С постоянным развитием современных материалов потребность в снижении трения постепенно удовлетворяется, а проблемы, связанные со сложным обслуживанием и необходимостью разбирать множество компонентов для ремонта, решаются. В результате начали применять многие износостойкие материалы с самосмазывающимися свойствами для движущихся частей, таких как подшипники, втулки, фланец и направляющие. Ниже я объясню принципы самосмазывания и используемые материалы.
Что такое самосмазывание
Самосмазывание — это способность материала или компонента снижать трение и минимизировать износ в процессе эксплуатации благодаря своим внутренним свойствам или конструктивным особенностям, без необходимости периодического ручного нанесения смазки.
Распространённые методы самосмазывания
Покрытие/внедрение самосмазывающихся материалов: Смазывающие материалы (например, графит или дисульфид молибдена) заранее внедряются в материал или наносятся в виде покрытия. В процессе трения смазка постепенно выделяется на контактные поверхности, образуя смазочную плёнку, которая снижает трение и износ. Примеры: втулки из бронзы с графитом, маслонаполненный нейлон, маслонаполненные подшипники из порошковой металлургии.
Внутреннее самосмазывание материала: При трении на поверхности материала образуется смазочная плёнка, как, например, у бронзы, POM, PTFE, нейлон, и PEEK.
Конструктивное самосмазывание: Благодаря специальным конструктивным решениям (например, микропорам или микроканавкам) смазывание достигается в процессе трения за счёт упругой деформации материала или гидродинамического эффекта, как, например, в конструкции маслосодержащих пор в самосмазывающихся подшипниках.
Значение самосмазывания
1. Низкие затраты на обслуживание: Нет необходимости в периодическом добавлении смазки или масла, что снижает расходы на обслуживание. Подходит для труднодоступных или сложных в обслуживании компонентов оборудования, минимизирует простои и повышает производительность. Идеально для оборудования, требующего непрерывной работы в таких отраслях, как горнодобывающая, металлургическая и химическая.
2. Подходит для эксплуатации в условиях низких и высоких температур, вакуума и высокой запылённости. Обеспечивает стабильную работу в экстремальных условиях, что делает его востребованным в аэрокосмической отрасли, производстве полупроводников и медицинском оборудовании.
3. Не требуется сложная система смазки, что упрощает конструкцию и обработку, снижая производственные затраты.
Что такое самосмазывающийся материалl
Самосмазывающиеся металлические материалы
К ним в первую очередь относятся бронза, латунь и цинковые сплавы.
Самосмазывающиеся бронзовые сплавы включают оловянную бронзу, алюминиевую бронзу и свинцовую бронзу:
Оловянистая бронза обладает отличными антифрикционными свойствами, способностью к приработке и коррозионной стойкостью, что делает её подходящей для применения в условиях скользящего трения при умеренных нагрузках и скоростях, таких как общее машиностроение, автомобильные компоненты и оборудование для пищевой промышленности;
Алюминиевая бронза отличается высокой прочностью, хорошей износостойкостью и отличной коррозионной стойкостью, что делает её особенно подходящей для условий высоких нагрузок, интенсивного износа и агрессивных сред, например, для подшипников кормовых труб судов и компонентов аэрокосмической техники;
Свинцовая бронза обладает хорошими антифрикционными свойствами и обрабатываемостью, подходит для холодной обработки и широко применяется в скользящих подшипниках в атмосферных и пресноводных условиях, однако склонна к горячей хрупкости при горячей обработке.
Латунные сплавы используют цинк в качестве основного легирующего элемента, с добавлением укрепляющих элементов, таких как алюминий, марганец и железо. Они обладают высокой прочностью и износостойкостью, способны выдерживать значительные ударные нагрузки и подходят для самосмазывающихся подшипников в тяжёлой технике, такой как строительные, горнодобывающие и металлургические машины.
Цинковые сплавы имеют низкую плотность и хорошую теплопроводность, а также отличные самосмазывающиеся свойства и устойчивость к заеданию. Они подходят для применения при больших нагрузках и низких скоростях, однако рабочая температура не должна превышать 100°C. Идеальны для применения, где важны вес и стоимость.
Самосмазывающиеся пластики
К пластикам с самосмазывающимися свойствами относятся POM, PTFE, PA, PEEK, PPS и UHMWPE
PTFE обладает низким коэффициентом трения как при высоких, так и при низких температурах, отличной химической стойкостью, а также самосмазывающимися и антипригарными свойствами. В основном используется в уплотнениях, направляющих, подшипниках и покрытиях антипригарной посуды.
POM отличается высокой жёсткостью и твёрдостью, низким коэффициентом трения и хорошей износостойкостью. Может работать непрерывно при температурах от -40°C до 100°C и обладает высокой размерной стабильностью. Обычно применяется в безмасляных шестернях, подшипниках, ползунах и прецизионных механических деталях.
PA/Нейлон имеет низкий коэффициент трения и хорошую износостойкость. Смазка маслом может дополнительно снизить трение, а длительная рабочая температура достигает 160°C. Однако он гигроскопичен и часто используется в самосмазывающихся деталях, таких как шестерни, подшипники, прокладки и уплотнения.
Самосмазывающиеся компоненты из PEEK обладают высокой термостойкостью, химической стойкостью, высокой прочностью и отличной износостойкостью. Коэффициент трения можно дополнительно снизить добавлением графита или PTFE. Они широко применяются в самосмазывающихся подшипниках, уплотнениях, шестернях и других деталях в аэрокосмической, медицинской и полупроводниковой промышленности.
Самосмазывающиеся детали из PPS характеризуются термостойкостью, коррозионной стойкостью, высокой кристалличностью и отличной износостойкостью. Скорость износа можно дополнительно снизить добавлением медного порошка или PTFE в материал PPS. Они широко используются в клапанах, уплотнениях и подшипниках в автомобильной, электронной и химической промышленности и подходят для работы при высоких температурах и в агрессивных средах.
UHMWPE (ультравысокомолекулярный полиэтилен) обладает исключительной стойкостью к скользящему износу и ударной прочностью на надрез. Отличается низким коэффициентом трения, отличной самосмазываемостью и химической стойкостью, хотя имеет относительно низкую прочность. Обычно применяется в подшипниках, направляющих и вкладышах, работающих при высоком износе и низких нагрузках.
Применение самосмазывающихся компонентов
Благодаря своей необслуживаемости, устойчивости к суровым условиям эксплуатации и малому весу, самосмазывающиеся компоненты широко используются в различных отраслях промышленности. Ниже приведены основные области применения:
Новые источники энергии и автомобили: петли сидений и дверей, рулевые системы, педальные узлы, амортизаторы, трансмиссии, лотки для аккумуляторов, электрические приводы и другие компоненты.
Строительная техника: ключевые компоненты, такие как ковши, соединительные тяги, гидросистемы, поддерживающие колёса, опорные катки и направляющие колёса в экскаваторах, погрузчиках, бетонной технике и погрузчиках.
Робототехника: суставы роботов, запястья, лодыжки, линейные приводы и другие детали.
Сельскохозяйственная техника: трансмиссионные системы, подвески и рабочие органы тракторов, комбайнов, сеялок и другого оборудования.
Оборудование для производства пластмасс: Системы трансмиссии и компоненты поддержки пресс-форм для литьевых машин, экструдеров и аналогичного оборудования.
Оборудование для пищевой промышленности: Компоненты, такие как миксеры, конвейерные ленты и упаковочные машины в оборудовании для пищевой промышленности, соответствующие гигиеническим требованиям пищевого класса для предотвращения загрязнения смазочными материалами.
Самосмазывающиеся покрытия
1. DLC-покрытие
Отличается высокой твердостью, сверхнизким трением, износостойкостью и коррозионной стойкостью, что позволяет работать в безмасляных или низкомасляных средах.
В основном используется в прецизионном оборудовании, компонентах двигателей, режущих инструментах и полупроводниковых пресс-формах.
2. CrN-покрытие
Характеризуется хорошей вязкостью, антисварочными свойствами и коррозионной стойкостью, подходит для применений с трением металл-металл.
Обычно используется в штампах, режущих инструментах и литьевых формах.
3. AlTiN-покрытие
Отличается сверхвысокой твердостью, высокой термостойкостью и стойкостью к окислению, что делает его пригодным для высокоскоростной сухой резки.
Широко используется в режущих инструментах, высокотемпературных пресс-формах и аэрокосмических компонентах.
4. MoS₂-покрытие
Отличается низким коэффициентом трения и превосходной смазывающей способностью, что делает его особенно подходящим для вакуумных сред, хотя его стабильность во влажных и жарких условиях обычно ограничена.
Обычно используется в аэрокосмической отрасли и прецизионных трансмиссионных системах.
5. Полимерные самосмазывающиеся покрытия
В основном состоящие из таких материалов, как ПТФЭ (тефлон), эти покрытия обеспечивают низкое трение и химическую коррозионную стойкость, но имеют относительно более низкую несущую способность и износостойкость.
Обычно используется в уплотнениях, оборудовании для пищевой промышленности и оборудовании для химической обработки.
6. Покрытие методом микро-дугового оксидирования (МДО)
Образует керамический слой на поверхностях легких сплавов, обеспечивая износостойкость, коррозионную стойкость и способность удерживать масло для смазки.
Широко применяется в автомобильных деталях, морском оборудовании и легких компонентах.
В заключение:
Покрытия DLC и MoS₂ отличаются низким коэффициентом трения; покрытия AlTiN и композиционные покрытия на металлической матрице предпочтительны для высокотемпературных применений; а покрытия методом микро-дугового оксидирования (МДО) лучше всего подходят для упрочнения поверхности легких сплавов.
Требуется ли смазочное масло для самосмазывающихся компонентов?
При сборке самосмазывающихся компонентов смазку можно нанести на зазоры между готовыми деталями. Это способствует лучшей приработке в начальный период эксплуатации и предотвращает повреждения приработки. В дальнейшем компоненты будут создавать более толстую смазочную пленку за счет трения, что увеличит срок их службы.
Об обработке Weldo
В компании Weldo Machining мы специализируемся на Обработка на станках с ЧПУ, литье под давлением, алюминиевая экструзия, и изготовлении листового металла. Благодаря более чем десятилетнему опыту, мы хорошо разбираемся более чем в 50 процессах обработки поверхности. Если у вас есть дополнительные производственные потребности или вы хотите сравнить цены, пожалуйста, связаться с мы.
