Con il continuo avanzamento della ricerca sui materiali moderni, la domanda di riduzione dell'attrito è stata gradualmente soddisfatta, e le sfide legate alla manutenzione difficile e alla necessità di smontare numerosi componenti per la manutenzione sono state risolte. Di conseguenza, le persone hanno iniziato ad applicare molti materiali durevoli con proprietà autolubrificanti alle parti in movimento, come cuscinetti, bussole, flangia e guide lineari. Di seguito, spiegherò i principi dell'autolubrificazione e i materiali coinvolti.
Cos'è l'autolubrificazione
L'autolubrificazione si riferisce alla capacità di un materiale o di un componente di ridurre l'attrito e minimizzare l'usura durante l'uso grazie alle sue proprietà intrinseche o al design strutturale, senza la necessità di applicazioni periodiche di lubrificanti manuali.
Metodi comuni di autolubrificazione
Materiali autolubrificanti a rivestimento/inseriti: materiali lubrificanti (come grafite o disolfuro di molibdeno) sono pre-inseriti all'interno del materiale o applicati tramite rivestimento. Durante l'attrito, il lubrificante viene rilasciato gradualmente sulle superfici di contatto, formando un film lubrificante che riduce attrito e usura. Esempi includono bussole in bronzo riempite di grafite, nylon impregnato di olio e cuscinetti in metallurgia delle polveri impregnati di olio.
Autolubrificazione intrinseca del materiale: sotto attrito, la superficie del materiale genera un film lubrificante, come si vede in materiali come il bronzo, POM, PTFE, nylon, e SETTIMANA.
Design strutturale per l'autolubrificazione: attraverso design strutturali specializzati (come micro-pozzi o micro-rilievi), si ottiene lubrificazione durante l'attrito sfruttando la deformazione elastica del materiale o gli effetti idrodinamici, come il design di pori trattenenti olio nei cuscinetti autolubrificanti.
Importanza dell'autolubrificazione
1. Costi di manutenzione bassi: nessun bisogno di reintegro periodico di grasso o olio, riducendo le spese di manutenzione. Adatta a componenti di attrezzature difficili da raggiungere o da mantenere, minimizzando i tempi di fermo e migliorando l'efficienza produttiva. Ideale per attrezzature che richiedono funzionamento continuo in settori come l'estrazione mineraria, la metallurgia e i prodotti chimici.
2. Adatta all'uso in ambienti a basse temperature, alte temperature, vuoto e polverosi. Mantiene un funzionamento stabile in condizioni estreme, rendendola adatta per applicazioni aerospaziali, produzione di semiconduttori e attrezzature mediche.
3. Non richiede la progettazione di sistemi di lubrificazione complessi, semplificando il design strutturale e la lavorazione, riducendo così i costi di produzione.
Cos'è il materiale autolubrificantel
Materiali metallici autolubrificanti
Questi includono principalmente leghe di bronzo, ottone e zinco.
Le leghe autolubrificanti a base di bronzo includono bronzo con stagno, bronzo alluminio e bronzo al piombo:
Il bronzo di stagno offre eccellenti proprietà di riduzione dell'attrito, conformabilità e resistenza alla corrosione, rendendolo adatto per applicazioni di attrito scorrevole che coinvolgono carichi e velocità moderati, come macchinari generali, componenti automobilistici e attrezzature per la lavorazione alimentare;
Il bronzo di alluminio offre alta resistenza, buona resistenza all'usura e eccellente resistenza alla corrosione, rendendolo particolarmente adatto per condizioni di carico elevato, alta usura e ambienti corrosivi, come cuscinetti di tubo di poppa di navi e componenti aerospaziali;
Il bronzo al piombo ha buone proprietà di riduzione dell'attrito e lavorabilità, è adatto per lavorazioni a freddo ed è comunemente usato in cuscinetti scorrevoli in ambienti atmosferici e di acqua dolce, ma è soggetto a fragilità a caldo durante la lavorazione a caldo.
Le leghe di ottone utilizzano lo zinco come elemento principale di lega, con elementi di rinforzo come alluminio, manganese e ferro aggiunti. Offrono alta resistenza e resistenza all'usura, possono sopportare carichi di impatto significativi e sono adatte per cuscinetti autolubrificanti in attrezzature pesanti come macchinari da costruzione, macchinari minerari e metallurgici.
Le leghe a base di zinco hanno bassa densità e buona conducibilità termica, insieme a eccellenti proprietà autolubrificanti e capacità anti-seize. Sono adatte per applicazioni a carico pesante e bassa velocità, anche se la temperatura di esercizio non dovrebbe superare i 100°C. Sono ideali per applicazioni sensibili a peso e costo.
Plastica autolubrificanti
Le plastiche con proprietà autolubrificanti includono POM, PTFE, PA, PEEK, PPS e UHMWPE
Il PTFE ha un basso coefficiente di attrito sia a temperature elevate che basse, eccellente stabilità chimica e possiede proprietà autolubrificanti e antiaderenti. È principalmente usato in guarnizioni, guide, cuscinetti e rivestimenti antiaderenti per pentole.
Il POM ha alta rigidità e durezza, un basso coefficiente di attrito e buona resistenza all'usura. Può operare continuamente a temperature da -40°C a 100°C e offre alta stabilità dimensionale. È comunemente usato in ingranaggi lubrificati senza olio, cuscinetti, scorrevoli e parti meccaniche di precisione.
Il PA/Nylon ha un basso coefficiente di attrito e buona resistenza all'usura. La lubrificazione in immersione nell'olio può ridurre ulteriormente l'attrito, e può sopportare temperature a lungo termine fino a 160°C. Tuttavia, è igroscopico ed è comunemente usato in componenti autolubrificanti come ingranaggi, cuscinetti, guarnizioni e tenute.
I componenti autolubrificanti in PEEK offrono resistenza alle alte temperature, resistenza chimica, alta resistenza e eccellente resistenza all'usura. Il coefficiente di attrito può essere ulteriormente ridotto aggiungendo grafite o PTFE. Sono comunemente usati in cuscinetti, guarnizioni, ingranaggi e altri componenti autolubrificanti nei settori aerospaziale, medico e dei semiconduttori.
Le parti autolubrificanti in PPS presentano resistenza al calore, resistenza alla corrosione, alta cristallinità e eccellente resistenza all'usura. Il tasso di usura può essere ulteriormente ridotto aggiungendo polvere di rame o PTFE al materiale PPS. Sono comunemente usate in valvole, guarnizioni e cuscinetti nei settori automobilistico, elettronico e chimico, e sono adatte per ambienti ad alta temperatura e corrosivi.
L'UHMWPE (polietilene ad altissimo peso molecolare) offre eccezionale resistenza all'usura da scorrimento e resistenza agli impatti contro fratture con incavi. Presenta un basso coefficiente di attrito, eccellente autolubrificazione e resistenza chimica, anche se ha una resistenza relativamente bassa. È comunemente usato in cuscinetti, guide e rivestimenti soggetti a elevata usura e carichi bassi.
Applicazioni dei componenti autolubrificanti
Grazie alla loro natura senza manutenzione, resistenza a condizioni operative difficili e design leggero, i componenti autolubrificanti sono ampiamente utilizzati in diversi settori. Di seguito sono riportate le principali aree di applicazione:
Nuova Energia e Automotive: cerniere di sedili e porte, sistemi di sterzo, gruppi pedali, ammortizzatori, trasmissioni, vassoi per batterie, sistemi di trazione elettrica e altri componenti.
Macchinari per la costruzione: componenti chiave come benne, bielle, sistemi idraulici, ruote trainanti, rulli di traccia e guide in escavatori, pale caricatrici, macchinari per il calcestruzzo e carrelli elevatori.
Robotica: articolazioni dei robot, polsi, caviglie, attuatori lineari e altre parti.
Macchinari agricoli: sistemi di trasmissione, gruppi sospensivi e componenti di lavoro in trattori, mietitrebbiatrici, seminatrici e altre attrezzature.
Macchinari per materie plastiche: Sistemi di trasmissione e componenti di supporto per stampi per macchine a iniezione, estrusori e attrezzature simili.
Macchinari per la lavorazione alimentare: Componenti come miscelatori, nastri trasportatori e macchine per il confezionamento nelle attrezzature per la lavorazione degli alimenti, conformi ai requisiti igienici alimentari per prevenire la contaminazione da lubrificanti.
Rivestimenti autolubrificanti
1. Rivestimento DLC
Presenta elevata durezza, attrito ultra-basso, resistenza all'usura e alla corrosione, consentendo il funzionamento in ambienti senza olio o a basso contenuto di olio.
Utilizzato principalmente in macchinari di precisione, componenti di motori, utensili da taglio e stampi per semiconduttori.
2. Rivestimento CrN
Caratterizzato da buona tenacità, proprietà anti-saldatura e resistenza alla corrosione, è adatto per applicazioni con attrito metallo su metallo.
Comunemente utilizzato in stampi per tranciatura, utensili da taglio e stampi a iniezione.
3. Rivestimento AlTiN
Presenta durezza ultra-elevata, resistenza alle alte temperature e all'ossidazione, rendendolo adatto al taglio a secco ad alta velocità.
Ampio utilizzo in utensili da taglio, stampi per alte temperature e componenti aerospaziali.
4. Rivestimento MoS₂
Presenta un basso coefficiente di attrito ed eccellente lubrificazione, risultando particolarmente adatto per ambienti sotto vuoto, anche se la sua stabilità in condizioni umide e calde è generalmente limitata.
Comunemente utilizzato in sistemi di trasmissione di precisione e nel settore aerospaziale.
5. Rivestimenti polimerici autolubrificanti
Composti principalmente da materiali come PTFE (Teflon), questi rivestimenti offrono basso attrito e resistenza alla corrosione chimica, ma hanno una capacità di carico e una resistenza all'usura relativamente inferiori.
Comunemente utilizzati in guarnizioni, macchinari per la lavorazione alimentare e attrezzature per la lavorazione chimica.
6. Rivestimento a Ossidazione Micro-Arco (MAO)
Forma uno strato ceramico sulle superfici delle leghe leggere, offrendo resistenza all'usura, resistenza alla corrosione e capacità di lubrificazione con ritenzione dell'olio.
Comunemente utilizzato in componenti automobilistici, attrezzature offshore e componenti leggeri.
In sintesi:
I rivestimenti DLC e MoS₂ eccellono nelle prestazioni a basso attrito; i rivestimenti AlTiN e i compositi a matrice metallica sono preferiti per applicazioni ad alta temperatura; e i rivestimenti a Ossidazione Micro-Arco (MAO) sono più adatti per il rafforzamento superficiale delle leghe leggere.
I componenti autolubrificanti richiedono olio lubrificante?
Durante l'assemblaggio dei componenti autolubrificanti, è possibile applicare grasso lubrificante negli spazi tra le parti finite. Questo facilita un miglior rodaggio durante il primo utilizzo e previene danni da rodaggio. Successivamente, i componenti genereranno un film lubrificante più spesso attraverso l'attrito, prolungando la loro durata.
Informazioni sulla lavorazione Weldo
Presso Weldo Machining, siamo specializzati in Lavorazione CNC, stampaggio a iniezione, estrusione di alluminio, e lavorazione della lamiera. Con oltre un decennio di esperienza, conosciamo più di 50 processi di trattamento superficiale. Se hai ulteriori esigenze di produzione o desideri confrontare preventivi, non esitare a contatto noi.
