Protezione dall'usura: Protegge la cavità del cuscinetto della presa e l'albero principale dal contatto diretto metallo su metallo, riducendo l'abrasione causata dalla rotazione ad alta velocità (500–1500 giri/min) e dai carichi assiali (fino a migliaia di kilonewton).
Riduzione dell'attrito: Fornisce una superficie a basso attrito (coefficiente di attrito ≤0,15 sotto lubrificazione) per ridurre al minimo la perdita di energia e la generazione di calore tra l'albero principale e la presa.
Distribuzione del carico: Distribuisce uniformemente i carichi assiali e radiali dall'albero principale alla presa, prevenendo la concentrazione localizzata delle sollecitazioni e prolungando la durata di entrambi i componenti.
Compensazione dell'allineamento: Consente piccoli disallineamenti tra l'albero principale e la presa grazie alla sua leggera elasticità, riducendo le vibrazioni e il rumore durante il funzionamento.
Corpo di rivestimento: Un manicotto cilindrico cavo in bronzo per cuscinetti (ad esempio, ZCuSn10Pb1), metallo Babbitt (a base di stagno: Sn 83-85%, Sb 11-13%) o materiale bimetallico con supporto in acciaio (guscio in acciaio con uno strato di bronzo sinterizzato). Lo spessore della parete varia da 5 a 15 mm, a seconda delle dimensioni del frantoio.
Superficie di appoggio interna: Superficie lavorata con precisione e con bassa rugosità (Ra 0,8–1,6 μm) a diretto contatto con l'albero principale. Spesso presenta scanalature circolari per l'olio (profonde da 0,5 a 2 mm) per trattenere il lubrificante e migliorare la riduzione dell'attrito.
Superficie esterna: Una superficie cilindrica o leggermente rastremata che si adatta alla cavità del cuscinetto della presa con un accoppiamento con interferenza (0,01–0,05 mm) per impedire la rotazione rispetto alla presa.
Flangia (opzionale): Una flangia radiale a un'estremità per limitare il movimento assiale nella sede, garantendo che la camicia rimanga in posizione anche sotto carichi assiali pesanti.
Caratteristiche di lubrificazione:
Scanalature per l'olio: Scanalature assiali o a spirale sulla superficie interna che distribuiscono il lubrificante in modo uniforme lungo l'area di contatto, impedendo l'attrito a secco.
buchi di petrolio: Piccoli fori (φ3–φ6 mm) che collegano la superficie esterna alle scanalature interne, allineandosi con i canali di lubrificazione della presa per garantire il flusso dell'olio.
Smussi: Bordi arrotondati (raggio 0,5–2 mm) su entrambe le estremità per facilitare l'installazione e prevenire la concentrazione di sollecitazioni nell'interfaccia rivestimento-albero.
Selezione dei materiali:
Il bronzo per cuscinetti (ZCuSn10Pb1) è preferito per la sua elevata resistenza alla compressione (≥300 MPa), la buona conduttività termica e la compatibilità con gli alberi in acciaio. La sua composizione è controllata a Sn 9-11%, Pb 0,5-1,0%, il resto Cu, con una durezza di HB 80-100.
Fusione:
Fusione centrifuga: Il bronzo fuso viene colato in uno stampo rotante (1000-3000 giri/min) per formare un manicotto cilindrico con una struttura densa e uniforme. Questo metodo garantisce la concentricità e riduce al minimo la porosità (≤5% in volume).
Fusione in sabbia: Per i rivestimenti flangiati, vengono utilizzati stampi in sabbia con anime per formare scanalature o fori per l'olio. La temperatura di colata è di 1000–1100 °C per garantire il riempimento completo delle sezioni sottili.
Trattamento termico:
I rivestimenti in bronzo vengono sottoposti a ricottura a 500–600 °C per 1–2 ore, seguita da un raffreddamento lento, per alleviare lo stress di fusione e migliorare la lavorabilità.
Lavorazione e finitura:
Lavorazione grezza: Il pezzo grezzo fuso viene tornito per lavorarne il diametro esterno, il foro interno e la flangia (se applicabile), lasciando una tolleranza di finitura di 0,5–1 mm.
Lavorazione di finitura: Le superfici interne ed esterne sono tornite con precisione per ottenere tolleranze dimensionali (IT6–IT7) e rugosità superficiale Ra0,8 μm. Il foro interno è levigato per una rotondità superiore (≤0,005 mm).
Lavorazione delle scanalature per l'olio: Le scanalature vengono fresate o brocciate sulla superficie interna con profondità e spaziatura precise per ottimizzare la ritenzione del lubrificante.
Preparazione del guscio in acciaio: Una manica in acciaio a basso tenore di carbonio (Q235) viene trafilata o lavorata fino a raggiungere le dimensioni esterne desiderate, quindi pulita e resa ruvida (ad esempio tramite sabbiatura) per migliorare l'adesione allo strato del cuscinetto.
Applicazione dello strato portante:
Sinterizzazione: Una polvere di bronzo (ad esempio, CuSn10) viene sinterizzata sul guscio di acciaio a 800–900°C in un'atmosfera protettiva (azoto), formando uno strato poroso spesso 0,5–2 mm.
Incollaggio a rulli: Un sottile foglio di bronzo (spessore 0,3–1 mm) viene laminato a freddo sul guscio di acciaio ad alta pressione (100–200 MPa), creando un legame metallurgico.
Lavorazione finale: La superficie interna viene lavorata con finitura fino a raggiungere le dimensioni e la rugosità richieste, con l'aggiunta di scanalature per l'olio secondo necessità.
Prove sui materiali:
L'analisi della composizione chimica (spettrometria) verifica la conformità agli standard dei materiali (ad esempio, ZCuSn10Pb1: Sn 9–11%, Pb 0,5–1,0%).
La prova di durezza (Brinell) garantisce che i rivestimenti in bronzo abbiano una durezza di HB 70–90, bilanciando resistenza all'usura e duttilità.
Controlli di precisione dimensionale:
Una macchina di misura a coordinate (CMM) ispeziona i diametri interni/esterni, l'uniformità dello spessore delle pareti e lo spessore della flangia, con tolleranze controllate a ±0,01 mm per le dimensioni critiche.
La rotondità e la cilindricità della superficie interna vengono misurate utilizzando un misuratore di rotondità, garantendo valori ≤0,005 mm per evitare un'usura non uniforme.
Analisi microstrutturale:
L'esame metallografico verifica la porosità (≤5% nel bronzo) e la qualità della saldatura nei rivestimenti bimetallici (nessuna delaminazione tra l'acciaio e gli strati del cuscinetto).
Test delle prestazioni:
Test del coefficiente di attrito: Un tribometro misura l'attrito sotto carico simulato (10–50 MPa) e velocità (500–1500 giri/min), richiedendo valori ≤0,15 con lubrificazione.
Test di usura: Un test pin-on-disk sottopone il materiale del rivestimento a 10⁶ cicli, con perdita di peso limitata a ≤5 mg per garantire una lunga durata.
Controlli di adattamento e montaggio:
Il rivestimento viene inserito in prova in una presa di prova per verificare l'accoppiamento con interferenza: dovrebbe richiedere una leggera forza di pressione (5–20 kN) senza distorsioni.
Il foro interno viene controllato per verificarne la compatibilità con un campione standard dell'albero principale, garantendo una rotazione fluida senza inceppamenti sotto carico.
