Как построить лучший шпиндель станка

Oct 29, 2023

Автор: Дизайн Новости Сотрудники | 13 июля 2022 г.

Шпиндели поддерживают вращающиеся элементы в широком спектре машин. Например, в металлорежущих станках подшипники шпинделя обеспечивают стабильность системы, обеспечивая качество поверхности и точность обрабатываемых деталей. Такие подшипники должны быть очень жесткими и долговечными, чтобы выдерживать механические нагрузки, а также должны иметь низкий уровень трения и высокую термическую устойчивость для обеспечения высоких скоростей.

Мировой поставщик автомобильной и промышленной продукции Schaeffler недавно помог ведущему производителю станков удвоить срок гарантии на мотор-шпиндели, в том числе предложив неограниченное количество часов работы шпинделей в течение гарантийного периода, за счет использования высокоскоростных подшипников шпинделя, изготовленных из нового высокопроизводительного материала Vacrodur. Сталь для подшипников качения, разработанная Schaeffler. Мировому производителю станков удалось разработать мотор-шпиндели, которые демонстрируют исключительную надежность и значительно более длительный срок службы по сравнению с обычными шпинделями, особенно в тяжелых условиях эксплуатации.

Компания Schaeffler предоставила Design News информацию об этом варианте использования, и мы задали Э. Р. Мунцу, старшему инженеру по промышленной автоматизации компании Schaeffler, несколько вопросов о Vacrodur и будущих возможностях.

Мунц: Исторически сложилось так, что в большинстве случаев использовалась подшипниковая сталь 100Cr6. Попытки улучшить скоростные характеристики и надежность подшипников шпинделя включали использование гибридных подшипников с керамическими телами качения.

Однако использование керамических тел качения не позволило улучшить характеристики подшипника шпинделя. Когда производители станков проводили капитальный ремонт и ремонт своих шпинделей, они неоднократно обнаруживали, что керамические шарики остаются неповрежденными. Тем временем на кольцах подшипников уже появились признаки усталостного разрушения, такие как питтинг и трещины.

Следующим шагом в эволюции материалов обойм подшипников стала разработка сталей с высоким содержанием азота, таких как материал Cronidur от Schaeffler. В течение многих лет это было предложение премиум-класса для производителей шпинделей, расширяющее границы возможностей нагрузки и скорости. Но теперь дальнейшее развитие инструментов, а также повышение требований к производительности и времени безотказной работы привели к необходимости создания еще более надежных подшипников шпинделя.

Чтобы решить проблему несоответствия срока службы керамических шариков и колец подшипников для этой развивающейся части рынка, компания Schaeffler разработала новую подшипниковую сталь, известную как Vacrodur.

Мунц: Vacrodur — это высокоэффективная сталь, полученная методом порошковой металлургии и подвергнутая специальной многоступенчатой ​​термообработке, в результате которой образуется мелкозернистая структура с беспрецедентной однородностью. Этот многоэтапный процесс термообработки обеспечивает чрезвычайно высокие значения твердости — 65 HRC, что делает подшипник менее чувствительным к столкновениям и ударным нагрузкам, чем подшипники, изготовленные из 100Cr6. Если смазка загрязняется, высокая твердость материала приводит к уменьшению первоначальных повреждений, вызванных перекатыванием посторонних частиц.

Этот специальный процесс термообработки также придает Vacrodur термическую стабильность. В отличие от обычных сталей для подшипников качения, таких как 100Cr6, твердость Vacrodur не снижается даже при температуре выше 150°C. Свойства материала остаются стабильными при чрезвычайно высоких температурах применения до 400°C. Полученная в результате надежность шпиндельных подшипников, изготовленных из Vacrodur, особенно очевидна при недостаточной подаче смазки. Такие нежелательные рабочие состояния обычно связаны с резким повышением температуры в контакте качения и приводят к значительной потере твердости. Напротив, термическая стабильность, обеспечиваемая Vacrodur, обеспечивает существенный резерв безопасности.

Согласно процедуре испытаний, сертифицированной уважаемым международным классификационным обществом Germanischer Lloyd, при использовании Vacrodur при хороших условиях смазки было достигнуто увеличение срока службы более чем в 13 раз по сравнению со значением для стандартной стали для подшипников качения. В испытаниях, связанных со смешанным трением, эта разница в сроке службы увеличивается еще больше, в 25 раз. В условиях контролируемого загрязнения, т. е. при определенном загрязнении смазочного материала минеральными частицами, срок службы увеличивается в 24 раза по сравнению с предыдущим эталоном для стали подшипников качения. , собственный Cronidur от Schaeffler, можно было проверить.