Материал изготовления подшипников
Подписка на рассылку
За последние десятилетия технологии мировой подшипникостроительной индустрии стремительно развивались и включали в себя новые материалы, повышающие эксплуатационные характеристики. Однако, основной доступный производственный материал подшипников качения ― это по-прежнему сталь.
Кольца и тела качения изготавливаются из высокоуглеродных хромистых сталей. В обозначениях системы отечественных стандартов это стали марки ШХ с цифровым индексом, указывающим процентное содержание (десятые доли %) хрома. Для изготовления тел качения подходят стали ШХ6, ШХ9, ШХ15, колец ― ШХ9, ШХ15, ШХ15СГ. Кольца крупногабаритных подшипников качения выполняются из стали 20Х2Н4А с поверхностным цементирующим слоем 5-6 мм. Процесс цементации требует дополнительной длительной термообработки. Перед механической обработкой заготовки проходят отжиг в соответствующем температурном режиме. Коррозионноустойчивые модели подшипников, работающих в агрессивных средах, изготавливаются из стали 95Х18 со специальным составом, и проходят закалку в горячем масле.
Альтернативный материал подшипников
Полимерные подшипники качения обладают минимальной массой, не требуют постоянного смазывания, сопоставимы по стоимости с металлическими, однако значительно уступают по грузоподъемности, износоустойчивости, термостойкости. Применяются такие лёгкие подшипники в особых условиях без постоянной нагрузки: на пищевых производственных линиях, в химической промышленности, в приборостроении, электронике.
Подшипники качения из армированных композитных материалов обладают достаточной прочностью, малым весом, химической стойкостью, противокоррозионными свойствами, но часто стоят дороже классических и устанавливаются в дорогостоящем аэрокосмическом, медицинском оборудовании, точном приборостроении. Основой композита часто служат углеродные волокна, дополняемые графитом, PP (полипропиленом) PTFT (полиэстером), PTS, стекловолокном, PAI, POM (полиоксиметиленом).
Для производства сепараторов, помимо стали и латуни, используются несколько разновидностей полиамида, сочетающего отличную упругость и прочность, полиэфирэфиркетон, обладающий термической и химической устойчивостью, текстолит, выдерживающий высокую радиальную нагрузку.
Наибольших практических результатов добились производители подшипников качения с комбинированным составом. В них для достижения определенных характеристик могут сочетаться традиционные стали, сплавы, с полимерами, композитами, керамическими и нитрид-кремниевыми деталями, специальными смазочными материалами. Такие подшипники превосходят стальные по многим параметрам и уже применяются серийно в производстве авто-, мото- транспорта, машиностроении, станкостроении, роботизированной технике.
Лидерство мировой подшипниковой индустрии по серийному выпуску подшипников с применением инновационных материалов удерживают компании SKF, NSK, INA.
Специалисты SKF постоянно проводят изыскания и научные разработки по части материаловедения, которые затем внедряются в серийное производство подшипников качения.
SKF выпускают целиком полимерные шарикоподшипники, подшипники с пластиковыми корпусами и стальными шариками, стальными кольцами и шариками из нитрида кремния.
Одним из продуктовых сегментов NSK является выпуск целиком керамических шарикоподшипников и подшипников из фторсодержащих полимеров. Такие модели устойчивы к химически агрессивным средам и совершенно не поддаются коррозии.
Компания INA разрабатывает детали подшипников из разновидностей пропиленов с металлическим армированием.
Материалы подшипников
Материалы
Подшипники качения применяют в разнообразных условиях: при отрицательных и положительных температурах; в нейтральных и агрессивных средах (морская вода, кислоты). В связи с этим детали подшипников изготавливают из различных материалов. Ниже приведены сведения только о наиболее распространенных
В процессе выплавки в сталь со шлаками и из футеровки попадают неметаллические включения. Вблизи крупных включений, особенно глобулярных оксидов, а также нитридов, в процессе работы подшипников зарождаются усталостные микротрещины, которые, сливаясь, проводят к выкрашиванию частиц металла. При различной степени металлургической загрязненности стали в допустимых стандартом пределах средняя долговечность партии подшипников может колебаться ориентировочно до 5 раз.
Для подшипников к которым предъявляются повышенные требования по долговечности и надежности, применяют стали подвергнутые специальным переплавам, уменьшающим содержание неметаллических включений (ШХ15-Ш), а также двойной переплав: электрошлаковый и вакуумно-дуговой (ШХ15-ШД).
Табл.1. Химический состав хромистых подшипниковых сталей типа ШХ (ГОСТ 801), %
| Марка | C | Si | Mn | Cr | S | P | Ni | Cu | Ni+Cu |
| Не более | |||||||||
| ШХ15 | 0,95÷1,05 | 0,17÷0,37 | 0,20÷0,40 | 1,30÷1,65 | 0,02 | 0,027 | 0,30 | 0,25 | 0,50 |
| ШХ15СГ | 0,95÷1,05 | 0,40÷0,65 | 0,90÷1,20 | 1,30÷1,65 | 0,02 | 0,027 | 0,30 | 0,25 | 0,50 |
| ШХ20СГ | 0,90÷1,00 | 0,55÷0,85 | 1,40÷1,70 | 1,40÷1,70 | 0,02 | 0,027 | 0,30 | 0,25 | 0,50 |
| ШХ4 | 0,95÷1,05 | 0,15÷0,30 | 0,15÷0,30 | 0,35÷0,50 | 0,02 | 0,027 | 0,30 | 0,25 | 0,50 |
Табл.2. Химический состав сталей для деталей подшипников, подвергающихся химико-термической обработке, %
| Марка | C | Si | Mn | Cr | Ni | Mo |
| 15Г1 | 0.12÷0.19 | 0.17÷0.37 | 0.70÷1.00 | — | — | — |
| 18ХГТ | 0.15÷1.21 | 0.17÷0.37 | 0.90÷1.20 | 0.90÷1.20 | — | — |
| 20Х2Н4А | 0.16÷1.22 | 0.17÷0.37 | 0.30÷0.60 | 1.25÷1.65 | 3.25÷3.65 | — |
| Марка | Кольца с толщиной стенки до 35 мм и ролики диаметром до 55 мм. | Кольца с толщиной свыше 35 мм и ролики диаметром свыше 55 мм. |
| ШХ4 | 61 ÷ 64 | |
| ШХ15, ШХ15-Ш, ШХ15-В | 62 ÷ 66 | 59 ÷ 63 |
| 61 ÷ 65 | ||
| 15Г1 | 58 ÷ 62 | |
| 18ХГТ | 62 ÷ 66 | 59 ÷ 63 |
| 20Х2Н4А | 59 ÷ 66 | |
Табл.4. Химический состав коррозийно-стойких подшипниковых сталей, %
Табл.5. Химический состав теплопрочных подшипниковых сталей, %
| Страна | Марка | C | Cr | Mo | W | V |
| Россия | 8Х4В9Ф2-Ш | 0,70÷0,80 | 4,00÷4,60 | Менее 0,30 | 8,5÷9,5 | 1,40÷1,70 |
| 8Х4М4В2Ф1-Ш | 0,75÷0,85 | 3,90÷4,40 | 3,90÷4,40 | 1,5÷2,0 | 0,90÷1,20 | |
| США | М50 | 0,77÷0,85 | 3,75÷4,25 | 4,00÷4,50 | — | 0,90÷1,10 |
| Германия | 80MoCrV 42 16 | 0.77÷0.85 | 3.75÷4.25 | 4.00÷4.50 | — | 0.90÷1.10 |
| 82WMoCrV 6 5 4 | 0.78÷0.86 | 3.80÷4.50 | 4.70÷5.20 | 6.0÷6.7 | 1.70÷2.00 | |
| X75 WCrV 18 4 1 | 0.70÷0.78 | 3.80÷4.50 | Менее 0,60 | 17,5÷18,5 | 1,00÷1,20 |
К подшипниковым материалам для колец и тел качения предъявляют жесткие требования по металлургической загрязненности, наличию дефектов, структурной неоднородности и др. Детали машин, несущие одновременно функции наружного или внутреннего колец подшипников, рекомендуется изготавливать из подшипниковых сталей.
Производство подшипников: как и из чего делают, описание технологии
Узел вращения – это важная деталь, обеспечивающая движение при качении или линейном перемещении, она служит опорой или упором для подвижной конструкции. На территории РФ все больше строится заводов-производителей подшипников. Это становится прибыльным делом, так как такие детали применяются во всех отраслях народного хозяйства (тяжелая и легкая промышленность, корабле и автомобилестроение, сельское хозяйство).
Способы и этапы производства
Существует два основных типа: скольжение и качения. Мы рассмотрим изделия из стали, где элементами, облегчающими вращения, являются шарики. Это самый востребованный в настоящее время вид. Они подразделяются на радиальные и упорные. Разница заключается в том, что первые компенсируют нагрузки, направленные перпендикулярно валу, а вторые отвечают за осевое смещение.
Деталь состоит из внешней и внутренней обоймы, металлических элементов и устройства, обеспечивающего правильное их распределение по периметру. Для узлов, работающих в условиях повышенного загрязнения, с одной или с обеих сторон устанавливается шайба-пыльник. Она препятствует попаданию извне абразивных частиц и ограничивает пространство, в котором находится смазка.
Технология производства подшипников начинается с подготовки необходимого сорта стали. На завод поступает металл определенной марки в виде круглых прутков.
Первоначально рассмотрим вопрос изготовления обойм:
Материалы
Важным вопросом для производства является, из какой стали делают обоймы подшипников? Наиболее распространенный материал имеет марку:
Они отличаются содержанием технологических присадок. В состав входит магний, кремний, углерод, хром в размерах до 2 процентов и примеси серы, фосфора, никеля, меди в очень ограниченном количестве. Твердость приобретается методом термической обработки.
Для изделий, выдерживающих большие нагрузки, необходимо иметь прочную поверхность соприкосновения и пластичную середину. В этом случае используются стали марки:
Плоскости подвергаются цементации. При этом достигается прочность от 59 до 66 HRCэ. Сердцевина остается более мягкой с показателем около 36. Производственный процесс немного отличается от предыдущего.
В промышленности требуются узлы для работы в агрессивных средах. Для производства в этом случае применяются стали марок 95Х18Ш и 110Х18МШД.
В литейных цехах, в агрегатах термической обработке, нужны продукты из термостойкого материала. В России используют 8Х4В9Ф2Ш и 8Х4М4В2Ф1Ш.
Как делают шарики для подшипников на заводе, видео
Изготовление такого материала является высокоточным производством. Необходимо достичь определенных параметров, при которых трение будет сведено к минимуму. Обычно это является отдельной отраслью, которая обеспечивает элементами качения сборочные цеха. Следует учесть, что материалом становится не только сталь разных марок, но и керамика, Si3N4. Это совершенно иной промышленный цикл. Они применяются в узлах с большими скоростями вращения, потому что обладают меньшей массой, не подвержены деформации при высоких температурах, и пара (сталь, нитрид кремния) имеют лучшие показатели по скольжению.
Технология изготовления шариков для подшипников:
Сырье, и как изготавливают шарики для подшипников: видео
Маленькая деталь для всего механизма является одной из самых сложных в технологическом смысле. Ведь добиться гладких, круглых шариков из металлического прутка с точными размерами до сотых долей микрона очень трудно, ведь лишний показатель может негативно сказаться на работе всего механизма. На заводах применяется специальная высококачественная сталь, регламентированная ГОСТом 3722-81:
Мы определили, из какой стали изготавливают подшипники. Стальные шары идут для производства узлов качения. Отдельно они используются в различных отраслях народного хозяйства. Также они незаменимы в сферах автомобильной, лакокрасочной, оборонной, цементной, кондитерской, химической и сельскохозяйственной промышленностях. Кроме этого, они могут выступать, как отдельные детали для дезодорантов и стержней пишущих ручек.
Эти устройства являются неотъемлемой частью в изготовлении колес и роликов для складской техники (гидравлические тележки, рохли), для запчастей и мебельной фурнитуры. В каталоге интернет-магазина «МПласт» можно найти необходимую деталь. Для этого надо войти на сайт и там найти требующееся изделие, а также определиться с ценой и формой оплаты.
Следующим шагом в изготовлении стало создание элементов качения из керамики. Они нашли свое применение в экстремальных условиях эксплуатации (реактивные двигатели, шпиндели в металлообрабатывающих станках, автомобили Формулы 1.
Заводы
В России существуют больше двух десятков больших предприятий, выпускающих такую продукцию. Мы приведем несколько примеров:
На российский рынок поступает продукция с заводов разных стран. Наибольшей популярностью пользуются подшипники, сделанные:
Эти механизмы можно разделить на группы по направлению нагрузки, по элементам, на которые опираются обоймы, по наличию или отсутствию вращающейся проставки и по материалу изготовления.
Из чего состоят, и как делают подшипники скольжения
Изделие бывает радиальным и опорным, с полным или частичным оборотом. В зависимости от условий эксплуатаций оно изготавливается в виде: внешней и внутренней обоймы (нижняя и верхняя), скользящей втулки (шайба), системы смазки (принудительная, естественная, воздушная).
Полированные поверхности, за счет смазочного материала или благодаря физическим свойствам прокладок, обеспечивают длительное легкое скольжение. Сырье для изготовления: сталь, чугун, бронза, фторопласт, баббит, алюминий, керамика. Подбираются пары с минимальным коэффициентом трения. Из какого металла изготовлена втулка подшипника, впрямую зависит, в каком обойме она будет вращаться.
Качения
Такие узлы делятся на радиальные, упорные и комплексные. Это определяет направление нагрузки. Первые подразделяются на три основных класса: шариковые, роликовые, игольчатые. Эти виды могут быть с ограничительными кольцами и без них, с одним или двумя пыльниками и полностью открытые.
Второй тип создается на основе шаровых элементов, цилиндрических и конусных роликов. Выпускаются разновидности полностью разборные. Третий – совмещает качества первого и второго по воспринимаемому усилию. Также бывают открытого и закрытого типа.
В зависимости от материалов для изготовления подшипников качения, существуют несколько подклассов:
Для особых условий (сверхвысокие обороты вращения, сильный нагрев, необходимость эксплуатации в присутствии кислот и щелочей) применяются изделия из керамики, нитрида кремния, пластиков. Существуют модели, где скользящим слоем является газ или магнитное поле.
Устройство
Описать все многообразие не представляется возможным. Принципиально этот механизм состоит из внешней и внутренней опоры (их может заменить деталь корпуса), скользящей прокладки (смазка, сепаратор с элементами качения, втулка).
Самый распространенный вид сделан так:
Как собирают шариковые подшипники: видео
Процесс выглядит так:
Сборка опорного изделия заключается в создании сепаратора, удерживающего элементы качения в определенных местах. Края устройства завальцовывают. В реализацию идет в виде трех деталей (верхняя и нижняя шайба, и сам узел).
Для высоких нагрузок необходимо создать больше точек соприкосновения. В классический механизм невозможно поместить дополнительные шарики. Тогда производители делают в дисках технологические выемки, через которые количество мест касания становится максимальным. В дальнейшем происходит классическая склепка сепаратора.
Одним из проверенных поставщиков является компания «МПласт». Она реализует продукцию на основе подшипников, произведенных на территории России заводами с идеальной репутацией.
Как делают подшипники.
Подшипник качения.
С того момента, как человеку стало необходимо перемещать вещи, он стал использовать круглые ролики, чтобы облегчить свою работу. Первыми роликами являлись бревна, Египтяне использовали их, чтобы перемещать огромные блоки для пирамид. Спустя время, были изобретены первые транспортные средства с круглыми колесами, а в XVIII веке запатентована первая конструкция подшипников.
Существуют тысячи размеров, видов и форм подшипников качения. Шариковые, роликовые, конические роликовые и игольчатые основные виды из них. Размеры варьируются от совсем малых, для миниатюрных двигателей, до очень больших, для установки которых потребуется воспользоваться краном.
Материалы для изготовления подшипников.
Одна из основных характеристик подшипников — износостойкость. Добиться высоких показателей прочности можно, используя для изготовления запчастей подшипниковую сталь (ГОСТ 801-78 – Сталь подшипниковая. Технические условия). При приемке сырья проводится поверка материала на соответствие требованиям ГОСТ.
Подшипниковая сталь это сталь с концентрацией углерода от 0,95 до 1,15 % и при обязательном присутствии хрома 0,6. 1,5 %. Это высококачественная износостойкая сталь, способная сопротивляться большим контактным нагрузкам. Повышенная концентрация углерода обеспечивает подшипниковым сталям высокую твердость и износостойкость, а наличие хрома увеличивает глубину прокаливания. В системе маркировки конструкционных легированных сталей подшипниковые стали составляют исключение: маркировка начинается с буквы «Ш», а цифра, стоящая после «Х», указывает на концентрацию хрома в десятых долях процента. Например, ШХ6, ШХ15СГ. Чем выше концентрация хрома, тем крупнее можно изготавливать подшипники. К недостаткам подшипниковых сталей следует отнести пониженную обрабатываемость резанием.
Это стали, идущие для изготовления любых подшипников качения: шариковых, роликовых и игольчатых. Они, прежде всего, должны обладать высокой сопротивляемостью контактной усталости, высокой износостойкостью и твёрдостью. Кроме этого, подшипниковые стали должны легко закаливаться (обладать низкой критической скоростью закалки). Исходя из этих требований, к сталям этой группы следует отнести заэвтектоидные стали, легированные хромом.
Материал поступает на предприятие партиями в виде мотков, прутков, полос. Все они должны быть одного размера, иметь одинаковую температуру плавления. Метод получения материала одной партии должен быть одинаков. Почти все части подшипников изготовлены из высокоуглеродистых, хромистых сталей. Материалы, из которых изготовлены кольца и шарики подшипника должны иметь высокие показатели следующих параметров:
• жесткость
• прочность
• контактная усталостная прочность при качении
• износоустойчивость
• размерная стабильность
Сепараторы подшипников изготавливаются из латуни, стали, легких сплавов, полимеров или текстолита. Этот материал должен обладать высокими показателями следующих параметров:
• износоустойчивость
• прочность
• размерная стабильность
Производство подшипника
Производственный цикл включает процессы производства колец, шариков, сепараторов. Особенности технологического процесса производства подшипников качения
Длительность процесса производства зависит от особенностей конструкции подшипника. Чтобы собрать готовую деталь, необходимо изготовить:
| Комплектующие подшипника | Срок изготовления |
| Наружное кольцо | От 7 суток до 1 месяца |
| Внутреннее кольцо | |
| Тела качания (шарики) | От 10 до 25 дней в зависимости от степени точности исполнения |
| Сепаратор: В зависимости от сложности заказа в целом производственный цикл запчасти занимает от 1 недели до 1 месяца. Типовые, наиболее востребованные запчасти всегда должны быть в наличии на складе. При организации бесперебойного производства следует уделить внимание состыковке производственных процессов с учетом разницы в сроках исполнения запчастей. Внешние и внутренние кольца подшипника.
Каждое из колец изготавливают почти одинаковыми способами. Процесс изготовления начинается со стальной трубы соответствующего размера. Автоматы нарезают основную форму колец с припуском, так как в результате термообработки материал деформируется. Нужные размеры кольца получают после термической обработки механическим путем. Изготовление колец — это ряд последовательных действий:
После термообработки кольца готовы к отделке. Но они имеют высокую твердость, что не позволяет так просто обработать поверхность режущим инструментом. За дело берется шлифовальный круг, который оставляет после себя очень гладкую и точную поверхность. Затем кольца полируются до зеркального блеска. На этом этапе кольца готовы к встрече с шариками.
Тела качения: Шарики и ролики.Изготовить шарики немного сложнее, даже учитывая простую форму. Производство шариков начинается с прутка стали, который автоматически нарезается на мелкие кусочки, а затем с обоих концов сжимают. Этот процесс называется холодной высадкой. Теперь шарики выглядят, как планета Сатурн, с кольцом вокруг, которое называют орбитой. На следующем этапе шарики подаются в пазы между двумя дисками, один из которых вращается, а другой неподвижен, в результате этого удаляется орбита, оставляя припуск около 0.02 мм на дальнейшую обработку.
Процесс термообработки для шариков аналогичен процессу при изготовлении колец. После термообработки шарики помещают в машину, которая работает аналогично той, что удаляет орбиты, только вместо стальных дисков абразивные. Эти круги шлифуют шары так, что они в допуске на 0,0001 мм от их необходимого размера. Затем шарики полируются от 8 до 10 часов, в зависимости от того насколько точные подшипники производят.
СепараторЕще один необходимый элемент — сепаратор. Стальной сепаратор состоит из двух одинаковых частей, которые стыкуются между собой. Стальные сепараторы изготавливают из довольно тонкого листового материала, режутся, а затем изгибаются, принимая окончательную форму.
Сепаратор делают так: Полимерные сепараторы изготавливаются методом литья под давлением. Также производят армированные тканью сепараторы из текстолита, но только для подшипников высоко точности. Полимерные сепараторы отличаются оптимальным сочетанием прочности и упругости. Высокое качество поверхностей сепаратора и скольжения полимерного материала по смазанным стальным поверхностям, находящихся в контакте с телами качения, способствует низкому трению, благодаря этому тепловыделение и износ подшипника минимальны. Латунные массивные сепараторы изготавливают путем механической обработки. Далее происходит соединение колец и шариков. Скорость подачи и количество контролируется агрегатом для сборки. Чтобы шарики оставались в желобах, в деталь вставляется сепаратор. Сначала деталь движется к станку, устанавливающему половину сепаратора. В нем есть отверстия для заклепок. Во втором станке производится установка второй половины сепаратора, имеющей заклепки. На станке подшипник вращается, при этом происходит проверка детали. Если повороты элементов происходят беспрепятственно, заклепки сепаратора смыкаются. После окончательной сборки подшипник промывают в специальном растворе и направляют в прибор для измерения шума и вибрации для проверки качества. Если необходимо, подшипник смазывают смазкой для уменьшения изнашиваемости. Процесс происходит с задействованием автоматического распрыскивателя масла. Вязкая жидкость поступает в желоба подшипника, после чего внешняя сторона закрывается резиновой заглушкой. Далее запчасти конвейером направляются на автоматические весы. Прибор автоматически отбраковывает детали, вес которых не соответствует норме.
Сборка и контроль качестваТеперь, когда этапы пройдены, подшипник готов к сборке. Внутреннее и наружное кольцо размещают соответственно, требуемое количество шариков размещается на дорожках качения, и равномерно распределяются по подшипнику. В этот момент устанавливается сепаратор, чтобы держать шары отдельно друг от друга на одинаковом расстоянии. Пластиковые сепараторы, как правило, просто защелкиваются. Теперь, когда подшипник собран, он покрывается антикоррозийным составом и упаковывается для транспортировки.
Первые испытания проводят на образцах стали поступающей на завод, чтобы убедиться, что данный материал имеет право в будущем стать подшипником. При выборе поставщика необходимо удостовериться, что у завода-изготовителя сырья имеется отдел контроля качества. В обязанности производителя входит проверка товара. Контролеры должны проверить, что в 10% отгружаемой партии длина и кривизна прутков равны; макроструктура, излом, прокаливаемость и прочие параметры сырья в норме. Тесты на прочность и твердость также проводят на всех этапах термической и механической обработок. Чтобы убедиться в том, что размеры и формы являются правильными, проводятся инспекции в течение всего производственного цикла. Поверхности шаров и дорожек качения должны быть абсолютно гладкими и иметь зеркальный блеск. |
