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Diretrizes para fabricação de rolamentos de esferas
Rolamentos de esferas desempenharam o papel de heróis desconhecidos durante séculos, facilitando o movimento rotacional e desempenhando um papel fundamental no bom funcionamento de máquinas em inúmeras indústrias. Os rolamentos de esferas foram originalmente patenteados por Philip Vaughan em 1794 para suportar eixos de transporte e desde então foram melhorados e alterados para suportar uma variedade de aplicações rotativas. Como são feitos os rolamentos de esferas? De que são feitos os rolamentos de esferas? Vamos dar uma olhada mais de perto no processo de fabricação de rolamentos de esferas e nas medidas de controle de qualidade. Este blog descreverá o processo moderno de fabricação de rolamentos de esferas amplamente utilizado atualmente, desde o projeto das esferas até a montagem e embalagem das peças.
Projetados para reduzir o atrito rotacional, os rolamentos de esferas facilitam o movimento enquanto posicionam peças móveis da máquina e transportam cargas radiais e de rolamento. Seu principal objetivo é garantir o bom funcionamento das peças rotativas das máquinas. Os rolamentos de esferas dependem de esferas para separar dois anéis ou pistas de rolamento. Isso ajuda a minimizar o atrito superficial e o contato entre as peças móveis. À medida que as bolas giram, elas causam um coeficiente de atrito menor em comparação com superfícies planas que se esfregam umas nas outras.
Os rolamentos de esferas variam dependendo do mecanismo envolvido, sendo os mais comuns rolamentos de esferas radiais ou rolamentos rígidos de esferas de uma carreira. Os rolamentos autocompensadores de esferas têm contato mínimo com suas pistas contidas, de modo que podem transferir cargas axiais ou radiais com movimento rápido e suave. Os componentes típicos dos rolamentos de esferas incluem:
Anel interno/corrida: A parte interna do rolamento montada em torno do eixo de rotação. A superfície interna do anel interno, chamada pista, é projetada para combinar com os contornos das esferas, permitindo que elas rolem de maneira suave e eficiente.
Anel externo/corrida: A parte externa de um rolamento que mantém as esferas no lugar. Geralmente é montado dentro de uma caixa ou furo e permanece estacionário.
O principal objetivo de uma Corrida é basicamente agir como um caminho, permitindo deslizamento sem atrito. Simplificando, é necessária uma corrida para controlar as respectivas bolas e fornece um caminho fixo para as bolas rolarem. Existem dois tipos de pistas em rolamentos. Anel interno, anel externo e um conjunto de bolas. Ambas as sedes contêm um anel ranhurado que retém uma esfera de aço. Aparentemente, a bola de aço entrará em contato direto com cada raça em determinado ponto. O anel interno está localizado na parte interna da bola, por outro lado, o anel externo está localizado na parte externa da bola. Uma bola interna está imprensada entre esses dois tipos de corridas. As duas corridas também giram em direções opostas para manter sua rotação.
Bolas: Esferas de aço são componentes esféricos usados como mecanismos de rolamento em peças rotativas, como rolamentos, ferramentas e rodas. Existem muitas especificações e tamanhos para diversas aplicações. As bolas desempenham o papel mais importante no desempenho de funções. O objetivo mais importante é representar a importância dos aspectos de rolamento e rotação do rolamento. Sem ele, o rolamento não pode girar em nenhuma direção. Elementos rolantes esféricos que permitem rotação suave e transportam a carga entre os anéis interno e externo. Eles são feitos de materiais extremamente duros e duráveis, como aço cromado, cerâmica ou aço inoxidável.
Gaiola ou retentor: Componente que separa e mantém o espaçamento entre as esferas, rolos ou rolos de agulhas, mantendo-os em um espaçamento radial simétrico e mantendo os rolamentos juntos. A gaiola mantém as esferas em anéis uniformes para que fiquem igualmente espaçadas dentro do rolamento. Ela pode ser fabricada em diversos formatos e desenvolvida com materiais de baixo atrito, permitindo que a bola continue rolando com eficiência. Garante que as esferas não entrem em contato umas com as outras durante a operação, reduzindo assim o atrito e o desgaste. Os materiais da gaiola do rolamento incluem: gaiola do rolamento de aço, gaiola do rolamento de cerâmica, polímero de alta resistência (náilon, POM, etc.), etc.
Escudos ou selos: São tampas de proteção normalmente montadas no anel externo do rolamento e fornecem uma barreira para evitar a entrada de contaminantes no rolamento, prolongando assim sua vida útil.
Os rolamentos são vitais para a fabricação e são usados em diversos tipos de equipamentos e máquinas. Desde equipamentos industriais básicos até máquinas complexas, os rolamentos reduzem o atrito e permitem lidar com diferentes tipos de cargas. Portanto, o uso de materiais confiáveis e de alta qualidade é crucial para o processo de fabricação de rolamentos. Diferentes materiais são usados para fabricar vários tipos de rolamentos de alta qualidade e seus diversos componentes. Esses materiais passam por processos específicos para obter as propriedades exigidas, aumentando assim a vida útil e o desempenho do rolamento. A equipe da Aubearing pode discutir os diferentes materiais usados na fabricação de rolamentos e como cada um deles afeta o uso, a integridade e a funcionalidade do rolamento.
A maioria dos rolamentos de esferas é feita de um tipo de aço chamado aço cromo com alto teor de carbono, geralmente chamado de aço cromo. Isso é usado por razões de custo e durabilidade. Os rolamentos também são feitos de outros materiais, como aço inoxidável, cerâmica e plástico. No entanto, cada uma de suas características é adaptada a uma finalidade diferente.
Aço Cromado (GCr15 e 52100)
O aço cromo (GCr15 e SAE 52100) é o material mais comumente usado para a fabricação de rolamentos de esferas de precisão, rolamentos de rolos e rolamentos de rolos cônicos. Especificamente, é usado para fabricar componentes de suporte de rolamentos, como anéis internos, anéis externos, esferas e rolos. O aço cromado é um material de rolamento eficiente e econômico devido à sua durabilidade e resistência em condições adversas. Embora o aço cromo seja menos resistente à corrosão, ele é durável e ainda pode resistir a algum grau de corrosão em determinados ambientes. SAE 52100 é um aço cromo contendo 1% de carbono e 1.5% de liga de cromo. Este material permanece estável em temperaturas superiores a 250 graus Fahrenheit e fornece rolamentos confiáveis e longa vida útil. O aço cromo passa por métodos controlados de usinagem e tratamento térmico para tornar os rolamentos fortes e resistentes a rachaduras. Esses processos conferem aos rolamentos e seus componentes uma dureza superficial de 60 a 64 na escala Rockwell C, o que os torna resistentes à fadiga por contato de rolamento subterrâneo. O aço cromo é um bom aço para rolamentos de uso geral devido à sua excelente dureza e resistência ao desgaste. No entanto, devido ao seu menor teor de cromo, apresenta baixa resistência à corrosão em comparação com outros materiais. Recomenda-se que os usuários protejam os rolamentos de aço cromo com uma camada de óleo ou inibidor de ferrugem para evitar corrosão.
Além de conter pelo menos 18% de cromo, o aço inoxidável também contém níquel. Quando o cromo do aço inoxidável entra em contato com o oxigênio, ocorre uma reação química, formando uma camada de óxido de cromo na superfície do componente do rolamento. Esta película química passivante proporciona proteção adicional aos rolamentos. Existem dois tipos comuns de rolamentos de aço inoxidável: martensíticos e austeníticos.
Os rolamentos de aço inoxidável oferecem diversas vantagens significativas, pois o aço inoxidável, em particular, apresenta maior resistência a produtos químicos e à corrosão, bem como melhor estabilidade em ambientes de alta temperatura. Ele apresenta os mesmos sulcos profundos e ajuste perfeito entre pistas e esferas como padrão feito de aço cromado. Portanto, os rolamentos são frequentemente feitos de aço inoxidável grau 440 onde a resistência à corrosão é necessária. O aço inoxidável grau 440 é um aço muito duro que possui boa resistência à corrosão, mas não é adequado para uso com água salgada e muitos produtos químicos.
Os rolamentos de aço inoxidável martensítico (SV30) são frequentemente modificados durante o processamento do aço bruto, resultando na redução do teor de carbono e no aumento do teor de nitrogênio no material. O resultado é um aço com alta resistência, dureza e maior resistência à corrosão. Os rolamentos de aço inoxidável austenítico (AISI316), por outro lado, são não magnéticos e altamente resistentes à corrosão devido ao seu baixo teor de carbono. Da mesma forma, o aço inoxidável grau 316 é usado em aplicações corrosivas. No entanto, devido ao seu teor de carbono, os rolamentos de aço inoxidável são menos duros e sua capacidade de carga é 20% menor do que os rolamentos de aço cromo 52100. O aço inoxidável 316 é, portanto, mais macio e, portanto, só pode ser usado em cargas e velocidades mais baixas.
Cerâmica (zircônia e nitreto de silício) são adequados para aplicações altamente corrosivas ou de temperaturas extremas. Os materiais cerâmicos também são utilizados na fabricação de rolamentos e componentes de rolamentos. No entanto, esses materiais são frequentemente classificados como áreas de nicho da indústria de rolamentos. O material cerâmico mais comum é o nitreto de silício. As esferas de rolamento feitas de nitreto de silício são conhecidas por sua excelente dureza superficial, até 78 na escala Rockwell C, e por suas superfícies extremamente lisas. Contudo, existe um problema com a utilização de materiais cerâmicos na construção de rolamentos. Os rolamentos feitos de materiais cerâmicos são geralmente mais caros do que os rolamentos feitos de aço inoxidável puro.
Os rolamentos de esferas totalmente cerâmicos são feitos de materiais cerâmicos. O anel interno, o anel externo e as esferas são feitos de nitreto de silício (Si3N4) ou óxido de zircônio (ZrO2). As principais características são sua maior dureza e melhor elasticidade em comparação aos rolamentos de aço cromo. Além disso, pode funcionar completamente a seco, tem excelente resistência à corrosão, pode funcionar em ácido concentrado e não corroerá quando completamente imerso em água do mar, sendo adequado para mudanças de temperatura e durando muito mais que os rolamentos de aço. A cerâmica é frequentemente usada quando são feitos rolamentos híbridos, onde os anéis de aço são feitos de aço inoxidável e as esferas são feitas de cerâmica.
Aço de liga de carbono
O aço de liga de carbono é comumente usado na produção de rolamentos e componentes de rolamentos de “semiprecisão” ou de “classe comercial”. A Aubering oferece rolamentos de liga de aço carbono com graus de precisão ABEC #1-5 ou superior. Normalmente, ligas de baixo carbono são usadas para fazer gaiolas de rolamentos, proteções metálicas e arruelas metálicas. Eles são menos resistentes à corrosão do que outros materiais de rolamento, por isso devem ser revestidos com uma camada de óleo ou graxa para evitar corrosão. A galvanoplastia também pode ser usada para evitar a oxidação.
Outros materiais não metálicos
Como os rolamentos são frequentemente instalados em máquinas que transportam ou manuseiam cargas, um equívoco comum é que os rolamentos só podem ser feitos de metal. No entanto, materiais não metálicos também podem ser usados para produzir rolamentos e seus componentes. Vários tipos de plásticos são adequados para resistência à corrosão boa a muito boa, mas apenas para cargas e velocidades baixas. Alguns exemplos de tipos de materiais não metálicos que podem ser usados na construção de rolamentos incluem, mas não estão limitados a:
A. Plástico
Às vezes, o plástico é usado na fabricação de gaiolas de rolamento para reduzir custos de produção, mas esse material nem sempre é adequado para condições adversas, especialmente aplicações de alta temperatura. O tipo mais comum de plástico é o náilon, mas o acetal moldado ou o POM também podem ser usados como alternativas. Outros polímeros são usados em projetos de rolamentos especiais com requisitos específicos de desempenho, como alta velocidade, baixo torque ou baixo ruído.
Por exemplo, rolamentos de esferas de alta velocidade usados em fusos de máquinas-ferramenta possuem gaiolas feitas de material fenólico (fenol-formaldeído). Embora a gaiola fenólica e os componentes do rolamento sejam leves, eles são fortes e duráveis.
B. Borracha
A borracha também é utilizada na fabricação de rolamentos, principalmente em suas vedações. A borracha nitrílica ou Buna é frequentemente utilizada devido às suas boas propriedades mecânicas. A borracha geralmente é barata, pode suportar muitas faixas de temperatura diferentes e é resistente a muitos produtos químicos. Enquanto isso, materiais como elastômeros ou borrachas, como fluoroelastômeros e silicones, são frequentemente usados quando as aplicações exigem suas propriedades exclusivas.
Obviamente, há uma variedade de materiais que podem ser utilizados na construção de rolamentos, e cada material pode ser utilizado para finalidades diferentes e atingir diferentes propriedades desejadas. Portanto, a importância do material do qual um determinado rolamento é feito não pode ser subestimada.
Processo de fabricação de rolamentos de esferas
Como são feitos os rolamentos de esferas? Como eles deixam as bolas tão redondas? A resposta é um processo de fabricação em várias etapas que inclui usinagem, tratamento térmico, retificação, brunimento, retificação e montagem. Embora possa haver diferenças, o procedimento a seguir se aplica à grande maioria dos rolamentos de esferas padrão produzidos atualmente.
Seleção de material: aço de alta qualidade, como aço cromo com alto teor de carbono. Dependendo dos requisitos de aplicação do rolamento, alguns plásticos, cerâmicas, aço inoxidável e outros materiais podem até ser usados. Devido à sua alta resistência e resistência ao desgaste, é o material mais utilizado na fabricação de rolamentos de esferas.
Forjado ou fundido: O material selecionado é forjado ou moldado no formato do componente do rolamento. Forjar envolve aquecer e moldar o aço, ajustando sua estrutura de grãos para melhorar a durabilidade. Alternativamente, a fundição, menos comum, mas usada para peças maiores ou complexas, envolve moldar o metal fundido no formato desejado.
Tratamento térmico: As peças forjadas ou fundidas são tratadas termicamente para aumentar sua dureza e durabilidade. As peças são aquecidas a uma temperatura alta, depois resfriadas rapidamente em um processo chamado têmpera e depois revenidas, no qual a peça é reaquecida a uma temperatura mais baixa e depois resfriada lentamente. O processo atinge um equilíbrio entre dureza resistente ao desgaste e tenacidade para resistir a cargas de impacto.
Usinagem, retificação e retificação superfina: As peças tratadas termicamente são então usinadas e retificadas com alta precisão até as dimensões finais. O processo de usinagem pode incluir torneamento, fresamento e furação, todos realizados em máquinas controladas por computador para garantir a precisão. Moagem ultrafina para obter esfericidade e acabamento superficial corretos, garantindo uma operação suave e eficiente.
Montagem e lubrificação: Finalmente, o anel interno, o anel externo, a esfera e a gaiola são montados no rolamento e o lubrificante é aplicado para reduzir o atrito e o desgaste entre as partes móveis e garantir a operação suave e eficiente do rolamento. O tipo de lubrificante do rolamento (óleo ou graxa) depende da aplicação.
O processo de fabricação dos rolamentos de esferas envolve procedimentos complexos para garantir que o produto final seja liso e perfeitamente redondo.
Fabricação de anéis internos e externos de rolamentos
O processo de fabricação das pistas internas e externas é muito semelhante. Eles começam como tubos de aço que são cortados por máquinas automatizadas no formato básico das pistas, deixando uma pequena quantidade de material extra para compensar o empenamento durante o processo de aquecimento. Posteriormente, as informações de fabricação necessárias e o número do rolamento são impressos na superfície externa do anel. Visite nosso sistema de numeração de rolamentos para saber mais sobre a numeração de rolamentos. Depois vem a fase de reforço.
Os anéis são endurecidos em um forno de tratamento térmico e aquecidos a cerca de 1550 graus Celsius (840 graus Fahrenheit) por um período de 20 minutos a várias horas, dependendo do tamanho da peça. O anel é então temperado em óleo a 375°F por 15 a 20 minutos. O próximo passo é temperar o anel a 340°F por cerca de duas horas. E tempere em um segundo forno a cerca de 300 graus Fahrenheit (148 graus Celsius). Este processo torna a pista forte e durável.
As pistas são acabadas com rebolos, pois agora é difícil cortá-las no tamanho necessário com ferramentas de corte. Cada parte do anel deve ser retificada para garantir a largura, raio, posição e geometria corretas do rolamento. Alguns rolamentos, como os rolamentos de contato angular, requerem retificação adicional durante esse processo para garantir que os anéis tenham o tamanho correto. A retificação da pista ajuda a alcançar a posição, a geometria e o raio da pista. A retificação final garante que o anel tenha a largura de rolamento adequada. Em seguida, o furo interno é retificado no anel interno e o anel externo é retificado ao mesmo tempo. Por fim, o assento passa por um processo de brunimento para obter acabamento superficial e geometria perfeitos.
Esferas para fabricação de rolamentos de esferas
As esferas dos rolamentos passam por um processo de fabricação muito específico e completo, resultando em esferas perfeitamente redondas e lisas que minimizam o atrito dentro do rolamento. Essas bolas começam como arame ou hastes que contêm os materiais necessários para formar a bola acabada. Este fio passa por um processo denominado “cabeçalho a frio”. Durante esse processo, as pontas do fio se chocam, formando uma bola com um pequeno anel ao redor.
A bola é então rolada para remover quaisquer arestas. Neste processo, a esfera é alimentada repetidamente em uma ranhura entre dois discos de ferro fundido, um dos quais gira e o outro está estacionário. As ranhuras ásperas removem rebarbas com eficácia e tornam a esfera bastante redonda e ligeiramente superdimensionada para facilitar o desbaste. Em seguida, a esfera passa por um processo de tratamento térmico semelhante ao da pista para melhorar a durabilidade antes de ser retificada no tamanho e circularidade adequados.
Finalmente, a bola é movida para um moedor, onde um disco macio de ferro fundido é usado para polir a bola, semelhante ao processo de moagem rotativa, mas com menos pressão. A pasta de polimento é usada para tornar a superfície completamente lisa, sem remoção adicional de material. As bolas permanecem no moedor por 8 a 10 horas para produzir bolas perfeitamente lisas.
Fabricação de gaiolas para rolamentos de esferas
A gaiola faz parte do rolamento e é feita de uma variedade de materiais, incluindo aço estampado, latão estampado, aço usinado, bronze usinado, nylon moldado ou acetal (POM) e resina fenólica. Para gaiolas de aço ou metal, o contorno da gaiola é estampado em uma fina folha de metal e depois colocado em uma estrutura semelhante a uma matriz chamada “matriz” que dobra a gaiola no formato apropriado. A gaiola pode então ser removida e pronta para montagem. Para gaiolas de plástico, é utilizado um processo denominado “moldagem por injeção”, onde o plástico derretido é injetado em um molde e deixado endurecer.
Montagem de rolamentos de esferas
Depois que todas as peças do rolamento estiverem montadas, o rolamento poderá ser montado. Primeiro, coloque o anel interno dentro do anel externo. As esferas são então inseridas entre as pistas e espaçadas uniformemente. Finalmente, instale a gaiola para segurar a bola no lugar. As gaiolas de plástico se encaixam facilmente, enquanto as de aço geralmente precisam ser rebitadas. Os rolamentos são então revestidos com inibidor de ferrugem ou outro tratamento de superfície especial para a aplicação específica e embalados para envio.
Os rolamentos de esferas passam por testes rigorosos e procedimentos de controle de qualidade para garantir sua confiabilidade e durabilidade. As técnicas comuns de inspeção e medição incluem:
Inspeção visual: Verifique os rolamentos quanto a defeitos visíveis, como rachaduras, desgaste ou irregularidades superficiais.
Medição dimensional: Use instrumentos especiais de teste de rolamentos para medir as principais dimensões dos rolamentos, como diâmetro interno, diâmetro externo, tamanho da esfera e largura.
Medição de circularidade e excentricidade: Avalie a circularidade dos componentes do rolamento e meça qualquer excentricidade ou desvio da forma circular ideal.
Análise de rugosidade superficial: Use instrumentos como perfilômetros para avaliar a suavidade ou rugosidade das superfícies dos rolamentos para garantir a operação adequada e reduzir o atrito.
Teste de dureza: Determine a dureza dos componentes do rolamento usando métodos como testes de dureza Rockwell ou Vickers para garantir que atendam às especificações exigidas.
Análise de ruído e vibração: Equipamentos especializados são utilizados para detectar e analisar níveis de ruído e vibração durante a operação dos rolamentos, o que pode indicar possíveis problemas ou anomalias.
Análise de lubrificação de rolamentos: Avalia a condição e as características do lubrificante, como viscosidade, limpeza e níveis de contaminação, para garantir uma lubrificação ideal e estender carregando vida.
Ensaios não destrutivos (NDT): Usando técnicas como testes ultrassônicos ou testes de partículas magnéticas para detectar defeitos internos ou rachaduras sem danificar os rolamentos.
Testes de durabilidade e desempenho: Os rolamentos são submetidos a condições operacionais simuladas, como cargas, velocidades e temperaturas do rolamento, para avaliar sua durabilidade, resistência à fadiga e desempenho geral.
Controle de processo estatístico
O controle estatístico de processo (SPC) é um método de controle de qualidade usado na fabricação de rolamentos de esferas. Utiliza análise estatística para monitorar o processo de produção e identificar possíveis problemas antes que o produto seja concluído. O CEP envolve o monitoramento do processo de fabricação em busca de sinais de mudança e desvios dos parâmetros de produção esperados. Isso permite que os fabricantes identifiquem e resolvam quaisquer problemas potenciais com o produto antes que ele chegue ao cliente. Além disso, o SPC pode ser usado para otimizar processos de produção e reduzir custos de produção para manter altos padrões de qualidade. Ao aproveitar o SPC, os fabricantes de rolamentos de esferas podem melhorar continuamente seus processos e produtos para melhor atender seus clientes.
Conclusão
At Aubearing, somos especializados na fabricação de rolamentos de esferas para atender a uma variedade de formatos, materiais e requisitos de tamanho. Você pode escolher entre nossos rolamentos de esferas de cerâmica de aço, aço inoxidável ou aço cromado. Nossos rolamentos de esferas são usados em aparelhos como bombas, produtos de automação de escritório, equipamentos médicos, ferramentas elétricas, codificadores, motores CA/CC, medidores de vazão e equipamentos de medição.