Hliníková bronzová kluzná ložiska: Průvodce vlastnostmi, návrhem a výběrem

Ocelárna kontaktovala Jiashan Tocree Machinery ohledně ložiska, které stále selhávalo na rameni pro přenos sochorů. Původní pouzdro bylo z olovnatého cínového bronzu, jednou namazané při montáži a poté ponecháno vystavené okují, chladicí vodě a teplu. Asi za šest týdnů se opotřeboval za hranici použitelnosti. Náhradou bylo lité hliníkové bronzové pouzdro s předělanou mazací drážkou a první kontrola po šesti měsících prokázala pouze lehké, rovnoměrné opotřebení. Tento výsledek není štěstí; to je to, co se stane, když je ložisková slitina vybrána podle skutečného zatížení, nikoli z katalogu.

Hliníková bronzová kluzná ložiska jsou tou správnou specifikací, když kluzné ložisko musí nést velké zatížení, absorbovat rázy nebo trvalé oscilace, tolerovat prach a vodu a přežít s omezeným mazáním. Jsou pevnější než většina ostatních slitin mědi, odolávají mořské vodě a průmyslové korozi a běží proti kalené oceli bez zadření. Kompromisem je cena: hliníkový bronz je dražší než standardní olovnatý nebo cínový bronz. Inženýři by jej proto měli používat tam, kde podmínky ospravedlňují prémii, a poté ložisko správně navrhnout, jakmile je vybrán materiál.

Co dělá hliníkový bronz silným kluzným ložiskovým materiálem

Hliníkový bronz je rodina slitin mědi, ve kterých je hliník hlavním legujícím prvkem, obvykle mezi 8 % a 14 %, s přidaným železem, niklem nebo manganem pro zjemnění struktury. Běžné třídy kluzných ložisek zahrnují CuAl9Fe4 a CuAl10Fe5Ni4. Komponenty se nejprve odlévají, poté se obrábějí do pouzder, přítlačných podložek, kluzných desek, otěrových podložek a dalších tvarů ložisek.

Čtyři vlastnosti vysvětlují jeho výkon v kluzných ložiskách:

• Vysoká pevnost. Odlévané hliníkové bronzy běžně dosahují pevnosti v tahu 450–700 MPa, což je blízko středně uhlíkové oceli. Ložisko může přenášet vyšší povrchový tlak, než se materiál poddá, což přímo prodlužuje životnost v silně zatížených spojích.
• Odolnost proti zadření. Během klouzání povrch mírně ztvrdne a na třené ploše se vytvoří film oxidu hlinitého. Tato fólie zabraňuje svařování kov na kov, což je hlavní příčina zadření a zadření mezi slitinami mědi a ocelí.
• Odolnost proti korozi. Stejná vrstva oxidu chrání slitinu v mořské vodě, průmyslových atmosférách a mnoha procesních prostředích, takže ložisko nezávisí na mazacím filmu, aby zůstalo odolné vůči korozi.
• Tolerance nárazu. Hliníkový bronz absorbuje nárazy a malá množství vychýlení bez praskání, díky čemuž je shovívavý v rypadlech, lisech a přepravních zařízeních.

U kluzných ložisek je kombinace nosnosti a odolnosti proti zadření tím, co odlišuje hliníkový bronz od zbytku rodiny slitin mědi.

Hliníkový bronz versus cínový bronz: jak si vybrat

Začněte závěrem. Hliníkový bronz volte, když je náklad těžký, prostředí je korozivní nebo znečištěné nebo když je mazání nejisté. Cínový bronz volte, když je ložisko lehce zatíženo, průběžně mazáno olejem a chráněno před znečištěním.

Cínový bronz je měkčí a snadněji se deformuje, což mu pomáhá přizpůsobit se nesouososti hřídele a začlenit malé abrazivní částice do čistého olejového systému. Hliníkový bronz drží svůj tvar a odolává abrazivnímu opotřebení, což je důležité, když je olejový film tenký, ložisko je vystaveno okují nebo prachu nebo je zatížení dostatečně vysoké na vytlačení maziva. Pro pomaloběžná, silně zatížená ložiska je bezpečnější volbou hliníkový bronz.

Pro podrobnější srovnání rodin slitin a praktických limitů viz naše kompletní průvodce hliníkovými bronzovými pouzdry a ložisky .

Vůle, spárová tvrdost a design mazání

Výběr materiálu je pouze polovinou inženýrské práce. Hliníkové bronzové kluzné ložisko stále závisí na třech správných číslech: vůli chodu, tvrdosti styčného povrchu a geometrii mazání.

Hliníkový bronz nejlépe funguje na tepelně zpracovaném ocelovém povrchu v rozsahu 40–55 HRC, s povrchovou úpravou zhruba 0,4–0,8 µm Ra. Měkká hřídel se opotřebuje rychleji než ložisko a výměna dlouhé hřídele je mnohem dražší než výměna pouzdra. Pokud protikus nelze vytvrdit, počítejte s kratší celkovou životností a podle toho naplánujte interval kontroly opotřebení.

Vůle chodu pro pouzdro z hliníkového bronzu je běžně nastavena o něco větší než pro měkčí cínový bronz, protože tvrdší slitina je méně odolná vůči tepelné roztažnosti a deformaci lisovaného uložení. Jako výchozí bod pro broušený ocelový hřídel použijte přibližně 0,1 % průměru hřídele pro plynulé otáčení, poté přidejte přídavek na provozní teplotu a cyklické zatížení. Příliš těsné uložení je mnohem častější příčinou selhání než vůle, která je až příliš velkorysá.

Olejové drážky distribuují mazivo rovnoměrně po zatížené zóně. Přímé axiální drážky vyhovují oscilačnímu pohybu, obvodové drážky jsou vhodné pro plynulé otáčení a křížové nebo spirálové vzory vyhovují reverzním zatížením. Okraje drážek musí být hladké a zbavené otřepů; ostrá hrana seškrábe mazací film a lapače opotřebení. Když není směr zatížení konstantní, nejjednodušším spolehlivým řešením je často pouzdro s obrobenou mazací drážkou spíše než drážkou řezanou na místě, protože geometrie ručního řezu se liší v šířce a hloubce.

Hliníkové bronzové válcové pouzdro s obrobenou mazací drážkou Tato přímá objímka kombinuje hliníkový bronz ZCuAl10Fe3 s přesně obrobenou mazací drážkou, která nabízí vysokou pevnost, tepelnou vodivost a rázovou houževnatost pro aplikace s velkým zatížením, oscilace nebo reverzace. Zobrazit produkt →

Rychlý screeningový výpočet je hodnota PV: tlak vynásobený rychlostí posuvu. Hliníkový bronz toleruje vysoký tlak při nízké rychlosti, ale přípustný tlak rychle klesá s rostoucí rychlostí posuvu. Oscilační ložisko pohybující se pouze o několik stupňů na zdvih může běžet při mnohem vyšším povrchovém tlaku než spojitě rotující čep. Použijte PV limity dodávané výrobcem pro konkrétní jakost spíše než generické tištěné tabulky a potvrďte je zkušebním testem, pokud je aplikace kritická.

Kde se osvědčují hliníková bronzová kluzná ložiska

Podívejte se na skutečné provozní podmínky a aplikace následují přímo:

• Hutní stroje. Válečkové stoly, nůžky, přenosová ramena a vodicí lišty jsou horké, prašné a často omyté vodou. naše přehled aplikací hutnických strojů uvádí typické díly a pracovní podmínky.
• Námořní stroje. Koroze mořskou vodou a velké zatížení kormidla, stabilizátoru, navijáku a palubního převodu činí z hliníkového bronzu standardní materiál pro ponořená ložiska a ložiska v zóně rozstřiku.
• Těžká stavební a důlní technika. Otočné body rypadel, drtičů a dopravníků čelí rázovému zatížení a abrazivnímu prachu, který rychle opotřebovává měkčí slitiny.
• Stroje na tlakové lití. Teplo, upínací síla a omezený přístup k mazání tlačí kluzná ložiska na jejich hranice; hliníkový bronz si zachovává pevnost při zvýšené teplotě lépe než cínový bronz.
• Ropné zařízení. Čerpadla, ventily a součásti souprav často pracují daleko od pracovníků údržby a se znečištěnými mazivy, takže ložisko musí tolerovat dlouhé intervaly mezi servisními akcemi.

Ploché kluzné aplikace používají stejný hliníkový bronzový materiál ve formě ložiskových podložek a kluzných desek spíše než kulatá pouzdra. Když konstrukce vyžaduje plochou geometrii, jako jsou kluzné vedení, opěrné podložky nebo přítlačné plochy, obrobená měděná ložisková podložka poskytuje stejný výkon slitiny ve formě desky.

Plechová bronzová měděná ložisková podložka pro ploché kluzné povrchy Plochá měděná ložisková podložka přesně vyrobená z CuSn12 cínového bronzu, poskytuje odolnost proti opotřebení a korozi pro kluzné vedení, opěrné podložky a přítlačné plochy v náročných průmyslových zařízeních. Zobrazit produkt →

O skutečné životnosti rozhoduje kvalita odlitku a obrábění

Hliníkové bronzové ložisko vyrobené ze správné slitiny stále předčasně selhává, pokud odlitek obsahuje smrštění nebo pórovitost nebo pokud obrábění zanechává roztrhaný povrch. Protože je tento materiál zvolen pro náročné podmínky, kvalita výroby obvykle určuje rozdíl mezi šestitýdenním ložiskem a dvanáctiměsíčním ložiskem.

Výrobce, který nalévá vlastní slitiny mědi, ovládá chemii od samého počátku. Jiashan Tocree provozuje vlastní tavicí pec a odstředivé licí stroje a vyrábí zhruba 2 300 tun slitiny mědi ročně. Odlévání a přesné obrábění pod jednou střechou odstraňuje riziko neshodných materiálových certifikátů, zkracuje dobu přípravy nestandardních tvarů a umožňuje stejnému inženýrskému týmu, aby byl zodpovědný jak za surovou strukturu, tak za konečnou toleranci.

Firma obrábí průměry pouzder do 1,5–2 metrů a kluzné desky do délky 4 metrů, šířky 400 milimetrů a tloušťky 100 milimetrů. U velkých dílů je nutná dílna s řízenou teplotou a pečlivé plánování dráhy nástroje, aby byly zachovány geometrické tolerance, které by jinak nebylo možné zaručit.

I u běžných průměrů je disciplína obrábění stejná. Standardní bronzové pouzdro je dobrým výchozím bodem pro vyhodnocení tolerancí vrtání, kruhovitosti a povrchové úpravy, než se pustíte do zcela zakázkového dílu.

Odstředivě lité cínové bronzové pouzdro s vlastními olejovými drážkami Toto bronzové pouzdro se vyrábí odstředivým litím s volitelnými vnitřními a vnějšími olejovými drážkami, které zajišťují vysokou pevnost v tahu, tvrdost a odolnost proti korozi pro trvanlivý výkon ložiska. Zobrazit produkt →

Samomazné varianty pro nepřístupné pozice

Některá ložisková místa jednoduše nelze znovu namazat: utěsněné otočné čepy, ponořené námořní armatury, indexovací mechanismy a vybavení uvnitř krytů nebo čistých prostor. V těchto případech stojí za zhodnocení pevná samomazná varianta s grafitovými nebo PTFE vložkami. Základní materiál a cesta odlévání jsou stejné jako u obyčejného hliníkového bronzu, ale pevné pelety maziva jsou vtlačeny do stěny a při klouzání uvolňují film.

Neočekávejte, že se limity PV pro chod nasucho budou shodovat s ložiskem z hliníkového bronzu napájeným tukem; čísla jsou nižší a výběr by měl být ověřen podle skutečného cla. Tam, kde domazávání není možné, je kombinace silného pláště ze slitiny mědi a vloženého tuhého maziva praktickou rezervou.

Praktickou specifikací hliníkového bronzového kluzného ložiska není jediné katalogové číslo. Jedná se o zatěžovací stav, třídu slitiny, plán mazání a výrobce, který dokáže provést odlévání i obrábění v požadované toleranci. Hliníkový bronz použijte tam, kde se cínový bronz ukázal jako příliš měkký, kde je přítomna voda nebo koroze nebo kde je domazávání nespolehlivé. Před zadáním objednávky navrhněte olejovou drážku, zpevněte spojovací povrch a potvrďte čísla PV se slévárnou. Při správném provedení se ložisko stane poslední částí stroje, o kterou se musíte starat.