Especificações da bucha de alumínio e bronze: ligas, usinagem e guia de seleção

Quando um eixo entra em uma bucha muito antes do término do período de garantia, a falha geralmente é atribuída ao próprio material. Na minha experiência com peças fundidas de bronze, a verdadeira causa geralmente é uma combinação de grau de liga incorreto, lubrificação insuficiente ou um processo de fundição que deixa tensão residual e porosidade. Para buchas de alumínio e bronze, a resposta prática é tratar a bucha como um sistema: primeiro defina a carga e o ambiente e, em seguida, selecione a composição, o layout da ranhura e a rota de usinagem.

O que o bronze de alumínio realmente faz

O bronze de alumínio é uma liga de cobre onde o alumínio é a adição principal, normalmente 8–12% em peso. Ferro, níquel e manganês são adicionados para refinar o grão e aumentar a resistência. O resultado é um material de rolamento que mantém sua capacidade de carga em temperaturas elevadas e resiste à água do mar, à água salobra e a muitos fluidos de processos químicos. Ao contrário do bronze de estanho, que resiste ao desgaste principalmente pela maciez e partículas incorporadas, o bronze de alumínio transporta carga através de sua própria superfície dura e endurecida pelo trabalho. É por isso que uma bucha feita com esta liga pode sobreviver em uma guia de laminação ou em uma caixa de engrenagens marítima, onde uma bucha de latão se deformaria em poucas semanas.

Você não deve pensar no bronze de alumínio como um substituto imediato para todas as buchas de bronze. Não é a opção mais barata e favorece mais o movimento alternativo lento e pesado do que a rotação em alta velocidade. Quando o projeto exige alta velocidade superficial e lubrificação contínua do filme, um bronze com chumbo ou um bronze com grafite pode ser melhor. Mas quando o eixo é lento, a carga é alta e a água ou o vapor continuam removendo a graxa, o bronze de alumínio é o padrão confiável.

Classes de liga e o que elas significam

Não existe uma receita única de “bronze de alumínio”. As classes robustas são centradas em 9–10% de alumínio com uma pequena quantidade de ferro. C95400, por exemplo, é um bronze de alumínio fundido com cerca de 10,5% de alumínio, 4% de ferro e menos de 1% de níquel. Uma designação europeia semelhante é CuAl9Fe4, que aparece na nossa própria produção de ligas de cobre. O teor de ferro forma partículas intermetálicas duras que melhoram a resistência ao desgaste sem a necessidade de tratamento térmico separado. Se o ambiente for muito corrosivo, o bronze de níquel-alumínio como o C95800 adiciona vários por cento de níquel e mais manganês, proporcionando melhor resistência à cavitação e ao ataque de impacto.

As diferenças são importantes para as compras. Um comprador que especifica apenas "bucha de alumínio e bronze" pode receber uma classe de baixo alumínio que tem a mesma aparência após a usinagem, mas falha rapidamente sob altas cargas de choque. Solicite o padrão exato, a dureza medida após a usinagem e a prática real de fundição do fornecedor. A tabela abaixo mostra as grandes diferenças entre as ligas de buchas comuns.

Quando um desenho indicar "CuAl9Fe4", não permita que ele seja substituído por uma bucha de bronze geral sem aprovação. A diferença de custo é pequena em comparação com o tempo de inatividade do processo causado por uma substituição prematura.

Os compradores de usinagem e fundição muitas vezes ignoram

A maior variável oculta nas buchas de alumínio e bronze é como a peça bruta foi feita. A fundição em areia é barata, mas geralmente produz grãos grossos e encolhimento interno. A haste fundida contínua é adequada para buchas cilíndricas simples, mas não pode produzir facilmente flanges grandes ou ranhuras de óleo complexas. A fundição centrífuga é ideal para buchas de paredes grossas e de grande diâmetro porque o molde giratório empurra o gás e as impurezas em direção ao furo, onde são removidos pela usinagem subsequente. As melhores fundições usam uma combinação de processos de areia, centrífugos e contínuos e cobrem todo o percurso desde a fusão do cobre bruto até o torneamento final.

Isso é importante porque o bronze de alumínio tem uma faixa estreita de solidificação. Se a temperatura de vazamento for muito alta ou a taxa de resfriamento for irregular, você obterá inclusões de escória que aparecerão como buracos no furo usinado. Esses poços tornam-se iniciadores de crack sob carga cíclica. Portanto, ao avaliar um fornecedor, pergunte sobre o controle químico do metal, o tamanho e o tipo do forno de fusão e a inspeção que ele realiza antes do torneamento. Um fornecedor que derrete e funde sua própria liga pode manter a composição dentro de um intervalo apertado; uma oficina mecânica que compra apenas peças prontas para uso tem menos controle.

Bronze de estanho Bushing with Custom Oil Grooves Esta bucha de bronze-estanho é feita por fundição centrífuga e usinada com ranhuras de óleo personalizadas. Oferece alta resistência, boa resistência ao desgaste e à corrosão, tornando-o adequado para aplicações industriais pesadas. Ver Produto →

Ranhuras e Lubrificação

A geometria de lubrificação pode transformar uma bucha marginal em uma bucha confiável. Para buchas de bronze-alumínio lubrificadas com graxa, a clássica ranhura em espiral no furo ajuda a distribuir a graxa por toda a extensão da zona de contato. Não é uma decoração. A largura e a profundidade da ranhura devem corresponder à viscosidade da graxa e à velocidade do eixo. Muito raso e a graxa fica no centro; muito profundo e a área de contato cai, aumentando a pressão e acelerando o desgaste.

Para equipamentos que funcionam a seco ou onde o óleo é indesejável, uma bucha de bronze e alumínio com grafite é uma opção prática. Os tampões de grafite atuam como reservatórios de lubrificante sólido, de modo que a bucha precisa apenas de uma lubrificação inicial mínima e pode operar em velocidades lentas durante meses sem relubrificação. A orientação do grafite também é importante: plugues maiores funcionam melhor em ambientes sujos ou empoeirados, enquanto plugues menores e mais densos funcionam de forma mais silenciosa em uma montagem bem ajustada.

Se a máquina estiver sujeita a lavagem com água ou vapor, você precisará de um design de ranhura sem grafite ou de um grau resistente à corrosão, porque a água pode liberar um pouco de grafite. Nesse caso, uma ranhura em espiral com uma graxa com barreira de água compatível é muitas vezes mais segura do que depender apenas de lubrificante sólido.

Alumínio Bronze Bushing with Spiral Grease Groove Esta bucha de alumínio e bronze apresenta uma ranhura de graxa usinada e alta resistência. Sua excelente condutividade térmica e resistência à corrosão o tornam adequado para ambientes úmidos e de alta temperatura. Ver Produto →

Onde as buchas de alumínio e bronze ganham seu sustento

O caso mais forte para buchas de alumínio e bronze está em indústrias onde a carga é alta, o movimento é lento e o meio ambiente não é amigável. Equipamentos metalúrgicos, como caixas de rolamentos de laminadores e rolos transportadores de fornos, são candidatos óbvios. O mesmo se aplica às máquinas de navios: eixos de leme, prensa-cabos de popa e guindastes de convés funcionam em água do mar, e a resistência à corrosão do bronze-alumínio é um benefício direto.

Em máquinas pesadas, a aplicação típica é um pivô ou junta oscilante onde o ângulo de movimento é pequeno e a força de reação é enorme. Equipamentos de mineração, esteiras e prensas de grande porte se enquadram nesse perfil. Para máquinas de fundição sob pressão, as buchas das barras de ligação e as guias do carro de injeção são carregadas com impacto e calor; o bronze de alumínio mantém sua geometria muito melhor do que um bronze de estanho padrão. Mesmo em equipamentos médicos, onde a corrosão e a limpeza são importantes, o bronze de alumínio aparece em alguns componentes de acionamento de alta carga e baixa velocidade. A lista prática abaixo não é exaustiva, mas cobre os usos mais comuns:

• Guias de laminação e buchas de alojamento
• Buchas do leme marítimo e do eixo da hélice
• Triturador de mineração e buchas de ligação do transportador
• Guias de tirantes para máquinas de fundição sob pressão
• Placas de desgaste do controle deslizante de prensa pesada

Se você estiver projetando para um desses setores, o ponto de partida correto é um cálculo detalhado da carga. Muitos fornecedores locais e equipes de engenharia têm experiência exatamente com esses setores; por exemplo, nossa página de aplicação de máquinas metalúrgicas descreve como nossas peças personalizadas são usadas nesse ambiente. Vale a pena ler antes de especificar a liga.

Exemplos de aplicação em máquinas metalúrgicas mostre o tipo de peças de bronze de alumínio que resistem em operação contínua.

Quando o bronze de alumínio é a resposta errada

Nenhum material vence todas as aplicações. O bronze de alumínio tem um coeficiente de atrito moderadamente alto quando seco, portanto não é a melhor escolha para munhões de alta velocidade que precisam de uma película de óleo contínua. Para um eixo girando a vários milhares de RPM, um bronze com chumbo ou um revestimento de babbitt produzirá menos calor. O bronze de alumínio também é mais caro de usinar do que o latão; portanto, para peças de baixa carga, onde o custo determina o projeto, uma bucha de latão pode ser perfeitamente adequada.

Outra falha comum é a carga nas bordas causada pela deflexão do eixo. O bronze de alumínio pode suportar alta carga estática, mas ainda precisa de comprimento de rolamento suficiente para distribuir a carga. Uma bucha curta e de pequeno diâmetro encostada em um eixo torto irá falhar independentemente da liga. Nesses casos, a fixação é uma superfície externa esférica na bucha ou um projeto autocompensador, e não um material diferente.

Por fim, verifique a dureza do eixo e o acabamento superficial. O bronze de alumínio trabalha mais durante o funcionamento e, se o eixo for macio ou áspero, a superfície da bucha pode desgastar o munhão, em vez de vice-versa. Um eixo cromado ou endurecido é frequentemente recomendado para serviços longos.

Compra de um fornecedor que controla toda a cadeia

A maneira mais prática de evitar problemas ocultos de qualidade é comprar de uma empresa que controle tanto a fundição quanto a usinagem de precisão. Quando a mesma fábrica derrete a liga de cobre, vaza a peça bruta e, em seguida, gira, perfura e afia o furo, as etapas do processo não ficam escondidas atrás de cronogramas de remessa separados. Isso encurta o ciclo de feedback de qualidade. Se uma verificação dimensional falhar, a oficina mecânica pode avisar imediatamente a equipe de fundição e o próximo vazamento é ajustado antes que outras cem peças sejam feitas.

Em nossa própria fábrica, o forno de fusão de cobre e as centrífugas ficam no mesmo prédio que as unidades de torneamento e fresamento CNC. Produzimos muitas peças fora do padrão – desde uma pequena bucha roscada até uma luva de cobre com 2 metros de diâmetro – e podemos fabricar placas deslizantes longas de até 4 metros. Esta escala requer um design cuidadoso de gating e fundição. Quando um cliente fornece um desenho com CuAl9Fe4 ou um tipo de bronze de alumínio semelhante, podemos rastrear o número de calor e a análise química associada para cada peça entregue.

Antes de fazer um novo pedido, peça ao fornecedor um exemplo de seus registros de qualidade em uma peça semelhante de alumínio e bronze. Você deseja ver o certificado do material, o relatório dimensional e a medição do acabamento superficial. Se eles não puderem fornecer todos os três em um único processo interno, provavelmente você está lidando com um comerciante, não com um fabricante. Para uma visão mais aprofundada das diferenças entre buchas e rolamentos de alumínio e bronze, você pode ler nosso guia técnico sobre o assunto. Abrange tabelas de propriedades e lógica de seleção que usamos no trabalho diário.

Nosso guia completo para buchas e rolamentos de bronze e alumínio explica as tabelas de propriedades e os critérios de seleção com mais detalhes.

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