В современном машиностроении постоянно ведется поиск решений, которые позволяют повысить надежность механизмов и одновременно снизить их стоимость. Одним из таких решений, обеспечивающих высокие рабочие качества, является использование биметаллических втулок. Эти составные элементы соединяют в себе разные свойства материалов: прочность стали и антифрикционные качества сплавов цветных металлов. В этой статье подробно рассматривается, что представляют собой биметаллические втулки, как их изготавливают, где применяют и почему они часто оказываются наиболее подходящим выбором.
Что такое биметаллическая втулка?
Биметаллическая втулка представляет собой цельное изделие, которое состоит из двух разных металлических слоев, прочно соединенных между собой. Чаще всего такая втулка имеет стальной или чугунный корпус, на который изнутри нанесен слой антифрикционного сплава. Внутренний слой обычно изготавливается из различных марок бронзы, латуни или баббита.
Основная задача такой конструкции заключается в использовании лучших качеств каждого материала. Стальная основа обеспечивает высокую механическую прочность, жесткость и способность выдерживать значительные ударные нагрузки, сохраняя при этом форму узла. Бронзовый или другой антифрикционный слой отвечает за низкое трение, отвод тепла, прирабатываемость и защиту вала от износа.
Технологии производства: от центробежной заливки до спекания
Производство биметаллических втулок является сложным технологическим процессом, от качества которого напрямую зависит срок службы механизма. Существует несколько основных способов соединения металлов.
Центробежная заливка
Один из распространенных способов — центробежная биметаллизация. В этом случае стальная заготовка вращается вокруг своей оси в установке. Внутрь разогретой заготовки засыпают необходимое количество бронзового порошка или заливают расплавленный металл. Под действием центробежных сил расплав равномерно распределяется по внутренним стенкам и после затвердевания образует плотный монолитный слой.
Существуют технологии точного контроля этого процесса, когда скорость вращения на этапе нагрева составляет одно значение, а на этапе выдержки увеличивается. Это позволяет получить качественный слой даже из сложных сплавов, которые могут быть склонны к расслоению.
Порошковая металлургия и спекание
Другой способ заключается в нанесении на стальную ленту или втулку порошкового слоя с последующим спеканием. Порошковый материал наносится на поверхность в виде смеси, после чего происходит его припрессовка и спекание в печах с контролируемой атмосферой.
Штамповка из листа
Для некоторых видов изделий используется формообразование из плоской кольцевой заготовки в несколько этапов с обязательным отжигом. Это позволяет избежать образования складок и трещин в разнородных металлах.
Основные преимущества
Инженеры часто выбирают биметаллические втулки вместо цельных бронзовых или стальных по нескольким причинам.
- Экономия цветных металлов. Медь и ее сплавы стоят значительно дороже стали. Использование биметалла позволяет снизить стоимость изделия, сохраняя его рабочие свойства, так как дорогой антифрикционный сплав находится только в зоне трения.
- Высокая несущая способность. Стальная основа хорошо держит нагрузки, не деформируясь под давлением. Испытания показывают, что биметаллические подшипники, изготовленные по современным технологиям, обладают более высокой несущей способностью по сравнению с обычными литыми изделиями.
- Повышенная стойкость к износу. Благодаря хорошему строению антифрикционного слоя и прочному сцеплению слоев, такие втулки хорошо сопротивляются износу, особенно в условиях средних скоростей и нагрузок.
- Возможность работы без смазки. Некоторые виды биметаллических втулок (например, с включениями графита или с использованием пористых бронз, пропитанных маслом) могут работать без подачи смазки, что важно для труднодоступных узлов или оборудования в пищевой промышленности.
Области применения
Биметаллические втулки применяются во многих отраслях промышленности, где есть вращающиеся или возвратно-поступательные движения.
- Автомобилестроение. Здесь они используются в двигателях, коробках передач, узлах подвески, а также в мотоциклетных сцеплениях.
- Тяжелое машиностроение и горная техника. В экскаваторах, бульдозерах и погрузчиках биметаллические втулки применяются в ходовой части. Такая конструкция позволяет выдерживать большие нагрузки и абразивный износ в гусеничных траках.
- Сельское хозяйство. Гусеничные тракторы, работающие на сложных почвах, оснащаются такими втулками для увеличения срока службы ходовой части.
- Нефтегазовая отрасль. Здесь биметаллические втулки используются для защиты сварного шва при соединении трубопроводов с внутренним покрытием от воздействия нефтегазовых смесей и пластовых вод.
- Подъемное оборудование. Гидравлические краны и подъемники требуют надежных и компактных узлов трения, где хорошо показывают себя биметаллические подшипники скольжения.
Нормативная база
Качество и основные размеры этих изделий определяются государственными стандартами. Ранее действовал стандарт на биметаллические втулки и толстостенные вкладыши общего применения, изготавливаемые заливкой антифрикционными сплавами. Следует учитывать, что такие стандарты могут не распространяться на особо ответственные узлы, например, двигатели внутреннего сгорания, где требования к деталям выше и определяются отдельными техническими условиями.
Биметаллические втулки представляют собой пример развития машиностроительных материалов. Они позволяют создавать технику, которая дольше работает без ремонта, выдерживает большие нагрузки и при этом остается достаточно экономичной в производстве. При выборе втулки для конкретного механизма важно обращать внимание не только на геометрические размеры, но и на способ нанесения антифрикционного слоя, а также на материалы, из которых изготовлены несущая основа и рабочий слой. Качественное биметаллическое изделие обеспечивает длительную и надежную работу оборудования.