Los dispositivos mecánicos se utilizan a menudo en actividades humanas. La confiabilidad de las partes móviles en cualquier mecanismo se asegura al reducir la fricción y la deformación. Para ello se utilizan materiales especiales denominados antifricción. Su objetivo principal es reducir el coeficiente de fricción, facilitando el deslizamiento de las superficies móviles de los mecanismos. Este artículo analizará las propiedades antifricción de varios materiales utilizados para estos fines.
Tipos de fricción
La fricción ocurre cuando se mueven cuerpos que están en contacto entre sí. Hay dos tipos principales:
- Seco - las superficies de los sólidos están en contacto directo. Se observa en transmisiones por correa y fricción.
- Líquido - cuando hay una capa de aceite de líquido entre las partes de los mecanismos y los cuerpos no se tocan. Se encuentra en cojinetes de empuje, rodamientos.
Y también distinguirtipos intermedios de fricción: semiseco y semilíquido.
Respecto al movimiento de los cuerpos, se señalan los siguientes tipos de fricción:
- descanso - ocurre cuando el reposo relativo de los cuerpos;
- slip - se manifiesta con el movimiento relativo de los mecanismos;
- rodamiento - fricción externa al rodar cuerpos.
Dependiendo del tipo de fricción, se selecciona un material con ciertas propiedades antifricción para las superficies de los cuerpos.
Tipos de materiales utilizados para reducir la fricción
Todos los materiales antifricción que proporcionan un bajo coeficiente de fricción se dividen en:
- Metal: se utilizan aleaciones de tres metales que contienen cobre (babbits). Diseñado para trabajar en modo de fricción líquida.
- Polvo - a base de hierro y cobre con la adición de grafito y sulfuros. Utilizado en cojinetes lisos.
- Sinterizado autolubricante: para la fabricación se utilizan materiales de varias combinaciones de hierro con grafito, cobre y bronce. Se utilizan para la producción de cojinetes lisos a bajas velocidades y en ausencia de cargas de choque. Las buenas propiedades antifricción les permiten instalarse en lugares donde la lubricación es difícil.
- Con componentes lubricantes sólidos: como una capa delgada en la superficie de las piezas, se aplican partículas de un lubricante sólido que consta de cloruros, óxidos metálicos, fluoruros y plásticos. Los productos funcionan a velocidades de deslizamiento más altas.
- No metálico - hecho deplásticos: termoplásticos y termoendurecibles. Se utiliza para rodamientos de hélices, trenes de laminación.
- Metal-polímero - consta de componentes heterogéneos. Se dividen en matriz, dispersos y en capas. Se utiliza para la producción de cojinetes lisos, engranajes y ruedas dentadas.
- Minerales: use naturales (ágata) y artificiales (corindón). Fabrican pequeños cojinetes resistentes al desgaste para tacómetros, relojes, giroscopios.
Cada material encuentra su aplicación para producir piezas de acuerdo a sus propiedades antifricción.
Aleaciones de baja fricción
De estas aleaciones se fabrican los casquillos de los cojinetes de fricción, por lo que deben tener:
- Bajo coeficiente de fricción en comparación con el material del eje, que suele ser acero endurecido.
- Buena conductividad térmica.
- Resistencia a la corrosión.
- Pequeña dureza.
- Propiedad que permite retener la grasa.
Para cumplir con las propiedades enumeradas, la estructura de la aleación debe incluir metales con propiedades antifricción, que tengan una mayor suavidad y ductilidad de la base. Y ya está intercalado con partículas sólidas que consisten en compuestos químicos. En este caso, el eje se introduce rápidamente en el cojinete, aparecen pequeñas ranuras de partículas sólidas, que se llenan de grasa y a través de las cuales se eliminan los productos de desgaste. A base de estaño, plomo, cobre, cadmio, bismuto,y las inclusiones están hechas de aleaciones de antimonio y cobre.
Uso de aleaciones de bronce en unidades de fricción
El bronce es una aleación de cobre con varios metales, que pueden incluir estaño, aluminio, silicio, plomo, berilio y muchos otros aditivos. Según el porcentaje de uno u otro elemento incluido en su composición, el bronce se denomina estaño, aluminio, plomo. Los bronces se utilizan ampliamente en la fabricación de productos que se utilizan con mayor fricción. Los mejores bronces se consideran propiedades antifricción, hechos a base de estaño.
El estaño-fósforo se ha mostrado especialmente bien, a partir del cual se fabrican los rodamientos, que funcionan bajo una carga significativa y a alta velocidad. El único inconveniente es su elevado coste, por lo que se están sustituyendo por aluminio y bronces al plomo. Cuando se trabaja en un ambiente agresivo, el bronce de aluminio se usa a menudo para casquillos de rodamientos. Ellos, además de la resistencia a la fricción, tienen una buena resistencia a la corrosión. El plomo proporciona un bajo coeficiente de fricción. Estos materiales se utilizan para fabricar semicojinetes para operaciones a alta presión y alta velocidad.
Aleaciones antifricción: composición y propiedades
En la industria, para la fabricación de piezas de fricción de mecanismos, se utilizan diversas aleaciones con un pequeño coeficiente de fricción:
- El latón es una aleación cuyos componentes principales son el cobre y el zinc. Puede incluir componentes en formaaluminio, estaño, plomo, manganeso y otros elementos. En términos de resistencia y bajo coeficiente de fricción, es inferior al bronce y se utiliza en la fabricación de cojinetes deslizantes que funcionan a bajas velocidades.
- Babbit son aleaciones complejas con diferente composición y propiedades físicas, pero que consisten en una base blanda: estaño o plomo con adiciones duras de aleaciones de metales alcalinos, cobre o antimonio. Debido a la base blanda, los rodamientos se ajustan bien al eje y los aditivos duros aumentan la resistencia al desgaste. Las altas cualidades antifricción del metal antifricción, pero menor resistencia que el bronce y el hierro fundido, hacen que sea posible usarlos solo para aplicar una capa delgada a la superficie de los productos.
Propiedades de los aceites
Para garantizar la fiabilidad y eficacia de las piezas en fricción, reduciendo la fricción por deslizamiento, se utilizan aceites lubricantes. Todos están clasificados por:
- origen;
- método de recepción;
- asignado.
Los aceites lubricantes cumplen las siguientes funciones:
- reduce la fricción entre las partes en contacto;
- reduce el desgaste y evita las rozaduras;
- proporcionan disipación de calor de las piezas que se frotan;
- proteger contra la corrosión.
Las propiedades antifricción de los aceites radican en su capacidad para reducir la cantidad de energía para la fricción. La viscosidad es el principal indicador de estas propiedades y está determinada por la composición fraccionaria y de carbono. Para mejorar la calidad de los aceites, variosaditivos antifricción para aumentar la potencia, extender la operación de la unidad, reducir cargas. Mejoran las propiedades de los aceites, aumentando el tiempo de reemplazo de la composición lubricante. Los aditivos antifricción contribuyen a la creación de una capa protectora durante la interacción de las piezas, nivelan sus superficies y suavizan la fricción. Al crear una película aceitosa y duradera, reducen el desgaste de las piezas.
Propiedades antifricción de los polímeros epoxi
Los polímeros epoxi son líquidos viscosos que se endurecen cuando se les añaden diversas sustancias orgánicas. Tienen una alta resistencia mecánica y se utilizan para unir hormigón, metal, vidrio y madera. Debido a estas propiedades, se utilizan para la producción de piezas de metal-polímero, produciendo casquillos, rodillos, engranajes, cojinetes y acoplamientos.
Los rellenos dan a los productos de polímeros epoxi altas características antifricción. Las piezas pueden funcionar sin lubricación si se usa humectación con agua. Los revestimientos son resistentes a la intemperie y a los productos químicos.
Materiales antifricción no metálicos
Para los cojinetes lisos, a menudo se utilizan dos tipos de plásticos:
- Termosendurecidos: estos incluyen la textolita, que se utiliza para fabricar cojinetes para trenes de laminación, hélices y máquinas hidráulicas. Las piezas son de servicio pesado, lubricadas con agua y enfriadas.
- Termoplástico - Las poliamidas son ampliamente utilizadas: fluoroplástico, nylon, anid. Los beneficios son altospropiedades antifricción de los materiales, resistencia a la corrosión y buena resistencia al desgaste bajo altas cargas y velocidades de deslizamiento.
Para reducir la fricción entre las piezas, se introducen varios rellenos en forma de lubricantes sólidos que, cuando se utilizan en la superficie, crean una estructura de cristales líquidos. Vale la pena señalar que el fluoroplasto tiene un coeficiente de fricción muy bajo, pero la mala disipación de calor y la fluidez bajo carga se consideran una desventaja, por lo que se usa junto con otros materiales.
Conclusión
Los materiales antifricción son adecuados para la fabricación de revestimientos y cojinetes, que se reemplazan fácilmente cuando se desgastan. La materia prima para el producto debe tener un mayor coeficiente de fricción, es decir, cuando las partes entran en contacto, la parte del mecanismo difícil de reemplazar permanece intacta. Esto sucede solo cuando el material de la pieza valiosa está dotado de excelentes propiedades antifricción sobre el análogo.
