Aluminium Bronze glidelejer: Egenskaber, design og valgvejledning

Et stålværk kontaktede Jiashan Tocree Machinery om et leje, der blev ved med at svigte på en billetoverføringsarm. Den originale bøsning var en blyindfattet tinbronze, smurt én gang ved montering og derefter efterladt udsat for mølleskala, kølevand og varme. Det var slidt ud over brugbar clearance på omkring seks uger. Udskiftningen var en støbt aluminiums-bronzebøsning med en redesignet fedtrille, og den første inspektion efter seks måneder viste kun let, ensartet slid. Det resultat er ikke held; det er, hvad der sker, når lejet legering er valgt mod den reelle pligt snarere end fra et katalog.

Aluminium bronze glidelejer er den rigtige specifikation, når et glideleje skal bære tunge belastninger, absorbere stød eller kontinuerlige svingninger, tåle støv og vand og overleve med begrænset smøring. De er stærkere end de fleste andre kobberlegeringer, modstår havvand og industriel korrosion og løber mod hærdet stål uden at gnave. Afvejningen er omkostninger: aluminiumsbronze er dyrere end en standard bly- eller tinbronze. Ingeniører bør derfor bruge det, hvor betingelserne berettiger til præmien, og derefter designe lejet korrekt, når materialet er valgt.

Hvad gør aluminium bronze til et stærkt glidelejemateriale

Aluminiumsbronze er en familie af kobberlegeringer, hvor aluminium er det vigtigste legeringselement, normalt mellem 8% og 14%, med jern, nikkel eller mangan tilsat for at forfine strukturen. Almindelige glidelejekvaliteter inkluderer CuAl9Fe4 og CuAl10Fe5Ni4. Komponenter støbes først og bearbejdes derefter til bøsninger, trykskiver, glideplader, slidpuder og andre lejeformer.

Fire egenskaber forklarer dens ydeevne i glidelejer:

• Høj styrke. Støbte aluminiumsbronzer når almindeligvis trækstyrker på 450-700 MPa, tæt på mellemkulstofstål. Et leje kan bære højere overfladetryk, før materialet giver efter, hvilket direkte forlænger levetiden i tungt belastede samlinger.
• Hård modstand. Under glidning hærder overfladen en smule, og der dannes en aluminiumoxidfilm på det gnidede område. Denne film forhindrer metal-til-metal svejsning, hovedårsagen til gnidning og sammenfald mellem kobberlegeringer og stål.
• Korrosionsbestandighed. Det samme oxidlag beskytter legeringen i havvand, industrielle atmosfærer og mange procesmiljøer, så lejet er ikke afhængigt af en fedtfilm for at forblive korrosionsbestandigt.
• Slagtolerance. Aluminiumsbronze absorberer stød og små mængder forskydning uden at revne, hvilket gør den tilgivende i gravemaskiner, presser og forflytningsudstyr.

For glidelejer er kombinationen af ​​belastningskapacitet og modstandsdygtighed over for stød, hvad der adskiller aluminiumbronze fra resten af ​​kobberlegeringsfamilien.

Aluminium bronze versus tin bronze: hvordan man vælger

Start med konklusionen. Vælg aluminiumsbronze, når belastningen er tung, miljøet er ætsende eller snavset, eller smøringen er usikker. Vælg tinbronze, når lejet er let belastet, kontinuerligt oliesmurt og beskyttet mod forurening.

Tinbronze er blødere og deformeres lettere, hvilket hjælper den med at tilpasse sig akselforskydning og indlejre små slibende partikler i et rent oliesystem. Aluminiumsbronze holder sin form og modstår slibende slid, hvilket betyder noget, når oliefilmen er tynd, lejet er udsat for kalk eller støv, eller belastningen er høj nok til at presse smøremidlet ud. Til langsomtgående, tungt belastede lejer er aluminiumbronze det sikreste valg.

For en mere detaljeret sammenligning af legeringsfamilier og praktiske grænser, se vores komplet guide til aluminium bronze bøsninger og lejer .

Clearance, parringshårdhed og smøredesign

Materialevalg er kun halvdelen af ingeniørarbejdet. Et glideleje af aluminiumsbronze afhænger stadig af, at tre tal er korrekte: løbeafstand, passende overfladehårdhed og smøregeometri.

Aluminiumsbronze løber bedst mod en varmebehandlet ståloverflade i 40-55 HRC-området, afsluttet til ca. 0,4-0,8 µm Ra. En blød aksel vil slides hurtigere end lejet, og udskiftning af en lang aksel er langt dyrere end at udskifte en bøsning. Hvis sammenkoblingsdelen ikke kan hærdes, skal du forvente en kortere samlet levetid og planlægge et slidinspektionsinterval i overensstemmelse hermed.

Løbeafstand for en aluminiumsbronzebøsning er almindeligvis sat lidt større end for en blødere tinbronze, fordi den hårdere legering er mindre tilgivende for termisk udvidelse og prespasningsforvrængning. Som udgangspunkt for en slebet stålaksel skal du bruge ca. 0,1 % af akseldiameteren til kontinuerlig rotation, og derefter tilføje en justering for driftstemperatur og cykliske belastninger. For stram pasform er en langt mere almindelig årsag til svigt end frigang, der er marginalt for generøs.

Olieriller fordeler smøremidlet jævnt over den belastede zone. Lige aksiale riller passer til oscillerende bevægelser, perifere riller passer til kontinuerlig rotation, og kryds- eller spiralmønstre passer til reverserende belastninger. Rillekanter skal være glatte og afgratede; en skarp kant skraber smørefilmen væk og fanger sliddele. Når belastningsretningen ikke er konstant, er den enkleste pålidelige løsning ofte en bøsning med en bearbejdet fedtrille i stedet for en feltskåret slids, fordi håndskåret geometri varierer i bredde og dybde.

Cylindrisk bøsning af aluminium bronze med bearbejdet fedtrille Denne lige ærme kombinerer ZCuAl10Fe3 aluminiumsbronze med en præcisionsbearbejdet fedtrille, der tilbyder høj styrke, termisk ledningsevne og slagstyrke til tunge belastninger, oscillerende eller reverserende applikationer. Se produkt →

En hurtig screeningsberegning er PV-værdien: tryk ganget med glidehastighed. Aluminiumsbronze tolererer højt tryk ved lav hastighed, men det tilladte tryk falder hurtigt, når glidehastigheden øges. Et oscillerende leje, der kun bevæger sig nogle få grader pr. slag, kan køre ved meget højere overfladetryk end en kontinuerligt roterende aksel. Brug PV-grænser leveret af producenten for den specifikke kvalitet i stedet for generiske trykte tabeller, og bekræft dem med en prøvebænk, hvis applikationen er kritisk.

Hvor aluminium bronze glidelejer beviser sig selv

Se på de reelle driftsforhold, og applikationerne følger direkte:

• Metallurgisk maskineri. Rulleborde, sakse, forflytningsarme og styrehjul kører varme, støvede og ofte vandvaskede. Vores oversigt over anvendelser af metallurgiske maskiner angiver typiske dele og arbejdsforhold.
• Marine maskineri. Havvandskorrosion plus tungt ror, stabilisator, spil og dæks gearbelastninger gør aluminiumbronze til et standardmateriale til lejer i nedsænkede områder og stænkzoner.
• Tungt bygge- og mineudstyr. Drejepunkter på gravemaskiner, knusere og transportører står over for stødbelastninger og slibende støv, der hurtigt slider blødere legeringer.
• Trykstøbemaskiner. Varme, spændekraft og begrænset adgang til smøring skubber glidelejer til deres grænser; aluminiumsbronze bevarer styrken ved forhøjet temperatur bedre end tinbronze.
• Petroleumsudstyr. Pumper, ventiler og rigkomponenter opererer ofte langt fra vedligeholdelsespersonale og med forurenede smøremidler, så lejet skal tåle lange intervaller mellem servicebegivenheder.

Flade glidende applikationer bruger det samme aluminiumsbronzemateriale i form af lejepuder og glideplader i stedet for runde bøsninger. Når designet kræver flad geometri såsom glidebaner, støttepuder eller trykflader, leverer en bearbejdet kobberlejepude den samme legeringsydelse i pladeform.

Tin bronze kobber lejepude til flade glideoverflader En flad kobberlejeplade præcisionsfremstillet af CuSn12 tinbronze, der giver slid- og korrosionsbestandighed til glidebaner, støttepuder og trykflader i krævende industrielt udstyr. Se produkt →

Støbe- og bearbejdningskvalitet bestemmer den reelle levetid

Et aluminium bronze leje lavet af den korrekte legering fejler stadig tidligt, hvis støbningen indeholder krympning eller porøsitet, eller hvis bearbejdning efterlader en revet overflade. Fordi dette materiale er valgt til hårde opgaver, bestemmer fremstillingskvaliteten normalt forskellen mellem et seks ugers leje og et tolv måneders leje.

En producent, der hælder sine egne kobberlegeringer, kontrollerer kemien helt fra begyndelsen. Jiashan Tocree driver sin egen smelteovn og centrifugalstøbemaskiner og producerer omkring 2.300 tons kobberlegering om året. Støbning og præcisionsbearbejdning under ét tag fjerner risikoen for uoverensstemmende materialecertifikater, reducerer gennemløbstiden for ikke-standardiserede former og lader det samme ingeniørteam være ansvarlig for både den rå struktur og den endelige tolerance.

Virksomheden bearbejder bøsningsdiametre op til 1,5-2 meter og glideplader op til 4 meter lange, 400 millimeter brede og 100 millimeter tykke. For store dele er det nødvendigt med et temperaturstyret værksted og omhyggelig værktøjsbaneplanlægning for at holde geometriske tolerancer, som ellers ville være umulige at garantere.

Selv for almindelige diametre er bearbejdningsdisciplinen den samme. En standard bronzebøsning er et godt udgangspunkt for at evaluere boringstolerancer, rundhed og overfladefinish, før man forpligter sig til en helt tilpasset del.

Centrifugalstøbt tinbronzebøsning med tilpassede olieriller Denne bronzebøsning er produceret via centrifugalstøbning med valgfri indre og ydre olieriller, der leverer høj trækstyrke, hårdhed og korrosionsbestandighed for holdbar lejeydelse. Se produkt →

Selvsmørende varianter til utilgængelige positioner

Nogle lejepositioner kan simpelthen ikke gensmøres: forseglede drejetappe, nedsænkede marinefittings, indekseringsmekanismer og udstyr inde i afskærmninger eller rene rum. I de tilfælde er en solid selvsmørende variant med grafit- eller PTFE-indlæg værd at vurdere. Grundmaterialet og støbevejen er den samme som for almindelig aluminiumsbronze, men faste smøremiddelpiller presses ind i væggen og frigiver en film under glidning.

Forvent ikke, at tørløbende PV-grænser svarer til et fedtforsynet aluminiumsbronzeleje; tallene er lavere, og valget bør valideres i forhold til den faktiske told. Hvor gensmøring er umulig, er kombinationen af ​​en stærk kobberlegeringsskal og indstøbt fast smøremiddel en praktisk reserve.

Den praktiske specifikation for et aluminium bronze glideleje er ikke et enkelt katalognummer. Det er et lasttilfælde, en legeringskvalitet, en smøreplan og en producent, der kan udføre både støbning og bearbejdning til den nødvendige tolerance. Brug aluminiumsbronze, hvor tinbronze har vist sig at være for blød, hvor der er vand eller korrosion, eller hvor gensmøring er upålidelig. Design olierillen, hærder den sammenkoblende overflade, og bekræft PV-numrene med støberiet, før du afgiver ordren. Udført korrekt, bliver lejet den sidste del af maskinen, du skal bekymre dig om.