Il vero cuore di ogni cuscinetto a sfera è rappresentato dalle sfere stesse che, interposte tra l’anello interno e l’anello esterno, consentono il moto relativo tra le parti e ne determinano gran parte delle performance e delle capacità funzionali.

In un cuscinetto radiale rigido a sfere, così come in uno a contatto angolare, la sfera è il componente con i requisiti di precisione più elevati. Si pensi ad esempio ai valori di rugosità superficiale che le sfere di precisione devono mantenere per garantire eccellenti prestazioni. Nei prodotti migliori la finitura è talmente spinta da raggiungere valori di Ra intorno ai 0.004 micron, l’equivalente dello spessore di uno strato di poche centinaia di migliaia di atomi sovrapposti uno sull’altro. Giusto per comprendere i valori in termini relativi, si consideri che le piste degli anelli sulle quali quelle stesse sfere rotoleranno hanno, nei migliori dei casi, rugosità dell’ordine di almeno 4 o 5 volte superiori.

Anche in termini di precisione di forma i valori raggiunti dalle migliori sfere per cuscinetto sono impressionanti. La norma ISO 3290 (vedasi riquadro a parte) definisce le classi di precisione delle sfere e le correla – tra le altre cose – a valori di ovalità massima per ciascuna classe. Le sfere di classe G10, cioè di qualità discreta, hanno una tolleranza di ovalità di 0,25 micron, qualunque sia il diametro della sfera in oggetto. Molti sono i produttori di sfere che dichiarano qualità G10 per i propri prodotti, ma probabilmente solo un 50% di loro è veramente in grado di produrre in totale accordo alla norma. Pochi sono invece quelli in grado di produrre in modo consistente e ripetitivo (con Cpk > 1.66) qualità G5 (0.13 micron max di ovalità), probabilmente stimabili in 3 o 4 aziende in tutto il mondo, ancora meno quelli capaci di offrire qualità G3 (0.08 micron max di ovalità).

La norma ISO 3290 non definisce tutte le caratteristiche di prodotto delle sfere che potenzialmente possono impattare sulle prestazioni del cuscinetto e/o dell’applicazione finita. Molte di queste proprietà sono esclusivamente demandate alla sensibilità e al know-how del produttore. Si pensi, a puro titolo esemplificativo, alle caratteristiche metallurgiche dell’acciaio quali microstruttura, durezza e tensioni residue, o al grado di pulizia delle sfere misurato sia in termini qualitativi che quantitativi. E’ per questo che sfere formalmente conformi allo stesso grado della norma ISO 3290 possono avere in realtà risultati in applicazione completamente diversi.

In aggiunta a quanto sopra, l’utilizzo di acciaio “pulito”, cioè privo di inclusioni metalliche e non-metalliche di diverso tipo, è una ulteriore garanzia di resistenza a fatica e a usura del cuscinetto (si evitano cioè deleteri spallamenti precoci delle sfere e, a catena, delle gole degli anelli) oltre che di silenziosità: spesso, infatti, le micro e macro-inclusioni dell’acciaio, qualora capitino in prossimità della superficie della sfera, si staccano all’improvviso a causa della loro fragilità, lasciando pericolosi crateri che poi potranno risultare in “picchi” intermittenti di rumore del cuscinetto.

Non è un caso che dalla non perfetta forma geometrica e da una errata metallurgia delle sfere d’acciaio di un lotto di cuscinetti può dipendere anche oltre il 50% dello scarto in una linea di assemblaggio di cuscinetti, con elevato impatto sui costi del produttore. Vista nell’altro senso, si può evidenziare come l’utilizzo di sfere di precisione di elevata qualità può portare enormi benefici sia in termini di riduzione dei costi manifatturieri (meno scarto, meno rilavorazioni, flusso produzione teso, qualità del prodotto più elevata)  che nel senso del miglioramento delle performance del cuscinetto in fase di utilizzo (maggiore durata a parità di condizioni oppure la possibilità di downsize del cuscinetto a parità di applicazione, con relativi vantaggi competitivi sia per il produttore di cuscinetti che per il cliente finale).

Nonostante quanto sopra, c’è ancora una mal celata tendenza a considerare le sfere per cuscinetti come una commodity, cioè come un prodotto in cui l’unico elemento di differenziazione è il prezzo di acquisto piuttosto che le caratteristiche intrinseche del prodotto. E’ anche per questo che la qualità media dei cuscinetti DGBB (Deep Groove Ball Bearings) e ACBB (Angular Contact Ball Bearings) in circolazione – sia per OEM che per l’after-market – è decisamente scaduta negli ultimi 20 anni, con evidenti conseguenze sulla qualità delle applicazioni finali. E’ così che molti si sono abbandonati nelle braccia insicure di fornitori di sfere di presunta qualità G10, prodotte con acciaio GCr15 di provenienza sconosciuta e di purezza incerta, fedeli al motto” più è economico, meglio è”.

Nella maggioranza dei casi, però, anche un vero grado G10 non è in grado di garantire qualità accettabile del cuscinetto, soprattutto in termini di vibrazione e rumorosità in applicazione. In alcuni casi neanche la qualità G5 delle sfere può garantire la corretta performance del cuscinetto. Nello specifico, un’ovalità ancora eccessivamente elevata delle sfere avrà impatto soprattutto sulle bande medie (300 – 1800 Hz) di vibrazione del cuscinetto. Tale vibrazione, misurata con il metodo del segnale di velocità (micron/sec) su cuscinetti posti in rotazione con velocità tra i 700 e i 1400 giri al minuto, risulterà nel caratteristico rumore di fondo del cuscinetto cui gli addetti ai lavori si riferiscono spesso con il nome di “tono” e che può essere particolarmente fastidioso in applicazioni sensibili quali, a puro titolo di esempio, gli impianti di condizionamento di uffici e di abitazioni civili o l’alternatore delle nostre automobili o i mandrini ad alta velocità delle macchine industriali.

E’ per queste considerazioni che l’azienda indiana NHB Ball & Roller Ltd ha recentemente lanciato sul mercato una nuova classe di sfere in acciaio al cromo 100Cr6. Si tratta di sfere Super-Premium, di una classe migliore rispetto alla qualità G3 che la norma ISO 3290 definisce come attualmente la migliore esistente.

Come spiega il CEO della società indiana, l’ing. Kalpesh Mehta, “le sfere Super-Premium sono state sviluppate attraverso l’implementazione estesa in azienda di una filosofia Premium che si basa sulla standardizzazione verso l’estrema qualità di ogni minima parte del processo produttivo, sul rifiuto di ogni compromesso di qualunque natura e sulla ricerca esasperata per l’eccellenza”.

“Negli ultimi cinque anni “ aggiunge l’ingegnere “ la nostra azienda è stata protagonista di una trasformazione radicale della propria filosofia, che ci ha portati a stravolgere i nostri processi manifatturiero e amministrativo con l’obiettivo di semplificarli, razionalizzarli ed elevarne drasticamente il livello di qualità e di ripetibilità. Ciò, unitamente  all’impiego di innovative ed esclusive tecnologie di lappatura e controllo del prodotto, ci ha portati alla definizione della qualità Super-Premium.”

Attualmente la società indiana ha sviluppato la tecnologia Super-Premium su un numero limitato di diametri di sfere (3.969, 4.762, 6, 7.938 e 9.525, tutte misure espresse in mm), ma conta entro il 2018 di estenderla ad almeno altrettante varianti.

Il principio che la sfera può fare una grande differenza in molte delle applicazioni in cui viene applicata (dal cuscinetto al giunto omocinetico, per citarne solo due delle diverse centinaia esistenti) è spiegata anche da Giuseppe Panaccione, ingegnere italiano che ricopre il ruolo di Vice Presidente e Business Development manager di NHB. “Abbiamo recentemente sviluppato il concetto di NHB Inside per rafforzare il messaggio del grande contributo che una sfera di qualità come la nostra può dare in molte applicazioni per migliorare le performance e ridurre i costi indiretti associati al prodotto e all’applicazione finale. Per questa ragione stiamo incentivando i nostri clienti all’utilizzo del nostro logo NHB Inside sui loro prodotti finiti, come strumento di comunicazione e di affermazione di una qualità superiore. Ad esempio, è con questa logica che noi produciamo le sfere per cuscinetto esclusivamente utilizzando acciaio 100Cr6 (non GCr15) con purezza elevata e provenienza solo da uno delle seguenti rinomate acciaierie: Daido e Kobe in Giappone, Ascometal in Francia e Posco in Corea.”

“La sfida dei prossimi 3-5 anni – conclude l’ing. Panaccione – sarà quella di estendere sempre più questi concetti nelle applicazioni più disparate che serviamo, dal mondo dei cuscinetti all’industria cosmetica, dalle macchine industriali fino al settore automotive.”

NHB Ball & Roller Ltd

NHB Ball & Roller (www.nhbball.com) è una azienda con quartier generale a Mumbai e con due stabilimenti di produzione modernamente organizzati, dislocati nel Gujarat. Produce sfere in acciaio al cromo e in diversi tipi di acciai inox, oltre che in alluminio, nel campo dimensionale da 2 a 27 mm di diametro, e serve il mercato mondiale con una politica di just-in-time attraverso nove magazzini prodotti dislocati anche in Italia, in Germania e in Canada, oltre che in India. L’azienda ha 320 dipendenti, con un fatturato annuo di circa 30 milioni di dollari.

Per richieste di informazioni e quotazioni contattare Giuseppe Panaccione, tel. 0121 376811 – giuseppe.panaccione@nhball.in.

Gradi qualità delle sfere – Norma ISO 3290 e nuova qualità Super-Premium di NHB

La norma ISO 3290 stabilisce le tolleranze di precisione geometrica delle sfere impiegate nell’industria del cuscinetto. Il grado di qualità è espresso per il tramite della lettera G seguita da un numero che rappresenta i milionesimi di pollice della tolleranza di variazione del diametro della sfera, cioè l’ovalità. Il grado G10, ad esempio, ha una tolleranza di ovalità massima pari a dieci milionesimi di pollici, quindi di 0.25 micron. Ne discende che più è piccolo il numero che segue la lettera G, maggiore è la qualità geometrica delle sfere.

La qualità Super-Premium introdotta da NHB Ball & Roller presenta valori di ovalità migliori della tolleranza G3. In aggiunta la geometria delle sfere è classificata aggiungendo dei parametri molte restrittivi di ondulosità misurata attraverso l’analisi alle diverse frequenze di un segnale di velocità (micron/sec). La misurazione avviene per il tramite di un sensore speciale al di sotto del quale ruota lentamente la sfera lungo una determinata circonferenza. Questo tipo di analisi consente a NHB di determinare minime imperfezioni geometriche e di eventualmente correggerle nel processo prima che il prodotto venga deliberato per il cliente finale.