Bi thép được sản xuất như thế nào? Quy trình sản xuất bi thép

Bi thép là một trong những thành phần quan trọng nhất trong công nghiệp hiện đại. Tuy nhỏ bé, chúng đóng vai trò thiết yếu trong việc tạo ra chuyển động quay trơn tru, chính xác trong nhiều hệ thống cơ khí. Từ hộp số ô tô đến thiết bị hàng không vũ trụ, bi thép chính xác hiện diện ở khắp mọi nơi.

1.0Tại sao bi thép lại quan trọng đến vậy?

Bi thép đóng vai trò là bộ phận lăn trong ổ bi và được sử dụng rộng rãi trong:

• Vòng bi công nghiệp và ô tô
• Các thành phần hàng không vũ trụ đòi hỏi độ tin cậy cực cao
• Động cơ điện và dụng cụ điện
• Van và hệ thống kiểm soát lưu lượng
• Thiết bị đo lường có độ chính xác cao
• Thiết bị điện tử, thiết bị y tế và nhiều hơn nữa

Vai trò của chúng tuy đơn giản nhưng rất quan trọng: giảm ma sát, phân bổ tải trọng và duy trì sự liên kết chính xác giữa các bộ phận quay.

2.0Vật liệu được sử dụng trong sản xuất bi thép

Quá trình sản xuất bắt đầu bằng việc lựa chọn vật liệu cẩn thận. Vật liệu được lựa chọn phụ thuộc vào yêu cầu sử dụng cuối cùng.

2.1Các vật liệu phổ biến bao gồm:

• Thép crom (AISI 52100)– Độ cứng và khả năng chống mài mòn tuyệt vời.
• Thép không gỉ (ví dụ: AISI 440C, 316, 420)– Sử dụng trong môi trường ăn mòn hoặc ẩm ướt.
• Thép Cacbon– Tiết kiệm, sử dụng trong các ứng dụng không quan trọng.
• Hợp kim đặc biệt– Dùng cho các tính chất từ tính, nhiệt độ cao hoặc các ứng dụng chuyên biệt.

Thép có dạng thanh hoặc dây và được kiểm tra kỹ lưỡng về thành phần hóa học và tính chất cơ học trước khi gia công.

3.0Quy trình sản xuất bi thép từng bước

3.1Bước 1: Cắt các thanh thép

Dây thép được cắt thành những mảnh nhỏ gọi là sênMỗi viên bi lớn hơn một chút so với viên bi cuối cùng. Điều này đảm bảo có đủ vật liệu để tạo hình và loại bỏ phần thừa ở các bước sau.

3.2Bước 2: Tạo hình quả bóng thô

Bi thép có thể được tạo thành bằng hai phương pháp chính, tùy thuộc vào kích thước, vật liệu và độ chính xác cần thiết: tiêu đề lạnh Và tạo hình nóng.

Ép nguội (Ép nguội)

Trong quy trình cán nguội, các thanh thép được ép thành các quả cầu thô (gọi là bi thô) giữa hai khuôn bán cầu dưới áp suất lên đến 20 tấn. Thép ở trạng thái ủ mềm ở giai đoạn này, giúp dễ dàng biến dạng mà không bị nứt.

Ép nguội không chỉ định hình thép thành hình cầu mà còn tinh chỉnh cấu trúc hạt bên trong, cải thiện độ bền và độ ổn định kích thước. Phương pháp này được sử dụng rộng rãi để sản xuất bi thép có độ chính xác cao cho vòng bi, linh kiện ô tô và dụng cụ chính xác, những nơi yêu cầu kích thước đồng đều và chất lượng bề mặt là rất quan trọng.

Tạo hình nóng (Ép nóng hoặc Cán nóng)

Đối với những viên bi thép lớn hơn hoặc cứng hơn, phương pháp tạo hình nóng thường được sử dụng. Trong phương pháp này, các viên bi thép được nung nóng đến nhiệt độ thường nằm trong khoảng 900°C và 1200°C cho đến khi vật liệu đủ dẻo. Các thanh thép đã được nung nóng sau đó được rèn hoặc cán giữa các khuôn định hình để tạo thành các phôi hình cầu.

Ép nóng phù hợp với thép cacbon cao hoặc thép hợp kim khó biến dạng ở nhiệt độ phòng. Phương pháp này cũng cho phép sản xuất bi có đường kính lớn hơn một cách tiết kiệm. Tuy nhiên, bi ép nóng thường đòi hỏi phải mài và xử lý nhiệt bổ sung để đạt được độ chính xác và độ bóng bề mặt mong muốn. Phương pháp này thường được sử dụng để sản xuất vật liệu nghiền, linh kiện máy móc công nghiệp và các ứng dụng khác nơi không yêu cầu dung sai cực kỳ chặt chẽ.

3.3Bước 3: Xóa Flash (Quá trình Flash)

Những quả bóng thô có một gờ nhỏ hoặc vật liệu thừa được gọi là đèn flash. Phần này được loại bỏ bằng hai tấm kim loại:

Các quả bóng được lăn giữa các tấm gang quay theo hướng ngược nhau

Hoặc một tấm quay trong khi tấm kia vẫn đứng yên

Quá trình này loại bỏ hiện tượng chảy và cải thiện độ tròn, nhưng các viên bi vẫn chưa cứng hoặc có kích thước chính xác.

3.4Bước 4: Mài mềm (Bước tùy chọn)

Ở một số nhà máy, một nghiền mềm Quy trình này tiếp nối bằng phương pháp đánh bóng. Nó sử dụng đá mài để tinh chỉnh hình dạng khi thép vẫn còn mềm. Bước này chuẩn bị bi cho quá trình xử lý nhiệt bằng cách cải thiện độ đồng đều.

3.5Bước 5: Xử lý nhiệt để tăng độ cứng và độ bền

Những viên bi thép hiện nay được xử lý nhiệt để làm cứng và tăng cường độ bền.

• Austenit hóa: Quả bóng được nung nóng đến khoảng 1.500°F (815°C) để tạo thành austenit.
• Làm nguội: Các quả bóng được làm nguội nhanh trong bồn dầu để tạo thành cấu trúc martensitic cứng.
• Làm nguội: Bóng được hâm nóng lại để 325°F (160°C) để giảm bớt ứng suất bên trong và giảm độ giòn.

Điều này dẫn đến bi thép tôi cứng có khả năng chống mài mòn và độ bền mỏi cao.

3.6Bước 6: Tẩy cặn (Loại bỏ lớp oxit)

Xử lý nhiệt tạo ra một lớp cặn oxit. Lớp này được loại bỏ bằng cách sử dụng tẩy cặn hóa học (thường là dung dịch có tính axit) hoặc vệ sinh cơ học để đảm bảo bề mặt sạch cho quá trình mài chính xác.

3.7Bước 7: Mài chính xác các viên bi thép cứng

Bước nghiền này cải thiện cả hai sự tròn trịa Và độ chính xác về kích thước:

• Các quả bóng được lăn giữa một bánh mài quay và một tấm thép cố định
• Chất mài mòn mịn loại bỏ một lượng nhỏ vật liệu

Bước này giúp các quả bóng có kích thước cuối cùng chỉ bằng vài micron.

3.8Bước 8: Mài – Hoàn thiện bề mặt

Lapping là một quá trình hoàn thiện chính xác trong đó các quả bóng:

• Lăn giữa hai tấm thép cứng (một tấm cố định, một tấm quay chậm)
• Tiếp xúc với bùn mài mòn mịn

Điều này loại bỏ các điểm không đều trên bề mặt, đạt được hoàn thiện như gương và dung sai xuống tới Ra 0,01 μm Và biến thể đường kính < 0,1 μm.

3.9Bước 9: Giặt, Kiểm tra và Định cỡ

Tại thời điểm này, các viên bi thép là:

• Đã rửa sạch để loại bỏ cặn bã từ quá trình nghiền và mài
• Kiểm tra bằng mắt và cơ học đối với các vết xước, vết nứt hoặc các vết không đều
• Đã phân loại và định cỡ dựa trên độ chính xác

3.10Cấp độ và dung sai của bi thép

Tiêu chuẩn quốc tế và các loại bi thép

Sau khi làm sạch và kiểm tra trực quan, bi thép chính xác được phân loại thành các cấp dựa trên dung sai chặt chẽ về độ tròn, độ hoàn thiện bề mặt và độ biến thiên đường kính. Bảng sau đây định nghĩa các dung sai hình học này theo tiêu chuẩn công nghiệp:

4.0Video đề xuất: Cách chế tạo bi thép

Để hiểu rõ hơn về quy trình sản xuất, video này cung cấp góc nhìn từng bước về cách tạo hình, xử lý nhiệt và hoàn thiện bi thép. Việc xem video sẽ giúp bạn hình dung các phương pháp sản xuất được thảo luận trong bài viết này, bao gồm cả kỹ thuật dập nguội và dập nóng.

5.0Tiêu chuẩn quốc tế áp dụng cho bi thép

Bi thép dùng cho ổ trục lăn phải tuân thủ các tiêu chuẩn độ chính xác toàn cầu. Các tiêu chuẩn này bao gồm:

• Tiêu chuẩn ABMA 10A– Bi kim loại dùng cho ổ trục không mài và các mục đích sử dụng khác
• Tiêu chuẩn ASTM F2215– Tiêu chuẩn kỹ thuật cho bi sắt và bi không sắt trong ổ trục và van
• DIN 5401– Bi dùng cho ổ trục lăn và công nghiệp nói chung
• Tiêu chuẩn ISO 3290-1– Vòng bi lăn — Bi — Phần 1: Bi thép
• Tiêu chuẩn JIS B1501(JSA) – Vòng bi lăn — Bi

6.0Kiểm soát chất lượng ở mọi giai đoạn

Để đảm bảo độ tin cậy, quá trình sản xuất bi thép bao gồm:

• Kiểm tra nguyên liệu thô về thành phần và tính toàn vẹn cơ học
• Kiểm tra trong quá trình ở mỗi bước (hình dạng, kích thước, độ cứng)
• Kiểm tra không phá hủy(ví dụ, kiểm tra dòng điện xoáy) đối với các vết nứt hoặc khuyết tật
• Kiểm tra phá hủy trên các lô mẫu (ví dụ, thử nghiệm độ cứng, phân tích cấu trúc vi mô)

7.0Những đổi mới hiện đại trong sản xuất bi thép

Ngành công nghiệp này tiếp tục phát triển với:

• Tự động hóa và robot để sản xuất nhanh hơn, đồng đều hơn
• Tầm nhìn máy tính và kiểm soát chất lượng dựa trên AI
• Lò xử lý nhiệt tiên tiến với chức năng giám sát thời gian thực
• Công nghệ phủ mới(ví dụ, màng chống ăn mòn, tự bôi trơn)
• Vật liệu lai như thép phủ gốm hoặc các chất thay thế silicon nitride

8.0Những câu hỏi thường gặp (FAQ)

Câu 1: Vật liệu nào được sử dụng để chế tạo bi thép?

Thép crom (AISI 52100) là loại phổ biến nhất, nhưng thép không gỉ, thép cacbon và hợp kim đặc biệt cũng được sử dụng tùy thuộc vào ứng dụng.

Câu 2: Bi thép chính xác có hình tròn như thế nào?

Những quả bóng chất lượng cao (ví dụ, G5 hoặc G10) có thể lệch khỏi một quả cầu hoàn hảo ít hơn 0,13 micron, cung cấp độ chính xác cực cao cho các ứng dụng hiệu suất cao.

Câu 3: Mục đích của việc xử lý nhiệt bi thép là gì?

Xử lý nhiệt làm tăng độ cứng và độ bền, cho phép bi chịu được tải trọng cao và giảm hao mòn trong hệ thống cơ khí.

Câu 4: Sự khác biệt giữa mài và mài phẳng là gì?

Mài là một quá trình định hình, trong khi đang mài là quá trình đánh bóng giúp cải thiện độ hoàn thiện bề mặt và đạt được dung sai chặt chẽ.

Câu 5: Cấp độ bi thép là gì?

Bi thép được phân loại theo cấp (ví dụ: G5, G10, G100), biểu thị mức độ chính xác dựa trên độ tròn, độ hoàn thiện bề mặt và sự thay đổi đường kính.

9.0Phần kết luận

Mặc dù nhỏ, những viên bi thép Đóng vai trò to lớn trong việc vận hành trơn tru các cỗ máy trên thế giới. Quy trình sản xuất của chúng là sự kết hợp giữa khoa học luyện kim, kỹ thuật cơ khí và tự động hóa hiện đại - tạo ra những linh kiện nhỏ bé giúp động cơ quay, tua-bin hoạt động và công nghệ luôn tiến bộ.

Cho dù bạn đang tìm nguồn cung cấp bi thép hay chỉ đơn giản là tò mò về sản xuất công nghiệp, việc hiểu được quy trình này sẽ cho thấy mức độ chính xác và cẩn thận cần có để tạo ra một thứ có vẻ đơn giản như vậy.

10.0Bảng 1: Các loại bi thép

Bi thép có sẵn với nhiều loại vật liệu, kích thước và lớp hoàn thiện khác nhau, mỗi loại được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu cụ thể về cơ học, môi trường và chi phí. Bảng dưới đây tóm tắt các loại bi thép chính, đặc tính vật liệu và ứng dụng điển hình của chúng, giúp các kỹ sư và nhà thiết kế lựa chọn giải pháp phù hợp nhất với nhu cầu của mình.

Kích thước và Cấp độ chính xác

Bi thép được sản xuất với nhiều kích cỡ và cấp độ chính xác khác nhau để đáp ứng các yêu cầu hiệu suất khác nhau.

Hoàn thiện và xử lý bề mặt

Bề mặt hoàn thiện và phương pháp xử lý ảnh hưởng đáng kể đến khả năng chống mài mòn, ma sát và chống ăn mòn, khiến chúng trở nên quan trọng đối với hiệu suất trong các ứng dụng đòi hỏi khắt khe.

11.0Bảng 2: Các thuộc tính và thông số kỹ thuật chính

Hiệu suất của bi thép phụ thuộc vào một số đặc tính quan trọng, bao gồm độ cứng, khả năng chống ăn mòn, khả năng chịu tải và độ chính xác kích thước. Bảng sau đây cung cấp tổng quan về các thông số kỹ thuật chính này để hỗ trợ việc lựa chọn bi thép cho các điều kiện vận hành cụ thể.

12.0Bảng 3: Tiêu chuẩn và chứng nhận ngành

Việc tuân thủ các tiêu chuẩn được công nhận đảm bảo chất lượng, hiệu suất và khả năng hoán đổi đồng đều của bi thép giữa các nhà sản xuất và ứng dụng khác nhau. Bảng sau đây nêu bật các tiêu chuẩn và chứng nhận chính của ngành liên quan đến bi thép.