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Comment sont fabriquées les billes des roulements à billes ?

A roulement à billes se compose d'une ou plusieurs rangées de billes qui sont maintenues, au moyen d'une cage, entre une bague intérieure et une bague extérieure appelées chemin de roulement, en plus d'un certain nombre d'autres caractéristiques, notamment des joints pour protéger le lubrifiant et des vis pour maintenir le roulement en place.Cet article ne passera en revue que les principaux composants d'un roulement, à savoir le chemin de roulement, les billes et la cage.

La plupart des roulements et de leurs composants sont en acier, le plus couramment utilisé étant l'acier à roulements SAE 52100, un acier au chrome allié à 1% de carbone et 1,5% de chrome. Ce matériau est stable à des températures supérieures à 120°C. Les cages sont généralement fabriquées en plastique polyamide, qui est moins coûteux à produire mais ne convient pas aux environnements difficiles, en particulier aux applications à haute température.

Les chemins de roulement intérieurs et extérieurs sont fabriqués selon un processus très similaire, à l'aide de machines automatisées qui découpent le tube d'acier pour lui donner la forme de base du chemin de roulement, en laissant une petite quantité de matériau supplémentaire pour compenser le gauchissement pendant le processus de chauffage, et la bague extérieure est estampillée avec le numéro du roulement et les informations du fabricant.

Les anneaux sont ensuite durcis dans un four de traitement thermique et chauffés à environ 1550 degrés Fahrenheit (840 degrés Celsius) pendant 20 minutes à plusieurs heures, selon la taille de la pièce, puis refroidis dans de l'huile et tempérés dans un second four à environ 300 degrés Fahrenheit (148 degrés Celsius), un processus qui rend les pistes de course à la fois dures et durables.

Chaque partie du chemin de roulement doit être rectifiée pour s'assurer que la largeur, le rayon, la position d'assise et la géométrie du roulement sont corrects. Pour certains roulements (tels que les roulements à contact oblique), une rectification supplémentaire est nécessaire à un stade ultérieur du processus pour s'assurer que les bagues sont dimensionnellement exactes.

Les billes de roulement sont fabriquées selon un processus très précis. Une bille parfaitement ronde et lisse minimise le frottement à l'intérieur du roulement, qui commence par un fil ou une tige contenant le matériau nécessaire pour former la bille finie, et qui est ensuite soumis à un processus appelé "frappe à froid", au cours duquel les extrémités du fil s'entrechoquent pour former une bille. Au cours de ce processus, les extrémités du fil s'entrechoquent pour former une bille.

La bille est ensuite introduite à plusieurs reprises dans une rainure située entre deux disques en fonte, dont l'un tourne tandis que l'autre reste immobile. La rainure rugueuse arrache effectivement l'arête de contact, rendant la bille relativement ronde mais légèrement surdimensionnée pour le meulage ultérieur. Les billes sont ensuite soumises à un processus de traitement thermique de type "raceway" pour améliorer la durabilité avant d'être meulées à la taille et à la rondeur adéquates.

Enfin, les boules sont placées dans un broyeur qui les polit à l'aide d'un disque en fonte douce, comme pour le culbutage, mais avec moins de pression, et une pâte à polir est utilisée pour rendre la surface complètement lisse sans qu'il soit nécessaire d'enlever d'autres matériaux, et les boules sont laissées dans le broyeur pendant 8 à 10 heures pour produire des boules complètement lisses.

La cage fait partie du roulement et peut être fabriquée à partir d'un certain nombre de matériaux différents. Pour les cages en acier ou en métal, la cage est estampée à partir d'une fine pièce de métal et placée dans une structure en forme de moule qui plie la cage dans la forme appropriée, la cage est ensuite retirée et prête pour l'assemblage, pour les cages en plastique, un processus appelé "moulage par injection" est utilisé où le métal fondu est pressé dans la cage pour créer une surface lisse sans autre retrait de matériau. Pour les cages en plastique, on utilise un procédé appelé "moulage par injection", qui consiste à injecter du plastique fondu dans un moule et à le durcir pour lui donner la forme voulue.

Après un processus tel que celui décrit ci-dessus, toutes les pièces du roulement sont complètes, après quoi les roulements peuvent être assemblés. Tout d'abord, la bague intérieure est placée dans la bague extérieure, puis les billes sont insérées et espacées régulièrement entre les billes, enfin, des cages sont installées pour maintenir les billes en place, les cages en plastique s'enclenchent facilement tandis que les cages en acier doivent généralement être rivetées, et enfin, le roulement est revêtu d'un inhibiteur de rouille ou d'un autre traitement de surface spécial pour l'application particulière et emballé pour l'expédition.

Les roulements à billes sont peu coûteux à produire et ont été privilégiés pendant des siècles, mais il existe des constructions plus efficaces de roulements à billes, telles que les roulements à lévitation magnétique qui utilisent des aimants ou de l'air comprimé pour empêcher deux objets d'entrer en contact complet, qui ont un frottement nul parce qu'il n'y a pas de contact direct entre les structures et peuvent donc supporter des vitesses de rotation ultra élevées, même si la rotation à la vitesse de la lumière est possible, mais ils sont trop coûteux à produire et à faire fonctionner, et sont donc largement inutilisés.

Les boules ont également un processus de production très précis, comme la fabrication de la "boule spatiale", une boule de roulement dans la navette spatiale, de l'acier fondu flottant librement en apesanteur, la formation d'une sphère complète et parfaite, cependant, cette méthode de fabrication est également plus coûteuse que le moulage par meulage.