采用 Vacrodur 制成的 X-life 主轴轴承

采用 Vacrodur 制成的 X-life 主轴轴承

在最恶劣的工作条件下，也能确保极佳的轴承使用寿命

在机床领域，创新的主轴驱动必定会为实现生产率的持续提高做出重要贡献。此外，它们还会在维持最低运营和维护成本的同时，满足不断增长的性能需求。

采用Vacrodur制成的X-life高速主轴轴承

主轴轴承的要求

在主轴损坏导致故障的所有情况中，很大一部分要归因于主轴轴承，而这主要是由磨损或碰撞造成的。造成损坏的其他原因包括润滑不足和污染。为了提高生产率并减少停机时间，主轴轴承必须在以下方面满足不断提高的要求：

■ 速度水平

■ 热稳定性

■ 承载能力

■ 润滑条件。

解决方案 — Vacrodur

舍弗勒开发了采用创新材料Vacrodur制成的主轴轴承。经证明，Vacrodur能够在最恶劣的条件下大幅延长主轴轴承的使用寿命，并且显著降低运营和维护成本。

因此，与现有解决方案相比，它可以实现极为稳健的主轴驱动，从而有助于大幅降低成本 （如图 1 所示）↓。

图1：电主轴

Vacrodur 的特性与优势

Vacrodur 材料采用的合金概念以及相关的特定生产工艺，确保其在主轴轴承领域拥有出色的应用特性。

■ 这种材料基于粉末冶金生产工艺，具有优异的均质特性，所以造就出高品质部件 （如 图 2 和 图 3 所示）。

■ 通过多级热处理，该材料获得了超过 65 HRC 的极高硬度。在润滑油污染情况下，这可以减少外来颗粒物碾压造成的初始损坏。

■ 高硬度源于均匀的材料结构，这种结构不但具有坚韧的材料基质，还包含大量均匀分布的精细碳化物。这些碳化物还赋予 Vacrodur 出众的耐磨性。

■ 热处理工艺的另一个优势是为Vacrodur 带来热稳定性。与传统的轧制轴承钢不同， Vacrodur 热稳定性的提高不以牺牲硬度为代价。它可承受高达 +400 °C 的极高应用温度而保持稳定。

特别是在润滑不足或润滑完全失效的情况下， Vacrodur 轴承的稳健性尤为突出。这种不良工况通常与滚动接触温度显著升高有关，并可能对结构和尺寸的变化产生热影响而Vacrodur轴承截然不同，其热稳定性增添了一层安全裕度，防止主轴出现故障。

                                                        图 2：100Cr6                                                                          图 3：Vacrodur

Vacrodur 性能比较 – 试验证明，在混合摩擦条件下，使用寿命大幅延长

之所以能够延长使用寿命，源自Vacrodur 优异的滚动接触强度。借助Germanischer Lloyd 认证的程序，舍弗勒可以证明 Vacrodur 具有比标准轴承钢更高的承载能力。如 图 4 所示，在混合摩擦条件下的额定寿命测试中，Vacrodur 的额定寿命至少增加了25倍。

Vacrodur 性能比较 – 试验证明动态承载能力大幅增加

额定寿命测试表明，在弹流 （EHD）润滑条件下， Vacrodur 的额定寿命至少延长了 13 倍。因此，与 100Cr6 相比，其动态承载能力提高了 2.4 倍。

Vacrodur 性能比较 – 抗撞击压痕能力显著增加

碰撞失效是最常见的失效原因之一。由于 Vacrodur 的硬度很高，因此其稳健性远胜于 100Cr6。在测试中，极限接触压力显示高出 15%，如 图 5 所示。因此， Vacrodur 主轴轴承的静态承载能力 （C0）则要高出 40%。

                                                 图 4：混合摩擦条件下的额定寿命                                               图 5：压痕深度与压力的关系

Vacrodur 性能比较 – 试验证明受污染时使用寿命大幅增加

润滑污染或污染物侵入是影响使用寿命的主要因素之一。即使在这些边界条件下， Vacrodur 也能显著延长使用寿命。如 图 6 所示，在污染受控的状况下（即润滑油受到矿物颗粒限定程度的污染），测试表明 Vacrodur 的运行寿命几乎是之前的基准材料 Cronidur 的 25倍。

Vacrodur 性能比较 – 试验证明，在边界摩擦条件下，抵抗粘着磨损/磨粒磨损的能力大幅提高

在主轴轴承应用中，十分不利的润滑状况可能伴随着轴承打滑及固体污染，这会对使用寿命产生负面影响。在这种情况下，粘着磨损和磨粒磨损机理有时会明显缩短使用寿命。

Vacrodur 具有优异的特性，特别是兼具极高的硬度和良好的韧性，同时出色的合金成分和近乎完美的均质结构带来低附着倾向，这些特性在耐受粘着磨损和磨粒磨损方面起着决定性作用。

采用 Vacrodur 制成的 X-life 高速主轴轴承 – 在电主轴领域取得重大进展

在舍弗勒摩擦测试台架 FE8 的专用测试装置中， Vacrodur 材料展现出优于100Cr6标准滚动轴承钢的耐磨性。在边界摩擦条件以及极易磨损的高压工况下，舍弗勒对容易打滑的滚动轴承的钢材类型进行了比较。该测试方案专门采用容易打滑和磨损的典型工况，例如，电主轴承载周期中可能出现的工况。通过直接比较发现， Vacrodur 的耐磨性效果是完全令人信服的，在下面的图7 中可以看到效果显著。

图 6：受污染影响时的额定寿命

结果证明 Vacrodur 拥有优异的耐磨性，尤其是在易打滑和受污染的边界条件下，它是主轴轴承的首选。

由于性能优异， Vacrodur 制成的主轴轴承能够满足客户对使用寿命不断提高的需求，或者实现以前无法实现的加工量。

舍弗勒在新的 X-life 高速主轴轴承系列（VCM 系列）中采用了 Vacrodur 材料。

VCM 系列高速主轴轴承凭借优化的X-life 内部结构，具有超高速性能，并且极耐温度快速变化工况。同时，它们具有以前只能使用大尺寸滚珠的轴承才能实现的承载特性。

与传统主轴轴承相比， Vacrodur 材质的 X-life 高速主轴轴承在电主轴设计方面明显具有更大灵活性，能为客户提供大幅削减成本的机会。

与所有现有解决方案相比，使用Vacrodur 主轴轴承可能会显著节约潜在成本，如 图 8 所示。