Vi håller på att översätta vår butik till svenska!
Men eftersom vi har många produkter och sidor tar det tid. Under tiden finns vår produktkatalog på engelska. Tack för ditt tålamod!
Linjära axlar: Välja rätt material, härdning och ytbehandling
Linjära axlar utför krävande uppgifter i industriella tillämpningar: De tillåter exakta och repeterbara linjära rörelser vid höga mekaniska belastningar. För att uppfylla dessa krav är korrekt materialval, härdning och ytbehandling avgörande. Alla dessa faktorer påverkar direkt livslängden, precisionen och prestandan hos en linjär axel. Denna artikel introducerar dessa tre aspekter och belyser deras beroenden så att du kan välja den bästa linjära axeln för din applikation.
Linjära axlar i detalj
Linjära axlar i kombination med linjära lager (t.ex. glidlagerbussningar och linjära kullager) fungerar som linjär guide för axiella rörelser. De är vanligtvis gjorda av precisionsstål, men andra material är också tänkbara. Det finns flera sätt att integrera linjära axlar i ett system. Axelhållare är bara ett av de många alternativen, beroende på axelform. För mer information, se vår artikel om linjära axlar: Axeländar och monteringsalternativ för linjär axel.
Ihåliga axlar (rörform) representerar en speciell form för linjära axlar. Ihåliga axlar har en ihålig interiör över hela sin längd. Detta använder mindre material, vilket minskar linjäraxelns vikt. Linjära axlar fungerar som styraxlar för linjära lager. När de används på rätt sätt tillåter de mycket noggrann linjär rörelsevägledning för applikationer med höga krav på jämnhet och precision. För att uppfylla detta krav och säkerställa tillförlitlig styrning av linjärlagret under hela dess livslängd är interaktionen mellan materialval, härdning och eventuell ytterligare nödvändig ytbehandling avgörande.
Materialval efter avsedd tillämpning
Valet av linjärt skaftmaterial baseras på de specifika kraven för den avsedda tillämpningen. I många fall kan ohärdat stål, t.ex. EN 1.1191 Equiv., användas för enkla tillämpningar, t.ex. alla som använder underhållsfria glidlager. Ytterligare hård förkromning förbättrar ytfinishen och ytbeständigheten. LTBC-beläggningar kan förbättra korrosionsbeständigheten. Axeln bör i allmänhet vara betydligt hårdare än glidlagret.
För linjära kullager eller högre precisionskrav bör hårdare eller induktionshärdat stål användas. Den linjära axeln och linjära kullagren ska då ha samma hårdhet. Precisionsstålet CF53 eller EN 1.1213 kan också användas i detta fall. Detta stål är olegerat och lämpar sig för induktion och flamhärdning. Tack vare sitt medelhöga kolinnehåll kan det bearbetas exakt, vilket är fördelaktigt, även när höga noggrannhetskrav måste uppfyllas
Det valda materialet ska kombinera följande huvudegenskaper enligt den viktning som krävs av applikationen:
- Hög materialstyrka som möjliggör lättare vikt
- Härdbarhet eller hårdhet
- Hög duktilitet – låg hackkänslighet
Vissa överväganden bör göras för att kombinera optimal prestanda, livslängd och effektivitet:
- Vilka är miljöförhållandena? Behövs rostfritt stål?
- Vilka typer av laster förekommer (viktigt för materialets hårdhet)?
- Vilken ythårdhet behövs? Är det aktuella objektet till exempel ett linjärt kullager eller en glidlagerbussning inkl. transporterad last?
- Finns den precision som krävs tillgänglig?
- Vad är kostnaden?
- Vilken typ av montering används? Detta kan vara relevant för skårans känslighet.
Om hårdhet och slitstyrka är huvudfokus bör härdade stålsorter som stål med materialnummer 1.3505 eller stål med nitrerade ytor användas. Dessa stålsorter tål också intensiv användning och mekaniskt slitage.
Även om formen på axeländarna inte är ett urvalskriterium för det linjära axelmaterialet påverkar det ythårdheten hos de härdade områdena. Överväganden för befintliga monteringsalternativ och resulterande axeländar är meningsfulla, särskilt när specialiserade funktioner krävs, t.ex. linjära axlar med gängade pinnbultar.
Härdade kontra icke-härdade linjära axlar
Axel av härdat stål ska användas för hög precision eller högre lagerkrav. Sådana linjära axlar, även kallade precisionsaxlar, är vanligtvis värmebehandlade (induktion) härdade stålaxlar med en duktil kärna. Alternativt kan en specialbeläggning appliceras för vissa tillämpningar (t.ex. hårdkrom), vilket ökar ytkvaliteten och hårdheten.
Härdade linjära axlar är mindre känsliga för nötning och ytdeformation. Detta gynnar dem särskilt när de utsätts för höga belastningar. Linjära kullagervittnesmärken är mindre eftersom den hårda axelytan bättre tål de påfrestningar som orsakas av kulorna i det linjära kullagret. Det är dock viktigt att notera att hårdheten inte ska vara för hög eftersom axeln annars också kan bli spröd och gå sönder.
Icke-härdade skaft är däremot mjukare och mindre skårade, men mer mottagliga för slitage och deformation. Icke-härdade linjära axlar är vanligtvis billigare än härdade axlar.
Effekt av axelns hårdhet på nominell livslängd
Den nominella livslängden för ett helt linjärt system påverkas också av axelns hårdhet fH, bland andra påverkande variabler. En axel måste vara tillräckligt hård för att klara kullagren. Den nominella belastningen reduceras annars. Andra påverkande variabler inkluderar temperaturkoefficienten fT, kontaktkoefficienten fC och lastkoefficienten fW.
Temperaturer över 100 °C resulterar i minskad hårdhet och därmed en minskning av den nominella belastningen. Kontaktkoefficienten tar hänsyn till att den nominella belastningen ändras med antalet linjära lager per axel (linjär axel). Vanligtvis installeras två parallella linjära axlar i linjära axelstyrningar.
Följande kontaktkoefficienter fC gäller beroende på antalet lager:
- Ett lager per axel: 1,0
- Två lager per axel: 0,81
- Tre lager per axel: 0,72
- Fyra lager per axel: 0,66
- Fem lager per axel: 0,61
Belastningskoefficienten fW kräver information om materialvikt, belastningsmoment och andra parametrar som vanligtvis är svåra att beräkna. Följande värden används som tumregel för tillämpningar utan betydande vibrations- och stötbelastningar:
- Låg hastighet (maximalt 15 m/min): 1,0 … 1,5
- Medelhastighet (max 60 m/min): 1.5 ... 2,0
- Hög hastighet (över 60 m/min): 2,0 … 3,5
Tillsammans med den dynamiska belastningen C och nyttolasten P kan den nominella livslängden L för ett linjärt kullager beräknas enligt följande:
L =\left ( \frac{f_{H} \times f_{T} \times f_{C}}{f_{W}}\times \frac{C}{P} \right )^{3} \times 50
Hårdhet av olika stål
Beroende på sammansättning och värmebehandling kan stålkvaliteter variera från mjuka, formbara kvaliteter till extremt hårda, slitstarka varianter. Materialnumret anger stålets hårdhet:
- EN 1.3505 (100Cr6): Klassiskt rullagerstål med hög hårdhet, lämpligt för tungt slitage
- EN 1.4125 (X105CrMo17): Ett martensitiskt kromstål med mycket hög slitstyrka, inklusive användning som knivstål
- EN 1.1191 (C45): är ett olegerat kvalitetsstål eller kolstål. Det kan bara härdas måttligt, men är lätt maskinellt. Används för axlar med medelhöga till höga mekaniska krav.
- EN 1.4301 (X5CrNi18-10, AISI 304): Ett nickelkromstål. Används ofta och är lätt att bearbeta. Det har hög korrosionsbeständighet. Hårdheten är under 215 HB och härdning genom värmebehandling är inte möjlig.
- EN 1.4037 (X65Cr13): Ett martensitiskt rostfritt stål. Efter härdning har den hög hårdhet, men är relativt skör. Den är lämplig för användning i korrosiva miljöer.
- EN 1.1213 (Cf53): Ett olegerat stål av hög kolkvalitet. Mycket goda härdningsegenskaper, hög hållfasthet och seghet, men minskad korrosionsbeständighet.
Se följande tabell, Hårdhet och tillgänglig ytbehandling per axelmaterial, för tillhörande ISO-toleranser:
| Material | ISO-tolerans | Hårdhet | Ytbehandling |
|---|---|---|---|
| EN 1.3505 Equiv. | g6, h5 | Induktion härdad ca 56 till 58HRC |
utan |
| EN 1.4125 Equiv. | |||
| EN 1.4037 Equiv. | |||
| EN 1.3505 Equiv. | Hård förkromad pläteringshårdhet HV750 ~ pläteringstjocklek: min. 5 μ m |
||
| EN 1.4125 Equiv. | |||
| EN 1.3505 Equiv. | g6 | LTBC-plätering pläteringstjocklek: 1 ~ 2 μm |
|
| EN 1.4125 Equiv. | |||
| EN 1.1191 Equiv. | f8 | inte härdad | Hård förkromad skikthårdhet HV750 ~ pläteringstjocklek min. 10 μm |
| EN 1.4301 Equiv. | |||
| EN 1.1213 | h6 | Induktion härdad 58HRC eller mer |
utan |
| EN 1.1213 | h7 | Hård förkromad pläteringshårdhet: HV750 Plåttjocklek min. 5 μm |
Behandling av linjära axlar och deras effekter
Linjära axlar är först induktivt, termiskt härdade. Detta härdningssteg slutförs på råmaterialet på kantskiktet före alla ytterligare bearbetningsprocesser. Det resulterande härdningsdjupet beror på materialet och den linjära axeldiametern. Axeln bearbetas sedan genom slipning, borrning osv. I dessa områden tas även det härdade kantskiktet bort. Det omgivande materialet blir ofta mycket varmt som ett resultat av bearbetning, vilket leder till en förändring i hårdhet i dessa områden.
Följande tabell ger en översikt över härdningsdjupet för linjära axlar för olika stålsorter:
| Ytterdiameter D | Effektivt härdningsdjup | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| EN 1.1191 C45E Equiv. |
EN 1.1213 Cf53 |
EN 1.3505 100Cr6 Equiv. |
EN 1.4037 X65Cr13 Equiv. |
EN 1.4125 X105CrMoV17 Equiv. |
EN 1.4301 X5CrNi18-10 Equiv. |
|
| 3 | inte härdad | Storlek ej tillgänglig | > 0.5 | > 0.5 | > 0.5 | inte härdad |
| 4 | ||||||
| 5 | ||||||
| 6 till 10 | > 0.5 | |||||
| 12 | > 0.7 | > 0.7 | > 0.5 | > 0.5 | ||
| 13 | ||||||
| 15 till 20 | > 0.7 | > 0.7 | ||||
| 25 till 30 | > 1.0 | > 1.0 | ||||
| 35 till 50 | Storlek ej tillgänglig | |||||
Hårdhetsbegränsningar vid ytbehandling
Före bearbetning värms stålet ofta upp för att göra det mer maskinellt. Även genom bearbetning kan stål i kantregionen värmas upp i sådan utsträckning att hårdheten hos det ursprungligen enhetligt härdade kantskiktet i denna region minskas. Denna zon kallas också värmeavledningszonen och har en lägre hårdhet än resten av materialet. Uppvärmningsprocessen ska styras för att minimera incidensrisken i denna zon. Det härdade kantskiktet på originalaxeln tas bort på skiftnyckelns plana ytor, tappar osv. De bearbetade eller exponerade ytorna uppvisar därför en annan hårdhet.
Glödgning kan till exempel leda till minskad hårdhet i följande konfigurationsalternativ och axelkonstruktioner:
- Gängade axlar
- Stegade axlar
- Cirkulspår, koniska och sexkantiga hål, plana skiftnycklar, pilothål med invändiga gängor, spår för monteringsskruvar
- Keyways, V-spår
- Platta ytor
- Konfigurerbara axeländskonstruktioner (G-, H-form)
- Hålaxlar (lateralt hål på ena sidan)
Andra former av ytbehandling
Förutom att härda själva linjäraxeln kan behandlingar också appliceras för att förbättra hårdheten. Dessa används också för korrosionsskydd. Det finns flera typer av ytbehandlingar:
- Hård kromplätering: Hård förkromning ger hög ythårdhet och slitstyrka. Chrome kan dock flagna av.
- LTBC-plätering: Denna beläggning är ett 5 μm tjockt lager av fluorpolymer deponerat som ett svart lager. Den är lågreflektions- och resistent mot sprängtryck genom att böja det linjära skaftet. LTBC-beläggningar uppvisar en bra balans mellan hårdhet och elasticitet.
- Elektrolös nickelplätering: Enhetligt, porfritt lager med högt korrosionsskydd. Denna beläggning skapar en slät yta med låg friktion, men ökar endast ythårdheten måttligt, vilket är anledningen till att den främst används för korrosionsskydd och glidegenskaper.
- Nitridering: Nitridering ökar ytans hårdhet avsevärt. Denna process diffunderar kväve in i stålytan. I likhet med LTBC-pläteringen kan nitreringsskiktet inte längre chippa.
MISUMI urval av linjära axlar
MISUMI erbjuder en mängd olika linjära axelkonfigurationsalternativ:
- Axelns material: Stål, rostfritt stål
- Beläggning/plätering: obelagd, hård förkromning, LTBC-belagd, elektrofri förnicklad
- Värmebehandling: obehandlad, induktivt härdad
- ISO-toleranser: h5, k5, g6, h6, h7, f8
- Precisionsklasser: vinkelräthet 0,03, koncentricitet (med gänga och steg) Ø 0,02, vinkelräthet 0,20, koncentricitet (gänga och stegare) Ø 0,10
- Rakhet/rundhet: beroende på diameter. Se axelns precisionsstandarder för mer information.
Läs även vår artikel Linjära Axlar: Precisionsstandarder för MISUMI:s linjära axlar.
Konfigurera dina monteringsdelar
Med MISUMI-konfiguratorn kan du fritt konfigurera lager, axlar och andra komponenter.
Välj komponenttyp och ställ in önskade toleranser.
CAD-bibliotek
Utnyttja vårt omfattande CAD-bibliotek för att hitta den bästa monteringsdelen för dina komponenter och applikationer. Ladda ner din konfigurerade komponent kostnadsfritt från vår webbplats.
Du kan sedan importera de nedladdade komponenterna till ditt CAD-program.
Låt oss inspirera dig i vårt CAD-bibliotek och redigera dina mönster med vårt SolidWorks-tillägg.
