Коротко
Бронза и латунь проигрывают стали в прочности и цене, поэтому их выбирают не «для надёжности», а под конкретную задачу: пара трения, вода и коррозия, немагнитность, искробезопасность. Главное правило — из медного сплава делают ту деталь пары, которую дешевле менять: втулку, а не вал, гайку, а не винт, венец, а не червяк.
- Втулки и вкладыши скольжения, в том числе с буртом и смазочными канавками.
- Венцы червячных колёс — цельные и на стальной ступице.
- Ходовые и маточные гайки с трапецеидальной резьбой, сёдла, подпятники.
- Штуцеры, фитинги, корпуса и мелкие детали из латуни ЛС59-1 на ЧПУ.
- Изготовление по образцу, расточка втулок в размер после запрессовки.
Когда деталь делают из бронзы или латуни
Медные сплавы дороже стали в несколько раз, поэтому ставят их там, где сталь работает плохо:
- Пара трения — бронза не задирает стальной вал, прирабатывается и удерживает смазку. Стальная втулка по стальному валу схватывается и задирается.
- Вода и коррозия — пресная и морская вода, пар, слабые кислоты, влажная атмосфера.
- Жертвенная деталь — втулка или гайка изнашивается первой, а дорогой вал или ходовой винт остаётся целым.
- Немагнитность и искробезопасность — приборы, взрывоопасные производства, инструмент для работы с газом.
- Теплопроводность и электропроводность — токоподводы, контакты, детали с отводом тепла.
i
Если в паре «вал — втулка» обе детали стальные и обе изнашиваются, самое дешёвое улучшение узла — поменять втулку на бронзовую. Износ переходит на втулку, а её замена стоит в разы меньше ремонта вала.
Что делаем из медных сплавов
| Группа | Детали | Типовой сплав |
|---|---|---|
| Втулки и вкладыши | Цилиндрические, с буртом, разъёмные, с канавками под смазку | БрО5Ц5С5, БрАЖ9-4 |
| Венцы червячных колёс | Цельные и напрессованные на ступицу | БрО10Ф1, БрА9Ж3Л |
| Ходовые и маточные гайки | Трапецеидальная и прямоугольная резьба | БрО10Ф1, БрАЖ9-4 |
| Сёдла и золотники | Арматура, насосы, гидравлика | БрО5Ц5С5, БрАЖН10-4-4 |
| Подпятники, упорные шайбы | Осевые опоры валов | БрАЖ9-4, БрО10Ф1 |
| Штуцеры, фитинги, корпуса | Вода, газ, масло, воздух | ЛС59-1, ЛО62-1 |
| Токоподводы и контакты | Электротехника | Л63, БрБ2 |
| Упругие элементы | Пружинные контакты, мембраны | БрБ2, БрКМц3-1 |
| Судовые детали | Работа в морской воде | БрАЖН10-4-4, ЛО62-1 |
Втулки подробно разобраны в статье изготовление и ремонт втулок, червячные передачи — в статье червячные пары.
Марки бронз и где они работают
| Марка | Тип | Сильная сторона | Применение |
|---|---|---|---|
| БрО10Ф1 | Оловянно-фосфористая, литейная | Лучшая антифрикционность, стойкость к заеданию | Венцы червячных колёс, ходовые гайки |
| БрО5Ц5С5 | Оловянно-цинково-свинцовая | Прирабатываемость, хорошо льётся | Втулки, вкладыши, арматура |
| БрА9Ж3Л | Алюминиево-железная, литейная | Прочность и износостойкость | Тяжело нагруженные венцы и втулки |
| БрАЖ9-4 | Алюминиево-железная, пруток | Прочность, стабильная заготовка | Втулки, гайки, шестерни |
| БрАЖН10-4-4 | Алюминиево-железно-никелевая | Прочность, стойкость в морской воде | Сёдла, детали насосов, ответственные втулки |
| БрБ2 | Бериллиевая | Высокая прочность и упругость после старения | Пружины, мембраны, искробезопасный инструмент |
| БрКМц3-1 | Кремнемарганцевая | Упругость, коррозионная стойкость | Пружины, детали химической аппаратуры |
Упрощённо: оловянные бронзы дороже, но лучше работают в паре трения и на высоких скоростях. Алюминиевые прочнее и дешевле, но им нужен твёрдый сопряжённый вал и надёжная смазка — по сырому валу они работают хуже оловянных.
Марки латуней и их применение
| Марка | Свойства | Применение |
|---|---|---|
| ЛС59-1 | Лучшая обрабатываемость резанием, ломкая стружка | Штуцеры, фитинги, гайки, мелкие детали серией |
| Л63 | Пластичная, хорошо гнётся и штампуется | Трубки, токоподводы, гнутые детали |
| ЛО62-1 | «Морская», стойкая к морской воде | Судовая арматура, теплообменники |
| ЛЖМц59-1-1 | Повышенная прочность и износостойкость | Втулки при умеренной нагрузке, арматура |
| ЛАЖ60-1-1 | Прочность и коррозионная стойкость | Детали арматуры и насосов |
Латунь в воде ведёт себя по-разному. В застойной, хлорированной или мягкой воде высокоцинковые латуни могут терять цинк — металл становится пористым и хрупким. Для таких сред берут оловянную латунь ЛО62-1 или бронзу.
Заготовки: пруток, литьё, биметалл
- Пруток и труба — для деформируемых сплавов БрАЖ9-4, ЛС59-1, Л63. Быстро, стабильное качество металла, без литейных дефектов.
- Литая заготовка — для литейных бронз БрО10Ф1, БрО5Ц5С5, БрА9Ж3Л. Центробежное литьё втулок и венцов даёт плотный металл без раковин в рабочей зоне.
- Припуск на литьё — 3–5 мм на сторону: снимается литейная корка и подповерхностная пористость.
- Биметаллическая конструкция — бронзовый венец на стальной или чугунной ступице. Бронзы нужно в разы меньше, ступица прочнее и держит шпоночный паз.
- Крепление венца — напрессовка с натягом, призонные болты по фланцу или стопорные винты по стыку венца и ступицы.
Втулки и вкладыши скольжения
1
Заготовка
Пруток, труба или отливка с припуском
2
Точение
Наружный диаметр под натяг, отверстие с припуском
3
Запрессовка
В корпус, при необходимости с охлаждением втулки
4
Расточка
Отверстие и смазочные канавки в размер
- Посадка в корпус — с натягом, обычно H7/r6 или H7/s6, чтобы втулка не проворачивалась.
- Зазор с валом — H7/f7 или H8/e8 в зависимости от скорости, нагрузки и температуры узла.
- Смазочные канавки — кольцевые, винтовые или «восьмёркой». Подвод смазки делают в ненагруженную зону, а не туда, куда давит вал.
- Вал — под алюминиевые бронзы твёрдость шейки не ниже 45 HRC, под оловянные допустим улучшенный вал.
- Нагрев узла — бронза расширяется примерно в полтора раза сильнее стали. В стальном корпусе при нагреве натяг растёт, а зазор с валом уменьшается, поэтому для горячих узлов зазор закладывают больше.
!
Самая частая ошибка — точить втулку в чистовой размер до запрессовки. Корпус обжимает её, отверстие уменьшается, и вал не входит или идёт с натягом. Ответственные втулки растачиваются в размер уже в корпусе.
Венцы червячных колёс
Венец — самая изнашиваемая часть червячной передачи: скольжение витков червяка по зубьям здесь больше, чем в любой зубчатой паре. Материал венца выбирают по скорости скольжения.
| Скорость скольжения | Материал венца | Требование к червяку |
|---|---|---|
| Выше 5 м/с | БрО10Ф1, БрО10Н1Ф1 | Закалка и шлифовка витков |
| 2–5 м/с | БрА9Ж3Л, БрАЖ9-4 | Обязательно закалка ТВЧ или цементация, шлифовка |
| До 2 м/с, ручные приводы | Антифрикционный или серый чугун | Улучшение |
Зубья венца нарезаются после напрессовки на ступицу — так исключается биение между венцом и посадочным отверстием. Если изношен только венец, ступицу оставляем, а венец меняем.
Особенности механической обработки
- ЛС59-1 — даёт ломкую стружку и допускает высокие скорости. Идеальна для серий мелких деталей на токарных станках с ЧПУ.
- Оловянные бронзы — режутся легко, но литейная пористость видна только после снятия корки. Поэтому припуск на отливке не экономят.
- Алюминиевые бронзы — вязкие, налипают на инструмент и быстрее его изнашивают. Нужны острые пластины и правильные режимы.
- Тонкостенные втулки — в трёхкулачковом патроне сминаются, и после снятия отверстие получается трёхгранным. Зажим — в разжимной оправке, по торцу или в цанге.
- Кромки — латунь даёт мягкий заусенец, поэтому на фитингах и штуцерах фаски и притупление обязательны.
Токарные и фрезерные операции выполняются на своём оборудовании — см. токарные работы.
Точность и контроль
| Параметр | Рабочее значение |
|---|---|
| Отверстие втулки | H7–H8 |
| Наружный диаметр под натяг | r6, s6 |
| Соосность наружного и внутреннего диаметра | 0,02–0,03 мм |
| Шероховатость рабочей поверхности | Ra 0,8–1,6 |
| Резьба ходовых гаек | Калибр и проверка по ответному винту |
| Пористость | Визуально после чистовой обработки |
К деталям прикладываем сертификат на металл, по требованию — протокол замеров.
Чем можно заменить медный сплав
- Антифрикционный чугун АЧС — тихоходные тяжело нагруженные втулки и направляющие, дешевле бронзы. Подробнее — детали из чугуна.
- Капролон и полиамид — лёгкие нагрузки, температура до 80 °C, работа без смазки. См. детали из капролона и фторопласта.
- Нержавеющая сталь — вместо латуни для штуцеров и корпусов в агрессивных средах.
- Алюминиевая бронза вместо оловянной — если нагрузка высокая, а скорость небольшая: дешевле и прочнее.
!
Нельзя механически менять бронзу на латунь в паре трения только потому, что латунь дешевле и похожа по цвету. Латунная втулка под нагрузкой изнашивается в разы быстрее и может задрать вал.
Что нужно для заказа
- Чертёж или образец — изношенная деталь подходит, номинал восстановим.
- Ответная деталь — вал, винт, червяк: по ним считаются зазоры и проверяется резьба.
- Условия работы — нагрузка, скорость, температура, наличие смазки, среда.
- Марка сплава, если задана конструкторской документацией.
- Нужна ли запрессовка и расточка в корпусе заказчика.
- Количество — от одной штуки до серии.
Сроки и стоимость
| Позиция | Цена от | Срок |
|---|---|---|
| Штуцер, фитинг из ЛС59-1 | 600 ₽ | 1–3 дня |
| Бронзовая втулка Ø до 50 мм | 1 800 ₽ | 2–4 дня |
| Бронзовая втулка Ø 50–150 мм | 4 500 ₽ | 3–6 дней |
| Бронзовая втулка Ø свыше 150 мм | по расчёту | 5–10 дней |
| Вкладыш разъёмный | по расчёту | 5–10 дней |
| Ходовая гайка с трапецеидальной резьбой | 4 000 ₽ | 3–7 дней |
| Венец червячного колеса | 12 000 ₽ | 7–14 дней |
| Запрессовка и расточка втулки в корпусе | 1 200 ₽ | 1 день |
| Литая заготовка под деталь | по расчёту | +5–10 дней |
| Серия латунных деталей на ЧПУ | по расчёту | по графику |
У бронзовых деталей цена сильнее зависит от металла, чем у стальных: сплав может занимать половину стоимости крупной втулки или венца. Поэтому для крупных деталей сразу считаем вариант с биметаллической конструкцией. Отвечаем в течение двух часов. Производство — Москва, Казань, Набережные Челны, отправка по России.
Вопросы и ответы
Какую бронзу выбрать для втулки?
+
Для умеренных нагрузок и скоростей скольжения подходит оловянная бронза БрО5Ц5С5: она хорошо прирабатывается и терпит кратковременную нехватку смазки. Для тяжёлых нагрузок на малых скоростях и ударов берут алюминиево-железную БрАЖ9-4 или БрА9Ж3Л: она прочнее, но требует калёного вала и стабильной смазки.
Из какой бронзы делать венец червячного колеса?
+
При скорости скольжения выше 5 м/с — оловянная бронза БрО10Ф1: лучшая антифрикционность и стойкость к заеданию. При 2–5 м/с и больших нагрузках — безоловянная БрА9Ж3Л: прочнее и дешевле, но червяк под неё обязательно калят и шлифуют.
Почему бронзовая втулка после запрессовки не надевается на вал?
+
При запрессовке с натягом корпус обжимает втулку, и её внутренний диаметр уменьшается на величину, близкую к натягу. Поэтому ответственные втулки растачивают в размер уже после запрессовки или заранее закладывают эту усадку в размер отверстия.
Чем латунь отличается от бронзы в деталях?
+
Латунь — сплав меди с цинком: дешевле, отлично режется и хорошо держит коррозию в воде и на воздухе, но в паре трения заметно уступает бронзе. Из латуни делают штуцеры, фитинги, корпуса и крепёж, из бронзы — втулки, венцы, гайки и сёдла под нагрузкой.
Можно заменить бронзовую втулку капролоновой?
+
Для малонагруженных узлов с низкой скоростью и температурой до 80 °C — да: это дешевле и не требует смазки. Для нагруженных подшипников скольжения, червячных венцов и горячих узлов капролон не подходит: он ползёт под нагрузкой и меняет размер от влаги.
Делаете бронзовые детали по образцу без чертежа?
+
Да. Снимаем размеры с изношенной детали, номинал восстанавливаем по неизношенным зонам и по ответной детали. Сплав подбираем по назначению узла, а если марка критична — по анализу состава образца.
Нужна втулка, гайка или венец из бронзы?
Пришлите чертёж или привезите изношенную деталь вместе с ответной — подберём сплав под нагрузку и скорость, изготовим и при необходимости запрессуем и расточим в вашем корпусе.
