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La guida definitiva alla realizzazione di cuscinetti
I cuscinetti a sfere sono i cuscinetti più utilizzati e svolgono un ruolo importante in vari movimenti meccanici. I cuscinetti a sfere vengono utilizzati per supportare la rotazione, ridurre l'attrito e supportare carichi radiali e assiali in applicazioni ad alto carico e ad alta velocità dove l'affidabilità e l'efficienza sono fondamentali. Senza cuscinetti a sfera, molte macchine e attrezzature non funzionerebbero in modo efficiente e sicuro. . Quindi potresti essere molto interessato a come sono realizzati i cuscinetti a sfera. Noi di Aubearing siamo specializzati nella produzione di cuscinetti a sfere adatti a una varietà di forme, materiali, dimensioni e altri requisiti. Sulla base di molti anni di esperienza nella produzione di cuscinetti a sfere, Aubearing ha riassunto la guida al processo per la produzione di cuscinetti.
Cosa sono i cuscinetti a sfera?
I cuscinetti a sfere sono composti da un anello interno, un anello esterno, sfere, una gabbia e una guarnizione. L'anello interno e l'anello esterno sono in contatto rispettivamente con l'albero e il guscio esterno. Le sfere separano l'anello interno e l'anello esterno e riducono l'attrito degli elementi volventi. La gabbia separa le sfere e le mantiene uniformemente distanziate, impedendo alle sfere di sfregarsi l'una contro l'altra, mentre le guarnizioni aiutano a prevenire l'ingresso di polvere, detriti e altri contaminanti nei cuscinetti, prolungando la durata del sistema di cuscinetti. Le sfere sono gli elementi volventi che mantengono separate le piste dei cuscinetti. Le sfere rotolano lungo le piste in modo che i macchinari o le attrezzature possano ruotare senza intoppi. I cuscinetti a sfere vengono utilizzati in apparecchiature quali pompe, prodotti per l'automazione degli uffici, apparecchiature mediche, utensili elettrici, encoder, motori CA/CC, misuratori di portata e apparecchiature di misurazione.
Esistono molti tipi di cuscinetti a sfera. Uno sono i cuscinetti a sfere a gola profonda, che sono il tipo più comune di cuscinetti a sfere e vengono utilizzati in un'ampia gamma di applicazioni che richiedono velocità elevate e basso attrito. Il secondo è cuscinetti a sfere a contatto obliquo, progettati per gestire sia carichi radiali che assiali e sono ideali per applicazioni ad alta velocità e alta precisione come macchine utensili, pompe e turbine. Il terzo è cuscinetti assiali a sfere, progettati per gestire carichi assiali in una direzione e sono spesso utilizzati in applicazioni come trasmissioni automobilistiche e macchinari pesanti che richiedono elevate capacità di carico assiale. Il quarto è il cuscinetto a sfere autoallineante, progettato per compensare il disallineamento tra l'albero e l'alloggiamento. È ideale per applicazioni in cui possono verificarsi deviazioni dell'albero, disallineamento o errori di installazione. Il quinto è cuscinetti in miniatura, utilizzato in piccole applicazioni come piccoli motori e apparecchiature mediche. In sesto luogo, i cuscinetti a sfere flangiati vengono utilizzati in applicazioni in cui il cuscinetto deve essere posizionato in una posizione specifica, ad esempio su un albero che deve essere fissato in posizione o su una struttura di supporto.
Come realizzare cuscinetti a sfera
I cuscinetti a sfera sono disponibili in centinaia di dimensioni, dai cuscinetti ultra piccoli da 1.0 mm di diametro utilizzati nelle micro apparecchiature mediche dentistiche e nei micromotori ai cuscinetti di grandi dimensioni di oltre 17 piedi di diametro utilizzati nelle apparecchiature per carichi pesanti. Come sono realizzati i cuscinetti a sfera? Come rendere le palline così rotonde? La risposta è un processo di produzione in più fasi, tra cui lavorazione meccanica, trattamento termico, rettifica, levigatura, assemblaggio, controllo qualità, ecc. Sebbene possano esserci differenze, il seguente processo è adatto per la produzione della stragrande maggioranza dei cuscinetti a sfere standard di oggi.
I produttori di cuscinetti selezionano i materiali adatti in base alle esigenze del cliente. A seconda dell'applicazione sono disponibili materiali come acciaio, ceramica e acciaio inossidabile. I fattori da considerare includono capacità di carico, velocità di rotazione, temperatura operativa, resistenza alla corrosione e costi. Ciascun materiale dei cuscinetti presenta vantaggi e svantaggi unici che svolgono un ruolo decisivo nell'influenzare le prestazioni e la durata di un cuscinetto a sfere nell'applicazione prevista. I materiali della gabbia includono acciaio stampato, ottone stampato, acciaio lavorato, bronzo lavorato, nylon stampato o poliossimetilene (POM) e resina fenolica.
Acciaio: Il materiale più ampiamente utilizzato per i cuscinetti a sfere è l'acciaio. L'acciaio ha un'eccellente resistenza, durezza e resistenza all'usura e può sopportare una pressione enorme. In genere viene utilizzato acciaio al cromo ad alto tenore di carbonio (comunemente noto come acciaio per cuscinetti). I gradi di acciaio specifici utilizzati possono includere AISI 52100, AISI 440C o altre leghe simili. Questi acciai vengono sottoposti a un processo di trattamento termico per ottenere la durezza e la tenacità richieste. AISI 52100 è un acciaio al cromo (1% di carbonio, lega di cromo 1.5%) che è dimensionalmente stabile fino a 250 gradi Fahrenheit o superiore, a seconda del processo di trattamento termico. AISI 52100 offre anche un'eccellente elasticità, lavorabilità e uniformità. Un altro materiale popolare è l'acciaio inossidabile AISI 440C, che viene utilizzato per le sue proprietà anticorrosione. AISI 440C costa di più da lavorare di 52100 e non può gestire lo stesso carico. A 70 gradi Fahrenheit, il 440C ha l'85% della capacità di carico del 52100. Altri acciai inossidabili martensitici sono utilizzati anche per ridurre il rumore dei cuscinetti o aumentare la durata della fatica. L'acciaio AISI M50 è utilizzato in applicazioni di sistemi critici come l'industria aerospaziale. Altre leghe includono M50. M50 è due volte più affidabile di 52100 e contiene il 4% di molibdeno per una maggiore resistenza. Il principale compromesso è il costo, poiché M50 è circa dieci volte più costoso di 52100.
Ceramica: I cuscinetti a sfere in ceramica offrono diversi vantaggi rispetto ai cuscinetti in acciaio. Di solito sono realizzati con materiali come nitruro di silicio (Si3N4) o ossido di zirconio (ZrO2), carburo di silicio. I cuscinetti a sfere in ceramica offrono un'eccellente resistenza alla corrosione, sono più leggeri, hanno un coefficiente di attrito inferiore, sono elettricamente isolanti e possono funzionare a temperature più elevate. Sono solitamente utilizzati in applicazioni che richiedono alte velocità, temperature estreme o resistenza ad ambienti difficili. Il prezzo dei cuscinetti a sfere in ceramica è solitamente molto più costoso di AISI 52100 e AISI 440C. I cuscinetti in ceramica più comuni sono i cuscinetti in ceramica ibridi, con gli anelli interno ed esterno in acciaio inossidabile e le sfere in ceramica.
Acciaio inossidabile: Il più grande vantaggio dei cuscinetti a sfere in acciaio inossidabile è la resistenza alla corrosione. I cuscinetti in lega di acciaio inossidabile più comuni, come AISI 304 o AISI 316, contengono alte concentrazioni di cromo e nichel. I cuscinetti in acciaio inossidabile sono comunemente utilizzati in settori quali la lavorazione alimentare, le apparecchiature mediche e le applicazioni marine.
Plastica: Sembra strano, sì, il materiale dei cuscinetti a sfera può anche essere di plastica. I cuscinetti a sfere in plastica sono utilizzati principalmente in applicazioni a basso carico, leggere e non di precisione, come i giocattoli per bambini. Poiché il processo di produzione dei cuscinetti in plastica è diverso da quello dei cuscinetti in metallo, il processo di produzione dei cuscinetti in plastica non verrà discusso in questo blog.
Realizzazione di anelli interni ed esterni dei cuscinetti
Il processo di fabbricazione degli anelli interno ed esterno del cuscinetto è lo stesso perché sono entrambi anelli metallici, ma hanno dimensioni diverse. L'anello nasce come tubo, utilizzando una macchina automatizzata simile a un tornio CNC, i cui utensili da taglio tagliano il tubo metallico nella sua forma base, lasciando una piccola quantità di materiale extra per tenere conto della deformazione durante la fase successiva del trattamento termico. In genere, il numero del cuscinetto e le informazioni del produttore sono stampati sull'anello esterno.
Successivamente, l'anello di metallo viene indurito in un forno per trattamento termico, riscaldandolo a circa 1,550 gradi Fahrenheit (840 gradi Celsius) per un periodo compreso tra 20 minuti e diverse ore, a seconda delle dimensioni dell'anello. Vengono quindi raffreddati in olio e temperati e raffreddati ad aria in un secondo forno a circa 300 gradi Fahrenheit (148 gradi Celsius) per rafforzare ulteriormente la loro tenacità. Questo processo rende la pista resistente e durevole.
Gli anelli interno ed esterno sono rettificati per dimensioni precise e superfici lisce. La pista richiede la finitura della mola, cosa che non può essere eseguita con un utensile da taglio perché la pista ora è troppo dura. Ogni sezione dell'anello deve essere rettificata per garantire la larghezza, il raggio, la posizione e la geometria della pista di rotolamento corretti. Alcuni cuscinetti, come quelli a contatto angolare, richiedono un'ulteriore rettifica in un processo successivo per garantire tolleranze strette sulle dimensioni dell'anello.
Realizzazione di sfere per cuscinetti
Le sfere sono molto importanti per i cuscinetti. La sfera rotonda e liscia può ridurre al minimo l'attrito all'interno del cuscinetto. Lo stato iniziale della palla è un filo d'acciaio o un blocco a forma di bastoncino che viene “stampato a freddo” attraverso un processo di produzione molto speciale e accurato. La intestazione a freddo significa tagliare il filo e colpirlo su entrambe le estremità per formare una palla ruvida. C'è un anello (chiamato anche bava) attorno alla palla. Quindi, capovolgi la palla ruvida per rimuovere i "bordi bavati". La sfera viene inserita ripetutamente in una scanalatura tra due dischi di ghisa, uno dei quali ruota e l'altro è fermo. Le scanalature ruvide eliminano efficacemente le bave, lasciando la sfera abbastanza arrotondata e leggermente più grande della dimensione effettiva dell'applicazione per la fase successiva di macinazione. Naturalmente, le sfere subiscono un trattamento termico (riscaldamento e rinvenimento) simile a quello delle piste per aumentarne la durata, la tenacità e la durezza. Infine, le palline vengono spostate in un macinino per ottenere la dimensione e la rotondità adeguate. La sfera viene lucidata con una smerigliatrice oppure è possibile utilizzare pasta lucidante per rendere la superficie perfettamente liscia. Le palline rimangono nel tritatutto per 8-10 ore per creare palline perfettamente lisce.
Le gabbie dei cuscinetti a sfere sono generalmente realizzate in acciaio e sono realizzate in lamiera sottile. La forma finale della gabbia viene realizzata nello stampo. Lo stampo è costituito da due pezzi di acciaio che si incastrano e verranno piegati nella forma corretta quando la gabbia viene posizionata nello stampo e lo stampo viene chiuso. A volte, il materiale della gabbia del cuscinetto può anche essere di plastica, perché è più economico da produrre e alcune persone pensano che le gabbie di plastica abbiano un coefficiente di attrito inferiore rispetto alle gabbie di acciaio. Se si deve realizzare una gabbia di plastica, viene utilizzato un processo di stampaggio a iniezione, in cui uno stampo viene riempito con plastica fusa e poi lasciato solidificare fino a quando non diventa duro. La gabbia in plastica finita viene quindi rimossa e assemblata con le altre parti del cuscinetto.
Assemblaggio cuscinetti
Ora che i quattro componenti del cuscinetto sono stati prodotti, il cuscinetto è finalmente assemblato. L'anello interno si trova all'interno dell'anello esterno ed è spostato il più possibile su un lato per lasciare spazio tra loro per le sfere. Posizionare con attenzione il numero corretto di palline nella gabbia in base alla dimensione. La gabbia separa le sfere l'una dall'altra e poi preme insieme la gabbia e gli anelli interno ed esterno. Se si tratta di una gabbia in acciaio, deve essere installata e rivettata insieme. Per garantire che i cuscinetti possano sopportare carichi più elevati, la gabbia e gli anelli devono essere riscaldati a una temperatura specifica e mantenuti in posizione finché l'intero gruppo non si raffredda. Le gabbie di plastica di solito si incastrano facilmente. Nella maggior parte dei casi, attorno al cuscinetto viene applicata una formula antiruggine che viene poi spedita all'indirizzo del cliente.
La fase finale del processo di produzione dei cuscinetti è il controllo di qualità. Ciò comporta il test dei cuscinetti a sfera per verificarne la precisione, il rumore, le vibrazioni e altri fattori. I cuscinetti a sfere sono sottoposti a rigorosi test e procedure di controllo qualità per garantirne l'affidabilità e la durata.
Pulire lo sporco dalla superficie del cuscinetto: Utilizzare un solvente riconosciuto per rimuovere sporco, detriti e ruggine dal cuscinetto.
Ispezione: Ispezionare visivamente il cuscinetto per eventuali difetti visibili e utilizzare particelle magnetiche per ispezionare il cuscinetto per individuare eventuali crepe, superfici usurate o irregolari e altri problemi.
Misurazione dimensionale: Utilizzare strumenti speciali per testare i cuscinetti o strumenti di misurazione delle coordinate tridimensionali per misurare dimensioni chiave come i diametri interni ed esterni, le dimensioni delle sfere d'acciaio e le larghezze.
Misura della rotondità e delle vibrazioni: Valutare la rotondità dei componenti del cuscinetto e misurare qualsiasi eccentricità o deviazione dalla forma circolare ideale.
Analisi della rugosità superficiale: Valuta la levigatezza o la rugosità di una superficie portante.
Packaging: Applicare al cuscinetto il lubrificante corretto in base al tipo di cuscinetto. Infine, viene posto in un tamburo vibrante per un'accurata pulizia e sigillato in un pacco di cuscinetti.
Grazie alla precisione dei cuscinetti, Aubearing condurrà test rigorosi durante tutto il processo per garantire la massima qualità del prodotto finito. Effettueremo test durante l'intero processo per verificare la presenza di difetti, nonché test regolari durante il processo di trattamento termico. Anche le dimensioni e la forma sono cruciali e le superfici delle sfere e delle piste devono essere quanto più lisce possibile.
Conclusione
Questa guida descrive l'intero processo di produzione dei cuscinetti, dai materiali ai sistemi di controllo qualità, offrendo agli ingegneri interessati al processo una comprensione completa delle fasi necessarie per creare cuscinetti di alta qualità. La produzione dei cuscinetti a sfere è un processo complesso che richiede precisione e attenzione ai dettagli. Con il continuo progresso della tecnologia dei cuscinetti e l’accumulo di conoscenze sui cuscinetti, i produttori possono produrre con sicurezza cuscinetti di alta qualità che soddisfano le esigenze dei clienti.