Bilyalı Rulmanlar Nasıl Yapılır? Derin Oluk Kılavuzu

Bilyalı rulmanlar, yüksek kaliteli çelik çubuk veya boru stoğuyla başlayan ve bileşenlerin mümkün olduğu kadar sıkı toleranslarla taşlanmasıyla biten hassas, çok aşamalı bir üretim süreciyle yapılır. ±0,001 mm . Süreç, şekillendirme, ısıl işlem, taşlama, son işlem, montaj ve incelemeyi içerir; her aşama, rulmanın sağlaması gereken yük kapasitesi, dönme doğruluğu ve hizmet ömrüne ulaşmak için kritik öneme sahiptir.

Sabit bilyalı rulmanlar - dünyada en yaygın olarak üretilen rulman tipi - aynı süreci takip ederek, onlara hem radyal hem de eksenel yükleri aynı anda kaldırabilme yeteneği veren derin yuvarlanma yolu oluklarına yönelik ek hassasiyet gerekliliklerini yerine getirir. Paslanmaz çelik sabit bilyalı rulmanlar aynı sırayı takip edin ancak değiştirilmiş ısıl işlem parametreleri gerektiren korozyona dayanıklı çelik kaliteleri kullanın. Bu makale her aşamayı ayrıntılı olarak ele almaktadır.

Hammaddeler: Bilyalı Rulmanlara Hangi Çelik Girer?

Bilyalı rulman için malzeme seçimi, sertlik ve yorulma ömründen korozyon direncine ve maksimum çalışma sıcaklığına kadar her şeyi belirler. Standart sabit bilyalı rulmanların çoğu, AISI 52100 krom çeliği (Avrupa standartlarında 100Cr6'ya eşdeğer), yüzey sertliğine ulaşan yüksek karbonlu, krom alaşımlı rulman çeliği 58–65 HRC Isıl işlemden sonra yüz milyonlarca stres döngüsü boyunca temas yorgunluğuna direnecek kadar sert.

Standart Krom Çelik (AISI 52100 / 100Cr6)

Bu çelik yaklaşık olarak şunları içerir: %1,0 karbon ve %1,5 krom olağanüstü sertleşebilirlik ve yorulma direnci sağlar. Tamamen sertleştirilmiştir; bu, yalnızca yüzeyin değil tüm kesitin aynı sertliğe ulaştığı anlamına gelir. AISI 52100, standart sabit bilyalı rulmanlardaki iç bilezik, dış bilezik ve bilyalar için global olarak varsayılan malzemedir.

Korozyona Dirençli Rulmanlar için Paslanmaz Çelik

Paslanmaz çelik sabit bilyalı rulmanlar, en yaygın olarak martensitik paslanmaz çelik kalitelerini kullanır. AISI440C (yüksek karbonlu varyant) veya AISI 440B. AISI 440C yaklaşık olarak şunları içerir: %1,0 karbon ve %17 krom Neme, hafif asitlere ve tuz spreyine karşı mükemmel direnç sağlayan pasif bir krom oksit yüzey tabakası oluşturan. Isıl işlem sonrası AISI 440C'ye ulaşır. 58–62 HRC — 52100'den biraz daha yumuşaktır, bu da yaklaşık olarak sonuçlanır %20–30 daha düşük yük değerleri eşdeğer krom çelik rulmanlarla karşılaştırıldığında.

Kirlenme riskinin bu tercihi değerli kıldığı gıda işleme, denizcilik, ilaç ve kimya uygulamaları için paslanmaz çelik sabit bilyalı rulmanlar standart özelliktir. Bazı üreticiler de sunuyor AISI 316 paslanmaz aşırı korozyon ortamları için, ancak bu östenitik kalite sertleştirilemez ve bunu telafi etmek için seramik bilyeler gerektirir.

Kafes ve Conta Malzemeleri

• Kafesler: Yüksek sıcaklık uygulamaları için damgalanmış düşük karbonlu çelik (en yaygın), preslenmiş pirinç, işlenmiş poliamid (PA66) veya PEEK
• Kalkanlar (ZZ son eki): Çelik sac — iç bileziğe temas etmeden yağlayıcıyı içeride ve kaba kirliliği dışarıda tutar
• Mühürler (2RS son eki): Standart uygulamalar için nitril kauçuk (NBR); kimyasal veya yüksek sıcaklıkta hizmet için florokarbon (FKM/Viton); Temassız düşük sürtünmeli modeller için PTFE

Adım 1 — İç ve Dış Halkaların Oluşturulması

Halka üretimi, kimyasal bileşim ve iç temizlik açısından doğrulanmış çelik çubuk stoğu veya dikişsiz boru ile başlar. Çelikteki kalıntılar ve mikro boşluklar erken rulman yorulmasının başlıca nedenidir, bu nedenle malzeme kalifikasyonu isteğe bağlı değildir.

Soğuk veya Sıcak Dövme

Daha büyük rulmanlar için (delik çapı yaklaşık 30 mm'nin üzerinde), çelik kütükler sıcak dövme 900–1.100°C sıcaklıklarda kaba halka boşluklarına. Dövme, çeliğin tane yapısını halkanın çevresi boyunca hizalar; bu kritik bir avantajdır çünkü kasnağın hizmet sırasındaki deneyimlerine direnmek için en güçlü tanecik yönünü yönlendirir. Daha küçük sabit bilyalı rulmanlar için, soğuk şekillendirme Boru stoğunun artması yaygındır, daha az malzeme israfı üretir ve daha az müteakip işleme gerektirir.

Tornalama (Talaşlı İmalat)

Dövme işleminden sonra, ham halkalar CNC torna tezgahlarında döndürülerek temel boyutları (dış çap, iç delik, genişlik ve yuvarlanma yolu oluğunun başlangıç şekli) üretilir. Bu aşamada ölçüler kesilir. 0,1–0,5 mm büyük boy sonraki öğütme için stok bırakmak. Bilyalarla temas eden yarım daire biçimli kanal olan derin oluk profili, burada birden fazla taşlama işlemiyle iyileştirilecek bir ön geometriye dönüştürülüyor.

Dönen halkalar daha sonra yıkanır, boyutsal olarak kontrol edilir ve ısıl işleme hazırlanır. Bu aşamada tespit edilen herhangi bir yüzey kusuru (çatlaklar, katlamalar veya dikişler) reddedilme nedenidir çünkü ısıl işlem mevcut kusurları giderir.

Adım 2 – Isıl İşlem: Rulman Sertliğine Ulaşmak

Isıl işlem, bilyalı rulman imalatında metalurjik açıdan en kritik adımdır. Yumuşak, işlenebilir çelik halkaları sert, yorulmaya dayanıklı rulman bileşenlerine dönüştürür. Yanlış ısıl işlem (yanlış sıcaklık, yanlış söndürme oranı veya yetersiz temperleme) rulmanların yıllar yerine birkaç saat içinde hizmet dışı kalmasına neden olur.

AISI 52100 için Tamamen Sertleştirme Prosesi

1. Östenitleme: Halkalar ısıtılır 820–860°C kontrollü atmosferli bir fırında (yüzeyin dekarbürizasyonunu önlemek için) ve tamamen östenitlenene kadar sıcaklıkta tutulur - kesit kalınlığına bağlı olarak tipik olarak 20-60 dakika.
2. Söndürme: Halkalar, yağa batırılarak (en yaygın olanı) veya zorla gazla söndürülerek hızla soğutulur. Hızlı soğutma, östeniti martenzite dönüştürür; bu, rulman çeliğine sertliğini veren sert, gövde merkezli dörtgen kristal yapıdır. Söndürme hızı, daha yumuşak perlit veya beynit fazlarının oluşumunu önleyecek kadar hızlı olmalıdır.
3. Kriyojenik tedavi (isteğe bağlı ancak giderek yaygınlaşıyor): Sıvı nitrojene daldırma -196°C 4-24 saat boyunca tutulan östeniti (daha yumuşak, yarı kararlı bir faz) martensite dönüştürür, boyutsal kararlılığı ve yorulma ömrünü %20'ye kadar artırır.
4. Temperleme: Halkalar yeniden ısıtılır 150–180°C ve sertliği korurken gerilimleri gidermek için 1-4 saat bekletilir. Temperleme sonrası son sertlik: 60–64 HRC . Daha yüksek tavlama sıcaklıkları kırılganlığı daha da azaltır ancak sertlikten bir miktar ödün verir.

Paslanmaz Çelik Sabit Bilyalı Rulmanlar için Isıl İşlem (AISI 440C)

AISI 440C daha yüksek bir sıcaklıkta östenitleme gerektirir 1.010–1.065°C ardından yağ veya havayla söndürme ve ardından temperleme 150–175°C . Bu kalitede bulunan krom karbürleri çözmek için daha yüksek östenitleme sıcaklığı gereklidir. Nihai sertlik ulaşır 58–62 HRC . Kritik olarak, 400°C'nin üzerindeki temperlemeden kaçınılmalıdır; bu, tanecik sınırlarında krom karbürleri çökeltir ve hassaslaştırma adı verilen bir süreçte korozyon direncini önemli ölçüde azaltır.

Adım 3 — Halkaların Son Boyutlara Taşlanması

Isıl işlemden sonra halkaların geleneksel aletlerle kesilmesi çok zordur; yalnızca aşındırıcı disklerle taşlama, gerekli boyutsal doğruluğu ve yüzey kalitesini sağlayabilir. Taşlama, her işlemin belirli bir yüzeyi hedeflediği ve toleransların giderek sıkılaştığı çok geçişli bir işlemdir.

Sabit Bilyalı Rulman Halkası için Taşlama Sırası

1. Yüz taşlama: Her iki yan yüz de düz ve ±0,005 mm veya daha iyi bir toleransla paralel olarak taşlanmıştır; bu, sonraki tüm işlemler için referans verileri oluşturur.
2. Dış çap (OD) taşlama: Dış bileziğin dış çapı ve iç bileziğin deliği belirtilen çaplara göre taşlanır. Standart bir P0 (Normal) tolerans sınıfı rulman için delik toleransı tipik olarak 0 / -0,012 mm 20 mm'lik bir delik için.
3. Yuvarlanma yolu oluk taşlama: En kritik operasyon. Şekillendirilmiş taşlama taşları, derin yarım daire biçimli oluk profilini belirtilen yarıçapa kadar keser - tipik olarak Bilya çapının %51,5–53'ü sabit bilyalı rulmanlar için. Yiv yarıçapı sıkı bir şekilde kontrol edilir çünkü bilya temas açısını, yük dağılımını ve çalışma gürültüsünü doğrudan belirler.
4. Yuvarlanma yollarının süper bitirmesi (honlanması): Salınımlı aşındırıcı taşlar, çarkın bıraktığı yönlü taşlama izlerini ortadan kaldırarak Ra değerlerine sahip düz bir yüzey kalitesi üretir. 0,02–0,1 mikron . Bu aynaya yakın kaplama, temas gerilimini en aza indirmek, sürtünmeyi azaltmak ve yağlayıcı filmi koruyan Brinell desenine ulaşmak için gereklidir.

Hassas sınıftaki rulmanlar (ISO 492'ye göre P6, P5, P4), her taşlama aşamasında giderek daha sıkı toleranslar gerektirir. P4 sınıfı bir rulmanın boyutsal toleransları yaklaşık olarak 4 kat daha sıkı standart bir P0 rulmanından daha iyidir ve takım tezgahı millerinde, tıbbi görüntüleme ekipmanlarında ve hassas cihazlarda kullanılır.

Adım 4 – Topların İmalatı

Yuvarlanma elemanları (bilyaların kendisi), tüm rulman tedarik zincirinde tartışmasız en zorlu süreç olan, tamamen ayrı bir süreçle üretilir. Bilyanın yuvarlaklığı, yüzey kalitesi ve çap tutarlılığı, rulman gürültüsünü, titreşimi ve yorulma ömrünü doğrudan belirler.

1. Soğuk başlık: Çelik tel, küçük bir parçayı kesen ve onu iki kalıp arasında karakteristik bir ekvator "flaş" halkasına sahip kaba bir küre halinde soğuk şekillendiren bir soğuk şişirme makinesine beslenir. Flaş halkası, kalıplar arasında sıkışan fazla malzemedir; bir sonraki aşamada çıkarılması gerekir.
2. Flaş kaldırma (flaş giderme): Pürüzlü toplar iki dökme demir plaka arasındaki bir oyuğa yuvarlanarak flaş halkası kırılır ve daha küresel bir şekil elde edilir. Bu aşamada toplar hâlâ yaklaşık olarak 0,1–0,3 mm büyük boy Ra 0,8–1,6 µm yüzey pürüzlülüğü ile.
3. Isıl işlem: Bilyalar, halkalarla aynı sertleştirme işleminden geçer; ostenitleme, su verme ve temperleme 62–66 HRC . Bilyalar genellikle halkalardan biraz daha yüksek bir değere kadar sertleştirilir çünkü rulmanda en yüksek Hertzian temas gerilimine maruz kalırlar.
4. Sert taşlama: Sertleştirilmiş toplar, aşındırıcı bileşik kullanılarak dönen dökme demir plakalar arasında taşlanır, bu da onları neredeyse nihai boyuta indirir ve küreselliği artırır. Aşamalı olarak daha ince aşındırıcılarla çoklu geçişler stok fazlasını yaklaşık olarak azaltır 5–25 mikron .
5. Alıştırma ve süper bitirme: Hassas plakalar arasındaki son alıştırma, küresellik hatalarına (mükemmel bir küreden sapma) sahip toplar üretir. 0,1–0,25 µm Standart sabit bilyalı rulmanlarda kullanılan Sınıf 10-25 bilyalar için. Hassasiyet 3. Sınıf bilyalar — yüksek hassasiyetli rulmanlarda kullanılır — küresellik sağlar 0,08 mikron ve yüzey pürüzlülüğü Ra 0,012 µm'nin altındadır.
6. Çap sıralaması: Biten toplar toleranslarla çap gruplarına ayrılır. ±0,25 mikron grup başına. Tek bir rulmanda kullanılan tüm bilyalar, tamamlayıcıdaki tüm bilyalar arasında eşit yük paylaşımının sağlanması için aynı çap grubundan gelmelidir.

Adım 5 – Kafes İmalatı

Kafes (tutucu), bilyalar arasında eşit çevresel mesafeyi korur, bilyalar arası teması önler ve yağlayıcıyı temas bölgelerine yönlendirir. Mekanik açıdan halkalardan veya bilyelerden daha az zorlu olmasına rağmen, başlı başına hassas bir bileşendir.

• Damgalı çelik kafesler: Bilya tamamlayıcısı çevresinde birbirine perçinlenen iki yarım kafes oluşturmak için çelik sac kesilir, şekillendirilir ve delinir. Bu, düşük maliyeti ve orta hızlara kadar yeterli performansı nedeniyle standart sabit bilyalı rulmanlarda en yaygın kafes tipidir.
• İşlenmiş pirinç kafesler: Pirinç borudan CNC tornalanmış, cepleri frezelenmiş veya broşlanmış. Çelik kafeslerin yorulacağı yüksek hızlı, yüksek sıcaklıklı veya yüksek titreşimli uygulamalarda kullanılır. Pirinç, petrol yağlayıcılarıyla mükemmel uyumluluğa sahiptir ve aşınma riski düşüktür.
• Enjeksiyonla kalıplanmış poliamid kafesler: Cam elyaf takviyeli PA66 kafesleri tek parça halinde enjeksiyonla kalıplanmıştır. Metal kafeslerden daha hafiftirler, bir dereceye kadar kendi kendine yağlanırlar ve birçok tasarımda çelik kafeslerden daha yüksek izin verilen hızlara izin verirler. Yaklaşık olarak çalışma sıcaklıklarına uygundur 120°C sürekli.

Adım 6 — Sabit Bilyalı Rulmanın Montajı

Sabit bilyalı rulman düzeneği, rulmanın geometrisinden yararlanan özel bir teknik kullanır: iç bileziği dış bilezik içinde kaydırarak, bir tarafta tam bilya tamamlayıcısını yerleştirmeye yetecek büyüklükte hilal şeklinde bir boşluk açılır. Bu eksantrik yer değiştirme yöntemi - geleneksel olarak tutulan bir düzeneğin açık tarafından sokulduğunda sığabilecek miktardan daha fazla topun yüklenmesine olanak tanır.

1. Halka temizliği: Montajdan önce tüm taşlama artıklarını, metalik parçacıkları ve kirletici maddeleri çıkarmak için iç ve dış halkalar ultrasonik olarak temizlenir. Montaj sırasında rulmanda sıkışan tek bir metalik parçacık, yuvarlanma yolunda erken çukurlaşmaya neden olur.
2. Top yükleme: İç halka, dış halkanın bir tarafına kaydırılır ve mümkün olan maksimum sayıda top, hilal şeklindeki boşluğa yüklenir. Daha sonra iç halka ortalanır ve toplar çevreye eşit şekilde dağıtılır.
3. Kafes kurulumu: Bilyaları eşit aralıklarla tutmak için kafes, bilya tamamlayıcısının etrafına takılır veya perçinlenir. Damgalı çelik kafesler için, iki yarım kafes birbirine bastırılır ve önceden oluşturulmuş başlıklar aracılığıyla perçinlenir.
4. İç boşluk ölçümü: Monte edilmiş rulman, radyal iç boşluk (RIC) - iç ve dış bilezikler arasındaki toplam radyal boşluk - açısından ölçülür. Standart C3 açıklığının (müdahaleye uygun uygulamalar için normalden daha büyük) bu sınırlara uyduğu doğrulandı ISO 5753'e göre belirtilen sınırlar .
5. Yağlama: Yatak boşluğuna doğru miktarda ve kalitede gres enjekte edilir - genellikle dolum yapar Serbest hacmin %25-35'i mühürlü rulmanlar için. Aşırı doldurma, çalışma sıcaklığını ve çalkalama kayıplarını artırır; Yetersiz doldurma gres ömrünü kısaltır.
6. Kalkan veya conta kurulumu: Metal korumalar (ZZ), iç halkaya temas etmeden dış halkadaki oluklara bastırılır. Lastik contalar (2RS) benzer şekilde iç halka yüzeyindeki conta oluğuna kontrollü sıkı geçme ile oturtulur.

Adım 7 — Kalite Denetimi ve Testi

Bitmiş her sabit bilyalı rulman, ambalajlamadan önce bir dizi otomatik denetime tabi tutulur. Denetimin titizliği hassasiyet sınıfına göre değişir, ancak standart P0 rulmanlar bile aşağıdaki kritik parametreler açısından %100 denetlenir (örneklenmez).

Yüksek hassasiyetli rulmanlar (P5 ve P4 sınıfı) ayrıca eksenel salgı testine, hassas yuvarlaklık test cihazları kullanılarak halkaların ve bilyaların yuvarlaklık ölçümüne tabi tutulur. 0,01 mikron ve bazı durumlarda gürültü derecesine (V1, V2, V3) göre otomatik sıralamayla %100 titreşim testi.

Krom Çelik ve Paslanmaz Çelik Sabit Bilyalı Rulmanlar: Üretim Farklılıkları

Üretim sırası aynı olsa da, paslanmaz çelik sabit bilyalı rulmanlar, standart krom çelik ünitelere kıyasla birçok önemli proses değişikliği gerektirir.

Hoşgörü Sınıfları ve Uygulamada Ne İfade Ettikleri

Sabit bilyalı rulmanlar, ISO 492 ve ABMA standartları tarafından tanımlanan uluslararası standartlaştırılmış tolerans sınıflarına göre üretilmektedir. Sınıf, bitmiş rulmanın boyut doğruluğunu ve çalışma doğruluğunu belirler ve maliyeti ve üretim karmaşıklığını doğrudan etkiler.

• P0 (Normal / ABMA ABEC-1): Standart ticari sınıf. Pompalar, motorlar, konveyörler, dişli kutuları ve ev aletleri dahil olmak üzere uygulamaların büyük çoğunluğunu kapsar. Rulman parça numaralarında özel bir tanımlamaya gerek yoktur.
• P6 (ABEC-3): Daha sıkı delik, dış çap ve salgı toleransları. Takım tezgahlarında, hassas pompalarda ve orta hızlı elektrik motorlarında kullanılır. Yaklaşık 2 kat daha sıkı P0'dan daha.
• P5 (ABEC-5): Yüksek hassasiyet. Takım tezgahı iş milleri, hassas ölçüm aletleri ve 15.000 RPM'nin üzerindeki yüksek hızlı uygulamalar için gereklidir. Yaklaşık 4 kat daha sıkı P0'dan daha.
• P4 (ABEC-7): Ultra hassas. CNC taşlama millerinde, jiroskoplarda ve havacılık uygulamalarında kullanılır. 20 mm'lik bir rulman için delik salgı toleransı: sadece 2,5 µm - kabaca insan saçının 1/40'ı kadar genişlikte.
• P2 (ABEC-9): En yüksek ticari hassasiyet sınıfı. Öncelikle hassas tıbbi görüntüleme ekipmanlarında, yarı iletken üretiminde ve bilimsel cihazlarda kullanılır.

Paslanmaz çelik sabit bilyalı rulmanlar en yaygın olarak P0 ve P6 tolerans sınıflarına göre üretilir. Daha yüksek hassasiyet sınıfları mevcuttur ancak AISI 440C'nin ek taşlama zorluğu nedeniyle önemli ölçüde daha pahalıdırlar ve genellikle hem korozyon direncinin hem de hassasiyetin aynı anda gerekli olduğu özel temiz oda veya tıbbi uygulamalar için ayrılmıştır.