Aluminijski brončani klizni ležajevi: svojstva, dizajn i vodič za odabir

Čeličana je kontaktirala tvrtku Jiashan Tocree Machinery u vezi s ležajem koji je stalno kvario na ruci za prijenos gredica. Izvorna čahura bila je od olovne kositrene bronce, jednom podmazana pri sastavljanju, a zatim ostavljena izložena kamencu, vodi za hlađenje i toplini. Istrošio se izvan upotrebljivog prostora za otprilike šest tjedana. Zamjena je bila čahura od lijevane aluminijske bronce s redizajniranim utorom za podmazivanje, a prvi pregled nakon šest mjeseci pokazao je samo lagano, ravnomjerno trošenje. Taj rezultat nije sreća; to je ono što se događa kada se legura ležaja izabere prema stvarnim obvezama, a ne prema katalogu.

Aluminijski brončani klizni ležajevi prava su specifikacija kada klizni ležaj mora nositi teška opterećenja, apsorbirati udarce ili kontinuirane oscilacije, tolerirati prašinu i vodu i preživjeti s ograničenim podmazivanjem. Jače su od većine drugih bakrenih legura, otporne su na morsku vodu i industrijsku koroziju i rade na kaljenom čeliku bez trzanja. Kompromis je cijena: aluminijska bronca je skuplja od standardne olovne ili kositrene bronce. Inženjeri bi ga stoga trebali koristiti tamo gdje uvjeti opravdavaju premiju, a zatim ispravno dizajnirati ležaj nakon odabira materijala.

Što čini aluminijsku broncu snažnim materijalom za klizne ležajeve

Aluminijska bronca je obitelj bakrenih legura u kojima je aluminij glavni legirajući element, obično između 8% i 14%, uz dodatak željeza, nikla ili mangana za pročišćavanje strukture. Uobičajene vrste kliznih ležajeva uključuju CuAl9Fe4 i CuAl10Fe5Ni4. Komponente se prvo lijevaju, a zatim se strojno obrađuju u čahure, potisne podloške, klizne ploče, habajuće jastučiće i druge oblike ležajeva.

Četiri svojstva objašnjavaju njegovu izvedbu u kliznim ležajevima:

• Visoka čvrstoća. Lijevane aluminijske bronce obično postižu vlačnu čvrstoću od 450-700 MPa, blizu srednje ugljičnog čelika. Ležaj može podnijeti veći površinski pritisak prije nego što materijal popusti, što izravno produljuje vijek trajanja u jako opterećenim spojevima.
• Otpor na peckanje. Tijekom klizanja, radna površina lagano otvrdne i na utrljanom području se stvara film od aluminijevog oksida. Taj film sprječava zavarivanje metala na metal, što je glavni uzrok zagrizanja između legura bakra i čelika.
• Otpornost na koroziju. Isti oksidni sloj štiti leguru u morskoj vodi, industrijskim atmosferama i mnogim procesnim okruženjima, tako da ležaj ne ovisi o masnom filmu kako bi ostao otporan na koroziju.
• Tolerancija na udarce. Aluminijska bronca apsorbira udarce i male količine neusklađenosti bez pucanja, što je čini otpornom na bagere, preše i opremu za prijenos.

Za klizne ležajeve, kombinacija nosivosti i otpornosti na habanje ono je što odvaja aluminijsku broncu od ostatka obitelji bakrenih legura.

Aluminijska bronca naspram kositrene bronce: kako odabrati

Počnite sa zaključkom. Odaberite aluminijsku broncu kada je opterećenje veliko, okolina je korozivna ili prljava ili je podmazivanje nesigurno. Odaberite kositrenu broncu kada je ležaj malo opterećen, stalno podmazan uljem i zaštićen od kontaminacije.

Kositrena bronca je mekša i lakše se deformira, što joj pomaže da se prilagodi neusklađenosti osovine i ugradi male abrazivne čestice u čisti uljni sustav. Aluminijska bronca zadržava svoj oblik i otporna je na abrazivno trošenje, što je važno kada je uljni film tanak, ležaj je izložen kamencu ili prašini ili je opterećenje dovoljno veliko da istisne mazivo. Za sporo pokretne, teško opterećene ležajeve, aluminijska bronca je sigurniji izbor.

Za detaljniju usporedbu obitelji legura i praktična ograničenja pogledajte naš potpuni vodič za aluminijske brončane čahure i ležajeve .

Zazor, tvrdoća spajanja i dizajn podmazivanja

Odabir materijala samo je pola inženjerskog posla. Klizni ležaj od aluminijske bronce i dalje ovisi o tri točna broja: okretnom zazoru, tvrdoći spojene površine i geometriji podmazivanja.

Aluminijska bronca najbolje se nosi s toplinski obrađenom čeličnom površinom u rasponu 40–55 HRC, završnom obradom na otprilike 0,4–0,8 µm Ra. Mekana osovina će se istrošiti brže od ležaja, a zamjena dugačke osovine daleko je skuplja od zamjene čahure. Ako se spojni dio ne može očvrsnuti, očekujte kraći ukupni vijek trajanja i prema tome isplanirajte interval provjere istrošenosti.

Radni razmak za aluminijsku brončanu čahuru obično je postavljen malo veći nego za mekšu kositrenu broncu, jer tvrđa legura manje oprašta toplinsko širenje i izobličenje pritiskom. Kao početnu točku za brušeno čelično vratilo, upotrijebite približno 0,1% promjera vratila za kontinuiranu rotaciju, zatim dodajte dodatak za radnu temperaturu i ciklička opterećenja. Preusko prianjanje daleko je češći uzrok kvara od zazora koji je marginalno prevelik.

Žljebovi za ulje ravnomjerno raspoređuju mazivo po opterećenoj zoni. Ravni aksijalni utori odgovaraju oscilirajućem kretanju, obodni utori odgovaraju kontinuiranoj rotaciji, a križni ili spiralni uzorci odgovaraju okretnim opterećenjima. Rubovi utora moraju biti glatki i očišćeni; oštar rub struže film maziva i hvata ostatke trošenja. Kada smjer opterećenja nije konstantan, najjednostavnije pouzdano rješenje često je čahura sa strojno obrađenim utorom za podmazivanje, a ne prorezom koji se izrezuje na terenu, jer geometrija ručnog rezanja varira u širini i dubini.

Aluminijska brončana cilindrična čahura sa strojno obrađenim utorom za podmazivanje Ova ravna čahura kombinira ZCuAl10Fe3 aluminijsku broncu s precizno strojno obrađenim utorom za podmazivanje, nudeći visoku čvrstoću, toplinsku vodljivost i otpornost na udar za primjene s velikim opterećenjem, osciliranjem ili preokretom. Pogledajte proizvod →

Brzi izračun provjere je PV vrijednost: tlak pomnožen s brzinom klizanja. Aluminijska bronca podnosi visoki pritisak pri maloj brzini, ali dopušteni tlak brzo pada kako se povećava brzina klizanja. Oscilirajući ležaj koji se pomiče samo nekoliko stupnjeva po hodu može raditi pod mnogo većim površinskim tlakom od stalno rotirajućeg rukavca. Koristite ograničenja PV-a koja je dostavio proizvođač za određeni stupanj, a ne generičke tiskane tablice, i potvrdite ih testom na stolu ako je primjena kritična.

Gdje se dokazuju aluminijski brončani klizni ležajevi

Pogledajte stvarne uvjete rada, a aplikacije slijede izravno:

• Metalurški strojevi. Valjkasti stolovi, škare, prijenosne ruke i vodilice kotača rade vruće, prašnjave i često isprane vodom. Naš pregled primjene metalurških strojeva navodi tipične dijelove i uvjete rada.
• Brodski strojevi. Korozija morske vode plus velika opterećenja kormila, stabilizatora, vitla i zupčanika na palubi čine aluminijsku broncu standardnim materijalom za uronjene ležajeve i ležajeve u zoni prskanja.
• Teška građevinska i rudarska oprema. Okretne točke na bagerima, drobilicama i transporterima suočavaju se s udarnim opterećenjima i abrazivnom prašinom koja brzo troši mekše legure.
• Strojevi za tlačni lijev. Toplina, sila stezanja i ograničeni pristup podmazivanju guraju klizne ležajeve do njihovih granica; aluminijska bronca zadržava čvrstoću na povišenoj temperaturi bolje od kositrene bronce.
• Naftna oprema. Pumpe, ventili i komponente opreme često rade daleko od ekipa za održavanje i s kontaminiranim mazivima, tako da ležaj mora tolerirati duge intervale između servisa.

Ravne klizne aplikacije koriste isti materijal od aluminijske bronce u obliku jastučića za ležajeve i kliznih ploča umjesto okruglih čahura. Kada dizajn zahtijeva ravnu geometriju kao što su klizne staze, potporne pločice ili potisne površine, strojno obrađena bakrena ležajna pločica pruža istu izvedbu legure u obliku ploče.

Kositreno brončani bakreni podložak ležaja za ravne klizne površine Ravna bakrena podloga ležaja precizno proizvedena od CuSn12 kositrene bronce, pruža otpornost na habanje i koroziju za klizne staze, potporne podloge i potisne površine u zahtjevnoj industrijskoj opremi. Pogledajte proizvod →

Kvaliteta lijevanja i strojne obrade određuju pravi vijek trajanja

Ležaj od aluminijske bronce izrađen od odgovarajuće legure i dalje se rano pokvari ako odljev sadrži skupljanje ili poroznost, ili ako strojna obrada ostavi poderanu površinu. Budući da je ovaj materijal odabran za teške uvjete rada, kvaliteta izrade obično određuje razliku između šestotjednog ležaja i dvanaestomjesečnog ležaja.

Proizvođač koji lije svoje legure bakra kontrolira kemiju od samog početka. Jiashan Tocree upravlja vlastitom peći za taljenje i strojevima za centrifugalno lijevanje, proizvodeći otprilike 2300 tona bakrene legure godišnje. Lijevanje i precizna strojna obrada pod jednim krovom uklanjaju rizik od neusklađenih certifikata materijala, smanjuju vrijeme isporuke za nestandardne oblike i dopuštaju istom inženjerskom timu da bude odgovoran i za sirovu strukturu i za konačnu toleranciju.

Tvrtka strojno obrađuje čahure promjera do 1,5–2 metra i klizne ploče do 4 metra duljine, 400 milimetara širine i 100 milimetara debljine. Za velike dijelove potrebna je radionica s kontroliranom temperaturom i pažljivo planiranje putanje alata kako bi se zadržale geometrijske tolerancije koje bi inače bilo nemoguće jamčiti.

Čak i za uobičajene promjere, disciplina obrade je ista. Standardna brončana čahura dobra je polazna točka za procjenu tolerancija provrta, zaobljenosti i završne obrade površine prije nego što se posvetite potpuno prilagođenom dijelu.

Centrifugalno lijevana kositrena brončana čahura s prilagođenim žljebovima za ulje Ova brončana čahura proizvedena je centrifugalnim lijevanjem s dodatnim unutarnjim i vanjskim žljebovima za ulje, pružajući visoku vlačnu čvrstoću, tvrdoću i otpornost na koroziju za izdržljive performanse ležaja. Pogledajte proizvod →

Varijante sa samopodmazivanjem za nepristupačne položaje

Neki položaji ležaja jednostavno se ne mogu ponovno podmazati: zabrtvljeni zakretni klinovi, uronjeni pomorski spojevi, mehanizmi za indeksiranje i oprema unutar zaštitnih ili čistih soba. U tim slučajevima vrijedi procijeniti čvrstu samopodmazujuću varijantu s grafitnim ili PTFE umetcima. Osnovni materijal i način lijevanja isti su kao i za običnu aluminijsku broncu, ali se kuglice krutog maziva utiskuju u stijenku i oslobađaju film tijekom klizanja.

Nemojte očekivati ​​da će PV ograničenja rada na suho odgovarati podmazanom aluminijskom brončanom ležaju; brojke su niže, a odabir treba potvrditi u odnosu na stvarnu dužnost. Tamo gdje je ponovno podmazivanje nemoguće, kombinacija jake ljuske od legure bakra i ugrađenog krutog maziva praktična je zamjena.

Praktična specifikacija za klizni ležaj od aluminijske bronce nije jedan kataloški broj. To je slučaj opterećenja, stupanj legure, plan podmazivanja i proizvođač koji može izvršiti i lijevanje i strojnu obradu prema zahtijevanoj toleranciji. Koristite aluminijsku broncu tamo gdje se kositrena bronca pokazala premekanom, gdje je prisutna voda ili korozija ili gdje je ponovno podmazivanje nepouzdano. Dizajnirajte žlijeb za ulje, očvrsnite spojnu površinu i potvrdite PV brojeve s ljevaonicom prije naručivanja. Ako se pravilno izvede, ležaj postaje posljednji dio stroja o kojem trebate brinuti.