O que faz as esferas dos rolamentos tão redondas e lisas?

Se você já rolou em sua mão um par daquelas pequenas esferas metálicas encontradas em um rolamento de esferas, notou como elas parecem perfeitamente redondas e incrivelmente lisas. Você deve ter imaginado como algo pode ser feito com tanta perfeição. É realmente um processo muito bem bolado que começa com um arame metálico e termina com uma perfeita esfera brilhante.

O primeiro estágio no processo é uma operação de conformação a frio ou a quente. Um arame metálico com aproximadamente o mesmo diâmetro da esfera acabada é alimentado através de uma máquina recalcadora. Essa máquina possui uma cavidade metálica com o formato de um hemisfério em cada lado. Ela interrompe a passagem do arame com um golpe, forçando o pedaço de metal a assumir o formato de uma esfera. O processo deixa um anel metálico, chamado rebarba, ao redor da esfera, de modo que as esferas que saem dessa máquina se parecem um pouco com o planeta Saturno.

Em seguida, elas entram em uma máquina que remove a rebarba. Essa máquina rola a esfera entre duas placas de aço muito duras chamadas placas com ranhuras.


Foto cedida de Noonan Machine Co.
Máquina de fabricação de esferas


Foto cedida de Noonan Machine Co.
Placas com ranhuras da máquina para fabricação de esferas

Uma placa com ranhuras é estacionária e a outra gira. As ranhuras das placas são usinadas para guiar as esferas ao redor de um caminho circular. Você pode ver que uma das placas possui uma seção recortada. É por aí que as esferas entram e saem das ranhuras. Quando a máquina está funcionando, as ranhuras estão completamente preenchidas com esferas. Assim que uma esfera percorre uma ranhura, ela cai em uma seção aberta da placa e bate para um lado e para o outro por algum tempo antes de entrar em uma ranhura diferente. Ao assegurar que as esferas se desloquem por muitas ranhuras diferentes, todas as esferas sairão da máquina do mesmo tamanho, mesmo que haja diferenças entre as ranhuras.

Conforme a esfera se desloca ao longo da ranhura, ela gira e dá cambalhotas, as bordas ásperas se quebram e a esfera acaba espremida em um formato esférico, mais ou menos como quando você rola uma bolinha de massa nas palmas das mãos. Espremer as esferas comprime o metal, o que dá a elas uma superfície muito dura. Porque as esferas são metálicas, essa operação gera muito calor e é necessário jogar água sobre as esferas e as placas para resfriá-las.

As variáveis nesse processo são a pressão que comprime as placas em conjunto, a velocidade com que as placas giram e o tempo que as esferas são deixadas na máquina. O ajuste correto dessas variáveis produzirá consistentemente esferas do tamanho correto.

Depois dessa operação, as esferas podem receber um tratamento térmico. Isso as endurece, mas também altera seus tamanhos. O tamanho das esferas de rolamento deve ser perfeito, algumas vezes com tolerância de milionésimos de centímetro, de modo que mais algumas operações são necessárias após o tratamento térmico.

As esferas passam em seguida por uma operação de retífica. O mesmo tipo de máquina é usada, mas desta vez o fluido refrigerante contém um abrasivo. Elas se deslocam ao longo das ranhuras novamente e são retificadas e comprimidas até suas dimensões finais.

Por fim, elas passam por uma operação de polimento. Novamente, o mesmo tipo de máquina é usado, mas desta vez as placas são feitas de um metal mais mole e a máquina usa menos pressão para comprimir as placas em conjunto. Além disso, a máquina usa uma pasta de polimento ao invés de um abrasivo. Esse processo dá às esferas uma superfície perfeitamente lisa e brilhante, sem remover nenhum outro material.

A última etapa no processo é a inspeção. As esferas são medidas com maquinário muito preciso para determinar se elas atendem às tolerâncias requeridas. Por exemplo, a Associação dos Fabricantes de Rolamentos Anti-Atrito nos EUA (AFBMA - Anti-Friction Bearing Manufacturers Association) possui um conjunto de classes de tolerância/> para as esferas de rolamento. Uma esfera de classe de tolerância três deve ser esférica dentro de 3 milionésimos de uma polegada (ou 0,00008 mm) e o diâmetro deve ser exato dentro de 30 milionésimos de uma polegada, ou 0,0008 mm. Isso significa que em uma esfera de 10 mm de classe de tolerância 3, o diâmetro deveria estar entre 9,9992 e 10,0008 mm e o menor diâmetro medido da esfera deverá diferir no máximo 80 milésimos décimos de milésimos de milímetro em relação ao maior diâmetro.

Os fabricantes usam um processo semelhante para fazer balas de armas de pressão, esferas plásticas para rolamentos e até as esferas plásticas usadas em desodorantes roll-on.

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