Følg meg på:
Retningslinjer for kulelagerproduksjon
Kulelagre har spilt rollen som ubesungne helter i århundrer, og har muliggjort rotasjonsbevegelser og spilt en integrert rolle i problemfri drift av maskiner i en rekke bransjer. Kulelagre ble opprinnelig patentert av Philip Vaughan i 1794 for å støtte vognaksler, og har siden blitt forbedret og endret for å støtte en rekke roterende applikasjoner. Hvordan lages kulelagre? Hva er kulelagre laget av? La oss ta en nærmere titt på produksjonsprosessen for kulelagre og kvalitetskontrolltiltak. Denne bloggen vil beskrive den moderne prosessen for kulelagerproduksjon som er mye brukt i dag, fra design av kulene til montering av deler og emballasje.
Hva er et kulelager
Kulelager er designet for å redusere rotasjonsfriksjon, og letter bevegelse mens de plasserer bevegelige maskindeler og bærer radial- og lagerbelastninger. Hovedformålet deres er å sikre jevn drift av roterende deler i maskineri. Kulelager er avhengige av kuler for å skille to lagerringer eller løper. Dette bidrar til å minimere overflatefriksjon og kontakt mellom bevegelige deler. Når kulene spinner, forårsaker de en lavere friksjonskoeffisient sammenlignet med flate overflater som gnis mot hverandre.
Kulelagre varierer avhengig av mekanismen som er involvert, med det vanligste er radialkulelager eller enkeltrads dypsporkulelager. Sfæriske kulelagre har minimal kontakt med deres innesluttede løp, slik at de kan overføre aksiale eller radielle belastninger med rask, jevn bevegelse. Typiske komponenter i kulelager inkluderer:
Indre ring/løpebane : Den indre delen av lageret som er montert rundt rotasjonsaksen. Den indre overflaten av den indre ringen, kalt løpebanen, er utformet for å matche kulenes konturer, slik at de kan rulle jevnt og effektivt.
Ytre ring/lagerbane: Den ytre delen av et lager som holder kulene på plass. Den er vanligvis montert inne i et hus eller hull og forblir stasjonær.
Hovedformålet med et løp er i utgangspunktet å fungere som en bane, som tillater friksjonsfri glidning. Enkelt sagt er det nødvendig med et løp for å kontrollere de respektive ballene, og det gir en fast bane for ballene til å rulle. Det er to typer løp i lagre. Innerring, ytre ring og et sett med kuler. Begge setene har en rillet ring i setet som holder på en stålkule. Tilsynelatende vil stålkulen komme i direkte kontakt med hvert løp på ett tidspunkt. Den indre ringen er plassert på innsiden av ballen, på den annen side er den ytre ringen plassert på utsiden av ballen. En indre ball er klemt mellom disse to typer raser. De to løpene roterer også i motsatte retninger for å opprettholde rotasjonen.
Kuler : Stålkuler er sfæriske komponenter som brukes som rullemekanismer i roterende deler som lagre, verktøy og hjul. Det finnes mange spesifikasjoner og størrelser for ulike bruksområder. Kuler spiller den viktigste rollen i å utføre funksjoner. Det viktigste formålet er at de representerer viktigheten av rulle- og rotasjonsaspektene til lageret. Uten den kan ikke lageret rotere i noen retning. Sfæriske rulleelementer som tillater jevn rotasjon og bærer lasten mellom de indre og ytre ringene. De er laget av ekstremt harde og slitesterke materialer som kromstål, keramikk eller rustfritt stål.
Bur eller holder : En komponent som skiller og opprettholder avstanden mellom kulene, rullene eller nålevalsene, holder dem i en symmetrisk radial avstand og holder lagrene sammen. Buret holder kulene i ensartede ringer slik at de er jevnt fordelt i lageret. Det kan produseres i en rekke former og utvikles ved hjelp av lavfriksjonsmaterialer, slik at kulen kan fortsette å rulle effektivt. Det sikrer at kulene ikke kommer i kontakt med hverandre under drift, og dermed reduserer friksjon og slitasje. Materialene i lagerburet inkluderer: stållagerbur, keramisk lagerbur, høyfast polymer (nylon, POM, etc.), etc.
Skjerm eller tetninger : Dette er beskyttelseshette som vanligvis er montert på lagerets ytre ring og gir en barriere for å forhindre at forurensninger kommer inn i lageret, og dermed forlenger levetiden.
Lagre er avgjørende for produksjon og brukes i mange forskjellige typer utstyr og maskiner. Fra grunnleggende industrielt utstyr til komplekse maskiner, lagrer reduserer friksjonen og gjør dem i stand til å håndtere ulike typer belastninger. Derfor er bruk av høykvalitets og pålitelige materialer avgjørende for lagerproduksjonsprosessen. Ulike materialer brukes til å produsere ulike typer høykvalitetslagre og deres mange komponenter. Disse materialene gjennomgår spesifikke prosesser for å oppnå de nødvendige egenskapene, og øker dermed lagerets levetid og ytelse. Aubearings team kan diskutere de forskjellige materialene som brukes i lagerproduksjonen og hvordan hver påvirker bruken, integriteten og funksjonaliteten til lageret.
De fleste kulelagre er laget av en type stål som kalles høykarbon kromstål, ofte referert til som kromstål. Dette brukes av kostnads- og holdbarhetsgrunner. Lagre er også laget av andre materialer, som rustfritt stål, keramikk og plast. Imidlertid er hver av funksjonene tilpasset et annet formål.
Kromstål (GCr15 og 52100)
Kromstål (GCr15 & SAE 52100) er det mest brukte materialet for produksjon av presisjonskulelager, rullelager og koniske rullelager. Spesielt brukes den til å produsere de bærende komponentene i lagrene, slik som indre ringer, ytre ringer, kuler og ruller. Kromstål er et effektivt og økonomisk lagermateriale på grunn av dets holdbarhet og styrke under tøffe forhold. Selv om kromstål er mindre motstandsdyktig mot korrosjon, er det holdbart og kan fortsatt motstå en viss grad av korrosjon i visse miljøer. SAE 52100 er et kromstål som inneholder 1 % karbon og 1.5 % kromlegering. Dette materialet forblir stabilt ved temperaturer over 250 grader Fahrenheit og gir pålitelige lagre og lang levetid. Kromstål gjennomgår kontrollerte bearbeiding og varmebehandlingsmetoder for å gjøre lagrene sterke og sprekkbestandige. Disse prosessene gir lagrene og deres komponenter en overflatehardhet på 60 til 64 på Rockwell-skalaen C, noe som gjør dem motstandsdyktige mot tretthet ved rullekontakt under overflaten. Kromstål er et godt generellt lagerstål på grunn av dets utmerkede hardhet og slitestyrke. På grunn av det lavere krominnholdet har den imidlertid dårlig korrosjonsbestandighet sammenlignet med andre materialer. Det anbefales at brukere beskytter kromstållager med et belegg av olje eller rusthemmer for å forhindre korrosjon.
I tillegg til å inneholde minst 18 % krom, inneholder rustfritt stål også nikkel. Når krom i rustfritt stål kommer i kontakt med oksygen, oppstår en kjemisk reaksjon som danner et lag med kromoksid på overflaten av lagerkomponenten. Denne passiverende kjemiske filmen gir ekstra beskyttelse til lagrene. Det er to vanlige typer rustfrie stållagre: martensittiske og austenittiske.
Rustfrie lagre gir flere betydelige fordeler, da spesielt rustfritt stål har større motstand mot kjemikalier og korrosjon, samt bedre stabilitet i miljøer med høy temperatur. Den har de samme dype sporene og tett passform mellom løpebaner og kuler som standard laget av kromstål. Derfor er lagrene ofte laget av rustfritt stål av klasse 440 der det kreves korrosjonsbestandighet. Klasse 440 rustfritt stål er et veldig hardt stål som har god korrosjonsbestandighet, men som ikke egner seg for bruk med saltvann og mange kjemikalier.
Martensittiske rustfrie stållagre (SV30) modifiseres ofte under bearbeiding av råstål, noe som resulterer i en reduksjon i karboninnhold og en økning i nitrogeninnhold i materialet. Resultatet er stål med høy styrke, hardhet og forbedret korrosjonsbestandighet. Austenittiske rustfrie stållagre (AISI316) er derimot ikke-magnetiske og svært motstandsdyktige mot korrosjon på grunn av deres lave karboninnhold. På samme måte brukes rustfritt stål av klasse 316 i korrosive applikasjoner. På grunn av deres karboninnhold er rustfrie stållagre imidlertid mindre harde og deres bæreevne er 20 % lavere enn 52100 kromstållager. 316 rustfritt stål er derfor mykere og kan derfor kun brukes ved lavere belastninger og hastigheter.
Keramikk ( zirkoniumoksid og silisiumnitrid ) er egnet for svært korrosive applikasjoner eller applikasjoner med ekstreme temperaturer. Keramiske materialer brukes også i produksjonen av lagre og lagerkomponenter. Imidlertid klassifiseres disse materialene ofte som nisjeområder i lagerindustrien. Det vanligste keramiske materialet er silisiumnitrid. Lagerkuler laget av silisiumnitrid er kjent for sin utmerkede overflatehardhet, opptil 78 på Rockwell C-skalaen, og sine ekstremt glatte overflater. Det er imidlertid et problem med å bruke keramiske materialer i lagerkonstruksjon. Lagre laget av keramiske materialer er generelt dyrere enn lagre laget av rent rustfritt stål.
Helt keramiske kulelager er laget av keramiske materialer. Den indre ringen, den ytre ringen og kulene er laget av silisiumnitrid (Si3N4) eller zirkoniumoksid (ZrO2). Hovedtrekkene er dens høyere hardhet og bedre elastisitet sammenlignet med kromstållager. I tillegg kan den gå helt tørr, har utmerket korrosjonsbestandighet, kan kjøre i konsentrert syre, og vil ikke korrodere når den er helt nedsenket i sjøvann, og er egnet for temperaturendringer og varer mye lenger enn stållagre. Keramikk brukes ofte når hybridlagre lages, hvor stålringene er laget av rustfritt stål og kulene er laget av keramikk.
Karbonlegert stål
Karbonlegert stål brukes ofte i produksjonen av "semi-presisjon" eller "kommersiell kvalitet" lagre og lagerkomponenter. Aubearing tilbyr karbonlegerte stållagre med nøyaktighetsgradene ABEC #1-5 eller høyere. Vanligvis brukes lavkarbonlegeringer til å lage lagerbur, metallbeskyttelser og metallskiver. De er mindre motstandsdyktige mot korrosjon enn andre lagermaterialer, så de må dekkes med et lag olje eller fett for å forhindre korrosjon. Galvanisering kan også brukes for å forhindre oksidasjon.
Andre ikke-metalliske materialer
Siden lagre ofte er installert i maskiner som bærer eller håndterer last, er en vanlig misforståelse at lagre kun kan lages av metall. Imidlertid kan ikke-metalliske materialer også brukes til å produsere lagre og deres komponenter. Ulike plasttyper egner seg for god til meget god korrosjonsbestandighet, men kun for lav belastning og lave hastigheter. Noen eksempler på typer ikke-metalliske materialer som kan brukes i lagerkonstruksjon inkluderer, men er ikke begrenset til:
A. Plast
Noen ganger brukes plast til å lage lagerbur for å redusere produksjonskostnadene, men dette materialet er ikke alltid egnet for tøffe forhold, spesielt høytemperaturapplikasjoner. Den vanligste plasttypen er nylonplast, men støpt acetal eller POM kan også brukes som alternativer. Andre polymerer brukes i spesielle lagerdesign med spesifikke ytelseskrav som høy hastighet, lavt dreiemoment eller lavt støynivå.
For eksempel har høyhastighets kulelager som brukes i verktøyspindler, bur laget av fenolisk (fenol-formaldehyd) materiale. Selv om fenolholderen og lagerkomponentene er lette, er de sterke og holdbare.
B. Gummi
Gummi brukes også til fremstilling av lagre, spesielt deres tetninger. Nitril eller Buna gummi brukes ofte på grunn av sine gode mekaniske egenskaper. Gummi er generelt billig, tåler mange forskjellige temperaturområder og er motstandsdyktig mot mange kjemikalier. I mellomtiden blir materialer som elastomerer eller gummier, som fluorelastomerer og silikoner, ofte brukt når applikasjoner krever deres unike egenskaper.
Det er åpenbart en rekke materialer som kan brukes i konstruksjonen av lagre, og hvert materiale kan brukes til forskjellige formål og oppnå forskjellige ønskede egenskaper. Derfor kan viktigheten av materialet som et bestemt lager er laget av, ikke undervurderes.
Produksjonsprosess for kulelager
Hvordan lages kulelager? Hvordan lager de ballene så runde? Svaret er en flertrinns produksjonsprosess som inkluderer maskinering, varmebehandling, sliping, honing, sliping og montering. Selv om det kan være forskjeller, gjelder følgende prosedyre for de aller fleste standard kulelager som produseres i dag.
Materialvalg : høykvalitetsstål, for eksempel kromstål med høyt karboninnhold. Avhengig av lagerets brukskrav kan det til og med brukes noen typer plast, keramikk, rustfritt stål og andre materialer. På grunn av sin høye styrke og slitestyrke er det det mest brukte materialet for produksjon av kulelager.
Smidd eller støpt : Det valgte materialet smies eller støpes i formen til lagerkomponenten. Smiing innebærer oppvarming og forming av stål, justering av kornstrukturen for å forbedre holdbarheten. Alternativt innebærer støping, mindre vanlig, men brukt for større eller komplekse deler, å støpe smeltet metall til ønsket form.
Varmebehandling : Smidde eller støpte deler varmebehandles for å øke hardheten og holdbarheten. Delene varmes opp til høy temperatur, avkjøles deretter raskt i en prosess som kalles bråkjøling, og deretter herdes, der delen varmes opp igjen til en lavere temperatur og deretter avkjøles sakte. Prosessen finner en balanse mellom slitesterk hardhet og seighet for å motstå støtbelastninger.
Maskinering, sliping og superfinsliping : De varmebehandlede delene blir deretter maskinert og slipt med høy presisjon til endelige dimensjoner. Maskineringsprosessen kan omfatte dreiing, fresing og boring, alt utført med datastyrte maskiner for å sikre nøyaktighet. Ultrafinsliping for å oppnå korrekt sfæriskhet og overflatefinish, noe som sikrer jevn og effektiv drift.
Montering og smøring : Til slutt monteres den indre ringen, den ytre ringen, kulen og lagerholderen i lageret, og smøremiddel påføres for å redusere friksjon og slitasje mellom de bevegelige delene og sikre jevn og effektiv drift av lageret. Typen lagersmøremiddel (olje eller fett) avhenger av bruksområdet.
Produksjonsprosessen av kulelager involverer komplekse prosedyrer for å sikre at sluttproduktet er jevnt og perfekt rundt.
Produksjon av indre og ytre ringer av lagre
Produksjonsprosessen for indre og ytre løp er svært lik. De begynner som stålrør som kuttes av automatiserte maskiner til den grunnleggende formen til løpebanene, og etterlater en liten mengde ekstra materiale for å ta hensyn til vridning under oppvarmingsprosessen. Etterpå er nødvendig produksjonsinformasjon og lagernummer trykt på den ytre ringflaten. Besøk vårt lagernummereringssystem for å lære om lagernummerering. Så kommer forsterkningsfasen.
Ringene herdes i en varmebehandlende ovn og varmes opp til omtrent 1550 grader Fahrenheit (840 grader Celsius) i alt fra 20 minutter til flere timer, avhengig av størrelsen på delen. Ringen bråkjøles deretter i olje ved 375°F i 15 til 20 minutter. Neste trinn er å temperere ringen ved 340°F i omtrent to timer. Og temperer i en annen ovn ved rundt 300 grader Fahrenheit (148 grader Celsius). Denne prosessen gjør løpebanen både sterk og holdbar.
Løpebanene er ferdig med slipeskiver da det nå er vanskelig å kutte løpebanene til ønsket størrelse med skjæreverktøy. Hver del av ringen må slipes for å sikre korrekt lagerbredde, radius, raseposisjon og geometri. Noen lagre, for eksempel vinkelkontaktlager, krever ekstra sliping under denne prosessen for å sikre at ringene har riktig størrelse. Raceway sliping bidrar til å oppnå raceway posisjon, geometri og radius. Endesliping sikrer at ringen har riktig lagerbredde. Deretter slipes det indre hullet på den indre ringen, og den ytre ringen slipes samtidig. Til slutt gjennomgår setet en honeprosess for å oppnå en perfekt overflatefinish og geometri.
Kuler for produksjon av kulelager
Lagerkuler gjennomgår en veldig spesifikk og grundig produksjonsprosess, noe som resulterer i perfekt runde og glatte kuler som minimerer friksjonen i lageret. Disse ballene begynner som wire eller stenger som inneholder de nødvendige materialene som trengs for å danne den ferdige ballen. Denne ledningen gjennomgår en prosess som kalles "kald overskrift". Under denne prosessen treffer trådendene hverandre og danner en ball med en liten ring rundt.
Ballen rulles deretter for å fjerne eventuelle grove kanter. I denne prosessen mates kulen gjentatte ganger inn i et spor mellom to støpejernsskiver, hvorav den ene roterer og den andre er stasjonær. De grove rillene fjerner effektivt grader og gjør ballen ganske rund og litt overdimensjonert for enklere sliping. Deretter gjennomgår ballen en varmebehandlingsprosess som ligner på løpebanen for å forbedre holdbarheten før den slipes til riktig størrelse og rundhet.
Til slutt flyttes kulen til en kvern, hvor en myk støpejernsskive brukes til å polere kulen, lik trommelslipeprosessen, men med mindre trykk. Polerpasta brukes for å gjøre overflaten helt glatt uten ytterligere fjerning av materiale. Kulene forblir i kvernen i 8-10 timer for å produsere perfekt glatte kuler.
Produksjon av bur for kulelager
Buret er en del av lageret og er laget av en rekke materialer, inkludert stemplet stål, stemplet messing, maskinert stål, maskinert bronse, støpt nylon eller acetal (POM) og fenolharpiks. For stål- eller metallbur, er omrisset av buret stemplet ut av et tynt metallplate og deretter plassert i en dyse-lignende struktur kalt en "die" som bøyer buret til riktig form. Buret kan deretter tas av og klar for montering. For plastbur brukes en prosess som kalles "sprøytestøping", hvor smeltet plast sprøytes inn i en form og får stivne.
Montering av kulelager
Etter at alle lagerdelene er montert, kan lageret monteres. Plasser først den indre ringen inne i den ytre ringen. Kulene settes deretter inn mellom løpebanene og fordeles jevnt. Til slutt, installer buret for å holde ballen på plass. Plastbur smekker lett inn, mens stålbur vanligvis må klinkes sammen. Lagrene blir deretter belagt med rusthemmer eller annen spesiell overflatebehandling for den spesifikke applikasjonen og pakket for frakt.
Kulelager gjennomgår strenge test- og kvalitetskontrollprosedyrer for å sikre pålitelighet og holdbarhet. Vanlige inspeksjons- og måleteknikker inkluderer:
Visuell inspeksjon : Kontroller lagrene for synlige defekter som sprekker, slitasje eller ujevnheter i overflaten.
Dimensjonsmåling : Bruk spesielle lagertestinstrumenter for å måle viktige dimensjoner på lagre, som indre diameter, ytre diameter, kulestørrelse og bredde.
Måling av rundhet og utkast : Vurder rundheten til lagerkomponenter og mål eventuell utkast eller avvik fra den ideelle sirkulære formen.
Analyse av overflateruhet : Bruk instrumenter som profilometre for å evaluere glattheten eller ruheten på lagerflater for å sikre riktig drift og redusere friksjon.
Hardhetstesting : Bestem hardheten til lagerkomponenter ved hjelp av metoder som Rockwell- eller Vickers-hardhetstesting for å sikre at de oppfyller de nødvendige spesifikasjonene.
Støy- og vibrasjonsanalyse : Spesialisert utstyr brukes til å oppdage og analysere støy- og vibrasjonsnivåer under lagerdrift, noe som kan indikere potensielle problemer eller avvik.
Analyse av lagersmøring : Evaluerer smøremiddelets tilstand og egenskaper som viskositet, renhet og forurensningsnivåer for å sikre optimal smøring og forlenge lagrenes levetid.
Ikke-destruktiv testing (NDT) : Bruk av teknikker som ultralydtesting eller magnetisk partikkeltesting for å oppdage interne defekter eller sprekker uten å skade lagrene.
Holdbarhets- og ytelsestesting : Lagre utsettes for simulerte driftsforhold som lagerbelastninger, hastigheter og temperaturer for å evaluere holdbarhet, utmattingsmotstand og generell ytelse.
Statistisk prosesskontroll
Statistisk prosesskontroll (SPC) er en kvalitetskontrollmetode som brukes i kulelagerproduksjon. Den bruker statistisk analyse for å overvåke produksjonsprosessen og identifisere potensielle problemer før produktet er ferdigstilt. SPC innebærer å overvåke produksjonsprosessen for tegn på endring og avvik fra forventede produksjonsparametere. Dette lar produsenter identifisere og løse eventuelle problemer med produktet før det når kunden. I tillegg kan SPC brukes til å optimalisere produksjonsprosesser og redusere produksjonskostnadene for å opprettholde høye kvalitetsstandarder. Ved å utnytte SPC, kan kulelagerprodusenter kontinuerlig forbedre sine prosesser og produkter for bedre å betjene kundene sine.
Konklusjon
Hos Aubearing spesialiserer vi oss på produksjon av kulelager som passer til en rekke former, materialer og størrelseskrav. Du kan velge mellom våre keramiske kulelager i stål, rustfritt stål eller kromstål. Kulelagrene våre brukes i apparater som pumper, kontorautomatiseringsprodukter, medisinsk utstyr, elektroverktøy, kodere, AC/DC-motorer, strømningsmålere og måleutstyr.