Aluminiumlegeringar med specificer­ade lageregenskaper används i ett
stort antal varianter.

Stålunderstödda, solida aluminiumlager används för
vevstakar och huvudlager i förbränningsmotorer och industriella kompressorer.
Annan användning av aluminiumlager är i tunga verktyg, såsom karusellsvarvar,
pressar, svarvar, fräsmaskiner och slipmaskiner samt som bussningar i
hydraulpumpar. Landningsställ i flygplan, mekaniska skovlar och rullband
använder solida aluminiumlager för att motstå höga chocklaster. Lager i
valsverk utgörs av gjutna aluminiumlegeringar för att öka last- och
hastighetsförmågan.

 

Aluminiumbussningar används normalt vid relativt lätt belastning och låg
hastighet, jämfört med lager, och de är tillverkade av aluminium eller andra
legeringar, beroende på friktionsförhållanden och mekaniska egenskaper som
krävs för användningen.
Aluminiumlagerlegeringar kombin­er­ar i
högre grad än vissa andra enskilda lagermaterial följande önskvärda
egenskap­er: låga kostnader, lång livslängd, högt korrosionsmotstånd mot
smörjmedel, hög mekanisk kombinerbarhet med stål (ingen skada på axeln), hög
värmeledningsförmåga, god tryck- och utmattningshållfasthet, låg vikt,
foglighet, inbyggnadsmöjligheter, höghastighetskap­acitet och solid
design.
Lager gjutna i solid metall eller plastiska legeringar (plåt,
profil) har hög lastbärande förmåga och kan motstå mycket höga
hast­igheter. De finns i motorer och maskiner och är slitstarka under
laster så höga som 70 MPa på projicerade halvskaliga lager­ytor och vid
ythastigheter upp till 85 m/s. I många laboratorietester har lager fullbordat
tusentals timmar av framgångsrikt arbete vid belastningar på 83 MPa. Med
lämplig förbehandling av axeln, med moderna smörjmedel och god oljefiltrering,
kan även högre last- och hastighetsnivåer tolereras.
Solida aluminiumlager
ger utmärkt drift på antingen hårda eller mjuka stålaxlar, vilket är en
fördel då axelkostnaden måste vara låg. Emellertid uppvisar under identiska
förhållanden hårda axlar mindre slitage än mjuka
axlar.
Aluminiumlegeringarna 750, A750 och B750 kan gjutas i sandform eller
i permanent form, men inte genom pressgjutning. Leger­ing X385 föredras
för pressgjutna lager fastän de inte har likvärdig lagerkarakter­istik som
750-legeringarna, men de anses ha goda maskin- och
lageregenskaper.
Legeringarna 750 och A750 har likvärd­iga mekaniska
egenskaper, men A750 är lättare att gjuta och bättre lämpad för tillverkning av
komplicerade delar. Gjutna lager av legeringarna 750 och A750 passar bäst i
tillstånden T5 eller T101, det senare erhållet genom kallbearbetning efter en
T5-behandling. Tillståndet T101 ökar huvudsakligen sträckgränsen under tryck,
vilket förbättrar möjligheten för ett lager inbäddat i ett material med lägre
termisk expansion att upprätthålla en störningsfri passform genom cykler av
upphettning och kylning. Kallbearbetningen har litet inflytande på hårdhet och
brotthållfasthet.
Komponenter såsom växel- och pumphus kan ha både bärande
funktion och lagerfunktion och en lagerlegering i T101-tillståndet ger ett
hållfasthetstillägg som behövs utöver lagerkraven. För högre belastade delar
såsom kolvtappbussningar, spårkullager och vevstakar föredras den starkare
gjutleger­ingen B750-T5. Pressgjutlegeringen X385 har också tillräcklig
hållfasthet för användning i komponenter konstruerade för bärande
laster.

 

Utförande av aluminiumlager
Typiska rekommenderade lagerlaster för
gjutna och plastiska, solida aluminium­lager är (riktlinjer):
Fram och
tillbakagående laster, trycksmörjning – 35 MPa
Enkelriktade laster,
trycksmörjning – 20 MPa
Enkelriktade laster, osäker smörjning – -7
MPa
Aluminiumlager, beroende på användningsområde, snurrar med
tryck-tid-hastig­hetsvärden (pv) från 10 000 till 750 000. De motstår
mycket höga hastigheter, vilket har visats genom framgångsrik provning utförd
vid en periferihastighet på 85 m/s. Kommersiell användning omfattar
vatten-luft-typer av turbiner som arbetar vid 2,1 • 105 grad/s (35 000
rpm).
Faktorer som styr spalten hos alumini­um­lager omfattar
lageryta, lager- och kåpmaterial; lagerytans hårdhet och yta; typ och grad av
smörjmedel; lagerlaster samt typ (enkelriktad, roterande eller fram- och
återgående); hastighet; medelstorlek på smutspartiklar och smutsmängd i
cirkulat­ion. Frigången måste ökas eller minskas beroende på
värd­eringen av alla dessa faktorer och faktisk erfarenhet. Vid
kombinerade användningar arbetar solida aluminiumlager med oljespalter
märkbart lägre än för motsvarande brons- eller babbittlager.
God smörjning
är livsviktigt för alum­iniumlager, liksom för lager av andra material.
Smörjmedel kan påföras på olika sätt, däribland tyngdkrafts-, smörjveke och
tryckmetoder. Bästa resultat uppnås med trycksmörjning, förutsatt att
konstruktionsdetaljerna är effektiva. Variabler som måste beaktas vid
konstruktion omfattar hastighet och last; missanpassning; förhållandet
längd/diameter; räffling; storlek och mängd av smutspartiklar;
driftsförhållanden; visk­ositet, stabilitet, tryck- och kylegenskaper hos
smörjmedlet; samt ytförhållanden hos närliggande delar.

 

Pumpar
Bland huvudkomponenterna för en kugghjulspump, för vilken
aluminium kan användas, finns pumphus och ändkåpor. I några exempel gjuts hus
och den ena ändkåpan i ett stycke, med tät passning mellan drev och hus för
högsta verkningsgrad. Genom att ofta använda pressgjutgods i pumpar medges en
design med gjutna O-ringspår och andra lågtoleranskaviteter som annars skulle
kräva maskinbearbetning.
Pumpkomponenter som tillverkas i stora
kvantiteter är vanligtvis pressgjutgods av legering 13 eller 380.
Kokillgjutning i leger­ingarna 333-T6 och 356-T7 rekomm­end­eras
för komponenter såsom hus, kåpor och anpassningsdon, då en specifik design
eller produktionskvantitet inte rättfärdigar kostnaderna för
pressgjutningsutrustningen. Mer stringent design eller kvantitetsbegränsningar
kan krävas för sandgjutna kompon­enter, vanligen i 319-T6 eller
356-T7.

 

Kompressorer
Vanliga kompressortyper är enkel- och dubbelverkande
kolvkompressorer samt centrifugalkompressorer. Med enkelverk­ande
kompressorer med slutet vevhus, använda i bilars luftkonditionering är
huvudproblem­et att uppnå trycktäta vevsystem. Detta erhålls genom att
använda kokillgjutgods eller pressgjutgods impregnerade med ett
tätningsmedel.
Pressgjutning används för högvolymproduktion av långsmala
kolvar med liten diameter av AlSi-legeringar. Kokill- eller sandgjutning
används för större lager eller lägre
produktionshastigheter.
Aluminiumvevstakar är tillverkade antingen genom
pressgjutning i legering 380 eller X385 eller genom kokillgjutning i legering
333 eller som smiden, beroende på storlek, belastning och ekonomi. Vevstakar
kan användas direkt på en vevaxel av stål, om den projicerade lagerarean är
tillräckligt stor och oljetillförseln är tillräcklig.
Legering 380 är
vanligen specificerad för pressgjutna kompressordelar, trots att legering 13
föredras eftersom trycktäthet är ett problem. Legeringarna 333-T5, 333-T6 och
356-T7 används för kokillgjutning; legeringarna 319-T5, 319-T6 och 356-T7 är
valda för sandgjutning; medan smiden tillverkas av 2014-T6 och
4032-T6.
Tvärstagen är vanligen gjorda av en lagerlegering av aluminium.
Pumphjul och spridare i centrifugalkompressorer kräver exakta dimensioner och
är vanligen gjorda med gips- eller vaxursmältningsmetoderna i legeringarna
355-T61 eller 356-T7.

 

Fläktar och kompressorer
Komponenter för aluminiumfläktar och
kompressorer är antingen nitade eller svets­ade i plåtlegering 5154 eller
6061 för blad och med nav gjutna i 356-T6 eller smidda i 2014-T6.
Höghastighetsfläktar för pumpning av korrosiva gaser i vissa industriella
processer är av svetsat aluminium.
Stora propellerliknande fläktar
tillverk­ade av aluminiumprofiler i legering 6061-T6 används för att
förhindra frost i fruktträdgårdar och rörlig luft i industriella kyltorn.
Extrusionsprocessen ger effektiva bärplans­tvärsnitt.

 

Hydraulkretsar
Hydrauliska kretsar består normalt av en pump, ventiler,
filter, vätskesamlare och en verksam cylinder. Hydraulventiler av aluminium
kostar mindre än mässingsventiler. På grund av invecklade passager överallt i
ventilhuset är sandgjutning och halvpermanent kokillgjutning de bästa
tillverkningsmetoderna. AlSi-legeringar såsom 355 och 356 används för
trycktäthet och för korrosionsmotstånd. Framgångsrik användning av
engångskärnor tillåts för pressgjutning av högproduktiva ventilhus.
Även om
smiden och stångämnen ibland används krävs betydande maskinbearbetning för
att erhålla håligheterna i huset. Om en rund aluminiumslidventil används kan
ytterdiametern anodiseras för förbättrat nötningsmotstånd. Spolen kan vara en
profilerad skruvmaskinprodukt eller ett gjutgods. Legeringar som har en
liknande längdutvidgningskoefficient kan väljas för hus och
spole.
Filterkomponenter innehåller aluminium även i högtrycksenheter, där
huvudet är tillverkat av en pressgjuten 13-legering. Tanken (eller
elementbehållaren) är antingen en pressad profil eller ett smide av 6061 eller
2014.
Ackumulatorhuvudena och husen innehåller aluminiumkomponenter.
Högtryckssystem använder smidda ackumulatorhuvuden medan lågtryckssystem
använder kokillgjutna eller pressgjutna huvuden. Ackumulatorhuvudet kan
tillverkas av alum­iniumrör. En hårdanodiserad innerväggsyta krävs för god
nötningsresistans. Kolvar har Teflonbelagda stödringar.

 

Tenn-aluminiumlager
Sn-Al-lager utvecklades för att få fram lager som
kan bära höga laster. Som lagermaterial har olegerat aluminium tendensen att
kladda på en stålyta. Man fann att en tillsats av 20% tenn till aluminium
förbättr­ade kladdningsmotståndet och att kallbearbetning och mjukglödgning
hjälpte till att förhindra sprödhet. Speciella egenskaper hos materialet är
dess goda motstånd mot korrosion, höga termiska ledningsförmåga och höga
utmattningshållfasthet, men de har nackdelar såsom enbart moderata
inbäddningsegenskaper, dålig kompatibilitet och hög
längdutvidgningskoefficient. Om det används som ett solitt ostöttat lager är
denna legeringstyp vanligtvis alltför svag för att upprätthålla en
greppassning och alltför hård för att fungera tillfredsställande mot en
ohärdad axel. Betydande förbättringar i antiskärningsegenskaperna och
inbäddningsegenskaperna har erhållits genom att använda en tunn babbit- eller
elektrobelagd bly-tennbeläggning.
Legeringar som innehåller 20-40% tenn i
aluminium, visar utmärkta korrosionsegenskaper mot nedbrutna oljeprodukter
och bra inbäddningsmöjligheter. Glidningsegenskaperna hos denna
sammansättning är mycket lika de som tennbaserad vitmetall har. Men
lastkapaciteten hos detta material är högre än för tennbaserad vitmetall för
samma arbetstemperatur, vilket beror på den ideala kombinationen av tenn och
aluminium, där tenn ger den goda inbäddbarheten och glidningsegenskaperna,
medan aluminiummassan fungerar som en effektiv lastabsorbent. Den rikare
tennlegeringen (40%) har tillräcklig hållfasthet och bättre ytegenskaper,
vilket gör den användbar för huvudaxel- och tvärstyckslager i högeffekts
marindieselmotorer.

 

Skräddarsydda Al-lager
Frankes antifriktionslager av aluminium
underlättar konstruktörens arbete. De är 65% lättare än stållag­er. Därvid
sänker de totalvikten i konstruktionen och spar värdefull drivenergi.
Tack
vare Frankeprincipen med inlagda rullbanor av stål, får man fullständig
frihet avseende material och form i den omslutande konstrukt­ionen. I
motsats till konvention­ella lager rullar inte lagerkulorna på den
omslutande konstruktionen, utan i stället på fyra trådformade rullringar av
stål. Dessa matchar kuldiametern genom en speciell slipprocess. Den speciella
lagerkonstrukt­ionen ger ett extremt kompakt lager, som också passar in i
mycket små utrymmen.
Lagren ger stora möjligheter för konstruktören genom
att man kan välja form och material i lagret individuellt. Detta möjliggör
användning av lätta material såsom aluminium, brons, magnesium eller plast i
lagrets stomme – utan att förlora i lastkapacitet, precision eller
livslängd.
Staffan Mattson

Dela gärna artikeln