- ▸บุชชิ่งกราไฟต์เป็นวัสดุเปราะที่มีความต้านทานการแตกร้าวเพียง 1.0-1.5 MPa·m^(1/2); การติดตั้งแบบรัดแน่นต้องควบคุมอย่างเคร่งครัดภายใน 0.02-0.05 มม. เพื่อหลีกเลี่ยงการแตกร้าวขณะประกอบ
- ▸แนะนำให้ใช้การติดตั้งแบบ H8/f7 ที่อ้างอิงจากรูเจาะ โดยมีช่องว่างขั้นต่ำ 0.020 มม. และช่องว่างสูงสุด 0.075 มม. (สำหรับบุชชิ่งขนาด Φ50 มม.) เพื่อสร้างสมดุลระหว่างความยืดหยุ่นในการหมุนกับความต้องการความสมมาตร
- ▸สภาวะอุณหภูมิสูง (เกิน 200℃) จำเป็นต้องชดเชยความแตกต่างของการขยายตัวทางความร้อน: ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวของเพลาสเตลคือ 11.5×10⁻⁶/°C และกราไฟต์คือ 4.5×10⁻⁶/°C; สำหรับการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิทุก 100°C ต่อความยาวการติดตั้ง 100 มม. ต้องชดเชย 0.07 มม.
- ▸บุชชิ่งกราไฟต์ที่ผ่านการอัดซึมด้วยแอนติโมนีแนะนำให้มีความหยาบผิว Ra 0.8-1.6 μm โดยเพลาที่เข้าคู่ควรมี Ra 0.4-0.8 μm — ความหยาบผิวที่ต่ำเกินไปจะทำให้ฟิล์มหล่อลื่นตัวเองของกราไฟต์เกิดขึ้นได้ไม่ดี
ในฐานะที่เป็นส่วนประกอบสำคัญของแบริ่งแบบเลื่อน บุชชิ่งกราไฟต์ถูกใช้อย่างกว้างขวางในปั๊มเกียร์ ปั๊มหอยโข่ง คอมเพรสเซอร์ และปั๊มสุญญากาศ แตกต่างจากบุชชิ่งโลหะ บุชชิ่งกราไฟต์เป็นวัสดุเปราะที่ไวต่อพิกัดความเผื่อของการติดตั้งอย่างมาก ในประสบการณ์การผลิตบุชชิ่งกราไฟต์ของเรา ณ Huahao Sealing Co., Ltd. (霍邱县华豪密封件有限公司) เราได้พบกรณีความล้มเหลวในระยะแรกจำนวนมากที่เกิดจากการออกแบบพิกัดความเผื่อการติดตั้งที่ไม่เหมาะสม บทความนี้จึงแนะนำหลักการออกแบบและวิธีการคำนวณพิกัดความเผื่อของบุชชิ่งกราไฟต์อย่างเป็นระบบ
1. ลักษณะวัสดุของบุชชิ่งกราไฟต์
1.1 ลักษณะเปราะ
ความต้านทานการแตกร้าวของวัสดุกราไฟต์มีเพียง 1.0-1.5 MPa·m^(1/2) ซึ่งประมาณ 1/50 ของวัสดุโลหะ ซึ่งหมายความว่ากราไฟต์ไวต่อการรวมตัวของความเค้นในท้องถิ่นอย่างมาก และการติดตั้งแบบรัดแน่นเกินไปหรือความเค้นจากความร้อนสามารถทำให้เกิดการแตกร้าวตามแนวแกนหรือการหลุดลอกได้ ดังนั้นการออกแบบพิกัดความเผื่อของบุชชิ่งกราไฟต์จึงต้องปฏิบัติตามหลักการที่ว่า "การมีช่องว่างดีกว่าการรัดแน่น"
1.2 โมดูลัสยืดหยุ่น
โมดูลัสยืดหยุ่นของกราไฟต์ทั่วไปอยู่ที่ 10-15 GPa และกราไฟต์ที่ผ่านการอัดซึมด้วยแอนติโมนีสามารถสูงถึง 15-20 GPa เมื่อเทียบกับเหล็ก (210 GPa) โมดูลัสยืดหยุ่นของกราไฟต์มีเพียง 1/15 ของเหล็ก ซึ่งหมายความว่าบุชชิ่งกราไฟต์จะเสียรูปน้อยมากภายใต้ความเค้นจากการประกอบ และไม่สามารถดูดซับความผิดพลาดจากการกลึงด้วยการเสียรูปยืดหยุ่นได้ จึงต้องการความแม่นยำในการกลึงที่สูงกว่า
1.3 ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน
ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของกราไฟต์อยู่ที่ 4.0-5.0×10⁻⁶/°C ซึ่งต่ำกว่าเหล็ก (11.5×10⁻⁶/°C) ทองแดง (17×10⁻⁶/°C) และอลูมิเนียม (23×10⁻⁶/°C) อย่างมาก ในสภาวะอุณหภูมิสูง ชิ้นส่วนโลหะจะขยายตัวมากกว่าชิ้นส่วนกราไฟต์ และช่องว่างการติดตั้งจะลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น จึงจำเป็นต้องเผื่อชดเชยการขยายตัวทางความร้อนไว้ในขั้นตอนการออกแบบด้วย
2. การเลือกพิกัดความเผื่อของการประกอบ
2.1 การประกอบระหว่างรูบุชชิ่งกับเพลา
การประกอบระหว่างรูบุชชิ่งคาร์บอนกราไฟต์กับเพลาเป็นกุญแจสำคัญของคู่เลื่อน แนะนำให้ใช้พิกัดความเผื่อแบบ clearance fit รูฐาน H8/f7 สำหรับบุชชิ่งขนาด Φ50 มม. ดังนี้
- รูบุชชิ่ง: Φ50 H8 (+0.000/+0.039 มม.)
- เส้นผ่านศูนย์กลางเพลา: Φ50 f7 (-0.025/-0.050 มม.)
- ความเผื่อขั้นต่ำ: 0.025 มม.
- ความเผื่อสูงสุด: 0.089 มม.
สำหรับสภาวะความเร็วต่ำและภาระหนัก สามารถใช้พิกัด H7/f7 (ความเผื่อ 0.025-0.075 มม.) เพื่อเพิ่มความสมมาตรของศูนย์กลางได้ และสำหรับสภาวะความเร็วสูงและภาระเบา สามารถใช้พิกัด H8/e7 (ความเผื่อ 0.050-0.114 มม.) เพื่อเพิ่มความหนาของฟิล์มหล่อลื่นได้
2.2 การประกอบระหว่างเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของบุชชิ่งกับรูที่ตัวเรือน
การประกอบระหว่างเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของบุชชิ่งคาร์บอนกราไฟต์กับรูที่ตัวเรือนต้องพิจารณาความเค้นจากการประกอบ แนะนำให้ใช้พิกัด clearance fit H7/d8 โดยมี interference 0.02-0.05 มม. ซึ่งจะทำได้โดยการยึดติดด้วยกาวหรือการยึดด้วยกลไก (แหวนสแน็ป, หมุด) เพื่อกำหนดตำแหน่งตามแกน ห้ามใช้วิธีการกดประกอบแบบ interference โดยตรงอย่างเด็ดขาด เนื่องจากจะทำให้บุชชิ่งกราไฟต์เกิดรอยแตกร้าวในแนวรัศมี
2.3 พิกัดความเผื่อความยาว
สำหรับความยาวของบุชชิ่งคาร์บอนกราไฟต์ แนะนำให้ใช้พิกัด h11 (-0.000/-0.160 มม. สำหรับ Φ50 มม.) และสำหรับความลึกของรูที่ตัวเรือนใช้ H12 เพื่อให้มีระยะลอยตามแกน 0.5-1.0 มม. ป้องกันการชนก้นรูเมื่อเกิดการขยายตัวทางความร้อน
3. การคำนวณชดเชยการขยายตัวทางความร้อน
3.1 สูตรการคำนวณ
การชดเชยการขยายตัวทางความร้อน ΔL = L × (α_metal - α_graphite) × ΔT
โดยที่
- L: ความยาวที่ประกอบ (มม.)
- α_metal: ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของชิ้นส่วนโลหะ (1/℃)
- α_graphite: ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของกราไฟต์ (4.5×10⁻⁶/℃)
- ΔT: ความต่างอุณหภูมิ (℃)
3.2 ตัวอย่างการคำนวณ
เพลาสเตนเลส Φ50 มม. พร้อมบุชชิ่งกราไฟต์ อุณหภูมิทำงานเพิ่มขึ้นจาก 20℃ เป็น 220℃, ΔT=200℃
ΔL = 50 × (11.5×10⁻⁶ - 4.5×10⁻⁶) × 200 = 50 × 7.0×10⁻⁶ × 200 = 0.07 มม.
หมายความว่า เมื่อประกอบที่ 20℃ ความเผื่อต้องไม่น้อยกว่า 0.07 มม. เพื่อป้องกันการติดขัดที่ 220℃
3.3 การชดเชยด้วยปลอกหลายชั้น
สำหรับสภาวะอุณหภูมิสูง (>300℃) สามารถใช้โครงสร้างหลายชั้นประกอบด้วยบุชชิ่งกราไฟต์ + ปลอกโลหะ + บุชชิ่งกราไฟต์ โดยการเสียรูปยืดหยุ่นของปลอกโลหะจะช่วยดูดซับความต่างการขยายตัวทางความร้อน
4. ความหยาบผิวและกระบวนการประกอบ
4.1 ความหยาบผิว
สำหรับรูบุชชิ่งกราไฟต์ แนะนำความหยาบผิว Ra 0.8-1.6 μm และสำหรับเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก Ra 1.6-3.2 μm ส่วนความหยาบผิวของเพลาคู่ประกอบควรอยู่ที่ Ra 0.4-0.8 μm ความหยาบผิวต่ำเกินไป (Ra < 0.2 μm) จะรบกวนการก่อตัวของฟิล์มหล่อลื่นตัวเองของกราไฟต์ ทำให้เกิดแรงเสียดทานแห้งและการสึกหรอเพิ่มขึ้น
4.2 กระบวนการประกอบ
1.การทำความสะอาด: ทำความสะอาดผิวประกอบด้วยเอทานอลชนิดไม่มีน้ำก่อนประกอบ และกำจัดเศษคมและสิ่งแปลกปลอม
2.การหล่อลื่น: ทาฟิล์มหล่อลื่นแบบแห้งที่มีโมลิบดีนัมไดซัลไฟด์หรือ PTFE บนผิวประกอบในระหว่างการประกอบ
3.การกดประกอบ: ใช้เครื่องมือเฉพาะที่มีจุดรับแรงกระจายอย่างสม่ำเสมอ ความเร็วการกดไม่เกิน 5 มม./วินาที
4.การตรวจสอบ: ตรวจวัดความเผื่อด้วยเกจวัดช่องว่างหลังประกอบ และตรวจสอบความสมมาตรด้วยไมโครมิเตอร์แบบเข็ม (≤0.02 มม.)
สรุป
การออกแบบพิกัดความเผื่อของบุชชิ่งกราไฟต์เป็นพื้นฐานของการทำงานที่เชื่อถือได้ของแบริ่งเลื่อน Huahao Sealing Co., Ltd. ให้บริการบุชชิ่งกราไฟต์ความแม่นยำสูงโดยควบคุมพิกัดรูที่ IT6 (พิกัดความเผื่อ 0.016 มม. ที่ Φ50 มม.) และมีบริการออกแบบพิกัดความเผื่อเฉพาะตามความต้องการ กรุณาติดต่อทีมเทคนิคของเรา — เราจะให้คำแนะนำพิกัดความเผื่อที่เหมาะสมที่สุดตามสภาวะการใช้งานของท่าน