Kugelmühlenlager

Detaillierte Einführung in Kugelmühlenlager und ihre Herstellungs- und Prüfprozesse

I. Funktionen und Arten von Kugelmühlenlagern

• Hohe Tragfähigkeit: Kann große radiale Lasten (primär) und axiale Lasten (vom Zylinder) tragen;

• Schlagfestigkeit: Anpassbar an vorübergehende Überlastungen durch ungleichmäßige Zufuhr;

• Verschleißfestigkeit: Niedriger Reibungskoeffizient mit dem Zapfen (≤0,001) und eine Lebensdauer ≥10.000 Stunden;

• Wartbarkeit: Einfach zu installieren, zu schmieren und auszutauschen.

1. Pendelrollenlager

• Aufbau: Doppelte Rollenreihen mit sphärischer Laufbahn im Außenring, wodurch sich der Innenring relativ zum Außenring ausrichten kann (±2° Auslenkungstoleranz);

• Eigenschaften: Trägt hauptsächlich radiale Lasten und geringe axiale Lasten, geeignet für kleine bis mittelgroße Kugelmühlen (Zylinderdurchmesser ≤ 3 m).

2. Zweireihige Kegelrollenlager

• Aufbau: Zwei Reihen Kegelrollen, die sowohl radiale als auch axiale Lasten aufnehmen können (hohe axiale Tragfähigkeit);

• Eigenschaften: Muss paarweise eingebaut werden (symmetrische Anordnung), geeignet für mittlere bis große Kugelmühlen (Zylinderdurchmesser 3-5m).

3. Gleitlager (Lager aus Weißmetall)

• Aufbau: Auf die Innenfläche der Lagerschale ist Weißmetall (auf Zinn- oder Bleibasis) gegossen und durch einen Ölfilm geschmiert.

• Eigenschaften: Extrem hohe Tragfähigkeit (geeignet für extragroße Kugelmühlen mit Zylinderdurchmesser ≥5m), erfordert jedoch ein Druckschmiersystem und eine komplexe Wartung.

II. Herstellungsprozess von Kugelmühlenlagern (am Beispiel von Pendelrollenlagern)

1. Herstellung von Innen- und Außenringen (Material: Hochkohlenstoff-Chrom-Lagerstahl GCr15)

• Rohlingsvorbereitung:

• Schmieden: Rundstahl wird auf 850–900 °C erhitzt und zu Ringrohlingen geschmiedet (mit 3–5 mm Toleranz am breiten Ende). Nach dem Schmieden wird eine Normalisierung (860 °C für 2 Stunden, Luftkühlung) durchgeführt, um Netzwerkkarbide zu entfernen.

• Inspektion: Ultraschallprüfung (UT) auf innere Defekte (keine Einschlüsse ≥φ2mm zulässig).

• Schruppbearbeitung:

• Drehen: CNC-Drehmaschinen bearbeiten das innere Loch, den äußeren Kreis und die Endflächen und lassen dabei eine Schleifzugabe von 1–2 mm übrig.

• Bohrung (Außenring): Schmierbohrungen (5-8mm Durchmesser) werden mit einer Positionstoleranz von ±0,5mm gebohrt.

• Wärmebehandlung:

• Abschrecken: Erhitzen auf 830–860 °C, Ölkühlung auf ≤ 200 °C, was zu einer Härte von 61–65 HRC führt;

• Anlassen: Halten bei 150–180 °C für 2–3 Stunden, um Abschreckspannungen zu beseitigen und die Struktur zu stabilisieren.

• Fertigbearbeitung:

• Innenring: Innenschleifmaschinen bearbeiten das Innenloch (Toleranz IT5, Oberflächenrauheit Ra ≤ 0,4 μm); spitzenlose Schleifmaschinen bearbeiten die äußere Laufbahn (sphärische Genauigkeit 0,005 mm);

• Außenring: Rundschleifmaschinen bearbeiten den Außenkreis (Toleranz IT6), Spezialschleifmaschinen bearbeiten die innere Kugelfläche (Krümmungsradiusabweichung ±0,01 mm);

• Schleifen:

• Superfinish: Superfinish der Laufbahnoberfläche (Ra ≤ 0,1 μm) zur Reduzierung des Reibungskoeffizienten.

2. Herstellung von Walzen (Material: GCr15SiMn, mit besserer Verschleißfestigkeit als GCr15)

• Leer: Kaltstauchen zur Bildung des Kugelkopfes, Entfernen von Oxidschichten;

• Wärmebehandlung: Abschrecken + Anlassen bei niedriger Temperatur (wie Innenring, Härte 60–64 HRC);

• Schleifen: Spitzenlose Schleifmaschinen bearbeiten den Außenkreis (Zylindrizität ≤ 0,002 mm); Kugelschleifmaschinen bearbeiten die kugelförmigen Enden (≥ 90 % Passung mit der Laufbahn).

3. Herstellung von Käfigen (Material: kohlenstoffarmer Stahl 20# oder Messing H62)

• Stanzen: Stahlplatten werden zu Taschenstrukturen gestanzt (für 20#-Stahl), oder Messing wird geschmiedet und dann gedreht, um Taschen zu formen;

• Formgebung: Taschengrößentoleranz ±0,1 mm, um eine flexible Drehung der Rollen in den Taschen zu gewährleisten (Abstand 0,1–0,3 mm).

4. Montageprozess

• Reinigung: Alle Teile werden mit Kerosin gereinigt (Entfernung von Eisenspänen und Öl);

• Gruppenzuordnung: Innenringe, Außenringe und Rollen werden nach Maßtoleranz (±0,001 mm pro Gruppe) gruppiert, um ein radiales Spiel (0,1–0,3 mm) sicherzustellen.

• Nieten/Schweißen: Nach der Montage von Käfig und Rollen werden diese durch Nieten (Stahlkäfige) oder Schweißen (Messingkäfige) befestigt.

• Endkontrolle: Drehflexibilität prüfen (kein Verklemmen), Rostschutzöl auftragen und verpacken.

III. Inspektionsprozess von Kugelmühlenlagern

1. Rohmaterial- und Rohlingsprüfung

• Materialprüfung:

• GCr15: Spektralanalyse zur Überprüfung des Cr- (1,4–1,65 %) und C-Gehalts (0,95–1,05 %);

• Weißmetall (Gleitlager): Chemische Analyse zum Nachweis von Zinnlegierungen (Sn≥83 %) und Bleilegierungen (Pb≥78 %).

• Schmiedequalität:

• Makrostrukturprüfung (Ätzverfahren): Keine Lunker oder Risse, Netzhartmetallqualität ≤2.

2. In-Prozess-Inspektion (Schlüsselknoten)

• Nach der Wärmebehandlung:

• Härte: Rockwell-Härteprüfer misst Innen-/Außenringe (61–65 HRC) und Rollen (60–64 HRC);

• Metallografische Struktur: Martensitgrad ≤2, Restaustenit ≤15 % (um Maßänderungen zu vermeiden).

• Nach der Endbearbeitung:

• Maßgenauigkeit: KMG misst den Innendurchmesser des Innenrings (IT5) und den Außendurchmesser des Außenrings (IT6);

• Geometrische Toleranz: Radialer Rundlauf des Innenrings ≤ 0,003 mm, Rechtwinkligkeit der Stirnfläche des Außenrings ≤ 0,002 mm/100 mm;

• Oberflächenqualität: Laufbahnrauheit (Ra ≤ 0,4 μm), keine Kratzer oder Druckstellen (überprüft mit einer 10-fachen Lupe).

3. Endproduktprüfung

• Rotationsgenauigkeit:

• Radialer Rundlauf des Innenrings (Fr) ≤0,01 mm, Radialer Rundlauf des Außenrings (Fa) ≤0,015 mm;

• Radiales Spiel: Gemessen mit Fühlern oder Spaltmaßen (0,1–0,3 mm, angepasst an die Lagergröße);

• Lebenstest: Probenahme für beschleunigte Lebensdauertests (1000 U/min, 1,2-fache Nennlast) mit einer Lebensdauer von ≥ 1000 Stunden (entspricht ≥ 10.000 Stunden im tatsächlichen Gebrauch);

• Dichtungsleistung (für abgedichtete Lager): Wasserimmersionstest (50 mm Wassertiefe, 500 U/min, 30 Minuten lang kein Wassereintritt).