Технология точности: путь шарика для подшипника от заготовки до готового изделия

Изготовление шариков для подшипников – верх инженерный мысли и мастерства. Полный производственный цикл занимает от пары недель до месяца. Стальной шарик должен получиться идеально круглым, чтобы не возникало биений. Размеры всех элементов в шариковом подшипнике должны совпадать с очень высокой степенью точности, иначе возникнут перекосы, нагрузка при работе станет распределяться неравномерно. Поверхность стали должна быть твердой настолько, чтобы при максимальной нагрузке форма тел качения не искажалась, не возникало трещин или сплющивания.

Разбитый или вылетевший из подшипника элемент может стать причиной выхода из строя не только подшипникового узла, но и всего оборудования. Чем больше нагрузка, сложнее оборудование, тем большая ответственность ложится на маленький стальной шарик и его производителя.

Этапы производства

Производят шарики для подшипников по ГОСТ 3722-2014, который регламентирует размеры, точность обработки, технические требования к готовому изделию, сортировку, упаковку, правила приемки и методы контроля. Как изготавливают шарики для подшипников – технологию и особенности производства, регламентируют предприятия-производители внутренней документацией.

1. Исходный материал: сталь – основа надежности
Чтобы шарик получился в достаточной степени твердым, износостойким и прочным, особое внимание уделяют сырью. Это может быть не только сталь, но и стекло или керамика, которые особенно часто используют в медицинской и химической промышленности, а также там, где важна электрическая непроводимость элементов оборудования, отсутствие температурных расширений.
Сталь для шариков подшипников должна соответствовать ГОСТ 801-78 «Сталь подшипниковая». Для нее введены специальные марки: ШХ15, ШХ4, ШХ15СГ и ШХ20С. Буква Ш в марке указывает на назначение – шариковая, а остальные буквы и цифры – содержание легирующих элементов, то есть полезных добавок.
В зависимости от назначения, для получения требуемых характеристик сталь легируют хромом в разных массовых долях, кремнием и марганцем. Регламентировано содержание серы, фосфора, никеля и меди. Также в обозначении стали «шифруются» особенности производства и дальнейшей обработки. Важно, чтобы сталь легко и равномерно закаливалась, на что также влияет содержание хрома.

2. Холодная объемная штамповка
Материал шариков для подшипников – проволока подшипниковая, соответствующая ГОСТ 4727-83. Для получения заготовки берут проволоку несколько большего диаметра, чем планируемый шарик, и рубят ее на холодно-выставочном автомате или стане поперечно-винтового проката. Получают кусочки длины, также немного превышающей конечный размер изделия. Края кусочков при этом сжимаются, предавая заготовке округлую форму и образуя подобие ободка.
Далее на станке для обработки шариков заготовку зажимают между двумя дисковыми матрицами и обкатывают, добиваясь получения правильной круглой формы. Заготовка при этом остается все еще больше требуемого конечного размера на 0,02 мм.

3. Обдирка (грубая шлифовка)
Круглые заготовки шариков для подшипников начерно обдирают абразивами в специальных барабанах. Потом снова обкатывают на станках между чугунными дисками, профиль которых соответствует конечному размеру изделия.

4. Термообработка
Чтобы придать поверхности требуемую твердость, шарики закаливают: в специальных печах нагревают до высоких температур, а потом охлаждают в ваннах. Твердость поверхности стали также регламентирована ГОСТ 801-78.
После термообработки шарики очищают, а потом они проходят прочностные испытания по ГОСТ 9013-59 или ГОСТ 22975-78. Выбор методики испытаний зависит от нагрузки, которую должен выдерживать шарик, размера. Также шарики проверяют на устойчивость к сжатию, способность сохранять первоначальную форму. Кроме того, у закаленных изделий контролируют отсутствие трещин, раковин, пятен, дефектов, указывающих на неоднородность состава.

5. Тонкая шлифовка
Шарики требуемого диаметра, прошедшие закалку и контроль, остается довести до точности ¬с допуском, не превышающим десяти микрон. Точная шлифовка во многом аналогична первоначальной на специальном станке для обработки шариков. Разница заключается в дисках с желобами, по которым раз за разом прокатывают, перемешивая, шарики. Шлифовку проводят до получения готовых изделий с требуемыми параметрами. Процесс занимает 8-10 часов.

6. Доводка (полировка)
Производство шариков для подшипников не заканчивается шлифовкой, так как они должны обладать не только высокой точностью, но и идеальной поверхностью. Для придания стали зеркального блеска и безупречной гладкости, шарики полируют. Во время полировки устраняются малейшие шероховатости, получается зеркальный блеск.

7. Мойка и сушка
Во время закалки, механической обработки образуется металлическая пыль, попадание которой в подшипники приведет к ухудшению их качества, повышению скорости износа, а также загрязнению других деталей оборудования в месте установки. Чтобы предотвратить загрязнения, готовые изделия тщательно моют специальными составами, просушивают.

Контроль качества: в поисках совершенства

Произведенные шарики подшипников отличаются точностью и значением отклонения от номинального размера. Чем меньше отклонения, тем шарик и сам подшипник сложнее и дороже изготовить.

Понятно, что для высокотехнологичного или рядового оборудования требуются комплектующие различной надежности и стоимости, поэтому принято 11 степеней точности, которые от большей к меньшей маркируют: G 3; G 5; G 10; G 16; G 20; G 24; G 28; G 40; G 60; G 100; G 200.

ГОСТ регламентирует контроль:

• отклонений от номинального значения среднего диаметра;
• шероховатости поверхности;
• разноразмерности в партии;
• сферичности без учета волнистости;
• твердости.

Каждое предприятие-изготовитель самостоятельно разрабатывает методики контроля качества, однако при этом необходимо соблюдать требования ГОСТов.

Так как в процессе изготовления диаметры шариков для подшипников получаются разными, пусть и в пределах допусков, перед упаковкой они проходят не только ОТК, но и сортировку.

Размеры шариков

Идентификацию шариков производят по значению номинальных диаметров, приведенных в соответствующей таблице ГОСТ 3722-2014.

Шарики, отсортированные по размерам с одинаковыми отклонениями, прошедшие все испытания, группируют и упаковывают в соответствии с требованиями к перевозке, после чего отправляют на производство подшипников или заказчикам. Во время перевозки и хранения продукция не должна подвергаться коррозии, другим химическим и механическим повреждениям.

Маркировка: не такие они и одинаковые

Подшипниковые шарики выпускают с довольно мелким шагом типоразмеров. В пределах каждого размера они могут быть разной степени точности, иметь разное отклонение по размеру в пределах допустимого. Кроме того, сталь для них выбирают разных марок. Чтобы готовая продукция не путалась, маркировка на упаковке также регламентирована ГОСТом.

В условное обозначение входит:

• слово «шарик»;
• номинальный диаметр в мм;
• степень точности;
• группа – значение отклонения от номинального диаметра;
• ГОСТ 3722-2014.

Например, шарик, который выпущен как отдельная деталь, диаметром 6,350 мм, степенью точности G 16, в группе +3, будет обозначен: Шарик 6,350 G 16+3 ГОСТ 3722-2014.

В каждую коробку, максимальный вес которой 50 кг, вкладывают паспорт, где указаны данные предприятия-изготовителя, условное обозначение продукции, масса и количество, дата консервации, отметка ОТК.

Таблица шариковых подшипников

Размеры шариковых подшипников, указанные в стандарте, например, ГОСТ 8338-22, не включают информацию о диаметрах шариков. Для них важнее внутренний и наружный диаметр колец, ширина изделия. Одни и те же шарики могут стать элементами подшипников разных размеров.

Более того, у разных производителей могут различаться число тел качения и их диаметр в сходных по размерам подшипниках. Эти параметры рассчитывают исходя из требований к нагрузке.

При выборе шарика для стального подшипника важно обращать внимание на стандарты оборудования, шариков и подшипников. Далеко не все изделия, выполненные по ГОСТ или DIN являются взаимозаменяемыми.

Стальной шариковый подшипник – одна из самых распространенных комплектующих оборудования. Они применимы, пожалуй, во всех отраслях, если не для оборудования, то для его производства. Подшипники позволяют вращаться колесам детского велосипеда и гоночного автомобиля, частям механизмов в самолетах, поездах, морских и космических кораблях, двигаться лентам конвейеров. От маленького стального шарика часто зависят жизни и судьбы людей, на него опирается имидж предприятий-изготовителей высокотехнологичного инновационного оборудования, он выдерживает груз ответственности за надежность и успешность производств.