Test e analisi di attrito, usura e abrasione
L'attrito si verifica tra le parti in movimento ed è comunemente analizzato nelle parti che entrano in contatto tra loro durante il funzionamento, come i motopropulsori delle automobili.
L'attrito provoca la generazione di calore e l'usura di queste parti. La generazione di calore e l'usura derivante dall'attrito sono alla base della maggior parte dei guasti dei sistemi meccanici e le perdite economiche dovute a tali guasti non sono di poco conto. Per ridurre tali perdite, vengono condotti test tribologici per valutare i componenti e le proprietà dei relativi materiali.
Questa sezione presenta i metodi di prova e di misurazione insieme ad alcuni recenti esempi di risoluzione dei problemi utilizzando il microscopio digitale 4K di KEYENCE dal punto di vista della tribologia, la scienza dell'usura e dell'attrito tra superfici interagenti in movimento relativo.
- Test di resistenza all'attrito, all'usura e all'abrasione
- Metodi di prova della resistenza all'attrito, all'usura e all'abrasione
- Test tribologici
- Recenti esempi di osservazione per le prove di resistenza all'attrito, all'usura e all'abrasione
- Lo strumento più recente per rispondere rapidamente alle richieste del mercato
Test di resistenza all'attrito, all'usura e all'abrasione
In questo test, un provino e una superficie di interfaccia sono soggetti a un'interazione in movimento relativo per misurare il coefficiente di attrito* e il volume di usura.
Nei settori in cui le parti entrano in contatto tra loro, è fondamentale per la ricerca e lo sviluppo valutare i cambiamenti nel materiale attraverso l'attrito, l'usura e l'abrasione. Sono necessari test e analisi per garantire la qualità di motori, cuscinetti, lubrificanti e molti altri prodotti.
Coefficiente di attrito: un valore che indica l'impatto della superficie di contatto sulla forza di attrito. Non ha unità di misura ed è rappresentato da μ (mu). Classificato in coefficiente di attrito dinamico e coefficiente di attrito statico, il valore varia a seconda dell'oggetto e del trattamento della superficie.
Metodi di prova della resistenza all'attrito, all'usura e all'abrasione
Un test di attrito misura le caratteristiche di attrito insieme a un test di resistenza all'abrasione e il risultato viene generalmente calcolato utilizzando il coefficiente di attrito. Il test di usura, invece, misura le variazioni delle condizioni causate dall'attrito e il risultato si ottiene da deformazioni, graffi e intagli sulle superfici interagenti.
Esistono diversi modi per misurare il coefficiente di attrito: misurando la forza di attrito con un calibro, misurando e convertendo la potenza di carico del motore di azionamento, calcolando il comportamento dello smorzamento delle vibrazioni* per attrito e calcolando la massima forza di attrito statico* in base all'angolo in cui un oggetto posto su una superficie inclinata inizia a scivolare. Questi test verificano non solo l'usura e l'attrito, ma anche l'efficacia e il deterioramento dei lubrificanti.
Smorzamento delle vibrazioni: le vibrazioni diminuiscono con il tempo. Questo fenomeno è noto anche come attenuazione delle vibrazioni.
Forza di attrito statico massima: forza di attrito generata quando un oggetto fermo viene spostato. La forza di attrito che si genera durante il movimento è invece chiamata attrito dinamico, mentre l'attrito che si verifica sulle sfere e sugli aghi dei cuscinetti è chiamato forza di attrito volvente.
Test tribologici
La resistenza all'attrito può essere ridotta al minimo adottando un approccio sfaccettato che comprende la meccanica dei materiali, la meccanica dei fluidi dei lubrificanti e la termodinamica per misurare come la superficie viene influenzata dal calore.
La tribologia è la scienza che esamina e valuta l'impatto dell'attrito da un'ampia prospettiva. I test condotti per valutare le proprietà in questione sono chiamati test tribologici.
La necessità di test tribologici
Il calore generato dall'attrito e il materiale perso a causa dell'attrito determinano la resistenza meccanica, che è considerata la principale causa di guasti e malfunzionamenti delle macchine. Ridurre e controllare l'attrito e l'usura non è solo un approccio di prevenzione dei problemi, ma una tecnica fondamentale per migliorare l'affidabilità e le prestazioni dei sistemi meccanici e quindi ridurre le perdite economiche.
Caratteristiche dei test tribologici
Si dice che le prove di usura e di attrito spesso diano valori caratteristici completamente diversi quando cambiano la forma del provino, il metodo di prova e le condizioni atmosferiche, anche quando si testa lo stesso materiale. Pertanto, per i test di usura e attrito, è necessario comprendere le condizioni in cui si verifica l'impatto effettivo del target di osservazione e condurre i test in condizioni simili. Le prestazioni di un lubrificante dipendono in modo significativo dalle proprietà fisiche del lubrificante e dalle proprietà chimiche dell'interfaccia. In particolare, i lubrificanti solidi* hanno una capacità di carico superiore a quella dell'olio e del grasso e pertanto vengono utilizzati anche come additivi per l'olio e il grasso.
Le prove tribologiche sono condotte in condizioni vicine a quelle di utilizzo, riproducendo l'ambiente reale in cui si verifica l'attrito da osservare. I materiali e la forma dei pezzi vengono osservati e valutati attentamente durante i test.
Lubrificante solido: sostanza solida che protegge la superficie del materiale dall'attrito e riduce l'usura e l'attrito. Esempi di lubrificanti solidi sono il bisolfuro di molibdeno, la grafite e il PTFE (politetrafluoroetilene).
Recenti esempi di osservazione per le prove di resistenza all'attrito, all'usura e all'abrasione
I provini e le parti interagenti nei test di usura e attrito sono generalmente tridimensionali e presentano superfici altamente riflettenti. Quando si utilizzano microscopi tradizionali, l'operatore deve essere altamente qualificato per trovare la giusta messa a fuoco e attenuare la riflessione dalla superficie. Inoltre, la valutazione quantitativa non è possibile.
Grazie ai progressi tecnologici, i microscopi digitali hanno risolto i problemi dei microscopi tradizionali e hanno migliorato in modo significativo la valutazione dei test di attrito e usura.
Osservazione efficiente delle impronte profonde nei cuscinetti
Le impronte si verificano quando il cuscinetto subisce un qualche tipo di impatto. Quando la superficie di osservazione sul cuscinetto non è piana, è molto difficile ottenere un elevato ingrandimento con un microscopio tradizionale e occorre effettuare lunghe regolazioni della messa a fuoco.
L'obiettivo HR ad alta risoluzione e il revolver motorizzato del microscopio digitale 4K della Serie VHX offrono una funzione di zoom senza soluzione di continuità che passa rapidamente da un obiettivo all'altro in base all'ingrandimento nella gamma da 20x a 6000x, eliminando la necessità di sostituire l'obiettivo.
- A: Osservazione con microscopio digitale
- B: Osservazione al microscopio
- C: Osservazione di una rientranza sulla superficie frontale
- D: Osservazione di una rientranza sulla superficie posteriore (500x)
La funzione di composizione in tempo reale esegue automaticamente la composizione della profondità per mettere a fuoco l'intero obiettivo. Grazie a questa funzione, è possibile eseguire facilmente osservazioni ingrandite accurate ed efficienti, ispezioni dell'aspetto e valutazioni utilizzando immagini 4K completamente a fuoco.
Inoltre, la Serie VHX tiene automaticamente traccia dell'ingrandimento dell'obiettivo, garantendo così una gestione accurata dei dati e delle registrazioni.
Osservare e misurare i danni sulle superfici
In precedenza, quando si effettuavano osservazioni e misurazioni, i collaudatori dovevano cambiare strumento, con conseguenti lunghi tempi di prova.
Il microscopio digitale 4K della Serie VHX non solo acquisisce immagini ad alto ingrandimento, ma consente anche di effettuare misurazioni e quantificazioni non possibili con i microscopi tradizionali. È possibile osservare sfaldamenti*, vaiolature* e altri danni alla superficie ed eseguire misurazioni 2D e 3D, oltre alla rugosità della superficie, con un unico dispositivo.
Scagliatura: struttura ruvida e grossolana causata dalla sfogliatura della superficie della pista di rotolamento e della superficie del corpo volvente che si verifica a causa della fatica di rotolamento del materiale.
Vaiolatura: fori simili a puntini con una profondità approssimativa di 0,1 mm che compaiono sulla superficie della pista di rotolamento.
Osservare l'usura delle superfici riflettenti
I provini usurati a causa dell'attrito hanno in genere una superficie altamente riflettente, che rende difficile l'osservazione e l'imaging.
Il microscopio digitale 4K della Serie VHX è dotato di funzioni di rimozione dei bagliori e del riflesso anulare che eliminano la luce riflessa. Il nuovo microscopio digitale 4K consente agli operatori di distinguere tra graffi sottili, ammaccature dovute all'attrito e aderenze, il che consente di capire più a fondo le condizioni di usura e attrito.
Un unico microscopio per tutto, dall'osservazione alle misure 2D e 3D
Con i mezzi di osservazione tradizionali, i collaudatori devono concentrarsi su più parti diverse di obiettivi tridimensionali, il che può portare a trascurare i danni e a far sì che operatori diversi ottengano risultati diversi. Inoltre, è possibile ottenere solo misure 2D, il che rende impossibile la comprensione della profondità dei difetti superficiali e dei graffi.
Il microscopio digitale 4K della Serie VHX non solo consente l'osservazione ingrandita e le misurazioni 2D, ma è anche in grado di catturare forme 3D e di eseguire misurazioni di profili. Indipendentemente dal livello di competenza del tester, la Serie VHX offre una misurazione semplice delle forme 3D, migliorando così le capacità di analisi.
Lo strumento più recente per rispondere rapidamente alle richieste del mercato
Per rispondere alle esigenze di valutazione tribologica, oltre alle crescenti richieste di test di usura e attrito, è necessario stabilire R&D, miglioramenti della qualità e processi di produzione basati su dati di ispezione rapidi e accurati.
Il microscopio digitale 4K ad alta definizione della Serie VHX offre un’altissima efficienza rispetto ai microscopi tradizionali e garantisce un'osservazione, un'analisi, una misurazione e una valutazione di maggiore precisione con una sola macchina. Dotata di molte altre funzioni avanzate, la Serie VHX può essere uno strumento efficace per i settori che richiedono qualità e velocità.
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