ボールベアリング製造のガイドライン

ボールベアリング製造のガイドライン

ボールベアリング 何世紀にもわたって、回転運動を促進し、多くの産業で機械のスムーズな動作に不可欠な役割を果たし、縁の下の力持ちの役割を果たしてきました。ボールベアリングはもともと特許を取得していました。 フィリップ・ヴォーン、1794年 キャリッジの車軸をサポートするために使用され、その後、さまざまな回転アプリケーションをサポートするために改良および変更されました。ボールベアリングはどのように作られるのでしょうか?ボールベアリングは何でできていますか?ボールベアリングの製造工程、品質管理の取り組みを詳しく見てみましょう。このブログでは、ボールの設計から部品の組み立て、梱包に至るまで、今日広く使用されているボール ベアリングの製造プロセスについて説明します。

ボールベアリングとは

回転摩擦を軽減するように設計されたボール ベアリングは、可動機械部品の位置決めやラジアル荷重とベアリング荷重の負担時の動きを容易にします。その主な目的は、機械の回転部品のスムーズな動作を確保することです。ボール ベアリングは、ボールを利用して XNUMX つのベアリング リングまたはレースを分離します。これにより、表面の摩擦と可動部品間の接触を最小限に抑えることができます。ボールが回転すると、平らな面が互いにこすれる場合に比べて摩擦係数が低くなります。

ボールベアリングは関係する機構に応じて異なりますが、最も一般的なのはラジアルボールベアリングまたは単列深溝ボールベアリングです。自動調心玉軸受は、内包されたレースとの接触が最小限に抑えられているため、高速かつスムーズな動きでアキシアル荷重またはラジアル荷重を伝達できます。ボールベアリングの一般的なコンポーネントには次のようなものがあります。

ボールベアリング

内輪・レース: 回転軸の周りに取り付けられたベアリングの内部部分。内輪の内面は軌道と呼ばれ、ボールの輪郭に合わせて設計されており、ボールがスムーズかつ効率よく転がることができます。

外輪/レース: ボールを所定の位置に保持するベアリングの外側部分。通常、ハウジングまたは穴の内側に取​​り付けられ、静止したままになります。

レースの主な目的は、基本的には経路のように機能し、摩擦のない滑りを可能にすることです。簡単に言えば、それぞれのボールを制御するにはレースが必要であり、ボールが転がる固定パスを提供します。ベアリングにはXNUMX種類のレースがあります。内輪、外輪、ボールのセットです。どちらのシートにも、鋼球を保持する溝付きリングがシートに含まれています。どうやら、鋼球は各種族に一度は直接接触するようだ。内輪はボールの内側に位置し、外輪はボールの外側に位置します。このXNUMX種類のレースの間にインナーボールを挟み込んでいます。 XNUMX つのレースも回転を維持するために反対方向に回転します。

ボールベアリング

ボール:鋼球は、ベアリング、工具、ホイールなどの回転部品の転がり機構として使用される球状の部品です。さまざまな用途に合わせて仕様やサイズが豊富にあります。ボールは機能を実行する上で最も重要な役割を果たします。最も重要な目的は、ベアリングの回転と回転の側面の重要性を表すことです。これがないと、ベアリングはどの方向にも回転できなくなります。スムーズな回転を可能にし、内輪と外輪の間で荷重を伝える球面状の転動体です。これらは、クロム鋼、セラミック、ステンレス鋼などの非常に硬くて耐久性のある材料で作られています。

ケージまたはリテイナー: ボール、ころ、または針状ころの間の間隔を分離して維持し、それらを対称の半径方向の間隔に保ち、軸受を保持する部品。ケージはボールを均一なリングに保持し、ベアリング内でボールが等間隔になるようにします。さまざまな形状に製造でき、低摩擦素材を使用して開発されるため、ボールは効率的に転がり続けることができます。動作中にボールが互いに接触しないようにすることで、摩擦や摩耗が軽減されます。軸受保持器の材質には、鋼製軸受保持器、セラミック製軸受保持器、高強度ポリマー(ナイロン、POMなど)などが含まれます。

シールドまたはシール: これらは通常ベアリングの外輪に取り付けられる保護キャップで、ベアリングへの汚染物質の侵入を防ぐバリアを提供し、ベアリングの耐用年数を延ばします。

ベアリングは製造業にとって不可欠であり、さまざまな種類の装置や機械に使用されています。基本的な産業機器から複雑な機械に至るまで、ベアリングは摩擦を軽減し、さまざまな種類の荷重に対応できるようにします。したがって、ベアリングの製造プロセスでは、高品質で信頼性の高い材料を使用することが非常に重要です。さまざまなタイプの高品質ベアリングとその多くのコンポーネントの製造には、さまざまな材料が使用されています。これらの材料は、必要な特性を得るために特定のプロセスを経ることにより、ベアリングの寿命と性能が向上します。オーベアリングのチームは、ベアリングの製造に使用されるさまざまな材料と、それぞれの材料がベアリングの使用、完全性、機能にどのような影響を与えるかについて話し合うことができます。

ボールベアリングの材質

ほとんどのボール ベアリングは、高炭素クロム鋼と呼ばれる種類の鋼で作られており、クロム鋼とも呼ばれます。これはコストと耐久性の理由から使用されます。ベアリングは、ステンレス鋼、セラミック、プラスチックなどの他の材料でも作られています。ただし、その各機能は異なる目的に適合しています。

クロム鋼 (GCr15 & 52100)

クロム鋼 (GCr15 &SAE 52100) は、精密ボール ベアリング、ローラー ベアリング、テーパー ローラー ベアリングの製造に最も一般的に使用される材料です。具体的には、内輪、外輪、ボール、ころなどのベアリングの耐荷重部品の製造に使用されます。クロム鋼は、過酷な条件下でも耐久性と強度に優れているため、効率的かつ経済的な軸受材料です。クロム鋼は耐食性には劣りますが、耐久性があり、特定の環境ではある程度の腐食に耐えることができます。 SAE 52100 は、1% の炭素と 1.5% のクロム合金を含むクロム鋼です。この材料は華氏 250 度を超える温度でも安定しており、信頼性の高いベアリングと長い耐用年数を実現します。クロム鋼には、制御された機械加工と熱処理方法が施され、ベアリングが強力で亀裂に強くなります。これらのプロセスにより、ベアリングとそのコンポーネントの表面硬度はロックウェル スケール C で 60 ~ 64 となり、表面下の転がり接触疲労に対する耐性が高まります。クロム鋼は、硬度と耐摩耗性に優れているため、優れた汎用軸受鋼です。ただし、クロム含有量が少ないため、他の材料に比べて耐食性が劣ります。腐食を防ぐために、クロム鋼ベアリングをオイルまたは防錆剤のコーティングで保護することをお勧めします。

シールド付きクロム鋼ベアリング

ステンレス鋼には少なくとも 18% のクロムが含まれていることに加えて、ニッケルも含まれています。ステンレス鋼のクロムが酸素と接触すると、化学反応が起こり、ベアリング部品の表面に酸化クロムの層が形成されます。この不動態化化学膜はベアリングをさらに保護します。ステンレス鋼ベアリングには、マルテンサイト系とオーステナイト系の XNUMX つの一般的なタイプがあります。

ステンレス鋼は特に化学薬品や腐食に対する耐性が高く、高温環境での安定性が優れているため、ステンレス鋼ベアリングにはいくつかの重要な利点があります。クロム鋼製の標準品と同じ深い溝と軌道とボールの間の緊密な嵌合が特徴です。したがって、耐食性が必要なベアリングはグレード 440 ステンレス鋼で作られることがよくあります。グレード 440 ステンレス鋼は非常に硬い鋼で、優れた耐食性を備えていますが、塩水や多くの化学薬品での使用には適していません。

ステンレスボールベアリング

マルテンサイト系ステンレス鋼ベアリング (SV30) は、生鋼の加工中に改質されることが多く、その結果、材料中の炭素含有量が減少し、窒素含有量が増加します。その結果、高強度、高硬度、耐食性が向上した鋼が生まれます。一方、オーステナイト系ステンレス鋼ベアリング (AISI316) は、炭素含有量が低いため、非磁性で耐腐食性に優れています。同様に、グレード 316 ステンレス鋼は腐食性の用途に使用されます。ただし、ステンレス鋼ベアリングは炭素含有量により硬度が低く、耐荷重能力は 20 クロム鋼ベアリングより 52100% 低くなります。したがって、316 ステンレス鋼はより柔らかいため、より低い負荷と速度でのみ使用できます。

セラミックス(ジルコニア > 窒化ケイ素) 腐食性の高い用途や極端な温度の用途に適しています。セラミック材料は、ベアリングやベアリング部品の製造にも使用されます。ただし、これらの材料はベアリング業界のニッチ分野に分類されることがよくあります。最も一般的なセラミック材料は窒化ケイ素です。窒化ケイ素で作られたベアリング ボールは、ロックウェル C スケールで最大 78 の優れた表面硬度と、非常に滑らかな表面で知られています。しかし、ベアリングの構造にセラミック材料を使用する場合には問題があります。セラミック材料で作られたベアリングは、一般に純粋なステンレス鋼で作られたベアリングよりも高価です。

セラミックボールベアリング

フルセラミックボールベアリングはセラミック素材で作られています。内輪、外輪、ボールの材質は窒化ケイ素(Si3N4)または酸化ジルコニウム(ZrO2)です。主な特長は、クロム鋼ベアリングと比較して硬度が高く、弾性が優れていることです。さらに、完全なドライ運転が可能で耐食性に優れ、濃酸中での運転も可能で、海水に完全に浸しても腐食せず、温度変化にも適しており、鋼製軸受に比べてはるかに長寿命です。セラミックは、スチールリングがステンレス鋼で作られ、ボールがセラミックで作られるハイブリッドベアリングを製造するときによく使用されます。

炭素合金鋼

炭素合金鋼は、「半精密」または「商用グレード」の軸受および軸受部品の製造に一般的に使用されます。 Aubearing は、ABEC #1 ~ 5 以上の精度グレードのカーボンアロイスチールベアリングを提供しています。通常、低炭素合金はベアリングケージ、金属ガード、金属ワッシャーの製造に使用されます。他の軸受材料に比べて耐食性が低いため、腐食を防ぐために油またはグリースの層でコーティングする必要があります。電気メッキは酸化を防ぐためにも使用できます。

その他の非金属材料

ベアリングは荷重を担持したり処理したりする機械に取り付けられることが多いため、ベアリングは金属でしか作れないという誤解がよくあります。ただし、非金属材料を使用してベアリングとそのコンポーネントを製造することもできます。さまざまな種類のプラスチックが良好から非常に良好な耐食性に適していますが、低負荷および低速にのみ適しています。ベアリングの構造に使用できる非金属材料の種類の例としては、次のようなものがありますが、これらに限定されません。

プラスチック玉軸受

A. プラスチック

製造コストを削減するためにベアリングケージの製造にプラスチックが使用されることがありますが、この材料は過酷な条件、特に高温用途には必ずしも適しているとは限りません。最も一般的なプラスチックの種類はナイロン プラスチックですが、成形アセタールまたは POM も代替品として使用できます。他のポリマーは、高速、低トルク、低騒音などの特定の性能要件を備えた特殊なベアリング設計に使用されます。

たとえば、工作機械のスピンドルで使用される高速ボール ベアリングには、フェノール (フェノール ホルムアルデヒド) 材料で作られた保持器が付いています。フェノール製保持器と軸受コンポーネントは軽量ですが、強度と耐久性に優れています。

B. ゴム

ゴムはベアリング、特にシールの製造にも使用されます。機械的特性が優れているため、ニトリルゴムまたはブナゴムがよく使用されます。ゴムは一般に安価で、さまざまな温度範囲に耐えることができ、多くの化学薬品に対して耐性があります。一方、フッ素エラストマーやシリコーンなどのエラストマーやゴムなどの材料は、用途に独自の特性が必要な場合によく使用されます。

明らかに、ベアリングの構築に使用できる材料にはさまざまなものがあり、各材料はさまざまな目的に使用でき、さまざまな望ましい特性を実現できます。したがって、特定のベアリングを製造する材料の重要性を過小評価することはできません。

ボールベアリングの製造工程

ボールベアリングはどのように作られるのでしょうか?どうやってボールをあんなに丸くするのでしょうか?その答えは、機械加工、熱処理、研削、ホーニング、研削、組み立てを含む多段階の製造プロセスです。違いはあるかもしれませんが、次の手順は現在製造されている標準ボール ベアリングの大部分に適用されます。

材料の選択:高炭素クロム鋼などの高品質鋼。ベアリングの用途要件に応じて、一部のプラスチック、セラミック、ステンレス鋼、その他の材料が使用されることもあります。強度と耐摩耗性が高いため、ボールベアリングの製造に最もよく使用される材料です。​

鍛造または鋳造: 選択された材料は、軸受コンポーネントの形状に鍛造または鋳造されます。鍛造では鋼を加熱して成形し、粒子構造を調整して耐久性を向上させます。あるいは、あまり一般的ではありませんが、より大きな部品や複雑な部品に使用される鋳造では、溶融金属を目的の形状に成形する必要があります。

熱処理玉軸受

熱処理: 鍛造または鋳造部品は、硬度と耐久性を高めるために熱処理されます。部品は高温に加熱された後、焼き入れと呼ばれるプロセスで急速に冷却され、その後、部品が低温に再加熱されてからゆっくりと冷却される焼き戻しが行われます。このプロセスにより、耐摩耗性の硬度と衝撃荷重に耐える靭性のバランスが保たれます。

機械加工、研削、超精密研削: 熱処理された部品は、高精度で最終寸法まで機械加工および研磨されます。機械加工プロセスには旋削、フライス加工、穴あけが含まれ、精度を確保するためにすべてコンピューター制御の機械を使用して実行されます。超微粉砕により正確な真球度と表面仕上げを実現し、スムーズで効率的な作業を保証します。 

組み立てと注油:最後に、内輪、外輪、ボール、保持器がベアリングに組み込まれ、可動部品間の摩擦と摩耗を軽減し、ベアリングのスムーズで効率的な動作を確保するために潤滑剤が塗布されます。ベアリング潤滑剤の種類 (オイルまたはグリース) は用途によって異なります。

ボールベアリングの製造プロセスでは、最終製品が滑らかで真円であることを保証するために複雑な手順が必要です。

ベアリングの内輪・外輪の製造

内輪と外輪の製造プロセスは非常に似ています。これらは鋼管から始まり、自動機械でレースウェイの基本形状に切断され、加熱プロセス中の反りを考慮して少量の余分な材料が残されます。その後、必要な製造情報と呼び番号を外輪表面に印刷します。ベアリングの番号付けについて詳しくは、ベアリング番号付けシステムをご覧ください。その後、強化フェーズが始まります。

リングは熱処理炉で硬化され、部品のサイズに応じて 1550 分から数時間、華氏約 840 度 (摂氏 20 度) で加熱されます。次に、リングを 375°F の油中で 15 ~ 20 分間急冷します。次のステップでは、リングを 340°F で約 300 時間焼き戻します。そして、約 148 度 (摂氏 XNUMX 度) の XNUMX 番目のオーブンで焼き戻します。このプロセスにより、軌道面の強度と耐久性が向上します。

内外輪ボールベアリング

軌道面を切削工具で必要な寸法に切削するのは困難なため、砥石を使用して軌道面を仕上げます。正しいベアリング幅、半径、レース位置、形状を確保するには、リングのすべての部分を研磨する必要があります。アンギュラコンタクトベアリングなどの一部のベアリングでは、リングが正しいサイズであることを確認するために、このプロセス中に追加の研削が必要になります。軌道研削は、軌道の位置、形状、半径を実現するのに役立ちます。端部研削により、リングの軸受幅が適切になるようにします。次に内輪の内穴を研削し、同時に外輪も研削します。最後に、シートにはホーニング加工が施され、完璧な表面仕上げと形状が実現されます。

ボールベアリング製造用ボール

ベアリング ボールは、非常に特殊かつ徹底的な製造プロセスを経て、ベアリング内の摩擦を最小限に抑える完全な円形で滑らかなボールを実現します。これらのボールは、完成したボールを形成するために必要な材料を含むワイヤーまたはロッドとして始まります。このワイヤーには「冷間圧造」と呼ばれる加工が施されます。このプロセス中に、ワイヤーの端が互いにぶつかり、周囲に小さなリングが付いたボールが形成されます。
次に、ボールを転がして粗いエッジを取り除きます。このプロセスでは、一方が回転し、もう一方が静止している XNUMX つの鋳鉄ディスクの間の溝にボールが繰り返し供給されます。粗い溝は効果的にバリを取り除き、ボールをかなり丸く、研削しやすいように少し大きめにします。次に、ボールは軌道と同様の熱処理工程を経て、耐久性を向上させた後、適切なサイズと真円度に研磨されます。

ボールの製造

最後に、ボールをグラインダーに移動し、タンブル グラインディング プロセスと似ていますが、より弱い圧力で、柔らかい鋳鉄ディスクを使用してボールを研磨します。研磨ペーストは、材料をさらに除去することなく表面を完全に滑らかにするために使用されます。ボールはグラインダーの中に8~10時間放置され、完全に滑らかなボールが生成されます。

ボールベアリング用保持器の製造

保持器はベアリングの一部であり、打ち抜き鋼、打ち抜き真鍮、機械加工鋼、機械加工青銅、成形ナイロンまたはアセタール (POM)、フェノール樹脂などのさまざまな材料で作られています。スチール製または金属製のケージの場合、ケージの輪郭は金属の薄いシートから打ち抜かれ、その後、ケージを適切な形状に曲げる「ダイ」と呼ばれる金型のような構造に配置されます。その後、ケージを取り外して組み立ての準備が整います。プラスチック製ケージの場合、溶融したプラスチックを金型に射出して硬化させる「射出成形」と呼ばれるプロセスが使用されます。

軸受保持器の製造

ボールベアリングの組み立て

すべての軸受部品を組み立てた後、軸受を組み立てることができます。まず、内輪を外輪の内側に配置します。次にボールは軌道の間に等間隔に挿入されます。最後に、ボールを所定の位置に保持するためのケージを取り付けます。プラスチック製のケージは簡単にカチッとはめられますが、スチール製のケージは通常、リベットで留める必要があります。その後、ベアリングは特定の用途に合わせて防錆剤またはその他の特殊な表面処理でコーティングされ、出荷用に梱包されます。

ボールベアリングの組み立て

ボールベアリングは、その信頼性と耐久性を確保するために、厳格なテストと品質管理手順を経ています。一般的な検査および測定手法には次のものがあります。

  • 外観検査: ベアリングに亀裂、摩耗、表面の凹凸などの目に見える欠陥がないか確認します。

  • 寸法測定: 特別なベアリング試験装置を使用して、内径、外径、ボールのサイズ、幅などのベアリングの主要な寸法を測定します。

  • 真円度・振れ測定: ベアリング部品の真円度を評価し、理想的な円形形状からの振れや偏差を測定します。

  • 表面粗さ解析: 表面形状計などの機器を使用してベアリング表面の滑らかさまたは粗さを評価し、適切な動作を確保し、摩擦を低減します。

  • 硬度試験: ロックウェルまたはビッカース硬度試験などの方法を使用してベアリングコンポーネントの硬度を決定し、必要な仕様を満たしていることを確認します。

品質検査
  • 騒音・振動解析: 潜在的な問題や異常を示す可能性がある、ベアリングの動作中の騒音と振動のレベルを検出および分析するために、特殊な装置が使用されます。

  • 軸受の潤滑解析: 潤滑剤の状態と粘度、清浄度、汚染レベルなどの特性を評価して、最適な潤滑と持続性を確保します。 ベアリングの寿命.

  • 非破壊検査(NDT): 超音波検査や磁粉検査などの技術を使用して、ベアリングに損傷を与えることなく内部欠陥や亀裂を検出します。

  • 耐久性と性能のテスト: ベアリングは、ベアリングの負荷、速度、温度などの模擬動作条件にさらされ、耐久性、耐疲労性、全体的な性能が評価されます。

統計的プロセス制御

統計的工程管理 (SPC) は、ボール ベアリングの製造に使用される品質管理手法です。統計分析を使用して生産プロセスを監視し、製品が完成する前に潜在的な問題を特定します。 SPC には、製造プロセスの変化の兆候や予想される生産パラメータからの逸脱を監視することが含まれます。これにより、メーカーは製品が顧客に届く前に、製品に関する潜在的な問題を特定して解決できます。さらに、SPC を使用して生産プロセスを最適化し、生産コストを削減して高品質基準を維持することもできます。 SPC を活用することで、ボール ベアリングのメーカーはプロセスと製品を継続的に改善し、顧客により良いサービスを提供できます。

要約

At 誕生、当社は、さまざまな形状、材料、サイズの要件に合わせたボールベアリングの製造を専門としています。スチール、ステンレススチール、クロムスチール、セラミックボールベアリングからお選びいただけます。当社のボールベアリングは、ポンプ、OA製品、医療機器、電動工具、エンコーダ、AC/DCモータ、流量計、計測機器などの機器に使用されています。