En kugleskruekonstruktion er normalt ikke fremstillet af ét enkelt materiale. Skrueakslen, kuglemøtrikken og de rullende kugler udfører forskellige funktioner, så deres materiale- og-varmebehandlingskrav kan også være forskellige.
For købere betyder det, at det kun giver meget få nyttige oplysninger at spørge, om en kugleskrue er lavet af "høj-styrkestål". Den faktiske stålkvalitet, varmebehandling og løbshårdhed bør overvejes sammen.
At forstå disse forskelle forklarer også, hvorfor en kugleskrueaksel og dens matchende møtrik ikke nødvendigvis behøver at være fremstillet af samme stålkvalitet.
Hvilke materialer bruges almindeligvis til kugleskruer?
Kugleskrueproducenter bruger forskellige stålkvaliteter i henhold til fremstillingsprocessen, den nødvendige hårdhed, nøjagtighedsniveau, belastningstilstand og driftsmiljø.
Medium- og høj-kulstofstål som f.eks. S55C kan bruges til kugleskrueaksler, især hvor induktionshærdning påføres for at skabe en hård, slidbestandig-løbebane, samtidig med at passende egenskaber i akselkernen bevares.
Legeret stål såsom SCM415 og sammenlignelige chrom-molybdænstål bruges også til fremstilling af kugleskruer. Deres sammensætning og respons på varmebehandling gør dem velegnede til komponenter, der kræver en hård kontaktflade sammen med tilstrækkelig kernestyrke og sejhed.
Rustfrit stål kan bruges til specielle kugleskruer, hvor korrosionsbestandighed er vigtig. Materialevalget skal dog stadig tage hensyn til hårdhed, belastningskapacitet, varmebehandling og det komplette driftsmiljø frem for kun at vælge rustfrit stål, fordi det modstår korrosion.
Hvorfor har kugleskrueakslen brug for en hård løbebane?
Den spiralformede rille på en kugleskrueaksel fungerer som en rullende løbebane. Under drift overfører kuglerne gentagne gange belastning gennem et relativt lille kontaktområde mellem skruerillen, kuglerne og møtrikrillen.
Hvis løbebanens overflade er for blød, kan gentagen rullekontakt forårsage for tidligt slid, deformation og forringelse af rillens geometri. Dette kan i sidste ende påvirke aksial frigang, løbejævnhed og positioneringsydelse.
Af denne grund bliver kugleskrueaksler normalt varmebehandlet, så den arbejdende løbebane opnår tilstrækkelig overfladehårdhed og slidstyrke.
Hvorfor ikke gøre hele skrueskaftet lige hårdt?
En kugleskrueaksel kræver mere end overfladeslidstyrke.
Den skal også modstå overført aksial belastning, torsionsspænding og bøjning forårsaget af dens egen længde, understøtningsarrangement og maskinens driftsforhold. Akselenderne kan desuden kræve drejning, gevindskæring, slibning eller anden bearbejdning af støttelejer og koblinger.
Varme-behandlingsprocesser vælges derfor for at opnå de nødvendige egenskaber i arbejdsfladen, samtidig med at passende mekaniske egenskaber i resten af komponenten bevares.
En god kugleskruematerialespecifikation er ikke blot "hårdt stål". Raceway hårdhed, kerneegenskaber og fremstillingsprocessen skal arbejde sammen.
Hvorfor kan kuglemøtrikken bruge et andet materiale?
Kuglemøtrikken indeholder den matchende interne spiralformede løbebane og kuglecirkulationsstrukturen. Dens geometri, fremstillingsproces og varme-krav er forskellige fra kravene til det lange skrueskaft.
Legeret stål bruges almindeligvis til kuglemøtrikker, fordi passende varmebehandling kan give en hård, slidstærk- løbebane, samtidig med at de mekaniske egenskaber, som møtrikken kræves, bevares.
Møtrikken indeholder også funktioner som returpassager, flanger, monteringshuller og cirkulationskomponenter afhængigt af designet. Materialevalget skal derfor passe til både den rullende-kontaktflade og den komplette møtrikstruktur.
Der er ingen tekniske krav om, at skrueakslen og møtrikken skal have identiske stålbetegnelser. Det afgørende er, om hver komponent opnår de påkrævede mekaniske egenskaber, raceway-hårdhed, dimensionsnøjagtighed og serviceydelse efter fremstilling.
Hvad med stålkuglerne?
De rullende bolde er en anden kritisk del af materialesystemet.
De kommer gentagne gange i kontakt med både skruen og møtrikken, mens de bærer last og cirkulerer gennem møtrikken. Kuglerne kræver derfor høj hårdhed, dimensionel konsistens, god overfladefinish og modstandsdygtighed over for rullende-kontakttræthed.
Ydeevnen af en kugleskrueenhed afhænger derfor af interaktionen mellem alle tre rullende-kontaktkomponenter i stedet for skrueakselmaterialet alene.
Kulstofstål, legeret stål eller rustfrit stål?
Der er ikke et enkelt materiale, der automatisk er bedst til hver kugleskrue.
| Materiale Type | Hovedfordel | Typisk betragtning |
|---|---|---|
| Mellem/høj kulstofstål | God styrke og passende reaktion på overfladehærdning | Fælles valg til industrielle kugleskrueaksler; korrosionsbeskyttelse er stadig påkrævet |
| Legeret stål | God hærdeevne, slidstyrke og mekaniske egenskaber efter varmebehandling | Bruges ofte, hvor kontrolleret varmebehandling og hårde løbebaner er påkrævet |
| Hærdeligt rustfrit stål | Forbedret korrosionsbestandighed til egnede miljøer | Materialekvalitet, opnåelig hårdhed, belastning og miljø skal vurderes sammen |
Den endelige beslutning bør derfor baseres på de nødvendige mekaniske egenskaber og driftsmiljø frem for at antage, at det dyreste materiale automatisk producerer den bedste kugleskrue.
Materialekvalitet alene bestemmer ikke kugleskruens kvalitet
To kugleskruer fremstillet af samme nominelle stålkvalitet kan stadig fungere anderledes.
Varmebehandling påvirker løbebanens hårdhed og slidstyrke. Raceway-geometri og overfladefinish påvirker rullekontakten. Afledningsnøjagtighed påvirker positioneringsydelsen, mens forspænding eller aksial frigang påvirker stivhed og slør.
Smøring, tætning og forureningskontrol påvirker derefter, hvordan disse fremstillede egenskaber bibeholdes under service.
Materiale bør derfor behandles som en del af kugleskruespecifikationen snarere end som en erstatning for nøjagtighed, varmebehandling, forspænding eller fremstillingskvalitet.
Hvorfor varmebehandling betyder så meget som stålkvaliteten
En stålkvalitet beskriver materialesammensætningen, men den fortæller ikke i sig selv en køber den endelige hårdhed af kugleskruens løbebane.
Afhængigt af stål- og komponentdesignet kan producenter bruge processer såsom induktionshærdning, karburering, bratkøling eller andre kontrollerede varmebehandlinger for at opnå de nødvendige overfladeegenskaber.
Det vigtige købsspørgsmål er derfor ikke kun "Hvilket materiale er denne kugleskrue lavet af?" men også "Hvordan varmebehandles løbebanen, og hvilken hårdhed opnås?"
Dette er især relevant, når man sammenligner kugleskruer til gentagen industriel drift, hvor slidstyrke og rullende-kontakttræthedsydelse er vigtigere end materialenavnet, der er trykt på et specifikationsark.
Hvilke materialer bruger DLY til kugleskruer?
For DLY standard rullede kugleskruer er skrueakslen almindeligvis fremstillet afS55C stål, mens kuglemøtrikken almindeligvis er fremstillet af20CrMo legeret stål.
| DLY komponent | Fælles materiale | Formål |
|---|---|---|
| Rullet kugleskrueaksel | S55C | Giver den grundstyrke, der kræves til akslen, og gør det muligt at hærde den arbejdende løbebane for slidstyrke |
| Kugleskruemøtrik | 20CrMo | Legeret stål valgt til møtrikken og hærdede indre rullende-kontaktflader |
DLY kugleskruer er varmebehandlede for at opnå den nødvendige overfladehårdhed og slidstyrke. Det nøjagtige materiale,-varmebehandlingskrav og nøjagtighedsspecifikation kan variere for specielle eller højere-præcisionsprodukter, så disse krav bør bekræftes i henhold til det specifikke produkt og kundetegningen.
Købere bør derfor undgå at antage, at hver DLY C5, C7 eller specialkugleskrue automatisk bruger nøjagtig samme materialespecifikation. Nøjagtighedsgrad og materialespecifikation er separate tekniske krav.
Hvad skal du bekræfte, når du bestiller en kugleskrue?
Til de fleste industrielle anvendelser skal materialet bekræftes sammen med dimensionerne og driftskravene for kugleskruen.
Start med skruediameter, ledning, påkrævet længde og nøjagtighedsgrad. Overvej derefter den forventede aksiale belastning, hastighed, driftscyklus, driftsmiljø og påkrævet levetid.
Hvis applikationen har et specifikt materiale, hårdhed, korrosions--modstandsdygtighed eller varme-krav, skal du inkludere det på tegningen eller tilbudsanmodningen i stedet for at stole på en generel beskrivelse såsom "høj-kugleskrue".
Til udskiftningsprojekter kan levering af den originale kugleskruemodel, maskininformation eller tegning også hjælpe med at afgøre, om standardmaterialekonfigurationen er egnet.
DLY kugleskrue materiale og tilpasning
DLY fremstillerkugleskruesamlingertil CNC-maskiner, automationsudstyr, pakkemaskineri, lineære moduler og andre industrielle bevægelsessystemer.
Standard rullede kugleskruer bruger almindeligvis S55C skrueaksler med 20CrMo kuglemøtrikker. DLY kan også levere forskellige nøjagtighedsgrader, brugerdefinerede længder, endebearbejdning, møtrikkonfigurationer og matchende støtteenheder i henhold til applikationskrav.
Hvis dit projekt har et specificeret materiale- eller-varmebehandlingsbehov, skal du sende tegningen sammen med den påkrævede diameter, bly, længde, nøjagtighedsgrad, mængde og driftsbetingelser til teknisk bekræftelse inden produktion.
