Cómo se comportan los rodamientos envueltos en bronce en condiciones de alta carga y baja lubricación

Considere un casquillo guía de matriz de estampado cuya línea de engrase automática falla a mitad de un turno. Un casquillo de bronce fundido en el mismo eje se raya en cuestión de minutos y se atasca antes de que termine la hora. Un rodamiento envuelto en bronce con tapones de grafito incrustados sigue funcionando durante el resto del turno y, al desmontarlo, su desgaste radial suele ser inferior a 0,05 mm.

Ese resultado es el motivo por el que los ingenieros de Zhejiang Shuangnuo Bearing Technology Co., Ltd. (Shuangnuo) especifican rodamientos envueltos en bronce para puntos deslizantes que transportan cargas pesadas y no pueden garantizar el suministro de aceite. La construcción es un casquillo con respaldo de acero con una capa de bronce sinterizado y tapones de lubricante sólido en el orificio. No reemplaza la lubricación; hace que se pueda sobrevivir a la pérdida de lubricación.

Definición: un rodamiento envuelto en bronce soporta una alta presión superficial a través de su respaldo de acero, mientras que los lubricantes sólidos incorporados mantienen una película de transferencia seca y de baja fricción en el eje.

¿Qué hace que los rodamientos envueltos en bronce sean diferentes?

Los rodamientos recubiertos de bronce obtienen su rendimiento de alta carga y baja lubricación gracias a una estructura de tres capas, no a un solo material.

El soporte de acero es el soporte de carga. En la serie FB090, se forma una tira de acero con bajo contenido de carbono en un casquillo y se instala con un ajuste de interferencia. Debido a que el acero es delgado pero rígido, el rodamiento transfiere la presión de contacto directamente al soporte. Así es como un casquillo envuelto soporta cargas estáticas de hasta 250 MPa en una fracción del espacio radial que necesita un casquillo de bronce fundido sólido.

La capa intermedia es una matriz de bronce sinterizado, normalmente de 0,2 a 0,5 mm de espesor, unida al acero. Se adapta a desalineaciones menores, incrusta residuos y conduce el calor por fricción lejos de la superficie.

El tercer componente es un conjunto de tapones de grafito o compuesto de grafito presionados en orificios a través de la capa de bronce. A medida que el eje se mueve, el material del tapón se corta y pule sobre el eje, formando la película de transferencia que transporta la carga cuando no hay aceite presente.

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Rendimiento de carga alta: el respaldo de acero soporta la tensión

Bajo cargas estáticas y dinámicas elevadas, el soporte de acero establece la estabilidad dimensional; el bronce sólo domina la superficie.

Los rodamientos de grado FB090 muestran una carga estática máxima típica de 250 MPa y una carga dinámica máxima de 140 MPa, suponiendo una carcasa cilíndrica rígida y un ajuste de interferencia. El mismo casquillo en una carcasa flexible pierde una gran parte de esa capacidad, razón por la cual la rigidez de la carcasa es parte del sistema de rodamientos.

A continuación se muestra el comportamiento de desgaste. En pruebas de oscilación a una presión de contacto de 25 MPa y una velocidad de deslizamiento de 0,08 m/s, los casquillos tipo FB090 que funcionan en seco contra un eje de acero endurecido generalmente muestran 0,02-0,04 mm de desgaste radial cada 100 horas, el mismo orden que un casquillo de bronce fundido engrasado y mucho mejor que uno sin engrasar.

Un orificio de 40 mm que necesita una cavidad de carcasa de 52 mm en bronce fundido se adapta a una cavidad de 44 mm como un buje envuelto, liberando espacio radial y reduciendo el costo del material del buje en aproximadamente un 60 %.

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Comportamiento de baja lubricación: el mecanismo de la película de transferencia

Cuando falta grasa o aceite, los cojinetes envueltos en bronce siguen funcionando porque los tapones renuevan continuamente una película sólida en la interfaz deslizante.

El material del tapón de grafito es más blando que el bronce, por lo que la presión de contacto lo mancha a lo largo del eje. En cuestión de minutos aparece una fina película oscura y se produce un deslizamiento entre esa película y el bronce en lugar de metal con metal. La fricción en seco cae del rango de 0,15 a 0,30 del bronce fundido en seco a un rango típico de 0,06 a 0,12.

La película se reconstruye después de cada parada y reinicio, razón por la cual la construcción se adapta a tareas oscilantes, recíprocas y de arranque y parada. Las bujías a base de grafito amplían el rango de servicio de -40 a 200 °C, más allá del límite de la mayoría de las grasas.

La condición del eje controla la adhesión de la película. Para cargas superiores a 50 MPa, utilice un eje endurecido a 45 HRC con un acabado de Ra 0,4-1,6 micrómetros. Nuestro Análisis de la resistencia al desgaste del FB090. Cubre los modos de falla en detalle.

Si el trabajo es una rotación continua superior a 0,5 m/s, agregue aceite. En caso de oscilación, movimiento alternativo o largos períodos de inactividad bajo carga, la película de transferencia por sí sola cumplirá la función.

Rodamientos envueltos en bronce versus rodamientos de bronce fundido, bimetálicos y revestidos de PTFE

Los rodamientos envueltos en bronce se encuentran entre los extremos del espectro de los rodamientos lisos: más resistentes que los tipos revestidos de PTFE ante impactos y contaminación, más tolerantes sin aceite que el bronce fundido y más compactos que cualquiera de los dos.

Regla de selección: elija revestimiento de bronce cuando el rodamiento deba resistir funcionamientos periódicos en seco, golpes y escombros; elija bimetálicos cuando el petróleo llegue de forma intermitente; elija el revestimiento de PTFE sólo para un deslizamiento limpio y con carga ligera; Elija bronce fundido sólo cuando las paredes gruesas sean obligatorias.

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Donde los rodamientos revestidos de bronce se ganan el sustento

Los cojinetes envueltos en bronce aparecen dondequiera que cargas oscilantes pesadas se encuentren con una lubricación interrumpida: pasadores de pivote, postes de guía, muñones de cilindros y tareas similares.

• Equipos de construcción y movimiento de tierras: pasadores de pivote de pluma y cucharón en excavadoras y cargadoras, expuestos al polvo y a largos intervalos de servicio.
• Maquinaria agrícola: pivotes de enganche, varillajes de sembradoras y mecanismos empacadores que se engrasan estacionalmente.
• Sistemas hidráulicos: muñones de cilindros y casquillos de bomba bajo lubricación límite.
• Utillaje y troqueles: postes guía, camisas eyectoras y placas de desgaste en moldes de estampación e inyección.
• Manipulación de materiales: rodillos transportadores, paletizadores y poleas de grúa.
• Marino y offshore: maquinaria para escotillas y aparejos donde el agua de lavado elimina la grasa.

Shuangnuo fabrica la serie FB090 con fundición de bronce interna, espectroscopia de etapa de fusión en cada calor y mecanizado en una flota de más de 80 máquinas CNC. La producción de material por primera vez bajo pedido acorta los plazos de entrega para tamaños métricos y no estándar.

La capacidad relevante para la compra es la trazabilidad: el control interno de la fusión y los informes de pruebas mecánicas de terceros son importantes cuando un rodamiento soporta 250 MPa en el punto de contacto.

Los cojinetes envueltos en bronce no reemplazan la lubricación; hacen que se pueda sobrevivir a la pérdida de lubricación. Los diseñadores obtienen una envolvente más pequeña, un circuito de lubricación más simple y una máquina que sobrevive a un intervalo de servicio perdido en lugar de romper un eje. Para evaluar el FB090 para una tarea específica, use el límite PV como primera compuerta, luego verifique la rigidez de la carcasa y el acabado del eje.

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