Znaczenie zróżnicowanych materiałów w kontekście wykorzystania łożysk

Łożyska, będące kluczowymi składnikami różnorodnych urządzeń i maszyn – od prostych narzędzi przemysłowych po zaawansowane systemy mechaniczne – pełnią zasadniczą rolę w redukcji tarcia i efektywnym rozprowadzaniu obciążeń. Z tego względu, użycie materiałów o najwyższej jakości i niezawodności jest niezbędne dla procesu produkcyjnego łożysk.

W produkcji łożysk różnych typów stosuje się szeroką gamę materiałów, które poddaje się specjalistycznym obróbkom celem osiągnięcia idealnych właściwości. Te zaawansowane procesy są kluczowe dla zwiększenia trwałości i wydajności łożysk.

Obróbka skrawaniem stali

Rodzaj Stali	Proces Obróbki	Opis Procesu	Narzędzia	Parametry Skrawania	Chłodzenie
Stal chromowa	Toczenie	Obracanie materiału na tokarce, z usuwaniem materiału przez narzędzia skrawające.	Narzędzia z węglików spiekanych/ceramiką.	Niskie prędkości skrawania, ograniczone posuwy, płytkie głębokości skrawania.	Zalecane, dla zmniejszenia temperatury skrawania.
Stal chromowa	Frezowanie	Stal chromowa nieruchomo, frez wykonuje ruch obrotowy i translacyjny, usuwając materiał.	Frezy z węglików spiekanych/ceramiką.	Umiarkowane do niskie prędkości i posuwy.	Zalecane, dla zarządzania temperaturą procesu.
Stal nierdzewna	Toczenie	Stal nierdzewna obraca się na tokarce, z usuwaniem materiału przez narzędzia skrawające.	Narzędzia z węglików spiekanych/cermetów.	Niższa prędkość skrawania, mniejszy posuw, mniejsza głębokość skrawania.	Kluczowe, dla zmniejszenia generowania ciepła.
Stal nierdzewna	Frezowanie	Stal nierdzewna nieruchomo, frez wykonuje ruch obrotowy i translacyjny, usuwając materiał.	Frezy z węglików spiekanych z powłokami.	Dostosowanie prędkości i posuwów do twardości stali nierdzewnej.	Niezbędne, dla zmniejszenia ryzyka przegrzewania.
Stal stopowa	Toczenie	Obrabiany materiał (stal stopowa) mocowany i obracany na tokarce, z narzędziem skrawającym poruszającym się wzdłuż osi.	Narzędzia z węglików spiekanych/szybkotnące.	Dobrać prędkość obrotową, posuw i głębokość skrawania, aby zminimalizować zużycie narzędzia.	Stosowanie chłodziw zalecane, dla obniżenia temperatury skrawania.
Stal stopowa	Frezowanie	Stal stopowa nieruchomo, frez wykonuje ruch obrotowy i translacyjny.	Frezy z węglików spiekanych/powlekanych.	Dostosowanie prędkości skrawania, posuwu i głębokości skrawania do twardości stali stopowej.	Powszechne, dla zapobiegania przegrzewaniu i zużyciu narzędzi.

Stal chromowana (SAE 52100) w produkcji łożysk

Stal chromowana, znana również jako SAE 52100, jest kluczowym surowcem wykorzystywanym do tworzenia wysokiej precyzji łożysk kulkowych, tocznych i stożkowych. Jest ona preferowana głównie w produkcji istotnych elementów łożysk, takich jak pierścienie wewnętrzne i zewnętrzne, kulki i rolki. Zawierająca głównie węgiel, ta stal ma dodatek około 1,5% chromu.

Odpowiednio kontrolowane metody obróbki i obróbka cieplna nadają stali chromowanej wyjątkową wytrzymałość oraz odporność na pękanie. Dzięki tym procesom uzyskuje się twardość powierzchni na poziomie 60-64 w skali Rockwella (twardość C), co znacząco zwiększa odporność łożysk na zmęczenie stykowe toczenia.

Charakteryzująca się wybitną twardością i odpornością na zużycie, stal chromowana jest doskonałym materiałem do szerokiego zakresu zastosowań łożyskowych. Jednakże, jej stosunkowo niska zawartość chromu sprawia, że jest ona mniej odporna na korozję w porównaniu do innych materiałów. Aby zabezpieczyć łożyska ze stali chromowanej przed korozją, zalecane jest stosowanie ochronnych powłok olejowych lub inhibitorów rdzy.

Stal stopowa w procesie produkcji łożysk

Stal stopowa znajduje szerokie zastosowanie w produkcji łożysk oraz ich komponentów, szczególnie w wersjach „półprecyzyjnych” lub „klasie handlowej”.

Do tworzenia klatek łożyskowych, osłon metalowych oraz podkładek metalowych często wybierana jest stal niskowęglowa. Mimo iż te elementy są mniej odporne na korozję w porównaniu do innych materiałów używanych w łożyskach, istnieją skuteczne metody ich ochrony. Jedną z nich jest zastosowanie warstwy ochronnej oleju lub smaru, które zapobiegają korozji. Ponadto, stosowanie powłok ochronnych może efektywnie hamować proces utleniania tych części łożysk.

Stal nierdzewna w wykorzystaniu do produkcji łożysk

Stal nierdzewna jest kolejnym wyborem producentów łożysk, cenionym przede wszystkim za znacznie lepszą odporność na korozję w porównaniu do stali chromowanej. Ta właściwość wynika z wyższej zawartości chromu i węgla w składzie stali.

Zawierająca minimum 18% chromu i pewną ilość niklu, stal nierdzewna tworzy na powierzchni elementów łożysk warstwę tlenku chromu poprzez reakcję chemiczną z tlenem. Ta pasywna powłoka stanowi dodatkową ochronę przed korozją. Należy jednak podkreślić, że ze względu na wyższą zawartość węgla, łożyska wykonane ze stali nierdzewnej mają niższą twardość w porównaniu do tych ze stali chromowej, co może obniżać ich nośność o około 20%.

Istnieją dwa główne typy łożysk ze stali nierdzewnej: martensytyczne i austenityczne. Łożyska martensytyczne (np. SV30) są modyfikowane w procesie produkcyjnym, przez zmniejszenie zawartości węgla i zwiększenie zawartości azotu, co poprawia ich wytrzymałość, twardość oraz odporność na korozję. Z kolei łożyska austenityczne (np. AISI316) charakteryzują się brakiem magnetyczności i wyjątkową odpornością na korozję, dzięki niskiej zawartości węgla, jednak są zalecane głównie do zastosowań o niskim obciążeniu.

Wykorzystanie materiałów ceramicznych w procesie produkcji łożysk

Materiały ceramiczne są coraz częściej wykorzystywane w produkcji łożysk i ich elementów, aczkolwiek zazwyczaj uznawane są za specjalistyczne rozwiązania w branży łożyskowej. Typowym przykładem zastosowania ceramiki są łożyska hybrydowe, w których połączenie stali nierdzewnej (użytej do wykonania pierścieni) z kulkami ceramicznymi skutkuje wyższą wydajnością.

Azotek krzemu jest jednym z najczęściej stosowanych materiałów ceramicznych w tej dziedzinie. Kulki łożyskowe wykonane z tego materiału charakteryzują się wyjątkową twardością powierzchniową – osiągającą poziom nawet 78 w skali Rockwella (twardość C) – oraz niezwykle gładką powierzchnią. Warto jednak mieć na uwadze pewne wyzwania związane z użyciem ceramiki w konstrukcji łożysk. Ogólnie rzecz biorąc, łożyska ceramiczne są znacznie droższe niż te wykonane wyłącznie ze stali nierdzewnej.

Wykorzystanie materiałów niemetalowych w produkcji łożysk

Choć istnieje powszechne przekonanie, że łożyska stosowane w maszynach transportujących czy przenoszących ładunki muszą być metalowe, materiały niemetaliczne również odgrywają ważną rolę w ich produkcji. Oto przykłady niemetalicznych materiałów używanych w budowie łożysk:

Plastik
Plastik, a w szczególności nylon, jest popularnym wyborem do wytwarzania klatek łożyskowych. Alternatywą jest także acetal, znany jako POM. Inne rodzaje polimerów są stosowane w specjalnych typach łożysk, gdzie wymagane są takie właściwości jak wysoka prędkość, niski moment obrotowy lub zminimalizowany poziom hałasu. Na przykład, w łożyskach kulkowych o dużej prędkości wykorzystywanych w wrzecionach obrabiarek często stosuje się klatki wykonane z materiałów fenolowych (fenol-formaldehyd), które są lekkie, a jednocześnie wytrzymałe i trwałe.

Guma
Guma, wykorzystywana głównie w uszczelniaczach łożysk, jest kolejnym ważnym materiałem niemetalicznym. Często stosowany jest kauczuk nitrylowy lub guma Buna ze względu na ich dobre właściwości mechaniczne. Guma, będąc materiałem względnie niedrogim, jest odporna na różne zakresy temperatur i wiele chemikaliów. Elastomery, takie jak Viton i silikon, są często wybierane w zastosowaniach, które wymagają ich unikalnych właściwości.

Podsumowanie

Różnorodność dostępnych materiałów do produkcji łożysk uwydatnia, jak kluczowy jest wybór odpowiedniego surowca, dostosowanego do specyficznych wymagań i przeznaczenia. Każdy materiał, niezależnie czy jest to metal, czy materiał niemetaliczny, charakteryzuje się unikatowymi właściwościami, które mają bezpośredni wpływ na wydajność i trwałość łożyska. Dlatego też, decyzja o wyborze materiału na łożysko jest fundamentalna i nie powinna być podejmowana lekkomyślnie. Jest to element decydujący o funkcjonalności, wytrzymałości oraz ogólnej efektywności łożyska w konkretnym zastosowaniu.

Zamów usługę obróbki skrawaniem stali

Autor: Małgorzata Paprocka