Rulmenți de alunecare din bronz aluminiu: proprietăți, proiectare și ghid de selecție

O fabrică de oțel a contactat Jiashan Tocree Machinery în legătură cu un rulment care continua să se defecteze pe un braț de transfer de țagle. Bucșa originală era dintr-un bronz de staniu cu plumb, unsă o dată la asamblare, apoi lăsată expusă la sol, la apă de răcire și la căldură. S-a purtat dincolo de limitele de utilizare în aproximativ șase săptămâni. Înlocuirea a fost o bucșă din bronz turnat din aluminiu, cu o canelură de grăsime reproiectată, iar prima inspecție după șase luni a arătat doar uzură ușoară și uniformă. Acest rezultat nu este noroc; este ceea ce se întâmplă atunci când aliajul de rulmenți este ales împotriva taxei reale, mai degrabă decât dintr-un catalog.

Lagărele de alunecare din bronz aluminiu sunt specificațiile potrivite atunci când un rulment albe trebuie să suporte sarcini grele, să absoarbă șocurile sau oscilațiile continue, să tolereze praful și apa și să supraviețuiască cu o lubrifiere limitată. Sunt mai puternice decât majoritatea celorlalte aliaje de cupru, rezistă la apa de mare și la coroziune industrială și funcționează împotriva oțelului întărit fără uzură. Compartimentul este costul: bronzul de aluminiu este mai scump decât un bronz standard cu plumb sau staniu. Prin urmare, inginerii ar trebui să-l folosească acolo unde condițiile justifică prima și apoi să proiecteze corect rulmentul odată ce materialul este selectat.

Ceea ce face din bronzul de aluminiu un material puternic al rulmentului de alunecare

Bronzul de aluminiu este o familie de aliaje de cupru în care aluminiul este principalul element de aliere, de obicei între 8% și 14%, cu fier, nichel sau mangan adăugat pentru a rafina structura. Gradele obișnuite ale rulmenților de alunecare includ CuAl9Fe4 și CuAl10Fe5Ni4. Componentele sunt turnate mai întâi, apoi prelucrate în bucșe, șaibe de împingere, plăci de glisare, plăcuțe de uzură și alte forme de rulment.

Patru proprietăți explică performanța sa în rulmenți de alunecare:

• Rezistență ridicată. Bronzurile din aluminiu turnat ating în mod obișnuit rezistențe la tracțiune de 450–700 MPa, aproape de oțelul cu carbon mediu. Un rulment poate suporta o presiune mai mare la suprafață înainte ca materialul să cedeze, ceea ce prelungește direct durata de viață în îmbinările puternic încărcate.
• Rezistenta la uzura. În timpul alunecării, suprafața se întărește ușor și se formează o peliculă de oxid de aluminiu pe zona frecată. Acea peliculă previne sudarea metal pe metal, principala cauză a uzului și a gripării între aliajele de cupru și oțel.
• Rezistenta la coroziune. Același strat de oxid protejează aliajul în apa de mare, atmosfere industriale și multe medii de proces, astfel încât rulmentul nu depinde de o peliculă de grăsime pentru a rămâne rezistent la coroziune.
• Toleranță la impact. Bronzul de aluminiu absoarbe șocurile și cantitățile mici de dezaliniere fără crăpare, ceea ce îl face iertător în excavatoare, prese și echipamente de transfer.

Pentru rulmenții de alunecare, combinația dintre capacitatea de încărcare și rezistența la uzură este ceea ce separă bronzul de aluminiu de restul familiei de aliaje de cupru.

Bronz de aluminiu versus bronz de staniu: cum să alegi

Începe cu concluzia. Alegeți bronzul de aluminiu atunci când sarcina este grea, mediul este corosiv sau murdar sau lubrifierea este incertă. Alegeți bronzul de staniu atunci când rulmentul este încărcat ușor, lubrifiat continuu cu ulei și protejat de contaminare.

Bronzul de staniu este mai moale și se deformează mai ușor, ceea ce îl ajută să se conformeze dezalinierii arborelui și să încorporeze mici particule abrazive într-un sistem de ulei curat. Bronzul de aluminiu își păstrează forma și rezistă la uzura abrazivă, ceea ce contează atunci când pelicula de ulei este subțire, rulmentul este expus la sol sau praf sau sarcina este suficient de mare pentru a stoarce lubrifiantul. Pentru rulmenții cu mișcare lentă și încărcați puternic, bronzul de aluminiu este alegerea mai sigură.

Pentru o comparație mai detaliată a familiilor de aliaje și a limitelor practice, consultați ghid complet pentru bucșe și lagăre din bronz aluminiu .

Clearance, duritate de împerechere și design de lubrifiere

Selecția materialului reprezintă doar jumătate din munca de inginerie. Un rulment de alunecare din bronz aluminiu depinde în continuare de trei numere care sunt corecte: jocul de rulare, duritatea suprafeței de îmbinare și geometria lubrifierii.

Bronzul de aluminiu rulează cel mai bine pe o suprafață de oțel tratată termic în intervalul 40–55 HRC, finisată la aproximativ 0,4–0,8 µm Ra. Un arbore moale se va uza mai repede decât rulmentul, iar înlocuirea unui arbore lung este mult mai costisitoare decât înlocuirea unei bucșe. Dacă piesa de împerechere nu poate fi întărită, așteptați-vă la o durată de viață generală mai scurtă și planificați un interval de inspecție de uzură în consecință.

Distanța de rulare pentru o bucșă din bronz aluminiu este de obicei stabilită puțin mai mare decât pentru un bronz de staniu mai moale, deoarece aliajul mai dur este mai puțin tolerant la dilatarea termică și deformarea prin presare. Ca punct de pornire pentru un arbore din oțel șlefuit, utilizați aproximativ 0,1% din diametrul arborelui pentru rotație continuă, apoi adăugați o rezervă pentru temperatura de funcționare și sarcinile ciclice. O potrivire prea strânsă este o cauză mult mai frecventă a eșecului decât spațiul care este marginal prea generos.

Canelurile de ulei distribuie lubrifiantul uniform pe zona încărcată. Canelurile axiale drepte se potrivesc mișcării oscilante, canelurile circumferențiale se potrivesc cu rotația continuă, iar modelele transversale sau spiralate se potrivesc sarcinilor inversate. Marginile canelurilor trebuie să fie netede și debavurate; o margine ascuțită zgârie pelicula de lubrifiant și capcane reziduuri de uzură. Când direcția de încărcare nu este constantă, cea mai simplă soluție fiabilă este adesea o bucșă cu o canelură de unsoare prelucrată, mai degrabă decât o fantă tăiată în câmp, deoarece geometria tăiată manual variază în lățime și adâncime.

Bucșă cilindrică din aluminiu bronz cu canelură de grăsime prelucrată Acest manșon drept combină bronzul de aluminiu ZCuAl10Fe3 cu o canelură de grăsime prelucrată cu precizie, oferind rezistență ridicată, conductivitate termică și rezistență la impact pentru aplicații cu sarcini grele, oscilante sau inversoare. Vizualizare produs →

Un calcul rapid de screening este valoarea PV: presiunea înmulțită cu viteza de alunecare. Bronzul de aluminiu tolerează presiunea mare la viteză mică, dar presiunea admisibilă scade rapid pe măsură ce viteza de alunecare crește. Un rulment oscilant care se mișcă doar cu câteva grade pe cursă poate rula la o presiune de suprafață mult mai mare decât un rulment care se rotește continuu. Utilizați limitele PV furnizate de producător pentru gradul specific, mai degrabă decât tabelele tipărite generice și confirmați-le cu un test pe banc dacă aplicația este critică.

Unde lagărele de alunecare din bronz aluminiu se dovedesc

Priviți condițiile reale de funcționare, iar aplicațiile urmează direct:

• Utilaje metalurgice. Mesele cu role, foarfecele, brațele de transfer și ghidajele rotilor funcționează fierbinți, prăfuite și adesea spălate cu apă. Al nostru Prezentare generală a aplicațiilor de mașini metalurgice enumeră piese tipice și condițiile de lucru.
• Mașini maritime. Coroziunea apei de mare plus încărcăturile grele la cârmă, stabilizatorul, troliul și uneltele de pe punte fac din bronzul de aluminiu un material standard pentru rulmenții imersați și în zona de stropire.
• Utilaje grele pentru construcții și minerit. Punctele de pivotare ale excavatoarelor, concasoarelor și transportoarelor se confruntă cu sarcini de șoc și praf abraziv care uzează rapid aliaje mai moi.
• Mașini de turnare sub presiune. Căldura, forța de strângere și accesul limitat la lubrifiere împing lagărele de alunecare la limite; bronzul de aluminiu își păstrează rezistența la temperaturi ridicate mai bine decât bronzul de staniu.
• Echipamente petroliere. Pompele, supapele și componentele instalației funcționează adesea departe de echipele de întreținere și cu lubrifianți contaminați, astfel încât rulmentul trebuie să tolereze intervale lungi între evenimentele de service.

Aplicațiile cu alunecare plană folosesc același material de aluminiu, bronz sub formă de plăcuțe de rulment și plăci de glisare, mai degrabă decât bucșe rotunde. Atunci când designul necesită geometrie plană, cum ar fi glisiere, plăcuțe de susținere sau fețe de tracțiune, un suport de rulment din cupru prelucrat oferă aceeași performanță de aliaj sub formă de placă.

Placă de rulment din bronz cupru pentru suprafețe plate de alunecare Un suport plat de cupru, fabricat cu precizie din bronz de staniu CuSn12, care oferă rezistență la uzură și coroziune pentru glisiere, plăcuțe de susținere și fețe de tracțiune în echipamente industriale solicitante. Vizualizare produs →

Calitatea turnării și prelucrării decid durata reală de viață

Un rulment din bronz aluminiu realizat din aliajul corect eșuează încă devreme dacă turnarea conține contracție sau porozitate sau dacă prelucrarea lasă o suprafață ruptă. Deoarece acest material este ales pentru sarcini severe, calitatea de fabricație determină de obicei diferența dintre un rulment de șase săptămâni și un rulment de douăsprezece luni.

Un producător care își toarnă propriile aliaje de cupru controlează chimia de la bun început. Jiashan Tocree operează propriul cuptor de topire și mașini de turnare centrifugă, producând aproximativ 2.300 de tone de aliaj de cupru pe an. Turnarea și prelucrarea de precizie sub un singur acoperiș elimină riscul de nepotrivire a certificatelor de material, reduce timpul de livrare pentru formele non-standard și permite aceleiași echipe de ingineri să fie responsabilă atât pentru structura brută, cât și pentru toleranța finală.

Compania prelucrează bucșe cu diametre de până la 1,5–2 metri și plăci glisante de până la 4 metri lungime, 400 milimetri lățime și 100 milimetri grosime. Pentru piesele mari, un atelier cu temperatură controlată și o planificare atentă a traseului sculei sunt necesare pentru a menține toleranțe geometrice care altfel ar fi imposibil de garantat.

Chiar și pentru diametre comune, disciplina de prelucrare este aceeași. O bucșă standard din bronz este un bun punct de plecare pentru evaluarea toleranțelor alezajului, rotunjirii și finisajului suprafeței înainte de a se angaja la o piesă complet personalizată.

Bucșă din bronz turnat centrifug cu caneluri de ulei personalizate Această bucșă din bronz este produsă prin turnare centrifugă cu caneluri de ulei interioare și exterioare opționale, oferind rezistență ridicată la tracțiune, duritate și rezistență la coroziune pentru performanțe durabile ale rulmentului. Vizualizare produs →

Variante auto-lubrifiante pentru pozitii inaccesibile

Unele poziții ale rulmentului pur și simplu nu pot fi relubrifiate: știfturi de pivot etanșate, fitinguri marine scufundate, mecanisme de indexare și echipamente din interiorul apărărilor sau camerelor curate. În aceste cazuri, merită evaluată o variantă solidă auto-lubrifiantă cu inserții din grafit sau PTFE. Materialul de bază și traseul de turnare sunt aceleași ca pentru bronzul de aluminiu simplu, dar peleții de lubrifiant solid sunt presați în perete și eliberează o peliculă în timpul alunecării.

Nu vă așteptați ca limitele PV de funcționare uscată să se potrivească cu un rulment din bronz aluminiu alimentat cu grăsime; numerele sunt mai mici, iar alegerea ar trebui validată în raport cu taxa reală. Acolo unde relubrefierea este imposibilă, combinația dintre o carcasă puternică din aliaj de cupru și un lubrifiant solid încorporat este o soluție practică.

Specificația practică pentru un rulment de alunecare din bronz aluminiu nu este un singur număr de catalog. Este un caz de încărcare, o calitate de aliaj, un plan de lubrifiere și un producător care poate executa atât turnarea, cât și prelucrarea la toleranța necesară. Folosiți bronz de aluminiu acolo unde bronzul de staniu s-a dovedit prea moale, acolo unde este prezentă apă sau coroziune sau unde relubrifierea nu este sigură. Proiectați canelura de ulei, întăriți suprafața de îmbinare și confirmați numerele PV cu turnătoria înainte de a plasa comanda. Făcut corect, rulmentul devine ultima parte a mașinii pentru care trebuie să vă faceți griji.