplicación para el siguiente paso de rectificado. Por supuesto, las bolas se someten a un tratamiento térmico similar (calentamiento y templado) al de las pistas de rodadura para aumentar la durabilidad, la tenacidad y la dureza. Finalmente, las bolas se pasan a un molinillo para conseguir el tamaño y la redondez adecuados. La bola se pule con una amoladora o se puede utilizar pasta de pulir para dejar la superficie perfectamente lisa. Las bolas permanecen en el molinillo durante 8 a 10 horas para crear bolas perfectamente suaves.
Las jaulas de rodamientos de bolas suelen estar hechas de acero y de chapa fina. La forma final de la jaula se forma en el molde. El molde consta de dos piezas de acero que encajan entre sí y se doblarán en la forma correcta cuando se coloque la jaula en el molde y se cierre el molde. A veces, el material de la jaula del rodamiento también puede ser plástico, porque son más baratos de fabricar y algunas personas piensan que las jaulas de plástico tienen un coeficiente de fricción menor que las de acero. Si se va a fabricar una jaula de plástico, se utiliza un proceso de moldeo por inyección, en el que se llena un molde con plástico fundido y luego se deja solidificar hasta que se endurezca. Luego se retira la jaula de plástico terminada y se ensambla con las otras partes del rodamiento.
Montaje de rodamientos
Ahora que se han producido los cuatro componentes del rodamiento, finalmente se ensambla el rodamiento. El aro interior se encuentra dentro del aro exterior y se empuja hacia un lado lo más posible para dejar espacio entre ellos para las bolas. Coloque con cuidado la cantidad correcta de bolas en la jaula según el tamaño. La jaula separa las bolas entre sí y luego presiona la jaula y los anillos interior y exterior. Si se trata de una jaula de acero, se debe instalar y remachar. Para garantizar que los rodamientos puedan soportar cargas más altas, la jaula y los anillos deben calentarse a una temperatura específica y mantenerse en su lugar hasta que todo el conjunto se enfríe. Las jaulas de plástico suelen “encajar” fácilmente. En la mayoría de los casos, se aplica una fórmula antioxidante alrededor del rodamiento y luego se envía a la dirección del cliente.
El último paso en el proceso de fabricación de rodamientos es el control de calidad. Esto implica probar los rodamientos de bolas para determinar su precisión, ruido, vibración y otros factores. Los rodamientos de bolas se someten a rigurosas pruebas y procedimientos de control de calidad para garantizar su confiabilidad y durabilidad.
Limpiar la suciedad de la superficie del rodamiento.: Utilice un disolvente reconocido para eliminar la suciedad, los residuos y el óxido del rodamiento.
Inspección: Inspeccione visualmente el rodamiento en busca de defectos visibles y utilice partículas magnéticas para inspeccionar el rodamiento en busca de grietas, superficies desgastadas o irregulares y otros problemas.
Medición dimensional: Utilice instrumentos especiales de prueba de rodamientos o instrumentos de medición de coordenadas tridimensionales para medir dimensiones clave como diámetros interiores y exteriores, tamaños y anchos de bolas de acero.
Medición de redondez y vibraciones.: Evalúe la redondez de los componentes del rodamiento y mida cualquier descentramiento o desviación de la forma circular ideal.
Análisis de rugosidad superficial.: Evalúa la suavidad o rugosidad de una superficie de rodamiento.
Embalaje: Aplique el lubricante correcto al rodamiento según el tipo de rodamiento. Finalmente, se coloca en un tambor vibratorio para una limpieza profunda y se sella en un paquete de rodamientos.
Debido a la precisión de los rodamientos, Aubearing realizará pruebas rigurosas durante todo el proceso para garantizar la más alta calidad del producto terminado. Realizaremos pruebas durante todo el proceso para verificar si hay defectos, así como pruebas periódicas durante el proceso de tratamiento térmico. El tamaño y la forma también son cruciales, y las superficies de las bolas y pistas de rodadura deben ser lo más lisas posible.
Conclusión
Esta guía describe todo el proceso de fabricación de rodamientos, desde los materiales hasta los sistemas de control de calidad, brindando a los ingenieros interesados en el proceso una comprensión integral de los pasos necesarios para crear rodamientos de alta calidad. La fabricación de rodamientos de bolas es un proceso complejo que requiere precisión y atención al detalle. Con el avance continuo de la tecnología de rodamientos y la acumulación de conocimientos sobre rodamientos, los fabricantes pueden producir con confianza rodamientos de alta calidad que satisfagan las necesidades de los clientes.