Самостоятельное изготовление ножа из подшипника, советы новичкам

Алан-э-Дейл       20.10.2022 г.

Обработка подшипника и подготовка детали к ковке

В качестве заготовки ножа подойдет подвесной подшипник карданного вала автомашины или любой другой диаметром 100–150 мм. Например, допускается использовать экземпляры требуемых размеров от осевого механизма и приводного оборудования станков, подвижных агрегатов. Непосредственно исходником служит самая массивная часть изделия, называемая наружной обоймой подшипника. Она изготовлена из конструкционной стали марки ШХ15.

Способы разборки подшипника бывают разными. Поскольку кроме наружной обоймы ничего не понадобится, а расколоть обечайку ни в коем случае нельзя, применим самый «гуманный» способ – пиление металла болгаркой. Подшипник лучше зажать в тиски и распилить по возможности и внутреннее кольцо. Пилить внешнее кольцо лучше наискосок, тем самым формируя носик ножа. После распила зубилом разрушается сепаратор и удаляются все внутренности вместе с шариками. Если требуется, место среза разжимается слесарным инструментом. Окружность должна быть на 1–2 см длиннее ножа, поэтому лишние сантиметры заготовки отпиливаются.

Способы и этапы производства

Существует два основных типа: скольжение и качения. Мы рассмотрим изделия из стали, где элементами, облегчающими вращения, являются шарики. Это самый востребованный в настоящее время вид. Они подразделяются на радиальные и упорные. Разница заключается в том, что первые компенсируют нагрузки, направленные перпендикулярно валу, а вторые отвечают за осевое смещение.

Деталь состоит из внешней и внутренней обоймы, металлических элементов и устройства, обеспечивающего правильное их распределение по периметру. Для узлов, работающих в условиях повышенного загрязнения, с одной или с обеих сторон устанавливается шайба-пыльник. Она препятствует попаданию извне абразивных частиц и ограничивает пространство, в котором находится смазка.

Технология производства подшипников начинается с подготовки необходимого сорта стали. На завод поступает металл определенной марки в виде круглых прутков.

Первоначально рассмотрим вопрос изготовления обойм:

  • • Круглый прокат нарезается автоматической линией по размерам, необходимым для данного типа.
  • • Прессом в цилиндрической заготовке делается отверстие. В результате получается грубая шайба.
  • • После этого следует процесс раскатки. При этом деталь приобретает параметры и форму, грубо похожее на конечное изделие.
  • • Следующим этапом являются токарные работы. На станке с числовым программным управлением формируется внешняя и боковые поверхности, канавка, по которой будут двигаться элементы качения.
  • • Далее, следует фаза придания заготовке необходимых физических качеств. В большинстве случаев это осуществляется методом закалки. Сначала происходит нагрев до 850 градусов, затем резкое охлаждение до температуры от 40 до 50 °С и отпуск. В специальной камере разогревают деталь до 170 и дают ей медленно остыть.
  • • Доведение до необходимых размеров методом шлифовки. На станках в автоматическом режиме все параметры дорабатываются до точности, соответствующей ГОСТу.
  • • Последний этап – это полировка всех поверхностей до класса четкости 0,06.

Износ из-за вибраций

Когда подшипник стоит, то пленка из смазочного материала между телами качения и дорожками не возникает. Между деталями узла появляется опасный для него металлический контакт. Если в этот момент на подшипник начинает действовать вибрация, то возникают перемещения элементов с небольшой амплитудой, со временем вызывающие появление в металле углублений. Эти повреждения имеют особое название у специалистов — «ложное бринеллирование» или проще — «стиральнаядоска». При этом повреждения в разных типах подшипников отличаются – шарики оставляют на дорожках вмятины, а ролики – борозды. Часто такой тип износа сопровождается коррозией в местах повреждений, что связано с тем, что отделяемые при взаимодействии деталей частицы постепенно окисляются. Чаще всего при «ложномбринеллировании» сами тела качения не получают повреждений и остаются в отличном рабочем состоянии.

Размеры повреждений и скорость их появления при вибрациях напрямую зависят от энергии воздействия на подшипник, а также от времени негативного воздействия и размеров зазора в подшипнике. При этом частота колебаний не оказывает на этот процесс какого-либо влияния. Отдельно стоит отметить, что роликовые подшипники более чувствительны к вибрациям, чем шариковые, а самыми уязвимыми считаются цилиндрические роликовые узлы.

«Ложное бринеллирование» — это характерная черта подшипников, установленных в машинах, работающих с перерывами, но расположенными в зоне эксплуатации других машин и механизмов. Также это явление можно обнаружить на опорных узлах машин, перевозившихся железнодорожным транспортом. Если есть риск подобного воздействия на машину, то конструкторам рекомендуют снижать эффект от вибрационного воздействия, используя вместо роликовых, менее подверженные «ложному бринеллированию» шариковые детали. Чтобы максимально снизить воздействие вибраций на неработающий шариковый подшипник, иногда создают в нем при помощи пружин предварительный натяг. Еще одной эффективной защитной мерой является погружение подшипников нагруженной зоной в ванну с маслом. Но наиболее доступным и поэтому самым популярным методом является применение специальных амортизирующих опор. При транспортировке иногда временно закрепляют валы, исключая их смещения на опорных узлах.

Сталь ШХ15 для ножей: плюсы, минусы и её характеристики

Каждый вид стали имеет свои свойства и особенности, положительные и отрицательные стороны, что используется в производстве ножей различного назначения. Сталь ШХ15 – одна из тех, которые используются для изготовления ножей и другого режущего инструмента. Относится к углеродистым низколегированным хромистым сплавам.

Изначально металл ШХ15 предназначался для производства роликов и шариков для подшипников из-за повышенной твердости, износостойкости и устойчивости к коррозии. Поэтому сталь и получила название подшипниковой, хотя в Европе мастера ее широко использовали для изготовления ножей.

Целесообразность ее использования была обусловлена высокой износостойкостью, твердостью и так называемой контактной прочностью. Проще говоря, при длительной работе с очень крепкими материалами изделие не деформируется и сохраняет свою структуру и свойства, не ломается, не рассыпается в крошку.

Ее российскими аналогами и заменителями являются стали марок ШХ9, ШХ12, ШХ15СГ. За рубежом сплав также имеет широкое распространение, но используется в основном для изготовления бытового режущего инструмента.

Аналогичные или близкие по составу сплавы производят в США, странах Евросоюза, Австралии, южной Корее, Китае.

Химический состав

Как и все углеродистые стали, ШХ15 имеет в своем составе углерод, содержание которого составляет от 0.95 до 1.05%.

Из легирующих добавок основными являются:

  • кремний, увеличивающий прочность и сохраняющий вязкость;
  • марганец, повышающий вместе с хромом твердость и износоустойчивость, сопротивляемость ударным нагрузкам при сохранении пластичности;
  • хром, придающий сплаву антикоррозийные свойства.

Стоит отметить, что если сплав содержит более 13% хрома, сталь относят к нержавеющей. В ШХ15 его количество невелико: всего от 1.35 до 1.65%.

Технические характеристики

Основной характеристикой стали ШХ15 является высокая чувствительность к технологической обработке методом горячей деформации и термическим процессам. В результате сталь обретает стойкость, которая непосредственно отражается на качестве готовых изделий. Эти процессы формируют высокую износостойкость, упругость при сохранении на требуемом уровне вязкости и пластичности.

Закалка производится в водном растворе при температуре 810–820 или в масле, которое нагрето до 40–60С. Температура заготовки должна составлять от 650 до 830С

Основными плюсами стали ШХ15 являются такие достоинства как:

  • однородность, достигнутая благодаря использованию специальных технологий;
  • отличная выносливость при контакте с другими материалами;
  • податливость к обработке;
  • высокая твердость и износостойкость;
  • вязкость и пластичность;
  • получение тонкой острой режущей кромки.

К минусам стали шх15 обычно относят неустойчивость к коррозийным процессам и сложность заточки.

Сталь — для качественных ножей

Начиная свою «жизнь» как производственная инструментальная сталь, ШХ15 со временем превратилась в одну из лучших для изготовления ножей, и сегодня характеризуется универсальностью в применении.

Сплав отлично поддается температурной обработке, поэтому активно используется для изготовления ножей, приобретая необходимую форму и в несколько раз, увеличивая показатели прочности и надежности. При этом значительно повышается износостойкость ножей, обеспеченная высокой твердостью стали.

Лезвие, выполненное из стали шх15, служит в течение долгого времени. Ярко выраженная износостойкость позволяет нечасто выполнять заточку режущей кромки, которая, в свою очередь, продолжительное время сохраняет остроту клинка.

Сплав шх15 используется при изготовлении тактических, засапожных ножей, подарочных финок НКВД, которые украсят любые коллекции. Прекрасно демонстрируют лучшие свойства стали охотничьи ножи.

 Они сохраняют остроту лезвия даже при обработке материалов твердой структуры: веток, костей животных.

Лучшие образцы изделий для туристов, охотников и рыбаков, выполненные всемирно известными кизлярскими мастерами.

Он обладает великолепными режущими свойствами: прекрасно справляется с резкой мяса различной толщины и плотности, обработкой тушек птицы, шинковкой овощей, нарезкой сыра и хлебобулочных изделий.

Использование ножей ШХ15 превращает работу на кухне в приятное занятие, а своевременный уход за таким ножом позволит его использовать в течение продолжительного времени.

Сталь ШХ15 – одна из самых востребованных для производства ножей и другого режущего инструмента. Изделия из сплава этой марки отлично проявляют себя в быту и могут стать замечательным подарком, качественным и долговечным.

Основные свойства стали

В промышленности шарико-подшипниковая сталь ШХ 15 получила широкое распространение. Это связано с особыми эксплуатационными характеристиками, которые позволяют применять металл при создании подшипников и лезвия. Название стали связано с тем, что практически все подшипники изготавливаются при применении этого материала.

Характеристики стали ШХ15 следующие:

  1. Повышенная твердость поверхности. Подшипники и режущая кромка лезвия при эксплуатации подвергаются износу. Для того чтобы поверхность изделия не реагировала на механическое воздействие существенно повышается показатель твердости.
  2. Износостойкость определяет то, что поверхность не реагирует на трение и другое воздействие. Металл ШХ9 и ШХ15 характеризуются высокой износостойкостью, поэтому создаваемые изделия могут прослужить в течение длительного периода.
  3. Устойчивость к коррозии также можно назвать привлекательным качеством рассматриваемого металла. Ржавчина, которая появляется на поверхности, снижает срок службы изделия. Сталь ШХ15 не относится к нержавейкам. Поэтому на высокую устойчивость к высокой влажности и химически агрессивной среде рассчитывать не следует.
  4. Стойкость к смятию. Точечное воздействие высокой нагрузки может привести к образованию вмятины, но рассматриваемый металл характеризуется высокой устойчивостью к подобному воздействию.
  5. Пластичность и вязкость также учитываются при создании различных изделий.
  6. Структура прекрасно поддается термической обработке. Как правило, проводится закалка после придания требуемой формы и размеров. Кроме закалки выполняется отжиг и ковка, которые также могут улучшить структуру материала.
  7. Склонность к отпускной хрупкости определяет то, что после закалки могут появится структурные дефекты. Они могут повысить хрупкость получаемого изделия.
  8. Плохая свариваемость. Повысить твердость смогли за счет повышения концентрации углерода. Однако, этот химический элемент существенно усложняет процесс сварки. Как правило, для повышения качества сварного шва проводится подогрев заготовки.

Свойства подшипниковой стали ШХ 15

Марка стали ШХ15, расшифровка которой проводится в соответствии с установленными стандартами ГОСТ, хорошо поддается различным видам обработки и обладает стойкостью к смятию. Кроме этого, поверхность характеризуется высокой твердостью. Температура критических точек довольно высока, она учитывается при проведении термической обработки.

Аналоги

ШХ15 имеет большое количество аналогов по всему миру. Связано это с тем, что для подшипниковых сталей предъявляются одинаковые требования. В итоге получается и схожий химический состав, и производственная технология, и характеристики. Ниже будет приведена таблица со схожими сплавами из разных стран мира, однако стоит учитывать, что их свойства, а тем более стоимость, не идентичны, а просто имеют много схожего.

Зарубежные аналоги марки стали ШХ15
США 52100, G52986, J19965
Германия 1.3505, 100Cr6, 102Cr6
Япония SUJ2, SUJ4
Франция 100C6, 100Cr6, 100Cr6RR
Англия 2S135, 534A99, 535A99
Китай GCr15

Материалы подшипников качения

Материалы, из которых изготовлен подшипник определяют рабочие характеристики и надежность подшипников качения. Твердость материала колец подшипника необходима для обеспечения грузоподъемности подшипника, усталостной прочности в зоне контакта качения, а также стабильности размеров деталей подшипников. Для материала сепаратора также существуют требования по трению, прочности, силы инерции и т. д. Коррозия, повышенные температуры, ударные нагрузки и сочетания этих и других условий также могут оказывать влияние на общие требования к материалам колец подшипника, тел качения и сепаратора. Например, если существует риск электрического пробоя в месте установки подшипника, то возможен выбор подшипника с керамическими телами качения и стальными кольцами или полностью керамического подшипника. Также возможен (но редко встречается) вариант с покрытием стандартного подшипника специальными полимерными веществами для обеспечения коррозионной стойкости или электрической изоляции.

Самая распространенная сталь объемной закалки — это хромистая сталь, содержащая примерно 1 % углерода и 1,5 % хрома в соответствии со стандартом ISO 683-17:1999. В отечественной промышленности такая сталь обозначается ШХ15. Эта сталь является старейшей и наиболее изученной маркой из существующих из-за постоянно повышающихся требований к ресурсу подшипников. Можно считать ее наиболее сбалансированной по технологическим и потребительским характеристикам. После закалки мартенсит или бейнит, ее твердость составляет от 58 до 65 HRC (или 179 — 207 Мпа твердости по Бринеллю).

Поверхностная индукционная закалка дает возможность выборочной закалки дорожки качения, при этом остальную часть детали процесс закалки не затрагивает.

Существует также понятие цементирования стали. Это хромоникелевые и хромомарганцевые стали по стандарту ISO 683-17:1999 с содержанием углерода примерно 0,15 %

Их используют в случае посадки с большим натягом и при тяжелых ударных нагрузках.

Т.е. На практике это означает увеличение нагрузочной способности подшипника при сохранении стойкости подшипника к ударным нагрузкам. Т.к. «внутри» стали твердость не повышалась и ударная нагрузка не нарушает структуру стали, она мягко распределяется по стали. Многие производители подшипников перестали выделять подшипники из цементируемой стали в отдельный подкласс, считая их взаимозаменяемые со стандартными. Узнать подшипники из цементируемой стали можно, как правило, по префиксу — например, HC3xxxxJR у KOYO или HR3xxxxJ у NSK. Префиксы HR и HC как раз и указывают на это.

Также часто упоминаемым классом стали для подшипников является нержавеющие стали.

Наиболее распространенным типом нержавеющих сталей,используемых для изготовления колец и тел качения подшипников, являются стали с высоким содержание хрома марки X65Cr14 в соответствии со стандартом ISO 683-17:1999 и марки X105CrMo17 по стандарту EN 10088-1:1995. Отечественный аналог такой стали — 9X18

Существуют также экзотические жаропрочные, высоколегированные стали типа 80MoCrV42-16 по стандарту ISO 683-17:1999 для подшипников длительное время работающих при температурах свыше 250 градусов.

Самой же большой экзотикой была и является керамика в подшипниках, будь то тела качения или кольца подшипника. Чаще всего применяется нитрид кремния. Его структура (тонкие продолговатые частицы нитрида бета-кремния, расположенных в кристаллической фазовой матрице) обеспечивает благоприятное сочетание высокой твердости, малой плотности, малого коэффициента теплового расширения, высокого электрического сопротивления, малой диэлектрической проницаемости и нечувствительность к магнитным полям.

Термическая обработка деталей подшипников из сталей

типа ШХ (ШХ15, ШХ15СГ, ШХ20СГ)

Предварительная термическая обработка поковок – смягчающий сфероидизирующий отжиг, при котором обеспечивается растворение определенной части карбидной фазы в аустените и образование зернистого перлита. Сталь со структурой зернистого перлита обеспечивает хорошую производительность резания и качество обрабатываемой поверхности при обработке заготовок на станках–автоматах. Однородный мелкозернистый перлит является оптимальной исходной структурой для последующей закалки, т.к. глобулярная форма и равномерное распределение карбидов наилучшим образом соответствует оптимальному по прочности и вязкости структурному состоянию стали после закалки (мелкие карбидные глобули равномерно распределенные в мартенсите). Твердость после отжига сталей ШХ15, ШХ4 находится в пределах НВ179-207, а сталей ШХ15СГ и ШХ20СГ НВ 179-217.

Готовые детали подшипников подвергают ступенчатой или изотермической закалке от 850–900 °С. Выбор такой температуры нагрева обусловлен, с одной стороны, необходимостью растворить карбиды хрома в аустените, а с другой – не допустить чрезмерного роста зерна аустенита. Кроме того, повышение температуры закалки приводит к существенному снижению мартенситной точки Мн и, как следствие этого, к образованию остаточного аустенита, что для подшипниковых сталей нежелательно.

В настоящее время применяется как закалка в одном охладителе, так и ступенчатая или изотермическая закалка с выдержкой в области образования нижнего бейнита при 210–240 °C. Для марганецсодержащих сталей изотермическую закалку не применяют из-за чрезмерно высокой устойчивости переохлажденного аустенита в бейнитной области. Весьма перспективно применение для закалки деталей подшипников индукционного нагрева. Это увеличивает производительность и экономичность термических агрегатов, а также позволяет получить полностью закаленный поверхностный слой с сохранением высокой вязкости сердцевины. Твердость поверхности при любом способе закалки должна быть на уровне HRC 60–66.

Окончательной операцией термической обработки подшипниковых сталей является низкотемпературный отпуск, цель которого уменьшение закалочных напряжений. Благодаря ему достигается повышение вязкости (за счет уменьшения тетрагональности мартенсита и внутренних напряжений), размерная и структурная стабильность деталей. Отпуск деталей подшипников из стали ШХ15 осуществляют при 150–165 ºС, а из сталей ШХ15СГ и ШХ20СГ – при 165–175 ºС. После окончательной термообработки твердость колец и роликов из стали ШХ15 должна быть в пределах HRC 61–65, а из стали ШХ15СГ – в пределах HRC 60–64. Микроструктура представляет собой скрытокристаллический мартенсит отпуска и равномерно распределенные глобулярные избыточные карбиды хрома. Содержание остаточного аустенита должно быть минимальным.

Вопросы для самоконтроля

1. Каковы условия работы деталей подшипников?

2. Какие требования предъявляются к подшипниковым сталям?

3. С какой целью проводят рафинирующие переплавы при производстве подшипниковых сталей?

4. Как классифицируются подшипниковые стали?

5. Каковы принципы легирования, роль легирующих элементов и области применения подшипниковых сталей общего назначения?

6. Какие стали применяются в качестве материала для изготовления теплостойких и коррозионностойких подшипников? Каковы принципы их легирования и термообработка?

7. Какой предварительной и окончательной термообработке подвергаются детали подшипников из сталей типа ШХ?

Сборка

Требуется развести эпоксидный клей. На соединяемые плашки следует нанести риски или продавить неглубокие вмятины для лучшей адгезии слоя эпоксидки. Обязательно следует обезжирить металлическую часть ножа, которая будет находиться внутри рукояти. Сборка производится в следующей последовательности:

  • наносится эпоксидный клей на поверхности накладок со стороны рисок;
  • половинки накладываются с обеих сторон хвостовика, в отверстия продеваются штифты, собранная рукоять оборачивается бумагой и плотно сжимается струбциной;
  • после застывания эпоксидки резаком по дереву снимают фаски с ребер накладок ножа;
  • наждаком на матерчатой основе с зернистостью 80 производят грубую обработку деревянных плашек ручки ножа;
  • полосками наждачной бумаги полируют рукоятку вчистую.

Отполированная поверхность покрывается разогретым до 50–60 градусов льняным маслом. После впитывания процедура повторяется 2–3 раза. В последующем покрывать лаком рукоять ножа нет необходимости. Под воздействием ультрафиолетовых лучей масло полимеризуется, превращаясь в твердую эластичную субстанцию. Она заполняет мельчайшие поры древесины, защищая лучше любого лака рукоятку ножа от влаги и внешних воздействий.

Марки стали по ГОСТу 14959–79

  • 3К-7 – применяется в выработке проволоки холоднотянутым способом, из которой изготавливают пружины, незакаливаемые;
  • 50ХГ – производят рессоры для автомашин и пружины для жд. составов;
  • 50ХГА – назначение в производстве как у предыдущей марки рессорно пружинной стали;
  • 50ХГФА – выпускают особенные пружины и рессорные детали для машин;
  • 50ХСА – пружины специального назначения и небольшие детали для механизмов часов;
  • 50ХФА – изготавливают детали с повышенной нагрузкой, с требованиями высочайшей устойчивости и прочности, которые действуют при больших температурах – до 300 градусов.
  • 51ХФА – для пружинной проволоки;
  • 55С2 — для производства пружинных механизмов и рессор, используемых в тракторостроении, машиностроении, для подвижных составов на ж/д;
  • 55С2А – производят авторессоры, пружины для поездов;
  • 55С2ГФ – для выработки очень прочных пружин специального направления, авторессор;
  • 55ХГР – производят полосовую сталь пружинную, толщина которой варьируется от 3 до 24 мм;
  • 60Г – для выработки круглых и гладких пружин, колечки и прочие выработки пружинного типа, обладающих высокой стойкостью к изнашиванию и упругостью, например, скобы, втулки, тамбурины для тормозящих систем, применяемые в тяжелом машиностроении;

Интересно: торсионная сталь, марки 60С2 – пружины высокой нагрузки, фрикционные диски, пружинные шайбочки;

  • 60С2А – производят те же изделия, что из стали предыдущего типа;
  • 60С2Г – тип рессорной стали, из которой производят тракторные и авторессоры;
  • 60С2Н2А – производят ответственные рессоры с высокой нагрузкой на сплав;
  • 60С2ХА – для выработки высоконагруженных пружинных продуктов, на которые производится постоянная нагрузка;
  • 60С2ХФА – это круглая сталь с элементами калибровки, из которой производят пружины и пластины рессор с высокой ответственностью;
  • 65 – изготавливают детали с повышенной прочностью и упругостью, которые эксплуатируются при большом давлении при высоких статистических нагрузках и сильной вибрации;
  • 65Г – изготавливают детали, которые будут работать без ударных нагрузок;
  • 65ГА – проволока для пружин, прошедшая закалку;
  • рессорная сталь марки — 65С2ВА, высоконагруженные рессорные пласты и пружины;
  • 68А – закаленная проволока для производства пружинных приспособлений калибром 1.2-5,5 мм;
  • 70 – детали для машиностроения, от которых необходима повышенная износоустойчивость;
  • 70Г – для пружинных элементов;
  • 70Г2 — производят землеройные ножи и пружины для разных отраслей промышленной индустрии;
  • 70С2ХА – пружинные элементы для часовых устройств и большие пружины специального назначения;
  • 70С3А – пружины с большой нагрузкой;
  • марка рессорно пружинной стали 70ХГФА – проволока для выработки пружинных элементов с термообработкой;
  • 75 – любые пружинные и другие детали, используемые в машиностроении, на которые оказывается большая нагрузка вибрациями;
  • 80 – для выработки плоских деталей;
  • 85 – износостойкие детали;
  • SH, SL, SM, ДН, ДМ – машинные пружины, работающие при статистических нагрузках;
  • КТ-2 – для выработки холоднотянутой проволоки, которая навивается без термической обработки.

Первыми цифрами обозначается среднее содержание углерода в конкретной стали и обозначается она в процентном эквиваленте. После цифр идет литера, обозначающая конкретные легирующие присадки добавлены в сплав, а последнее число – это содержание добавок. Стоит отметить, что если легирующего связующего меньше 1,5%, то число не пишется, содержание  больше чем 2,5% обозначается тройкой, промежуточное значение между двумя первыми значениями – прописывается цифрой 2.

Пружинный прокат будь то некорродирующая полоса, листы, шестигранники или квадраты, подразделяются на группы с некоторыми характеристиками:

  • химический состав – первоклассная нержавеющая листовая спецсталь, которая нормируется по значениям от 1 до 4Б;
  • способ обработки – горячекатаная полоса, поверхность которой обтачивается или шлифуется, калиброванный прокат, кованный, специально отделанный прокат.
Гость форума
От: admin

Эта тема закрыта для публикации ответов.