Bachelor's Thesis

Materials used for ball screws

Final Thesis 2.49 MB

Author of thesis: Jakub Hanáček

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Karel Němec, Ph.D.

Reviewer: Ing. Josef Zapletal, Ph.D.

Abstract:

This bachelor thesis deals with the issue of materials used for the production of ball screws with regard to their mechanical properties and technological processing. The theoretical part provides an overview of the ball screw design and offers a detailed analysis of the properties of conventional steels, such as CF53, 42CrMo4, and 100Cr6 bearing steel. Special attention is paid to the influence of heat and thermo-chemical treatment on the resulting microstructure and hardness of the functional surfaces. Furthermore, the thesis reflects modern trends in the field, specifically the possibilities of using additive manufacturing and metal 3D printing for the production of specific components, such as recirculation systems. The practical part focuses on the experimental verification of the properties of selected samples of shafts, nuts, and balls supplied by the KSK company. Using metallographic analysis and microhardness profile measurements, verification of the material state after heat treatment and its comparison with theoretical assumptions is performed.

Keywords:

Ball screw, heat treatment, steel, 3D metal printing, hardness, microstructure

Date of defence

11.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student prezentoval svoji diplomovou práci, byly přečteny posudky vedoucího práce a oponenta práce. Otázky oponenta: 1. otázka - zodpovězeno 2. otázka - zodpovězeno 3. otázka - s upřesněním zodpovězeno Otázky komise: Jaké náležitosti by měl mít převod mezi jednotlivými hodnotami tvrdosti? - zodpovězeno Jaký původ má zbytkový austenit ve struktuře kalených ocelí? - zodpovězeno Jakým způsobem lze určit množství zbytkového austenitu ve struktuře? - nezodpovězeno Jakým způsobem musí být vyloučeny karbidy ve vytvrzených ocelích? - nezodpovězeno Jakým způsobem lze analyzovat způsob vyloučení vytvrzujících karbidů ve struktuře ocelí? - po upřesnění zodpovězeno

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Fundamentals of Mechanical Engineering (B-ZSI-P)

Specialization

Fundamentals of Mechanical Engineering (STI)

Composition of Committee

doc. Ing. Stanislava Fintová, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Vít Jan, Ph.D. (předseda)
Ing. Martin Zelený, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Martin Juliš, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Martin Trunec, Dr. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Karel Němec, Ph.D.

Ke zvolenému tématu student přistoupil velmi iniciativně. Zadané úkoly plnil samostatně, svědomitě a včas. Z metodického hlediska vycházel z doporučených zásad pro zpracování bakalářské práce a o tématu pojednal celkem v osmi logicky navazujících kapitolách, k čemuž využil dostatečný počet 34 zdrojů. Práce je sepsána přehledně, věcně správně a splnila v celém rozsahu nároky, které jsou na tento typ prací kladeny. Pozitivem je i experimentální část práce, která u rešeršních prací není vyžadována. Student ji z velké části realizoval v KSK Kuřim, kde budou výsledky využity. Autor se v práci vyvaroval závažných chyb a formálních nedostatků, proto ji hodnotím známkou "výborně / A" a doporučuji ji k přijetí jako podklad ke státní závěrečné zkoušce.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací B
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Josef Zapletal, Ph.D.

Bakalářská obecná práce pana Jakuba Hanáčka s názvem "Materiály používané pro výrobu kuličkových šroubů" přináší rešerši v dnešní době velmi využívaného strojního celku, a to z pohledu materiálového inženýrství. Práce s obvyklým řazením obsahuje cca 34 stran textu s obrázky a 34 citovaných zdrojů.

V první části se autor zabývá konstrukcí kuličkových šroubů a jejich výrobou. V této části postrádám nové poznatky či vyšší úroveň rešerše i přes fakt že autor pracuje u předního českého výrobce této technologie. Těžištěm práce je rešerše materiálů nejčastěji používaných pro konstrukci kuličkových šroubů, matic, valivých elementů a převaděčů. Autor tuto část popisuje značně chaoticky, chybí základní rozdělení ocelí, precizní výklad, jak ovlivňují výsledný mix vlastností ocelí jednotlivé legury, řeší např. korozní odolnosti u nekorozivzdorných ocelích a použije obvykle jeden literární pramen pro analýzu nekonvenčních metod zušlechtění, zpracování povrchu atd. které by měli vést k možnému dalšímu zvýšení životnosti. V této části naprosto chybí popis technologie povrchového kalení s jejím dopadem na mikrostrukturu, ostrost přechodu, křehko-lomové chování atd. V poslední části rešerše se autor zabývá metodou SLM (LPBF), pracuje pouze s 2 materiály (316L a 17-4 PH) které jsou navíc naprosto odlišné a nehodící se pro možnou náhradu např. matic.

Práce obsahuje i praktickou část kde se autor zabývá měřením tvrdosti a mikrostrukturní analýzou 3 vzorků (šroub, matice, valivý element). Zde autor nabyl mylného dojmu, že jádro šroubu je bez TZ i když se tvrdost blíží 30 HRC. Jako problém považuji špatnou čitelnost grafů a prezentace tvrdost HV1 v jednotkách Rockwell HRC! V rámci metalografických analýz chybí malé zvětšení pro fotodokumentaci přechodu indukčně kaleného povrhu šroubu do jádra a u valivého elementu je mikrostruktura značně nečitelná.

Diskuzní část nevykazuje obvyklé premisy, není zde diskutováno srovnání dosažených výsledků. Ve formulovaných závěrech autor většinou prezentuje myšlenky, které se nedostatečně opírají o větší množství vědeckých prací a například zcela nereflektuje realitu použití typu materiálu pro kuličkové šrouby či použití keramiky v hybridních systémech atd.

Práce jako celek také obsahuje velké množství překlepů, stylistických a významových chyb, horší grafickou úroveň a práci s citacemi což je asi důsledek autorovy samostatnosti při vypracování. I přes výše uvedené nedostatky práce splňuje vytýčené cíle a rámcové požadavky tudíž bakalářskou práci pana Jakuba Hanáčka doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání C
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod D
Vlastní přínos a originalita C
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry D
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii D
Logické uspořádání práce a formální náležitosti C
Grafická, stylistická úprava a pravopis C
Práce s literaturou včetně citací C
Topics for thesis defence:
  1. 1. Jakými materiály (charakterizujte) se třískově obrábí indukčně kalený polotovar pro výrobu kuličkového šroubu.
  2. 2. Definujte podmínky indukčního kalení pro dosažení ostrého a pozvolného přechodu zakalené vrstvy do jádra.
  3. 3. Jaký typ keramiky (charakterizujte) by jste použil na valivé elementy u hybridních systémů popřípadě u požadavku na celý korozivzdorný systém.

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová