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Cuscinetti - 2021-10-25

NSK spherical roller bearings with TL technology

I cuscinetti radiali orientabili a rulli Serie TL di NSK sono utilizzati in tutto il mondo in svariate applicazioni su macchine per la carta. Rispetto ai normali cuscinetti radiali orientabili a rulli con trattamento termico standard, questo prodotto avanzato è sempre più apprezzato per alcuni vantaggi specifici, in particolare la maggiore resistenza dell'anello interno, la durata più lunga e la stabilità dimensionale ad alte temperature di esercizio.

I cuscinetti TL (acronimo per Tough e Long life) sono stati sviluppati originariamente per risolvere un problema specifico: le fratture dell'anello interno dei cuscinetti radiali orientabili a rulli con foro conico. Questo problema si può verificare su cilindri essiccatori (compresi i cilindri Monolucido) e calandre, dove il vapore surriscaldato è convogliato all’interno dell’albero cavo del cilindro dove è alloggiato il cuscinetto. Lo sbalzo termico conseguente aumenta l'accoppiamento con interferenza, provocando un drastico incremento della tensione circonferenziale sull'anello interno, che a sua volta aumenta il rischio di fratture.

NSK sapeva che il segreto per offrire una soluzione di successo era sviluppare un cuscinetto che avesse una maggiore resistenza alla tensione circonferenziale. L'azienda si è quindi messa al lavoro per creare la specifica TL, utilizzando un acciaio con una formulazione cementata abbinata a uno speciale metodo di trattamento termico. Dal punto di vista metallurgico, le piste di rotolamento sono più dure rispetto al normale acciaio per cuscinetti, ma l'interno resta morbido. Questo contrasto garantisce la resistenza agli urti necessaria per evitare fratture, ma anche una durezza di superficie adeguata per cuscinetti di lunga durata.



Prove comparative

La resistenza degli anelli interni che rispettano la specifica TL è superiore a quella degli anelli interni in acciaio bainitico o normale acciaio per cuscinetti, come dimostrato in una serie di prove comparative di frattura. Nei test effettuato, gli anelli interni sono stati sottoposti a un carico radiale di 2000 kg con una velocità di rotazione di 1800 giri/min, applicando contemporaneamente un valore misurato di tensione circonferenziale.

Da osservare come gli anelli in acciaio per cuscinetti, alcuni con trattamento termico standard e altri con trattamento bainitico, si sono fratturati a una tensione circonferenziale di 400 MPa rispettivamente dopo 1 x 107 giri e 7 x 107 giri (in media). Per contro, l'acciaio con specifica TL non si è fratturato fino ad una tensione circonferenziale di 430 MPa, dopo 3 x 108 giri (immagine 2). Gli anelli TL hanno superato anche quelli in acciaio cementato con trattamento di stabilizzazione dimensionale.

Queste prestazioni elevate sono dovute in parte alla tensione residua (dopo il trattamento termico) presente negli anelli interni fabbricati con acciaio TL. La tensione residua era molto più alta nei pezzi in acciaio TL rispetto a quelli in acciaio per cuscinetti sottoposti a trattamento termico standard o bainitico. La tensione residua agisce in direzione opposta alla tensione circonferenziale, contribuendo a neutralizzare questa forza indesiderata.

Nelle prove di durata alla fatica, i cuscinetti TL hanno tutti dimostrato prestazioni nettamente superiori ai cuscinetti fabbricati con altri materiali, confrontando la distribuzione di Weibull dei risultati delle prove (immagine 3).

Un'altra caratteristica importante della specifica TL è la maggiore durezza della superficie della pista di rotolamento rispetto ai cuscinetti di acciaio bainitico o cementato. Le misure effettuate sull'acciaio con specifica TL hanno rilevato una durezza di 710-720 HV (60,5-61,0 HRc). Questo valore è migliore rispetto all'acciaio per cuscinetti con trattamento di stabilizzazione dimensionale (690-700 HV, 59.5-60.0 HRc), all'acciaio per cuscinetti con trattamento bainitico (670-680 HV, 58.5-59.3 HRc) e all'acciaio cementato con trattamento di stabilizzazione dimensionale (680-700 HV, 59-60 HRc).

La tecnologia proprietaria di NSK per il trattamento termico del materiale favorisce anche la stabilità dimensionale alle alte temperature, come dimostrato da ulteriori test. I cuscinetti fabbricati con acciaio TL (a una temperatura del cuscinetto di 150°C) hanno mostrato una percentuale trascurabile di variazione dimensionale (circa 0,002%) dopo 10.000 ore, inferiore all'acciaio per cuscinetti con trattamento di stabilizzazione dimensionale (a 130°C) e molto inferiore all'acciaio per cuscinetti con trattamento termico standard.



Vantaggi dimostrati

In ultima analisi, l'acciaio per cuscinetti con specifica TL di NSK offre una resistenza alla tensione circonferenziale superiore del 60% e una durata alla fatica cinque volte maggiore rispetto all'acciaio per cuscinetti con trattamento bainitico; una tensione circonferenziale superiore del 180% e una durata alla fatica doppia rispetto all'acciaio per cuscinetti con trattamento termico standard. Queste prestazioni superiori si traducono in una maggiore produttività e un concreto vantaggio competitivo per gli utilizzatori.

La popolarità dei cuscinetti Serie TL cresce in tutta Europa. Ad esempio, una nota azienda russa nell'industria cartaria che voleva ammodernare una macchina per la produzione di cartone ha richiesto recentemente una fornitura di cuscinetti radiali orientabili a rulli Serie TL per 180 cilindri essiccatori (lato motorizzato e non). Le prestazioni e le caratteristiche eccellenti del prodotto sono state determinanti per la scelta. Molti cuscinetti Serie TL sono installati nelle sezioni di essiccazione di macchine per la produzione di carta e cartone in altri impianti in Russia, fra cui un'applicazione su un rullo guida feltro.

Per rispondere alla domanda di un numero crescente di costruttori di macchinari e cartiere che vogliono massimizzare la vita operativa e la disponibilità degli impianti, NSK produce oltre 100 diverse taglie/tipologie di cuscinetti TL, aiutando così un'ampia gamma di clienti a ottenere prestazioni migliori a costi più contenuti.

 

Immagine 1):  I cuscinetti radiali orientabili a rulli di NSK con tecnologia TL offrono una durata doppia rispetto ai modelli tradizionali

Immagine 2): Le prove di frattura dell'anello interno dimostrano i miglioramenti prestazionali offerti dai cuscinetti Serie TL di NSK

Immagine 3): La maggiore durata dei cuscinetti radiali orientabili a rulli TL di NSK emerge chiaramente da numerose prove comparative

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