Montaż tulei i wcisk: jak wtłaczać tuleje ślizgowe

Przygotowanie obudowy

Obudowa ma trzy zadania: trzyma tuleję tarciem, narzuca jej geometrię (tuleja cienkościenna przyjmuje kształt otworu, w który została wtłoczona) i odprowadza ciepło. Obrabia się ją w H7 i kontroluje nie tylko średnicę, ale i okrągłość; owalny lub stożkowy otwór daje owalną lub stożkową tuleję. Krawędź wejściową należy sfazować, aby tuleja weszła prosto: 15–20° na długości około 1 mm dla zwijanych tulei kompozytowych i bimetalowych, 1–2 mm × 45° dla brązu obrabianego. Zadziory usunąć, otwór oczyścić; wiór wciśnięty pod cienki stalowy korpus odbija się na otworze jako miejscowe wybrzuszenie.

Przy tulejach cienkościennych liczy się też materiał obudowy. Obudowy aluminiowe i z tworzywa rozszerzają się bardziej niż stalowy korpus tulei kompozytowej, więc wraz z nagrzewaniem zespołu zacisk maleje; należy wtedy przyjąć górną część zakresu wcisku, dłuższą tuleję albo ustalenie mechaniczne (kołnierz, pierścień osadczy lub kołek przez obudowę).

Wcisk: jak duży i skąd się bierze

Dla tulei obrabianych z brązu układ pasowań podaje ISO 4379: średnicę zewnętrzną wykonuje się w s6 do Ø120 mm i w r6 powyżej, obudowę w H7, a wynikający z tego wcisk wynosi 18–59 µm przy Ø48 i 43–101 µm przy Ø115. Otwór wykańcza się przed montażem w E6, aby po wtłoczeniu zacisnął się do około H8. Tabela wymiarów tulei brązowych podaje odchyłki oraz wynikający z nich wcisk i luz dla każdego przedziału średnic, a kalkulator wcisku – dla dowolnej średnicy.

Dla tulei zwijanych wcisk ustala katalog, a nie klasa tolerancji ISO: tuleja zwijana z brązu JBM-090 o średnicy zewnętrznej Ø12 jest wykonana z nadwymiarem +0,065 / +0,030 mm pod obudowę 12 H7, a tuleja PTFE JBM-10 o średnicy zewnętrznej Ø55 – z nadwymiarem +0,100 / +0,055. Tuleje zwijane są przecięte, więc wchodzą z mniejszą siłą niż lita tuleja o tym samym wcisku, a domknięcie przecięcia zależy od obudowy; wcisk jest zamierzony i nie wolno go zmniejszać, by ułatwić montaż.

O ile zaciska się otwór

Tuleja cienkościenna zachowuje się jak pierścień: niemal cały wcisk promieniowy na średnicy zewnętrznej pojawia się jako zmniejszenie otworu. Tuleja zwijana z wciskiem 0,05 mm na średnicy zaciska otwór o około 0,05 mm – dlatego tabele wymiarów podają otwór po wtłoczeniu, a nie otwór swobodny. Gruba tuleja obrabiana zaciska się mniej, bo część odkształcenia ścianka przejmuje jako naprężenie ściskające; przy ściance równej 10 % otworu należy spodziewać się na otworze około 70–90 % wcisku i sprawdzić to na pierwszej sztuce.

Wniosek dla konstruktora: luz roboczy wyznacza otwór po wtłoczeniu, a nie luźna tuleja, i ta sama tuleja daje mniejszy luz w obudowie z dolnego krańca H7 niż z górnego. Kolumny luzu w tabelach wymiarów to min–maks całego łańcucha tolerancji. Jeżeli wymagane okno luzu jest węższe, należy przewidzieć obróbkę otworu po wtłoczeniu (lity brąz) albo pasowanie selekcyjne.

Wtłaczanie bez uszkodzeń

Wtłaczać, nigdy wbijać: młotek ustawia tuleję na ukos, zawija krawędź wejściową cienkiej ścianki i rozklepuje czoło tulei brązowej. Należy użyć prasy dźwigniowej lub hydraulicznej z trzpieniem stopniowanym, którego pilot wchodzi w otwór z luzem 0,1–0,2 mm, a odsadzenie opiera się o czoło; pilot prowadzi tuleję prosto i podpiera tuleję przeciętą, tak aby krawędzie przecięcia nie mogły zawinąć się do wewnątrz. Tuleje kołnierzowe wtłacza się płaską płytą nałożoną na trzpień, naciskając na czoło kołnierza, a nie na jego obrzeże. Przecięcie tulei zwijanej ustawia się poza strefą obciążenia, najlepiej pod kątem 90° do niego, a otwór lub rowek smarowy – w linii zasilania z obudowy.

Przed przyłożeniem siły tuleję wyosiować w granicach 0,02 mm na całej długości; tuleja, która startuje krzywo, skrawa obudowę i wchodzi z nadwymiarem. Duże tuleje brązowe można zamiast wtłaczania schłodzić suchym lodem lub ciekłym azotem, co chroni obudowę przed rysami; nagrzewanie obudowy sprawdza się przy obudowach stalowych i żeliwnych, ale nie przy tulei kompozytowej, której warstwa PTFE nie może przekroczyć swojej granicy temperatury. Cienki film oleju na otworze obudowy ułatwia wtłaczanie brązu i stali; nie wolno go jednak nanosić na otwór tulei kompozytowej, która – o ile konstrukcja nie przewiduje inaczej – musi pracować na sucho.

Kontrola otworu po wtłoczeniu

Otwór mierzy się po wtłoczeniu, w obudowie, w dwóch miejscach na długości i pod dwoma kątami: średnicówką lub sprawdzianem tłoczkowym, nie suwmiarką. Wynik porównuje się z otworem po wtłoczeniu z tabeli wymiarów lub z rysunku. Przewężenie na jednym końcu oznacza, że obudowa nie była okrągła albo tuleja weszła krzywo; otwór większy niż w tabeli – że obudowa jest za duża, a tuleja nie jest w pełni zaciśnięta. Dla tulei zwijanych ISO 3547-2 opisuje kontrolę średnicy zewnętrznej w sprawdzianie pierścieniowym, a otworu – w obudowie próbnej; odczyt suwmiarką w stanie swobodnym nie jest pomiarem odbiorczym.

Następnie sprawdza się wał: twardość i chropowatość odpowiednio do materiału (patrz poradnik doboru) oraz luz względem otworu po wtłoczeniu. Wał obrócić ręką; przed obciążeniem maszyny powinien obracać się swobodnie, bez miejsca przewężenia.

Rozwiercanie i wytaczanie współosiowe po montażu

Tuleje z litego brązu i ze stali można wykańczać po wtłoczeniu, a przy szeregu tulei na jednym wale wręcz należy: najpierw wtłoczyć wszystkie tuleje, potem rozwiercić je lub wytoczyć razem, aby były współosiowe niezależnie od tolerancji obudów. Jeżeli taki jest plan, otwór zamawia się z naddatkiem na obróbkę (zwykle 0,1–0,3 mm). Brąz z wkładkami grafitowymi można lekko rozwiercać; skrawać płytko, żeby nie rozmazać wkładek.

Tulei kompozytowych i bimetalowych nie obrabia się ponownie: warstwa PTFE lub POM jest cienka, a spiekana warstwa brązu ma zaledwie ułamek milimetra. Jeżeli luz po montażu jest niewłaściwy, zmienić trzeba obudowę lub wał, nie tuleję. Tuleje zwijane z brązu można lekko kalibrować tylko tam, gdzie rysunek to dopuszcza, bo przecięcie kieszeni lub otworów odbiera im zdolność magazynowania smaru.

Smarowanie przy montażu

Brąz odlewany i bimetal: przed pierwszym uruchomieniem napełnić rowki lub kieszenie i pokryć wał smarem lub olejem używanym w eksploatacji. Brąz zwijany JBM-090: napełnić smarem kieszenie rombowe; JBM-092: połączyć otwory przelotowe z zasilaniem w obudowie i napełnić układ. Kompozyt POM JBM-20: nanieść zgodny smar na całą powierzchnię ślizgową, tak aby kieszenie były wypełnione; to nie jest tuleja do pracy na sucho. Kompozyt PTFE JBM-10, brąz grafitowy i brąz spiekany: montować na sucho i czysto; olej na warstwie PTFE nie szkodzi, ale nie jest potrzebny, a smar w zapylonym otoczeniu zamienia się w pastę ścierną.

Pasowanie należy wpisać na rysunek: obudowa H7, klasa średnicy zewnętrznej tulei lub nadwymiar katalogowy, otwór przed i po montażu, klasa wału oraz informacja, czy otwór ma być obrabiany po wtłoczeniu. Ofertę przygotowujemy według pasowania podanego na rysunku.

Błędy montażu i jak je rozpoznać

Tuleja, która w eksploatacji wychodzi z obudowy, miała za mały wcisk albo obudowę rozszerzającą się bardziej niż ona sama: sprawdzić otwór i materiał obudowy, dodać kołnierz lub inne ustalenie. Za ciasny otwór po wtłoczeniu tulei cienkościennej oznacza obudowę z dolnego krańca H7 lub poniżej wymiaru; lekarstwem jest obudowa, nie rozwiertak. Rozkielichowane lub zawinięte krawędzie biorą się z braku fazy albo z trzpienia bez pilota. Rysy na średnicy zewnętrznej oznaczają, że tuleja weszła krzywo lub obudowa miała zadzior. Tuleja zwijana z przecięciem w strefie obciążenia wykazuje linię zużycia wzdłuż przecięcia i wcześnie ulega awarii; należy ją obrócić. Wczesne zużycie tulei kompozytowej POM to niemal zawsze niewypełnione smarem kieszenie przy montażu.