Dankzij de voortdurende vooruitgang in het moderne materiaalonderzoek is geleidelijk aan voldaan aan de vraag naar minder wrijving, en zijn de uitdagingen in verband met lastig onderhoud en de noodzaak om talrijke onderdelen te demonteren voor onderhoud, opgelost. Als gevolg daarvan zijn men begonnen met het toepassen van veel duurzame materialen met zelfsmerende eigenschappen op bewegende onderdelen, zoals lagers, bussen, flens en geleiderails. Hieronder zal ik de principes van zelfsmering en de daarbij gebruikte materialen toelichten.
Wat is zelfsmering?
Onder zelf smering wordt verstaan het vermogen van een materiaal of onderdeel om tijdens het gebruik wrijving te verminderen en slijtage tot een minimum te beperken dankzij de inherente materiaaleigenschappen of het constructieve ontwerp, zonder dat er periodiek handmatig smeermiddelen hoeven te worden aangebracht.
Veelgebruikte methoden voor zelfsmering
Coating/ingebedde zelfsmerende materialen: Smerende materialen (zoals grafiet of molybdeendisulfide) worden vooraf in het materiaal ingebed of via een coating aangebracht. Tijdens wrijving komt het smeermiddel geleidelijk vrij op de contactoppervlakken, waardoor een smeerfilm ontstaat die wrijving en slijtage vermindert. Voorbeelden hiervan zijn met grafiet gevulde bronzen bussen, met olie geïmpregneerd nylon en met olie geïmpregneerde poedermetallurgische lagers.
Intrinsieke zelfsmering van het materiaal: Bij wrijving vormt zich op het oppervlak van het materiaal een smeerfilm, zoals te zien is bij materialen zoals brons, POM, PTFE, nylon, en PEEK.
Constructief ontwerp voor zelfsmering: Door middel van gespecialiseerde constructieve ontwerpen (zoals microporiën of microgroeven) wordt tijdens wrijving voor smering gezorgd door gebruik te maken van de elastische vervorming van het materiaal of van hydrodynamische effecten, zoals het ontwerp met olievasthoudende poriën in zelfsmerende lagers.
Het belang van zelfsmering
1. Lage onderhoudskosten: Er hoeft niet periodiek vet of olie bijgevuld te worden, waardoor de onderhoudskosten dalen. Geschikt voor moeilijk bereikbare of moeilijk te onderhouden onderdelen van apparatuur, waardoor stilstandtijd tot een minimum wordt beperkt en de productie-efficiëntie wordt verbeterd. Ideaal voor apparatuur die continu moet draaien in sectoren zoals de mijnbouw, de metallurgie en de chemische industrie.
2. Geschikt voor gebruik in omgevingen met lage of hoge temperaturen, onder vacuüm en in stoffige omgevingen. Blijft stabiel functioneren onder extreme omstandigheden, waardoor het geschikt is voor toepassingen in de lucht- en ruimtevaart, de halfgeleiderproductie en medische apparatuur.
3. Er is geen ingewikkeld smeersysteem nodig, wat het constructieontwerp en de machinale bewerking vereenvoudigt en zo de productiekosten verlaagt.
Wat is de zelfsmerend materiaall
Zelfsmerende metalen materialen
Het gaat hierbij voornamelijk om legeringen op basis van brons, messing en zink.
Tot de op brons gebaseerde zelfsmerende legeringen behoren tinbrons, aluminiumbrons en loodbrons:
Tinbrons biedt uitstekende wrijvingsverminderende eigenschappen, vervormbaarheid en corrosiebestendigheid, waardoor het geschikt is voor toepassingen met glijwrijving bij matige belastingen en snelheden, zoals algemene machines, auto-onderdelen en apparatuur voor de voedselverwerking;
Aluminiumbrons biedt een hoge sterkte, een goede slijtvastheid en een uitstekende corrosiebestendigheid, waardoor het bijzonder geschikt is voor toepassingen met hoge belastingen en sterke slijtage, en voor corrosieve omgevingen, zoals lagers in scheepsschroefasbuizen en onderdelen voor de lucht- en ruimtevaart;
Loodbrons heeft goede wrijvingsverminderende eigenschappen en is goed bewerkbaar; het is geschikt voor koudbewerking en wordt vaak gebruikt in glijlagers in atmosferische en zoetwateromgevingen, maar is gevoelig voor warmbreuk bij warmbewerking.
Bij messinglegeringen wordt zink als belangrijkste legeringselement gebruikt, waaraan versterkende elementen zoals aluminium, mangaan en ijzer worden toegevoegd. Ze bieden een hoge sterkte en slijtvastheid, zijn bestand tegen aanzienlijke stootbelastingen en zijn geschikt voor zelfsmerende lagers in zwaar materieel, zoals bouwmachines, mijnbouwmachines en metallurgische machines.
Legeringen op zinkbasis hebben een lage dichtheid en een goede warmtegeleiding, en beschikken bovendien over uitstekende zelfsmerende eigenschappen en een hoog weerstandsvermogen tegen vastlopen. Ze zijn geschikt voor toepassingen met zware belasting en lage toerentallen, hoewel de bedrijfstemperatuur niet hoger mag zijn dan 100 °C. Ze zijn ideaal voor toepassingen waarbij gewicht en kosten een belangrijke rol spelen.
Zelfsmerende kunststoffen
Tot de kunststoffen met zelfsmerende eigenschappen behoren onder meer POM, PTFE, PA, PEEK, PPS en UHMWPE
PTFE heeft zowel bij hoge als bij lage temperaturen een lage wrijvingscoëfficiënt, een uitstekende chemische stabiliteit en beschikt over zelfsmerende en antikleef-eigenschappen. Het wordt voornamelijk gebruikt in afdichtingen, geleiderails, lagers en antikleefcoatings voor kookgerei.
POM heeft een hoge stijfheid en hardheid, een lage wrijvingscoëfficiënt en een goede slijtvastheid. Het materiaal is geschikt voor continu gebruik bij temperaturen tussen -40 °C en 100 °C en biedt een hoge maatvastheid. Het wordt veelvuldig toegepast in olievrij gesmeerde tandwielen, lagers, glijstukken en precisie-mechanische onderdelen.
PA/nylon heeft een lage wrijvingscoëfficiënt en een goede slijtvastheid. Smering door onderdompeling in olie kan de wrijving nog verder verminderen, en het materiaal is bestand tegen langdurige temperaturen tot 160 °C. Het is echter hygroscopisch en wordt vaak gebruikt in zelfsmerende onderdelen zoals tandwielen, lagers, pakkingen en afdichtingen.
Zelfsmerende PEEK-onderdelen bieden hittebestendigheid, chemische bestendigheid, een hoge sterkte en een uitstekende slijtvastheid. De wrijvingscoëfficiënt kan verder worden verlaagd door toevoeging van grafiet of PTFE. Ze worden veelvuldig gebruikt in zelfsmerende lagers, afdichtingen, tandwielen en andere onderdelen in de lucht- en ruimtevaart, de medische sector en de halfgeleiderindustrie.
Zelfsmerende PPS-onderdelen worden gekenmerkt door hittebestendigheid, corrosiebestendigheid, een hoge kristalliniteit en een uitstekende slijtvastheid. De slijtage kan verder worden verminderd door koperpoeder of PTFE aan het PPS-materiaal toe te voegen. Deze onderdelen worden veelvuldig gebruikt in kleppen, afdichtingen en lagers in de automobiel-, elektronica- en chemische industrie, en zijn geschikt voor omgevingen met hoge temperaturen en corrosieve omstandigheden.
UHMWPE (polyethyleen met ultrahoge molecuulmassa) biedt een uitzonderlijke weerstand tegen glijslijtage en een uitstekende slagvastheid tegen inkepingsbreuken. Het materiaal heeft een lage wrijvingscoëfficiënt, uitstekende zelfsmering en chemische bestendigheid, hoewel de sterkte relatief laag is. Het wordt vaak gebruikt in lagers, geleiderails en voeringen die worden blootgesteld aan hoge slijtage en lage belastingen.
Toepassingen van zelfsmerende componenten
Dankzij het onderhoudsvrije karakter, de weerstand tegen zware bedrijfsomstandigheden en het lichtgewicht ontwerp worden zelfsmerende onderdelen op grote schaal toegepast in tal van sectoren. Dit zijn de belangrijkste toepassingsgebieden:
Nieuwe energie en automobielindustrie: Zitting- en deurscharnieren, stuursystemen, pedaalassemblages, schokdempers, transmissies, accuhouders, elektrische aandrijfsystemen en andere onderdelen.
Bouwmachines: Belangrijke onderdelen zoals bakken, drijfstangen, hydraulische systemen, spanwielen, looprollen en geleidingswielen in graafmachines, laders, betonmachines en vorkheftrucks.
Robotica: robotgewrichten, polsen, enkels, lineaire actuatoren en andere onderdelen.
Landbouwmachines: Aandrijfsystemen, ophangingssystemen en werkonderdelen in tractoren, oogstmachines, zaaimachines en andere machines.
Kunststofmachines: Aandrijfsystemen en onderdelen voor de matrijsopspanning van spuitgietmachines, extruders en soortgelijke apparatuur.
Machines voor de voedselverwerking: Onderdelen zoals mengmachines, transportbanden en verpakkingsmachines in apparatuur voor de voedselverwerking, die voldoen aan de hygiëne-eisen voor levensmiddelen om verontreiniging door smeermiddelen te voorkomen.
Zelfsmerende coatings
1. DLC-coating
Kenmerkt zich door een hoge hardheid, uiterst lage wrijving, slijtvastheid en corrosiebestendigheid, waardoor het kan worden gebruikt in olievrije of oliearme omgevingen.
Wordt voornamelijk gebruikt in precisiemachines, motoronderdelen, snijgereedschappen en halfgeleidermatrijzen.
2. CrN-coating
Het materiaal wordt gekenmerkt door een goede taaiheid, laswerende eigenschappen en corrosiebestendigheid, en is geschikt voor toepassingen waarbij metaal tegen metaal wrijft.
Wordt vaak gebruikt in stansmatrijzen, snijgereedschap en spuitgietmatrijzen.
3. AlTiN-coating
Het materiaal kenmerkt zich door een extreem hoge hardheid, hittebestendigheid en oxidatiebestendigheid, waardoor het geschikt is voor droog snijden bij hoge snelheden.
Wordt op grote schaal gebruikt in snijgereedschappen, matrijzen voor hoge temperaturen en onderdelen voor de lucht- en ruimtevaart.
4. MoS₂-coating
Het product heeft een lage wrijvingscoëfficiënt en uitstekende smerende eigenschappen, waardoor het bijzonder geschikt is voor vacuümomgevingen, hoewel de stabiliteit ervan onder vochtige en hete omstandigheden over het algemeen beperkt is.
Wordt vaak gebruikt in de lucht- en ruimtevaart en in precisie-aandrijfsystemen.
5. Zelfsmerende polymeercoatings
Deze coatings, die voornamelijk bestaan uit materialen zoals PTFE (Teflon), bieden een lage wrijving en zijn bestand tegen chemische corrosie, maar hebben een relatief lager draagvermogen en een lagere slijtvastheid.
Wordt vaak gebruikt in afdichtingen, machines voor de voedselverwerking en apparatuur voor de chemische verwerking.
6. Micro-Arc Oxidation (MAO)-coating
Vormt een keramische laag op oppervlakken van lichte legeringen, waardoor deze slijtvast en corrosiebestendig worden en de eigenschap krijgen om olie vast te houden en zo te smeren.
Wordt vaak gebruikt in auto-onderdelen, offshore-apparatuur en lichtgewicht componenten.
Samenvattend:
DLC- en MoS₂-coatings blinken uit in hun lage wrijvingscoëfficiënt; AlTiN- en metaalmatrixcomposietcoatings hebben de voorkeur voor toepassingen bij hoge temperaturen; en Micro-Arc Oxidation (MAO)-coatings zijn het meest geschikt voor het versterken van het oppervlak van lichte legeringen.
Hebben zelfsmerende onderdelen smeerolie nodig?
Bij het monteren van zelfsmerende onderdelen kan smeervet worden aangebracht in de spleten tussen de afgewerkte onderdelen. Dit zorgt voor een betere inloop tijdens het eerste gebruik en voorkomt schade door het inlopen. Vervolgens zullen de onderdelen door wrijving een dikkere smeerfilm vormen, waardoor hun levensduur wordt verlengd.
Over Weldo-bewerkingen
Bij Weldo Machining zijn we gespecialiseerd in CNC-bewerking, spuitgieten, aluminiumprofiel, en plaatbewerking. Met meer dan tien jaar ervaring hebben wij uitgebreide kennis van meer dan 50 oppervlaktebehandelingsprocessen. Mocht u aanvullende productiebehoeften hebben of offertes willen vergelijken, aarzel dan niet om contact ons.
