Las características estructurales de los rodamientos de rodillos cónicos les confieren ventajas técnicas únicas: tienen una alta capacidad de carga radial comparable a los rodamientos de rodillos cilíndricos y pueden soportar cargas radiales y axiales como los rodamientos rígidos de bolas; El rodillo puede lograr una rodadura pura, con un bajo coeficiente de fricción, adecuado para condiciones de funcionamiento de alta velocidad. Por lo tanto, los rodamientos de rodillos cónicos se utilizan ampliamente en campos como automóviles, máquinas herramienta, metalurgia, aviación, ferrocarriles, maquinaria de ingeniería, maquinaria agrícola, etc., y son el segundo tipo más grande de rodamientos después de los rodamientos rígidos de bolas. Sin embargo, la complejidad de la geometría, la mecánica y la cinemática de los rodamientos de rodillos cónicos también dificulta su fabricación. Es necesario controlar estrictamente la precisión del mecanizado de las piezas principales, como el anillo, especialmente el rodillo cónico, de lo contrario afectará gravemente la realización de su uso funcional y rendimiento.
1 Estado de estandarización de los rodillos cónicos.
El rodillo cónico es el más difícil de procesar en el elemento rodante de los rodamientos (Figura 1), y su forma geométrica es más compleja que la de bolas, rodillos cilíndricos y rodillos de agujas; El requisito de precisión es mayor que el de los rodillos esféricos. Por lo tanto, los rodillos cónicos son el producto representativo más típico en elementos rodantes, especialmente rodillos.
Debido a la dificultad para unificar los parámetros de diseño estructural interno de los rodamientos de rodillos cónicos entre diferentes empresas, el nivel de estandarización de los rodillos cónicos es relativamente bajo. A diferencia de los rodillos cilíndricos y de agujas, que ya cuentan con estándares nacionales e internacionales para las especificaciones de tamaño, es difícil organizar la producción en masa. Al mismo tiempo, cada tipo de rodillo requiere una gran inversión de elevados costes en mano de obra, cardas, cantidades y moldes, lo que dificulta enormemente su avance tecnológico.
Actualmente, China es el único país del mundo que ha formulado estándares industriales específicos para rodillos cónicos (Japón solo incluye contenido simple como referencia en el apéndice de JIS B1506:20{{12} }5 rodillos de rodamiento). Sin embargo, en el estándar industrial JB/T 10235-2001 "Condiciones técnicas para rodillos cónicos de rodamientos", solo se especifican las tolerancias, requisitos técnicos y otros contenidos correspondientes, y los parámetros de especificación dimensional Dw × Lw × 2 no son involucrado φ, como se muestra en la Figura 2. Entre ellos, el nivel de tolerancia de los rodillos cónicos se divide en 4 niveles, a saber, 0, I, II y III, con una precisión clasificada de mayor a menor. Como principio general de coincidencia, los rodillos de tolerancia de nivel 0 son adecuados para rodamientos de tolerancia de nivel 2, los rodillos de nivel I son adecuados para rodamientos de nivel 4, los rodillos de nivel II son adecuados para rodamientos de nivel 5 y 6, y los rodillos de nivel III se utilizan principalmente para rodamientos de nivel 0. aspectos. Los rodillos de alta precisión se utilizan principalmente para rodamientos en algunos campos, como máquinas herramienta y ferrocarriles de alta velocidad, como rodamientos de husillo de máquinas perforadoras de coordenadas que requieren un grado de 2.
Figura 2 Principales parámetros dimensionales de los rodillos cónicos.
Aunque no existen estándares nacionales o industriales establecidos en el extranjero, muchas empresas de rodamientos famosas y fabricantes profesionales de rodillos han establecido estándares internos. Algunas normas empresariales tienen una influencia muy amplia, no sólo desempeñan un buen papel regulador en la tecnología y la producción de rodillos cónicos, sino que también promueven la comercialización de rodillos cónicos entre las empresas e incluso a nivel internacional. Entre ellos, los rodamientos de rodillos cónicos británicos liderados por Timken en los Estados Unidos han especificado las especificaciones de tamaño de los rodillos cónicos. Se puede intercambiar una especificación de tamaño del rodillo y utilizarla para múltiples modelos de rodamientos para lograr la mayor producción en masa posible.
2 Artículos de prueba para rodillos cónicos
La dificultad de mecanizar rodillos cónicos también se refleja en el hecho de que los elementos que deben controlarse e inspeccionarse son los más comunes entre los elementos rodantes.
Los elementos de prueba para el tamaño y los errores de posición de los productos de rodillos cónicos en la industria de rodamientos de China generalmente incluyen 7 elementos: diámetro, variación del diámetro, longitud, ángulo del cono, redondez, desviación del extremo grande del rodillo hacia la superficie cónica, forma del contorno de la superficie. del rodillo, así como la rugosidad de la superficie, la apariencia (grietas, etc.), la calidad del tratamiento térmico (como la dureza), el magnetismo residual, etc. Pero algunas empresas extranjeras de rodamientos tienen proyectos de prueba mucho más relacionados. Tomando como ejemplo la empresa A en el extranjero, ha probado más de 20 artículos para detectar errores de tamaño y posición de rodillos cónicos terminados; El diagrama esquemático del proyecto de detección de errores de forma y posición para rodillos cónicos realizado por la empresa extranjera B se muestra en la Figura 3. Solo para el proyecto de ondulación, se prueban 8 indicadores en la superficie de rodadura y la superficie de la base de la bola, divididos en baja frecuencia y alta frecuencia. , radial y circunferencial.
Figura 3: Elementos de inspección para errores de forma y posición de rodillos cónicos por parte de la empresa extranjera B
3 Requisitos característicos para las superficies de trabajo de rodillos cónicos.
En el diseño y procesamiento de rodillos cónicos, la preocupación más importante son los requisitos de las características de su superficie de trabajo, es decir, la convexidad de los rodillos y la superficie de base esférica.
3.1 Convexidad del rodillo
A partir del método de cálculo de los parámetros básicos de rendimiento "carga dinámica nominal básica y vida útil nominal" de los rodamientos, la condición aplicable es que "la distribución de tensiones en el contacto entre el rodillo y la pista de rodadura debe ser uniforme". Para garantizar esta condición, además de las pistas de rodadura internas y externas que pueden modificarse para que sean convexas, la práctica más común es tener convexas en la superficie de rodadura del rodillo. Especialmente cuando el saliente requerido es pequeño, la pista de rodadura se puede mecanizar siguiendo líneas rectas. Para reducir procesos y ahorrar costes, en el rodillo solo se mecaniza el saliente.
Las formas convexas de rodillos comúnmente utilizadas incluyen arco completo, línea de corrección de arco y curva logarítmica. La comparación de la distribución de la tensión de contacto formada por ellos bajo cargas ligeras y pesadas con rodillos en línea recta (tomando rodillos cilíndricos como ejemplo) se muestra en la Figura 4. Se puede ver que el rodillo convexo de curva logarítmica tiene la distribución de tensión de contacto más ideal. .
Debido al hecho de que la convexidad del rodillo es principalmente una medida tomada para mejorar la distribución de la tensión de contacto entre el rodillo y la pista de rodadura, es decir, para mejorar la capacidad de carga del rodamiento, no siempre es cierto si el rodillo debe tener convexidad cuando el rodamiento se aplica a condiciones de carga más bajas u otros requisitos de uso son más importantes. La elección de la forma de la convexidad también debe basarse en diferentes requisitos de uso, especialmente en la posibilidad de implementación del proceso.
(1) Para aplicaciones como cargas ligeras, funcionamiento estable y bajo nivel de ruido, se recomienda utilizar rodillos lisos rectos.
(2) Debido al hecho de que en el mecanizado de convexidad de rodillos, la forma de convexidad de arco completo es la más fácil de garantizar (es difícil que las líneas de corrección de arco logren una transición suave en la intersección de los segmentos de arco y rectos; las curvas logarítmicas también son difíciles para lograr el infinito en la cara del extremo), muchas compañías extranjeras famosas utilizan la convexidad de arco completo para rodillos (incluidos conos y cilindros) en aplicaciones generales.
Figura 4 Forma de la convexidad del rodillo y distribución de la tensión de contacto
La forma convexa de la línea de corrección de arco es una opción de "tipo de corrección" que se encuentra entre la forma convexa de un arco completo y una curva logarítmica, con una aplicabilidad más amplia. Para la selección de segmentos rectos, generalmente es del 50% al 70% de la longitud efectiva del rodillo. Por ejemplo, una empresa japonesa divide los rodillos convexos de línea de corrección de arco en dos tipos: tipo estándar (el segmento recto representa el 60%) y tipo mejorado (el segmento recto representa el 50%). Entre ellos, el rodillo mejorado tiene más ventajas para adaptarse a cargas excéntricas.
Las líneas de corrección de arco y la convexidad de la curva logarítmica son teóricamente superiores a las líneas rectas y la convexidad de arco completo, pero son más difíciles de procesar. Si el error de forma real del mecanizado es demasiado grande, se generarán puntos singulares de distribución de tensiones de contacto en el punto de error, que en cambio se convertirán en el eslabón débil para que se produzcan fatiga, desgaste y otros fenómenos de falla. El rodillo convexo de la línea de corrección del arco de una empresa nacional, como se muestra en la Figura 5, no logró una transición suave en la intersección del arco y la sección recta, lo que provocó una falla por desprendimiento por fatiga. En la Figura 6 se muestra la convexidad de la curva logarítmica medida de un rodillo cónico de una conocida empresa extranjera, que muestra que ha alcanzado un alto nivel de procesamiento.
Figura 5 Ejemplo de falla por fatiga de un rodillo convexo con línea de corrección de arco
Figura 6 Medición de la convexidad de la curva logarítmica del rodillo cónico de una famosa empresa extranjera
Según el análisis de fuerza de las características estructurales de los rodamientos de rodillos cónicos, la forma de contacto entre el rodillo y la pista de rodadura se muestra en la Figura 7. Como la tensión de contacto en el extremo pequeño del rodillo es ligeramente mayor que en el extremo grande, la forma convexa debe ser asimétrica, es decir, la convexidad en el extremo pequeño debe ser mayor que la del extremo grande. En la producción real, por conveniencia, a menudo se utiliza el procesamiento simétrico. Ya sea para arco completo, línea de corrección de arco o convexidad de curva logarítmica, se puede adoptar el método de moverse ligeramente hacia la dirección del extremo más grande con el centro de longitud efectiva del rodillo como origen de coordenadas para lograr diferentes medidas de convexidad en ambos extremos de el rodillo.
Figura 7 Forma de contacto del rodillo cónico
(6) Método de mecanizado por convexidad. Los rodillos ordinarios generalmente usan rectificado como mecanizado final, mientras que los rodillos de alta precisión deben usar mecanizado de ultra precisión como mecanizado final (si la convexidad es pequeña, como por debajo de 0.005 mm, se puede usar mecanizado directo de ultra precisión ; si la convexidad es grande, se puede "rectificar primero y luego exceder").
(7) Después de procesar la convexidad del rodillo, el error de redondez de la parte convexa generalmente se deteriora. Si se utiliza para rodamientos silenciosos, se debe controlar el error de redondez de la parte convexa del rodillo.
3.2 Superficie de la base de la bola rodante
Cuando el rodamiento de rodillos cónicos está en funcionamiento, el estado de fuerza del rodillo cónico se muestra en la Figura 8, es decir, la cara extrema grande del rodillo se apoyará naturalmente contra el borde del anillo interior grande debido al efecto de la pista de rodadura y la ángulo del cono del rodillo. Por lo tanto, la cara extrema grande del rodillo es también otra superficie de trabajo importante del rodillo cónico. El movimiento entre la cara extrema grande del rodillo y el borde grande del anillo interior es deslizante. Para garantizar una lubricación eficaz en condiciones de movimiento relativamente desfavorables, el borde grande del anillo interior suele estar configurado como una superficie esférica, inclinada o ligeramente convexa. Después de investigaciones experimentales y comparaciones en varios tipos de superficies, como superficies esféricas, inclinadas y cónicas, las superficies esféricas son básicamente la mejor opción para la cara final grande del rodillo. Por lo tanto, la cara extrema grande de los rodillos cónicos se denomina comúnmente "superficie de base esférica".
Figura 8 Estado de fuerza de los rodillos cónicos
El radio de la base esférica generalmente se toma como {{0}}.95 (o 0.96) de la longitud de la parte superior del cono. En este punto, la forma del punto de contacto es una elipse, lo que ayuda a formar una película de aceite lubricante dinámica de fluidos elástica y tiene una menor tensión de contacto y una mejor capacidad antidesviación. Algunas empresas extranjeras, para adaptarse a diferentes condiciones de uso, tienen un rango más amplio de valores para el radio de la base esférica, pudiendo incluso tomar 0,75-0.96 de la longitud de la parte superior del cono.
El procesamiento final de la superficie de la base de la bola es el pulido, por lo que es difícil que la rugosidad de la superficie alcance el nivel de ultra precisión como el diámetro de la superficie. Usando una muela abrasiva combinada de resina para el rectificado profundo, la rugosidad de la superficie Ra puede alcanzar {{0}}.125 μ Por debajo de m, el mejor nivel puede alcanzar 0,08 μ Aproximadamente m.
4 Los problemas y soluciones de los rodillos cónicos en China.
Debido a que los equipos y la tecnología de procesamiento son relativamente atrasados, la mayoría de las empresas en China todavía dependen de máquinas individuales o líneas de producción simples. Hay muchos procesos y muchos enlaces se operan principalmente manualmente, lo que genera grandes diferencias en la precisión del procesamiento y una mala estabilidad de la calidad del producto. Por tanto, siempre han estado en un nivel relativamente bajo. Sólo se pueden producir en masa rodillos de Clase III; Parte de ellos puede producir rodillos de Grado II; Los rodillos de grado I y grado 0 básicamente no pueden producir de manera estable. Los principales problemas que existen incluyen: variación del diámetro y rugosidad de la superficie de las superficies cónicas, error del ángulo del cono, variación de la longitud, error de redondez, forma de la convexidad (ajuste de la convexidad de la curva logarítmica, transición suave de la convexidad de la línea de corrección del arco), descentramiento y superficie de la superficie de la base de la bola. rugosidad, tamaño de la superficie no funcional y error de posición, etc. Tomando como ejemplo la rugosidad de la superficie, el error de redondez y el error de ángulo del cono de superficies cónicas circulares, los niveles avanzados en el extranjero son Ra0.06-0. 16, respectivamente µm. 0.8 μ M (incluso hasta 0.3) μ Aproximadamente m), ± 1 μ m. En China, Ra generalmente está entre {{10}}.1 y 0,25, 1,5, ± 2 μ M. Con el avance de la tecnología en los últimos años, ha habido mejoras significativas en la variación del diámetro, la rugosidad de la superficie de superficies cónicas y descentramiento de la superficie de la base de la bola. Sin embargo, todavía existen lagunas importantes en la forma de la convexidad, la rugosidad de la superficie de las superficies de base esféricas, el error del ángulo del cono y la calidad de la superficie que no funciona.
Para resolver los problemas relacionados con el tamaño y los errores de posición mencionados anteriormente, primero se deben utilizar equipos de procesamiento avanzados y actualmente existe una tendencia de desarrollo prometedora.
(1) Algunas empresas han introducido equipos de procesamiento con niveles avanzados internacionales, como la introducción de máquinas de cabezal en frío de doble clic de alta velocidad de Sakamura Company en Japón para ejes de baldosas; Wazhi y Luoyang LYC han presentado las rectificadoras de diámetro exterior y de base de bolas de la empresa alemana Modler. La introducción de estos dispositivos no sólo aporta tecnología avanzada, sino que también cambia en gran medida el concepto tradicional de fabricación de rodillos cónicos.
(2) Puyang Beiying ha desarrollado la línea de producción de molienda de rodillos cónicos totalmente automática más avanzada de China, que realiza funciones como carga y descarga automática, transporte, medición, compensación, etc., eliminando básicamente las operaciones manuales, logrando una precisión de procesamiento de Clase Nivelo el rodillo y evito rayar la superficie del rodillo; La rectificadora sin centros de rodillos cónicos de precisión desarrollada por Xinxiang Risheng puede cumplir con los requisitos de los rodillos Clase II con precisión de mecanizado.
(3) La máquina pulidora desarrollada por Dalian Longzheng puede reducir la rugosidad de la superficie de los rodillos en 1-2 niveles y mejorar significativamente la calidad de la apariencia al realizar un tratamiento de pulido después del pulido del rodillo o de ultra precisión. Su máquina pulidora no sólo se utiliza en empresas de rodamientos nacionales, sino que también ha sido comprada y utilizada por empresas de rodamientos extranjeras como Timken y Schaeffler.
Además, en respuesta a la corta vida útil de los rodamientos de rodillos cónicos y la falla de los rodillos cónicos es el factor principal, además del uso de rodillos convexos, especialmente rodillos convexos de curva logarítmica, materias primas de alta calidad (como vacío de alta pureza acero desgasificado o acero fundido por electroescoria), materiales brillantes de plata estirados en frío de alta calidad superficial (como materiales pelados, materiales pulidos) y tecnologías avanzadas de tratamiento térmico (como atmósfera protectora o atmósfera controlable). Este es el requisito previo más crítico para evitar fallas prematuras de los rodillos cónicos y afectar la vida útil de los rodamientos de rodillos cónicos.
5 Fabricación de rodillos de alta precisión.
Los rodillos cónicos de alta precisión son generalmente rodillos de tamaño pequeño. Tomando como ejemplo el diámetro del rodillo Dw menor o igual a 25 mm, para fabricar rodillos de grado 0 e I de alta precisión, generalmente se deben utilizar los siguientes equipos de procesamiento, tecnología de proceso y conceptos avanzados.
(1) El conformado en bruto adopta una máquina de cabezal en frío de doble clic de alta velocidad, con material plateado brillante, conformado cerrado, menos correas de anillos, pequeñas reservas y puede garantizar los requisitos de tolerancia dimensional y posicional de superficies que no funcionan, como fosas cóncavas en la superficie de la base de la bola, caras extremas pequeñas (no rectificadas), chaflanes, etc. que no se procesarán en el futuro.
(2) El proceso de rectificado adopta máquinas herramienta CNC, con 2-3 ciclos de mecanizado, y se adoptan templado secundario convencional, tratamiento en frío, templado adicional, tratamiento de envejecimiento y otras medidas para mejorar la estructura y la estabilidad dimensional de los rodillos.
(3) La superficie del cono del rodillo debe adoptar ultra precisión como proceso de mecanizado final para lograr el bajo nivel de rugosidad superficial requerido y mejorar las condiciones de calidad como redondez, ondulación y capa de deterioro del rectificado.
(4) La cara del extremo pequeño del rodillo se procesa mediante rectificado. Para garantizar el movimiento suave de los rodamientos de rodillos cónicos de alta precisión y evitar que los rodillos se inclinen, el pequeño borde protector del aro interior también está rectificado para controlar la variación dimensional de la pista de rodadura del aro interior. También se debe exigir estrictamente la correspondiente variación de longitud de los rodillos, por lo que también se debe rectificar la pequeña cara frontal formada mediante forjado en frío.
(5) Los métodos de medición se basan principalmente en la medición de precisión de instrumentos. Para elementos y parámetros con errores dimensionales y posicionales importantes, se adopta la medición de precisión del instrumento (incluida la medición en línea); Para superficies que no funcionan, como cavidades y chaflanes, las mediciones cualitativas tradicionales, como las plantillas, también deben cambiarse a mediciones cuantitativas, como los proyectores de coordenadas y los perfiladores de superficies. Por ejemplo, en el caso de los rodillos de precisión utilizados en campos de alta velocidad, si los chaflanes no son consistentes o la coaxialidad de las ranuras no es buena, el rodillo experimentará violentas fluctuaciones en la fuerza centrífuga durante el movimiento debido al desequilibrio de masa, lo que provocará fenómenos como inclinación del rodillo.
(6) La inspección de grietas debe controlarse mediante múltiples métodos. Debido al hecho de que las materias primas de los rodillos y los procesos posteriores, como el trefilado de alambre de acero en frío, el conformado en frío y el rectificado, son propensos a producir grietas y otros defectos, este es el problema de calidad más común en el procesamiento de rodillos. Por lo tanto, se deben utilizar varios métodos de inspección, como lavado con ácido, corrientes parásitas y polvo magnético, para garantizar que los rodillos no tengan defectos graves como grietas.
(7) La clasificación de rodillos debe priorizar el uso de "agrupación de segmentos de tarjetas" en línea para mantener la coherencia en el tamaño y la precisión posicional de los lotes de rodillos tanto como sea posible, a fin de cumplir con los requisitos del "ensamblaje aleatorio" de rodamientos de rodillos cónicos.
(8) El entorno de procesamiento y prueba debe medirse en un laboratorio. El proceso de mecanizado de precisión y el entorno de prueba deben cumplir con los requisitos de la "sala de medición", con condiciones como temperatura constante, humedad, limpieza y aislamiento de vibraciones, para minimizar el impacto de los factores ambientales en la máquina herramienta, la pieza de trabajo y el equipo de prueba. , para garantizar la relativa estabilidad y consistencia del mecanizado y la precisión de la medición.
6. Conclusión
Los rodillos cónicos son productos representativos con la mayor dificultad de mecanizado entre los elementos rodantes de los rodamientos. Para fabricar rodillos cónicos de alta calidad, especialmente rodillos cónicos de alta precisión, el equipo de mecanizado es la máxima prioridad. Muchas tecnologías de procesos avanzadas sólo pueden lograrse confiando en equipos de mecanizado avanzados. Al mismo tiempo, es necesario tener un conocimiento profundo de las características técnicas de los rodillos cónicos, poseer ideas y conceptos técnicos avanzados para aclarar la dirección del progreso tecnológico de los rodillos cónicos a un nivel superior. Con la introducción de equipos de procesamiento del extranjero y la investigación y el desarrollo independientes, se cree que la calidad del producto y el nivel técnico de los rodillos cónicos de China definitivamente lograrán avances significativos en el futuro cercano.
2024 3 de abrilSemana WBMRecomendación de producto:
Rollo de súper acabado:
Tenemos 30 años en el diseño y producción de experiencia en rodamientos, elementos rodantes y la industria de herramientas con ISO9001 e IATF16949. Las herramientas para máquinas de estampación en frío, tornos y amoladoras se producirán de acuerdo con sus necesidades.
