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Come sono fatte le sfere dei cuscinetti a sfera?

A cuscinetto a sfera Il cuscinetto è costituito da una o più file di sfere che sono trattenute, per mezzo di una gabbia, tra un anello interno e uno esterno, noto come pista di rotolamento, oltre a una serie di altre caratteristiche, tra cui le guarnizioni per proteggere il lubrificante e le viti per mantenere il cuscinetto in posizione.In questo articolo verranno esaminati solo i componenti principali di un cuscinetto, ovvero la pista di rotolamento, le sfere e la gabbia.

La maggior parte dei cuscinetti e dei componenti dei cuscinetti sono realizzati in acciaio, il più comunemente utilizzato è l'acciaio per cuscinetti SAE 52100, un acciaio al cromo legato con 1% di carbonio e 1,5% di cromo; questo materiale è stabile a temperature superiori a 120°C. Le gabbie sono comunemente realizzate in plastica poliammidica, che è meno costosa da produrre ma non è adatta all'uso in ambienti difficili, in particolare alle applicazioni ad alta temperatura.

Le piste di rotolamento interne ed esterne sono prodotte con un processo molto simile, utilizzando macchine automatiche per tagliare il tubo d'acciaio nella forma di base della pista di rotolamento, lasciando una piccola quantità di materiale aggiuntivo per affrontare la deformazione durante il processo di riscaldamento, e l'anello esterno è stampato con il numero del cuscinetto e le informazioni del produttore.

Gli anelli vengono poi induriti in un forno per il trattamento termico e riscaldati a circa 1.550 gradi Fahrenheit (840 gradi Celsius) in un tempo variabile da 20 minuti a diverse ore, a seconda delle dimensioni del pezzo, quindi raffreddati in olio e temperati in un secondo forno a circa 300 gradi Fahrenheit (148 gradi Celsius), un processo che rende le piste dure e resistenti.

Ogni parte della pista di rotolamento deve essere rettificata per garantire che la larghezza, il raggio, la posizione di alloggiamento e la geometria del cuscinetto siano corretti; per alcuni cuscinetti (come quelli a contatto obliquo), è necessaria un'ulteriore rettifica in una fase successiva del processo per garantire la precisione dimensionale degli anelli.

Le sfere per cuscinetti sono prodotte attraverso un processo molto preciso. Una sfera perfettamente rotonda e liscia riduce al minimo l'attrito all'interno del cuscinetto, che nasce come filo o barra contenente il materiale necessario per formare la sfera finita, e viene poi sottoposto a un processo chiamato "cold heading", in cui le estremità del filo si scontrano tra loro per formare una sfera. Durante questo processo, le estremità del filo si scontrano l'una con l'altra per formare una sfera.

La sfera viene quindi inserita ripetutamente in una scanalatura tra due dischi di ghisa, uno dei quali ruota mentre l'altro rimane fermo. La scanalatura ruvida strappa in modo efficace il bordo di fretting, rendendo la sfera abbastanza rotonda ma leggermente sovradimensionata per la successiva rettifica; le sfere vengono quindi sottoposte a un processo di trattamento termico simile a una pista per migliorarne la durata prima di essere rettificate per ottenere le dimensioni e la rotondità corrette.

Infine, le sfere vengono trasferite in una smerigliatrice che le lucida utilizzando un disco di ghisa morbida, simile al processo di burattatura, con una pressione minore, e viene utilizzata una pasta lucidante per rendere la superficie completamente liscia senza la necessità di rimuovere ulteriore materiale; le sfere vengono lasciate nella smerigliatrice per 8-10 ore per produrre sfere completamente lisce.

La gabbia fa parte del cuscinetto e può essere realizzata in diversi materiali: per le gabbie in acciaio o in metallo, la gabbia viene stampata da un sottile pezzo di metallo e inserita in una struttura simile a uno stampo che la piega nella forma corretta; la gabbia viene quindi rimossa e pronta per l'assemblaggio, mentre per le gabbie in plastica si utilizza un processo chiamato "stampaggio a iniezione" in cui il metallo fuso viene pressato nella gabbia per creare una superficie liscia senza ulteriore rimozione di materiale. Per le gabbie in plastica, si utilizza un processo chiamato "stampaggio a iniezione", in cui la plastica fusa viene iniettata in uno stampo e poi indurita in forma.

Dopo un processo come quello descritto sopra, tutte le parti del cuscinetto sono complete, dopodiché i cuscinetti possono essere assemblati. In primo luogo, la pista interna viene posizionata all'interno della pista esterna, quindi le sfere vengono inserite e distanziate in modo uniforme tra le piste, infine vengono installate le gabbie per tenere le sfere in posizione; le gabbie in plastica si incastrano facilmente, mentre quelle in acciaio di solito devono essere rivettate; infine, il cuscinetto viene rivestito con un inibitore di ruggine o con un altro trattamento superficiale speciale per la particolare applicazione e imballato per la spedizione.

I cuscinetti a sfera sono poco costosi da produrre e sono stati preferiti per secoli, ma esistono costruzioni più efficienti, come i cuscinetti a levitazione magnetica che utilizzano magneti o aria compressa per evitare che due oggetti entrino completamente in contatto, che hanno un attrito nullo perché non c'è contatto diretto tra le strutture e possono quindi sopportare velocità di rotazione elevatissime, anche se è possibile una rotazione alla velocità della luce, ma sono troppo costosi da produrre e far funzionare e sono quindi largamente inutilizzati.

Le sfere hanno anche un processo di produzione molto fantascientifico, come la fabbricazione della "sfera spaziale", la sfera del cuscinetto nella produzione della navetta spaziale, l'acciaio fuso che fluttua liberamente a gravità zero, la formazione di una sfera completa e perfetta; tuttavia, questo metodo di produzione è anche più costoso dello stampaggio per rettifica.