Rodamientos con brida de bronce: selección de aleaciones, tolerancias y guía de instalación

Un equipo de mantenimiento de una cantera presiona un cojinete de brida de bronce de 60 mm de diámetro en una polea de cabezal transportador, aprieta los pernos de la carcasa y descubre que la brida está agrietada al cabo de un mes. El bronce no fue el punto débil. La cara de la carcasa detrás de la brida no era plana ni cuadrada con respecto al orificio, por lo que el arrastre axial del eje cargó un borde delgado de fundición en lugar de toda la cara de la brida.

Ese orden de fallo explica cómo se deben seleccionar los rodamientos con bridas de bronce. La aleación confiere al techo resistencia a la carga, la velocidad y la corrosión. La geometría de la brida, el ajuste a presión y el espacio libre deciden si alguna vez se alcanzará ese techo. Un rodamiento con bridas de bronce y estaño con ajustes correctos durará más que uno de bronce y aluminio con un hombro armado, en todo momento.

Qué hace realmente la brida

Un cojinete con brida de bronce es un manguito cilíndrico con una brida radial integral en un extremo. El manguito soporta la carga radial. La brida realiza tres trabajos separados que a menudo se confunden durante la especificación.

• Ubicación axial. La brida impide que el rodamiento salga de un orificio pasante o se hunda en una carcasa ciega, lo que elimina los anillos de retención, el mecanizado de hombros y las tapas de los extremos que necesita un manguito liso.
• Reacción de empuje. La cara posterior de la brida puede aceptar cargas axiales continuas intermitentes o moderadas, siempre que el asiento sea rígido y la brida sea lo suficientemente gruesa como para no doblarse.
• Control de montaje. La brida ajusta la profundidad de inserción con un solo movimiento, lo cual es importante en una línea de producción donde todas las carcasas deben resultar idénticas.

Lo que no es la brida es un cojinete de empuje. Las cargas axiales continuas por encima de aproximadamente el 10 al 15 por ciento de la clasificación radial generalmente necesitan una arandela de empuje separada o una disposición de elementos rodantes.

Elección de aleación: Bronce de estaño, Bronce de aluminio o Latón

La mayoría de las fallas en los rodamientos con bridas de bronce atribuidas al bronce blando se remontan a la familia de aleaciones incorrecta para el medio ambiente y no a una mala fundición. Cuatro familias cubren la gran mayoría de pedidos de rodamientos con bridas industriales y cada una falla de manera diferente.

A continuación se detallan dos puntos prácticos. El bronce de estaño y plomo sigue siendo el predeterminado para la maquinaria general porque mecaniza limpiamente, incorpora arena y tolera la lubricación marginal. El bronce de aluminio cuesta más y las máquinas son más lentas, pero en niebla salina o en una posición excéntrica cargada de impacto puede durar más que tres reemplazos de bronce de estaño, siempre que la lubricación esté limpia y el eje esté alineado.

La decisión sobre la aleación normalmente se toma por subsistema, no por máquina. El mismo buque o trituradora puede utilizar bronce de aluminio en un timón muy cargado o en una posición excéntrica y bronce de estaño en pivotes de menor carga. Obtener esa lista mixta de materiales es más fácil cuando un proveedor organiza su gama de casquillos de cobre primero por familia de aleaciones y después por aplicación, porque ese es el orden en el que realmente se realiza la selección.

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Tolerancias y ajustes que deciden la vida útil

Estos son los números que vale la pena poner en un sorteo o en una orden de compra. Son reglas generales para el bronce fundido que funciona sobre un eje de acero endurecido, y deben ajustarse en función de la temperatura, la lubricación y los golpes.

• Orificio de la carcasa: H7 para la mayoría de los ajustes a presión, con la ovalidad y el cono mantenidos dentro de la mitad de la interferencia prevista.
• Interferencia de prensa: 0,025 a 0,05 mm por 25 mm de diámetro del orificio de la carcasa, aproximadamente 0,001 a 0,002 pulgada por pulgada.
• Holgura de funcionamiento: 0,1 a 0,15 por ciento del diámetro del eje para bronce de estaño a velocidad moderada, 0,15 a 0,2 por ciento para bronce de aluminio donde el crecimiento térmico es mayor.
• Orificio después del montaje: el orificio se cierra aproximadamente por la interferencia, así que déjelo o termine el orificio después de presionar.
• Espesor de la pared: al menos 0,08 a 0,10 del diámetro del orificio, por lo que un orificio de 60 mm necesita una pared de 5 a 6 mm.
• Espesor del ala: 0,25 a 0,4 del espesor de la pared, más cuando la carga axial es continua.
• Perpendicularidad de la brida al orificio: 0,02 a 0,05 mm en total, medido en la cara posterior de la brida.
• Acabado del eje: 0,4 a 0,8 micras Ra. Un eje rectificado normalmente duplica la vida útil de un rodamiento colocado contra uno girado.

La trampa que atrapa a la mayoría de los compradores es el cierre posterior del orificio. Presione un rodamiento con un diámetro interior de 60 mm en una carcasa H7 con una interferencia de 0,05 mm y el orificio se cerrará en una cantidad comparable, aproximadamente entre 0,04 y 0,06 mm. Si el dibujo especifica una holgura de funcionamiento de 0,08 mm y el orificio se terminó antes de prensar, el conjunto puede terminar casi sin holgura y se atascará en el primer calentamiento bajo carga.

Opciones de lubricación, ranuras y autolubricación

Los rodamientos con bridas de bronce toleran mejor la lubricación marginal que los elementos rodantes, pero aún así siguen un límite de carga y velocidad. Tres configuraciones cubren la mayoría de las aplicaciones industriales.

• Lubricado con grasa. Un orificio de aceite que alimenta una ranura circunferencial esparce grasa alrededor del orificio. Coloque la ranura en la mitad descargada del rodamiento, porque una ranura debajo de la línea de carga elimina el área de carga exactamente donde la tensión es mayor.
• Lubricado con aceite. La alimentación continua de aceite multiplica varias veces el valor PV permitido respecto a la grasa, razón por la cual los rodillos de la mesa del molino y los ejes de la caja de engranajes utilizan alimentación por baño o presión en lugar de accesorios.
• Autolubricante. Los tapones de grafito, los insertos de lubricante sólido o el bronce sinterizado impregnado de aceite eliminan completamente la línea de grasa, lo que se adapta a posiciones remotas, calientes o de difícil acceso.

Los límites típicos del catálogo para bronce fundido son de alrededor de 3 a 5 MPa x m/s lubricado con grasa y de 0,8 a 1,5 MPa x m/s seco con tapones de grafito. El número real depende de la aleación, el acabado del eje y de cuánto calor puede disipar la carcasa. Por encima de esos límites el rodamiento no falla repentinamente; La holgura se abre, el desgaste se acelera y la brida comienza a soportar una carga lateral para la que nunca fue diseñada.

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Práctica de instalación: comprobaciones de prensado, asiento y espacio libre

1. Mida el diámetro interior de la carcasa con un calibre en lugar de un calibrador y registre la ovalidad y la conicidad. Si alguno excede la mitad de la interferencia prevista, extráigalo y envuélvalo.
2. Rompa el borde del orificio del alojamiento con un chaflán de 1 a 2 mm y pula el avance, para que el rodamiento no afeite el bronce al entrar.
3. Presione la cara de la brida con un destornillador plano que cubra toda la brida. Nunca golpee el borde de la brida y nunca presione a través del orificio.
4. Asiente la brida contra una cara plana y rígida. Verifique con una regla y una galga de espesores; 0,05 mm es un objetivo razonable y cualquier valor superior a 0,1 mm amartillará el rodamiento.
5. Utilice un ajuste de temperatura cuando la interferencia sea intensa: caliente la carcasa de 80 a 100 C. No caliente el bronce con llama, porque un calentamiento desigual distorsiona el orificio y puede afectar las aleaciones de plomo.
6. Vuelva a medir el orificio después del montaje, verifique la holgura de funcionamiento contra el eje y luego alinee el orificio de lubricación con el conector de la carcasa.
7. Haga funcionar el conjunto descargado durante un breve período de rodaje. Una carcasa que está notablemente caliente después de 30 minutos bajo carga generalmente significa que el espacio libre es demasiado estrecho.

Donde los rodamientos de bronce con bridas ganan su lugar

Los rodamientos con brida se adaptan a cargas pesadas, velocidades bajas a moderadas y acceso deficiente para mantenimiento. Unos pocos sectores dominan la demanda.

• Minería y canteras: manguitos excéntricos de trituradora, poleas de cabezal transportador, pivotes de plataforma de criba y pasadores de cucharón. El polvo es normal y la brida resiste los repetidos golpes axiales de un eje excéntrico.
• Marino y offshore: cojinetes de mecha de timón, ejes de cabrestante de ancla, maquinaria de cubierta y aparatos de gobierno, donde el bronce de aluminio maneja el agua de mar y la cavitación mucho mejor que el bronce de estaño.
• Planta siderúrgica y metalúrgica: rodillos de mesa de molino, cizallas y accionamientos de cinta transportadora, donde el calor más la pulverización de agua empujan la elección hacia el bronce de aluminio.
• Construcción, elevación y energía: pivotes de varillaje, patas estabilizadoras, engranajes helicoidales y componentes de cajas de engranajes de aerogeneradores, donde la brida simplifica la carcasa y reduce el tiempo de montaje.

Hay casos en los que un cojinete de bronce con bridas es una compra incorrecta. El empuje axial pesado y continuo pertenece a una arandela de empuje o a una disposición de rodillos cónicos. La alta velocidad continua se debe a un rodamiento de elementos rodantes que funciona a menor temperatura. Paredes muy delgadas, por debajo de aproximadamente 2 mm, se agrietan en la raíz de la brida en bronce fundido.

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Qué poner en la orden de compra

Un rodamiento con brida de bronce es una pieza hecha a pedido con mayor frecuencia que un artículo de catálogo, por lo que el documento de pedido refleja la calidad del resultado.

• Aleación y estándar, por ejemplo SAE 660 o C93200, bronce de aluminio C95400 o latón C36000, además del método de fundición donde la resistencia importa.
• Dimensiones en el orden en que se miden: orificio, diámetro exterior, longitud total, diámetro exterior de la brida y espesor de la brida.
• Clases de tolerancia y ajustes: ajuste de la carcasa, juego de funcionamiento del eje, perpendicularidad de la brida.
• Estado de mecanizado: fundición, mecanizado en desbaste o acabado taladrado, y si el diámetro interior se dimensiona antes o después del prensado.
• Características de lubricación: posición y diámetro del orificio de aceite, patrón de ranura, tapones de grafito.
• Documentación: certificados químicos y mecánicos, trazabilidad del número de calor e inspección del primer artículo para un nuevo patrón.
• Cantidad y embalaje: las piezas fundidas se vuelven económicas a partir de unas pocas docenas de piezas y las bridas mecanizadas necesitan protección de los bordes durante el transporte.

Si una brida sigue agrietada, deje de cambiar las aleaciones y comience a revisar el asiento. La planitud, la cuadratura y la interferencia causan más fallas en los rodamientos con bridas de bronce que las capacidades de carga, y las tres se pueden medir antes de presionar la pieza.

Yangzhou Yifeng Copper Products ha estado fundiendo y mecanizando componentes de aleaciones de cobre desde 2005 en una planta de 30.000 metros cuadrados, con 5.000 toneladas de capacidad anual y un equipo técnico que incluye 20 especialistas, además de una base de investigación conjunta con la Universidad Southwest Jiaotong. La compañía informa de una base de clientes que incluye Fortune 500 y grupos industriales globales, y su gama cubre bujes de bronce de estaño, bronce de aluminio y latón, cojinetes autolubricantes, anillos de sellado de aleación de cobre marino y engranajes helicoidales de aleación de cobre. Puedes revisar el antecedentes y capacidad de la empresa si está consolidando varios números de piezas de bronce bajo un solo proveedor.