Шайбы и подшипники в складных ножах

Современные складные ножи представляют из себя сложный комплекс различных технологических решений, важным компонентом которого является работа осевого узла. Для обеспечения плавного хода клинка и быстрого открывания ножа применяются самые разнообразные детали, в числе которых фторопластовые и металлические шайбы, а также шариковые и роликовые подшипники.

Шайбы из фосфористой бронзы

Фосфористая бронза является основным материалом для шайб из цветного металла, который на сегодняшний день используется при изготовлении ножей. Она отличается от обычной бронзы тем, что обладает большим сопротивлением к изнашивающим и истирающим усилиям, а также большой химической устойчивостью. Этот сорт бронзы при металлургической обработке подвергается очистке с помощью фосфора. Он удаляет при плавке бронзы окислы меди и олова, которые придают сплаву твердость и хрупкость. Очищенный таким образом сплав становится твердым и не теряет вязкости, что дает возможность использовать его в различных механизмах при ударах и трении (подшипники, зубчатые колеса и т.д.). Вязкость фосфористой бронзы настолько велика, что она может коваться, прокатываться и тянуться в проволоку в холодном состоянии. При движении клинка на складывание, эти шайбы выступают в качестве подшипника скольжения. Но при этом они требуют точной подгонки при сборке ножа на производстве. При регулярном обслуживании (смазывании, шлифовке на полировочной пасте) такие шайбы способны работать долгие годы.



Фторопластовые шайбы

Фторопласт — это общее название фторсодержащих пластмасс, получаемых при полимеризации тетрафторэтилена. Он синтезируется в виде белого порошка, образующего комки, а затем прессуется и спекается при высокой температуре. В своем составе может содержать от одного до четырех атомов фтора, что отражается в названиях разных типов этого материала. К наиболее распространенным фторопластам относится политетрафторэтилен, известный в России как фторопласт-4. В США этот материал известен под торговой маркой «тефлон» (Teflon). Основные достоинства фторопласта: устойчивость практически к любому химическому воздействию, низкий коэффициент трения, устойчивость к сцеплению с другими поверхностями. Кроме того, термостойкость, то есть гибкость и эластичность материала сохраняются при температурах в диапазоне от -70° до +270°С. Фторопласт практически не горит, в пламени он только обугливается, а при извлечении его из открытого огня полностью прекращается и обугливание. Изделия из фторопласта не изменяют свою длину даже под воздействием температуры. В качестве шайб для ножей главным достоинством фторопласта является мягкий и плавный ход клинка. Как и шайбы из металла, фторопластовые шайбы нуждаются в смазке. В осевом узле при больших боковых нагрузках они могут деформироваться, то же может происходить и при туго затянутом винте и резком извлечении клинка. Для нормального функционирования шайбы нуждаются в регулярной чистке от пыли и грязи.

Латунные шайбы

Латунь – это двойной или многокомпонентный сплав на основе меди, где основным легирующим элементом является цинк, иногда с добавлением олова (меньшим чем цинка), никеля, свинца, марганца, железа. По металлургической классификации к бронзам не относится. Главными преимуществами таких шайб является повышенная износостойкость, стойкость к окислению и карбонизации, они не подвержены намагничиванию, не бояться низких температур. Латунные шайбы используются в российской ножевой промышленности достаточно редко, так как китайские фторопластовые шайбы экономически более выгодны, а на дорогих ножах премиальные бренды уже перешли на использование подшипников. Однако зачастую в подшипниках латунь активно применяется при изготовлении сепараторов.  

Подшипники

Подшипником называется сборочный узел, являющийся частью опоры или упора и поддерживающий вал, ось или иную подвижную конструкцию с заданной жёсткостью. Он фиксирует положение в пространстве, обеспечивает вращение и качение с наименьшим сопротивлением, воспринимает и передаёт нагрузку от подвижного узла на другие части конструкции. Подшипники можно классифицировать на большое количество основных типов: шариковые, роликовые цилиндрические, роликовые конические, двухрядные самоустанавливающиеся, игольчатые, упорные шариковые и т.д. В складных ножах используются шариковые и роликовые подшипники. Они могут иметь как металлические, так и керамические шарики, а также металлический или пластиковый корпус.

Шариковые металлические подшипники

Шариковые подшипники наиболее распространены в механизмах ножей. В их конструкции применяются шариковые тела качения, которые катятся в беговых дорожках, выполненных на поверхностях наружных колец (обойм), и заключены в штампованные или механически обработанные металлические, или синтетические (полимерные) сепараторы. Благодаря точечному контакту между шариками и беговой дорожкой, момент трения у такого типа подшипников не велик, поэтому они могут развивать большие скорости вращения. Для восприятия осевой нагрузки в одном направлении - применяются однорядные шариковые упорные, в случае, когда действует двухсторонние осевые усилия - двухрядные шариковые упорные подшипники.

Наибольшее распространение в недорогом сегменте современных складных ножей находит созданная компанией Kershaw, система "Kershaw Velocity Technology" (сокращенно KVT). KVT – подшипник представляет собой систему на семи шариках, с сепаратором, который изготовлен из полимерного материала, латуни или стального сплава. В течение многих лет эксплуатации, такие подшипники показали хорошую надежность и четкость работы, несмотря на невысокую стоимость изготовления. Главным недостатком этой системы можно назвать уязвимость шаров  перед появлением ржавчины при контакте ножа с водой и другими жидкостями. Также при применении любых видов подшипников качения исключительную важность имеет строение осевого узла. От формы и глубины выборки под подшипник зачастую зависит его эффективность.


Роликовые подшипники

Роликовые подшипники представляют собой практически такую же конструкцию, как и шариковые варианты. То есть металлический или пластиковый сепаратор, в котором утоплены металлические цилиндры. Они вращаются вокруг своей оси, развивая скорость в одном направлении. Обычно такие подшипники бывают однорядные, и не образуют из себя сложных многорядных систем. Они вырабатываются с такой же скоростью, как и шариковые, нуждаются в смазке и также плохо переносят боковые нагрузки.

Керамические подшипники

Ке6рамические подшипники – это самое современное устройство для узлов складных ножей. Основным материалом для таких изделий является как правило нитрид кремния (Si3N4). Благодаря тому, что этот вид керамики обладает выдающейся ударной прочностью и высокой жесткостью, этот черный, блестящий после полировки материал стали активно использовать за последние десятилетия в машиностроении. Обычно эти подшипники являются смешанными (гибридными) – в них из керамики выполнены только шары (или другое тело вращения), а оба кольца вращения из стали. Сепаратор на гибридных керамических подшипниках может быть сделан как из синтетических материалов, так и из железа.

Главными достоинствами керамики являются: способность работать в агрессивных кислотах и щелочах без коррозии, керамика легче стали на 40% и значительно лучше рассеивает тепло. Твёрдость по Роквеллу стальных шаров редко превышает 60 единиц по шкале HRC, твердость керамики может достигать 75 единиц. Так как керамика тверже стали, то имеет и более высокий модуль упругости. А это наиболее важное преимущество. Это означает, что при нагрузке и вращении шары деформируются меньше.

В ножах на сегодняшний день применяются самые разнообразные системы керамических подшипников. От самых простых однорядных, до сложных трех и даже пятирядных систем с бронзовыми сепараторами, на стальной каленой подложке и фторопластовым пылезащищающим кольцом. Керамические подшипники требуют высокой степени твердости плашек ножа, в которых они движутся, так как при мягкой стали подшипник будет вырабатывать металл. Что в свою очередь приведет к люфту в осевом узле. Особенно это может быть актуально для титановой рукоятки с канавками без стальной подложки. Если эти подшипники будут находиться в специально вырезанных пазах со сталью высокой твердости, то будет происходить так называемая нагартовка - упрочнение металлов и сплавов вследствие изменения их структуры и фазового состава в процессе пластической деформации. То есть металл в этом месте будет упрочняться. Для смазывания керамических подшипников необходима специальная смазка на тефлоновой основе. Это связано с тем, что при применении масла или любой густой смазки в осевом узле будет скапливаться грязь, которая при соприкосновении с подшипником будет работать как абразив и приводить все к той же выработке металла.

Подшипники системы IKBS

Разработанная в 2002 году братьями Лала и Флавио Икома из Бразилии, система IKBS предназначена для лёгкого и быстрого открывания и закрывания складного ножа. В Ikoma Korth Bearing System (именно так расшифровывается IKBS) применяются шариковые подшипники, обеспечивающие плавное открывание ножа, в разы превышающее аналоги.

Для применения IKBS делается зенковка на каждой стороне лайнера, и туда помещаются шарики. Клинок опирается не на плоскости шайб, а лишь на шарикоподшипники, в точках их соприкосновения с зенковками лайнеров. Тем самым, от конструкции подшипника остаются только шарики и канавки в лайнерах, что облегчает и упрощает весь механизм, делает его более надёжным. Пята клинка не подвергается изменениям. Лучше всего IKBS применять на ножах с замком Frame-lock и Liner-lock. Именно простота конструкции обеспечивает надёжность системы IKBS на практике.

Размер и количество шаров, необходимых IKBS для правильной работы, определяется в соответствии с размерами и назначением ножа. В общей конструкции ножа IKBS занимает очень мало места, что позволяет использовать её практически в любом складном ноже, даже в балисонгах («бабочках»). Вид шариков может варьироваться от простых шариков из углеродистой стали до очень дорогих керамических. По сравнению с традиционной системой с шайбами, IKBS выделяется гораздо меньшим трением между клинком и лайнером. На сегодняшний день это одна из самых эффективных и надежных систем позиционирования подшипника на складном ноже. Она применяется десятками ножевых производителей по всему миру.