Mühəndislər niyə sinterlənmiş podşipnikləri seçirlər: toz metallurgiyasının üstünlüyü

Sinterlənmiş tunc rulmanların arxasındakı elm

 

Sinterlənmiş bürünc podşipniklərin istehsal elmi, boş metal hissəciklərini mühəndis məsaməliliyi ilə işləyən komponentlərə çevirən dəqiq metallurgiya nəzarətindən asılıdır. Bu əlamətdar proses xammaldan başlayır və bütün istismar müddəti ərzində ardıcıl yağlama təmin edən komponentlə başa çatır.

 

Toz metallurgiyası: Metalın Toza və Geriyə çevrilməsi

Toz metallurgiyası, metal tozunun yaradılmasından başlayaraq sinterlənmiş podşipnik istehsalının əsasını təşkil edir. İstehsalçılar 9-11% qalay olan mis ehtiva edən atomlaşdırılmış bürünc tozdan istifadə edirlər. Toz əlavələrlə, o cümlədən sıxılma prosesinə kömək edən mumlu sürtkü yağları ilə qarışdırılır. Qarışıq daha sonra istənilən son sıxlığa əsasən 200 ilə 1500 MPa arasında dəyişən təzyiqlərdə kalıp preslərində mexaniki sıxılmadan keçir.

"Yaşıl" hissə sıxılmadan sonra sinterləmə prosesinə keçir. Bu istilik dövrü komponenti azot və hidrogenin idarə olunan atmosferində (adətən 70:30 nisbətində) təxminən 820°C-yə qədər qızdırır. Temperatur metalın ərimə nöqtəsindən aşağıda qalır, lakin bərk halın yayılmasına səbəb olacaq qədər yüksək olur. Metal hissəciklər bu mühüm mərhələdə təmas nöqtələrində birləşərək ölçü sabitliyini saxlayan möhkəm, lakin məsaməli struktur yaradır.

 

Sinterlənmiş materialların mikro strukturu: Dizaynla məsaməlilik

Sinterlənmiş bürünc podşipniklər bərk metallardan fərqli olaraq məqsədə xidmət edən qəsdən məsaməliliyə malikdir. Bu podşipniklər adətən həcmcə 15% ilə 25% arasında məsaməliyə malikdir. Bu xüsusiyyət sinterlənmiş materialları tökmə metallardan fərqləndirir və onların mexaniki, istilik və funksional xüsusiyyətlərinə çox təsir edir.

Yatağın mikrostrukturunu ehtiva edirbir-birinə bağlı məsamələrmaterial boyunca şəbəkə yaradan. Bu şəbəkə sürtkü yağının rulman strukturu daxilində sərbəst hərəkət etməsinə imkan verir. Tozun xüsusiyyətləri, sıxılma təzyiqi və sinterləmə şərtləri bu məsamələrin ölçüsünü və paylanmasını müəyyən edir. Məsaməlik düzgün idarə edildikdə "açıq" qalır, yəni məsamələr təcrid olunmuş boşluqlar kimi mövcud deyil, birləşirlər.

Məsaməlik bərk metallarla müqayisədə mexaniki gücü azaldır, lakin öz-özünə yağlamağa imkan verərək bu rulmanları dəyərli edir.^[2]. Mühəndislər güc və yağlama tələbləri arasında düzgün tarazlığı taparaq, tətbiqin ehtiyacı əsasında məsaməlik faizini tənzimləyə bilərlər.

 

Yağın emprenye prosesi: Öz-özünə yağlamanın yaradılması

Gözenekli tunc rulman sinterləndikdən sonra yağ hopdurulmasından keçir. Bu əsas proses onu özünü yağlayan komponentə çevirir. Podşipnik xüsusi yağa batırılmadan əvvəl havanın məsamələri tərk etdiyi vakuum kameralarına daxil olur. Yağ kapilyar hərəkət vasitəsilə mövcud məsamə həcminin ən azı 90%-ni doldurur.

İstismar zamanı rulman unikal yağlama mexanizmi vasitəsilə işləyir. Milin rulman səthinə fırlanması nəticəsində yaranan istilik yağın məsamələrdən rulman-şaft interfeysinə sızmasına səbəb olur. Bu, hərəkət edən hissələr arasında nazik bir sürtkü filmi yaradır. Boş vaxtlarda rulman soyuduqda yağ kapilyar təsir vasitəsilə məsamələrə qayıdır və davamlı yağlama dövrünü saxlayır.^[2].

Neft dövranı mühəndislərin "nasos hərəkəti" adlandırdıqları şeyi yaradır. Yüklənmiş zonalar əməliyyat zamanı yağ buraxır, boşaldılmış ərazilər isə onu geri udur. Bu, baxımsız işləyən daimi yağlama sistemi yaradır. Özünü yağlayan bu podşipniklər daha çox yağlama tələb etmədən 3000-5000 saat etibarlı şəkildə işləyə bilər.

 

Performansı Artıran Material Xüsusiyyətləri

Sinterlənmiş podşipniklər öz əla performansını çuxurdan gələn unikal material xüsusiyyətlərindən əldə edirlərtoz metallurgiyası istehsal prosesi. Bu xüsusiyyətlər sinterlənmiş hissələrə bir çox istifadədə adi tökmə və ya işlənmiş komponentlərə nisbətən böyük üstünlüklər verir.

 

Tökmə materiallarına qarşı vahid güc paylanması

Toz metallurgiyası prosesi ənənəvi tökmə üsullarından daha yaxşı struktur faydalar yaradır. Tökmə hissələri tez-tez problemlərlə üzləşir, çünki ərinmiş ərinti elementləri bərabər soyumur. Bu, material boyunca güc, sıxlıq və istilik xüsusiyyətlərində fərqlərə səbəb olur. Döküm zamanı ərinmiş metal investisiya materialları ilə reaksiyaya girdikdə də son məhsul çirklənə bilər.

Sinterlənmiş komponentlər fərqlidir. Hər istehsal mərhələsində bərabər tərkibə malikdirlər. Metal toz hissəcikləri sıxılmadan əvvəl bərabər şəkildə yayılır və sinterləmə zamanı yerində qalır. Bu, bütün hissədə daha güclü, daha sərt və aşınmaya daha davamlı olan ardıcıl mikrostruktur yaradır.

Sinterləmə prosesi döymə və ya tökmə ilə müqayisədə materialın mikro strukturuna daha yaxşı nəzarət edir. Tədqiqatlar göstərir ki, yaxşı işlənmiş sinterlənmiş komponentlər tökmə poladdan 2-10 dəfə daha möhkəm ola bilər. Gücü məsaməliliyə görə aşağı ola bilər, lakin bütün hissəyə bərabər şəkildə yayılır. Bu, yük altında performansı daha proqnozlaşdırıla bilən edir.

 

Temperatur dəyişkənliyi altında ölçü sabitliyi

Sinterlənmiş rulmanlar, müxtəlif temperaturlarda formalarını saxlamağa gəldikdə həqiqətən parlayır. Bu hissələr unikal istehsal üsulu sayəsində minimum təhriflə sıx ölçülü tolerantlıqları saxlayır.

Bu sabitliyi iki əsas amil yaradır. Məsamələr ümumi ölçüləri dəyişdirmədən cüzi termal genişlənmə üçün yer verir. Vahid mikrostruktur həmçinin tökmə materiallardan daha bərabər genişlənir və büzülür ki, bu da əyilmə və gərginlik ləkələrinin qarşısını alır.

İstifadə zamanı temperatur dəyişdikdə bu sabitlik çox kömək edir. Alüminium oksid nümunələri 1600°C-də sinterləmə zamanı 17,6% kiçilir, lakin böyük ölçülü konsistensiya ilə nisbi sıxlığı hələ də 98,3% saxlayır. Polad komponentlər 2500°F (1370°C)-dən yuxarı sinterləndikdə belə dəqiq qalır.

Daha yaxşı ölçü dəqiqliyi idarə olunan əlavələrdən əldə edilir. Bor ilə dəyişdirilmiş nümunələrə əlavə edilən silikon nitrit sinterləmə zamanı çox təhrifin qarşısını alır.

 

Ümumi ərintilərin aşınma müqavimətinin xüsusiyyətləri

Sinterlənmiş podşipnikləri müxtəlif lehimli qarışıqlarda əldə edə bilərsiniz, hər birinin öz aşınmaya davamlı xüsusiyyətləri var:

Bürünc əsaslı ərintilər: Daimisinterlənmiş bürünc(90% mis, 10% qalay) aşınmaya yaxşı müqavimət göstərir və uzun müddət davam edir, bu da onu əksər istifadələr üçün ən yaxşı seçim edir. Mis əsaslı kompozitlərə qrafit əlavə etmək onların daha az sürtünmə ilə daha yaxşı işləməsinə və bir çox temperaturda sabit qalmasına kömək edir.

Qurğuşunlu Bürünc: Bu ərintilərdə standart 90-10 bürüncdən 14-16% qurğuşun və təxminən 20% az qalay var. Onlar daha az sürtünmə yaradır və sürtkü yağının azaldılması zamanı aşınmaya daha yaxşı müqavimət göstərirlər. Sınaqlar sübut edir ki, bu materiallar müəyyən şəraitdə (Pv=6-12 MPa·m/san) haddelenmiş poladdan 7-10 dəfə çox davam edə bilir.

Mis-Dəmir birləşmələri: Bu ərintilər daha yaxşı sıxılma gücü üçün sürət limitləri ilə ticarət edir. Zərbə və ağır yüklər üçün əla işləyirlər. 1,5% sərbəst karbonun əlavə edilməsi bu materialların Rockwell C65 sərtliyinə çatmaq üçün istiliklə müalicə olunmasına imkan verir və bu, onları zərbəyə çox davamlı edir.

Dəmir əsaslı ərintilər: Bunlar daha ucuz başa gəlir, lakin yenə də yaxşı rulmanlar yaradır, bu da onları avtomobillərdə populyar edir. Daha yüksək məsaməliliyə görə daha çox yağ saxlayırlar və daha aşağı PV limitlərinə malik olsalar da, aşınmaya yaxşı müqavimət göstərirlər.

Sinterləmə temperaturu aşınma xüsusiyyətlərində böyük rol oynayır. 2500°F (1370°C)-dən yuxarı olan Ultra Yüksək Temperaturlu Sinterləmə (UHTS) material boyunca daha kiçik, yayılmış məsamələr yaradır. Bu, hissələri adi sinterləmə üsullarından daha güclü, daha sərt və aşınmaya daha davamlı edir.

 

Özünü yağlayan sinterlənmiş podşipniklər: necə işləyirlər

 

Özünü yağlayan sinterlənmiş podşipniklər xarici yardım olmadan işləyən əla qapalı dövrəli yağlama sistemi vasitəsilə işləyir. Bu komponentlər iş şəraitinə uyğunlaşan xüsusi mexanizmlər vasitəsilə öz yağlanmasına diqqət yetirirlər.

 

Kapilyar fəaliyyət mexanizmi

Özünü yağlayan sinterlənmiş podşipniklərin gücü onların bir-birinə bağlı məsaməli strukturundan irəli gəlir ki, bu da ümumi daşıyıcı həcminin 10%-dən 35%-ə qədərini təşkil edir. Bu məsamələr material boyunca mürəkkəb şəbəkə yaradır və neft anbarı kimi işləyir. Bu boşluqların orijinal doldurulması vakuum hopdurma yolu ilə baş verir, burada yağ daxil olmamışdan əvvəl hava məsamələri tərk edir. Məsaməli divarlar daha sonra kapilyar qüvvə vasitəsilə yağı çəkir və saxlayır - sıx məkanlarda mayenin cazibə qüvvəsinə qarşı qalxmasına səbəb olan eyni təbii proses.

Bu kapilyar xüsusiyyət, sürüşmə təbəqəsinin yuxarı hissəsində mühəndislərin "çalışan" səthi adlandırdıqları şeyi yaradır. Siz aşağı sürtünmə performansını rulman öz şirin nöqtəsinə çatmazdan əvvəl görəcəksiniz. Mikrostruktur, ömrü boyu lazım olduqda sürtkü yağını saxlayan və buraxan bir süngər kimi fəaliyyət göstərir.

 

Əməliyyat zamanı yağın ayrılması

Rulman işə başlayanda bir neçə mexanizm vasitəsilə yağı səthinə buraxır. Mil və rulman arasındakı sürtünmə nəticəsində yaranan istilik yağın genişlənməsinə səbəb olur. Bu genişlənmə, bəzi yağları məsamələrdən sürüşmə səthinə itələyir.

Şaftın fırlanması eyni zamanda "nasos hərəkəti" yaradır. Bu hərəkət sürtkü yağı filmində mənfi təzyiq zonaları yaradır və rulman gövdəsindən səthə daha çox yağ çəkir. Birlikdə nasos effekti və istilik genişlənməsi metal-metal təmasının qarşısını almaq üçün mil və rulman arasında qoruyucu yağ filmi yaradır.

Yatağın düzgün işləməsi üçün fırlanma hərəkəti lazımdır. Rulman səthində tam yağlama filmi saxlamaq üçün yüksək sürət və davamlı fırlanma lazımdır.

 

Soyutma Dövrləri zamanı reabsorbsiya

Özünü yağlama dövrü fırlanma dayandıqda və rulman soyuduqda davam edir. Həddindən artıq yağ, temperaturun aşağı düşməsi ilə kapilyar təsir vasitəsilə məsaməli quruluşa qayıdır. Bu reabsorbsiya istənilən yağın yığılmasını və ya damlamasını dayandırır.

Rulman, əməliyyat zamanı yüklənmiş zonalardan çıxarılan yağı geri çəkir. Bu daimi mübadilə - iş zamanı çıxan yağ və istirahət zamanı yenidən daxil olur - sonsuz bir yağlama dövrü yaradır. Proses sürtkü yağının sürüşmə səthinə bərabər yayılmasını təmin edir, beləliklə, sürüşmə təbəqəsi köhnəldikdə belə performans güclü qalır.

 

Performans Metrikləri: PV Faktorları və Yük Limitləri

 

Mühəndislər müxtəlif əməliyyat ehtiyaclarına uyğun gələn sinterlənmiş podşipnikləri seçmək üçün xüsusi performans göstəricilərinə baxırlar. Bu texniki parametrlər təhlükəsiz əməliyyat limitlərini müəyyən etməyə və erkən uğursuzluğun qarşısını almağa kömək edir.

 

Rulman Seçimində PV Faktorlarını Anlamaq

Sinterlənmiş podşipniklərin seçilməsində PV faktoru mühüm rol oynayır. Siz onu hesablayırsınız ki, daşıyıcı yükü (P) proqnozlaşdırılan daşıyıcı sahənin kvadrat düymünün funt-sterlinqi ilə dəqiqədə futla səth sürətinə (V) vurursunuz. Bu, bizə rulman səthində sürtünmə istiliyi indeksini verir ki, bu da onun nə qədər davam edəcəyinə birbaşa təsir göstərir. Standart məsaməli rulmanlar adətən 50.000 maksimum PV dəyərinə malikdir. İstehsalçılar əlavə yağlama olmadan xidmət müddətini uzatmaq üçün davamlı əməliyyatı 20.000-də saxlamağı tövsiyə edirlər. Maksimum PV reytinqi 10.000 olan təkan yatakları daha diqqətli davranmağa ehtiyac duyur.

Yatağın ömrü onun PV dəyərinin əksinə işləyir - daha yüksək PV daha qısa xidmət müddəti deməkdir. Buna görə mühəndislər dizayn zamanı komponentlərin daha uzun müddət dayanması üçün daha aşağı təhlükəsiz PV dəyərləri seçirlər.

 

Statik və Dinamik Yük Tutumu

Statik yük daşıyıcı səthlər bir-birinə nisbətən hərəkət etmədikdə baş verir. Materialın gücü bu hallarda əsas məhdudlaşdırıcı amil olur. Statik yük həddi, yatağın diametrini ümumi icazə verilən tolerantlığın yarısı qədər dəyişən qüvvəni göstərir.

Dinamik yük, yatağı aşındıran hərəkəti əhatə edir. Sinterlənmiş rulmanlar, adətən, statik yük reytinqinin üçdə birində dinamik yük dərəcələrinə malikdir. Bu böyük azalma davamlı hərəkətin daşıyıcı səthlərə necə təsir etdiyini göstərir.

 

Müxtəlif Sinterlənmiş Materialların Sürət Məhdudiyyətləri

Hər sinterlənmiş kompozisiyanın öz sürət həddi var. Bürünc əsaslı materiallar daha yüksək sürətlə qaçmağa imkan verir. Dəmir əsaslı kompozisiyalar daha yaxşı sıxılma gücü üçün müəyyən sürət mübadiləsi edir. Standart sinterlənmiş rulmanlar adətən dəqiqədə 1000 fut-a qədər səth sürətində işləyir.

 

Performans Sərhədlərinə Temperatur Təsirləri

Temperatur, sinterlənmiş rulmanların performansını əhəmiyyətli dərəcədə dəyişir. Mineral əsaslı sürtkü yağlarının əksəriyyəti 0-80°C arasında daha yaxşı işləyir. Performans 80°C-dən yuxarı daha tez düşür, normal dəyərlərin təxminən 60%-nə düşür.

Temperatur yağın məsaməli struktur daxilində hərəkətini də dəyişir. Daha isti temperaturlar yağın genişlənməsinə və məsamələrdən daşıyıcı səthlərə daha asan axmasına səbəb olur. Soyuq temperaturlar yağı qalınlaşdırır, bu da işə salarkən düzgün yağlamağı məhdudlaşdıra bilər.

 

Sinterlənmiş rulmanlar və bilyalı rulmanların müqayisəsi

 

Mühəndislər maksimum performansa nail olmaq üçün sinterlənmiş və bilyalı rulmanlar arasındakı əsas fərqləri başa düşməlidirlər. Bu rulman növləri onları xüsusi əməliyyat mühitləri üçün ideal hala gətirən öz üstünlükləri ilə gəlir.

 

Sürtünmə əmsalının müqayisəsi

Bilyalı rulmanlar və sinterlənmiş rulmanlar fərqli sürtünmə xüsusiyyətlərini göstərir. Bilyalı rulmanların sürtünmə əmsalları növündən asılı olaraq 0,0008 ilə 0,0035 arasında dəyişən daha aşağıdır. Sinterlənmiş podşipniklər daha yüksək sürtünmə dəyərlərinə malikdir, lakin onların sayəsində onu kompensasiya ediryağla hopdurulmuş quruluşbu onları yağlanmış saxlayır. Sinterlənmiş podşipniklərdə sürtünmə əmsalı yağ tükəndikcə artır, bu da onları düzgün yağlama olmadan yüksək sürətli tətbiqlər üçün pis seçim edir.

Bilyalı rulmanlar enerji itkisini minimuma endirmək üçün ən yaxşı seçimdir, çünki onlar sinterlənmiş rulmanlar kimi sürüşmək əvəzinə yuvarlanırlar. Lakin sinterlənmiş podşipniklər dayanma və getmə əməliyyatlarında daha yaxşı seçim ola bilər. Onların öz-özünə yağlama xüsusiyyətləri düzgün yağlanmayan bilyalı rulmanlarda tez-tez rastlaşdığınız çubuq sürüşməsi problemlərinin qarşısını alır.

 

Səs-küy və Vibrasiya Xüsusiyyətləri

Sinterlənmiş rulmanlar bilyalı rulmanlardan daha səssiz işləyir, xüsusən də yüksək sürətlə. Bilyalı rulmanlar səs-küy yaradır, çünki onların yuvarlanan elementləri bir-biri ilə təmasda olur. Bilyalı rulmanlar ömrünün sonuna çatdıqca səs-küy səviyyələri artır.

Bilyalı rulmanlar mexaniki sistemlər vasitəsilə daha çox vibrasiya göndərir. Tədqiqatlar göstərir ki, həddindən artıq vibrasiya rulmanların ömrünü qısaldır və onları daha səs-küylü edə bilər. Sinterlənmiş podşipniklərdə sürüşmə hərəkəti onlara vibrasiyanı daha yaxşı mənimsəməyə kömək edir. Bu, onları səs-küyün azaldılması lazım olan tətbiqlər üçün əla seçim edir.

 

Baxım Tələbləri: Planlı və Özünə Baxım

Bu rulmanların saxlanma ehtiyacları tamamilə fərqlidir. Bilyalı rulmanlar yaxşı işləməyə davam etmək və erkən nasazlığın qarşısını almaq üçün müntəzəm yağlama tələb edir. Sinterlənmiş podşipniklər öz məsaməli strukturunda yağı saxlayır və bu, az qulluq tələb edən özünü yağlayan sistem yaradır.

Xidmət intervalları zamanı bilyalı rulmanları yoxlamaq üçün sizə ixtisaslı texniklər lazımdır. Sinterlənmiş rulmanlar uğursuz olmağa başlasa da işləməyə davam edir. Xəbərdarlıq olmadan bağlana bilən bilyalı podşipniklərdən fərqli olaraq, tamamilə tutmaq əvəzinə cızıltılı səslər çıxarırlar.

 

Müxtəlif Əməliyyat Şərtlərində Ömrü

Bilyalı rulmanlar yüksək sürətli və yüksək yük şəraitində daha uzun müddət xidmət edir. İş mühiti hər növün nə qədər yaxşı işləməsində böyük rol oynayır. Sinterlənmiş rulmanlar sabit, orta sürətli əməliyyatlarda yaxşı işləyir. Bilyalı rulmanlar start-stop və əks əməliyyatları daha yaxşı idarə edir.

Temperatur hər iki rulman növünün nə qədər davam etdiyinə təsir göstərir. Bilyalı rulmanlar həm yüksək, həm də aşağı temperaturda daha geniş diapazonda yaxşı işləyir. Sinterlənmiş rulmanlar təxminən 85 ° C-ə qədər ən yaxşı işləyir. Bundan yuxarı, daha sürətli yağlama qabiliyyətini itirirlər.

 

Nəticə

Sinterlənmiş podşipniklər toz metallurgiyasını özünü yağlama imkanları ilə birləşdirən mühəndislikdə irəliləyişi təmsil edir. Onların məsaməli strukturu ümumi həcmin 10% -dən 35% -ə qədərini təşkil edir və davamlı yağlamağı təmin edən birləşdirilmiş kanallar şəbəkəsi yaradır.

Bu yenilikçi podşipniklər müxtəlif temperaturlarda ölçü baxımından sabit qalır və bütün strukturlarında bərabər gücü saxlayır. Onların sürtünmə əmsalları bilyalı podşipniklərinkindən çox olsa da, öz-özünə yağlama xüsusiyyəti onları minimal texniki xidmətə və sabit performansa ehtiyacı olan tətbiqlər üçün mükəmməl edir.

İstehsal prosesi metallurgiya dəqiqliyinə və 800°C ilə 850°C arasında olan xüsusi sinterləmə temperaturlarına əsaslanır. Bu, 50.000-ə qədər PV faktorlarında etibarlı işləyən rulmanlar yaradır. 90% mis və 10% qalaydan ibarət standart bürünc kompozisiyalar aşınmaya və korroziyaya qarşı əla qoruma təmin edir. Bu xüsusiyyətlər onları yüksək həcmli istehsal şəraitində qiymətli edir.

Mühəndislər sinterlənmiş rulmanların faydalarını cəlbedici hesab edirlər. Onlar sakit işləyir, az texniki xidmətə ehtiyac duyurlar və orta sürət və yük altında etibarlı şəkildə işləyirlər. Öz-özünə yağlama ilə birlikdə, bu xüsusiyyətlər, ardıcıl, texniki xidmət tələb olunmayan əməliyyat maksimum sürət və ya yükləmə qabiliyyətindən daha çox əhəmiyyət kəsb etdikdə onları ən yaxşı seçim edir.