La maggior parte degli ingegneri alla ricerca di un cuscinetto che non richieda un programma di lubrificazione, generi un attrito minimo e funzioni silenziosamente sotto carico continuo alla fine arriverà alla stessa architettura del materiale: un supporto in acciaio, uno strato intermedio in bronzo sinterizzato e un composto superficiale a base di PTFE. Questa struttura a tre strati, variamente nota come cuscinetto composito in PTFE, boccola in PTFE con supporto in acciaio o cuscinetto a strisciamento autolubrificante, è la soluzione standard per le applicazioni di scorrimento in cui gli attacchi per il grasso sono poco pratici e i cuscinetti volventi sono sovradimensionati per il compito.
Comprendere cosa fa funzionare questa struttura e dove si adatta ciascuna variante è il fondamento di qualsiasi decisione competente sulla selezione dei cuscinetti.
La struttura a tre strati: come funziona un cuscinetto composito in PTFE
Un cuscinetto composito in PTFE non è semplicemente una boccola in plastica. Si tratta di un laminato ingegnerizzato in cui ogni strato svolge un ruolo meccanico distinto e le prestazioni del cuscinetto finito dipendono dalla collaborazione di tutti e tre.
Lo strato di supporto esterno è in acciaio a basso tenore di carbonio di alta qualità. L'acciaio fornisce la resistenza alla compressione che il PTFE da solo non è in grado di fornire: il supporto trasmette il carico dall'alloggiamento alla struttura del cuscinetto, previene la deformazione sotto elevata pressione di contatto e conferisce al cuscinetto la stabilità dimensionale necessaria per tolleranze precise del foro. Senza questo supporto, lo strato di PTFE scivolerebbe ed estruderebbe sotto carico.
Lo strato intermedio è polvere di bronzo sferica sinterizzata, incollata alla faccia di acciaio e che si estende parzialmente nel composto di PTFE sopra di essa. Questa matrice porosa di bronzo svolge due funzioni: crea un interblocco meccanico che ancora lo strato superficiale contro la desquamazione o la delaminazione, e la sua conduttività termica aiuta a dissipare il calore di attrito lontano dall'interfaccia di scorrimento. Lo strato di bronzo fornisce anche una riserva di supporto strutturale nel caso in cui il sottile strato superficiale di PTFE si logori in aree localizzate.
Lo strato superficiale è una miscela laminata di PTFE (politetrafluoroetilene) e piombo. Il PTFE ha uno dei coefficienti di attrito più bassi tra tutti i solidi conosciuti – tipicamente 0,04–0,20 a seconda del carico e della velocità – e trasferisce un sottile film lubrificante sulla superficie dell'albero durante il rodaggio. Il piombo agisce come un riempitivo morbido che migliora la resistenza dello strato allo scorrimento a freddo sotto carico di compressione e prolunga la durata dell'usura. Il risultato è una superficie che si lubrifica continuamente dall'interno del materiale, senza la necessità di olio o grasso esterno.
L'intervallo di temperature utilizzabili di una boccola in PTFE con supporto in acciaio di ottima fattura va da circa −200°C a 280°C, rendendola funzionale nelle applicazioni criogeniche e nelle apparecchiature a servizio continuo esposte al calore di processo. In condizioni di carico elevato e bassa velocità (il regime operativo più comune nei collegamenti oscillanti, nelle attrezzature per presse e nei punti di articolazione delle macchine agricole) sono ottenibili valori del coefficiente di attrito inferiori a 0,05.
Boccola in PTFE con supporto in acciaio rispetto ad altri tipi di cuscinetti semplici autolubrificanti
I cuscinetti autolubrificanti coprono una famiglia più ampia rispetto al solo composito PTFE. Capire dove si adatta ogni tipo previene applicazioni errate.
Cuscinetti in bronzo sinterizzato (tipo Oilite). utilizzare olio immagazzinato in una matrice di rame porosa, rilasciato dalla dilatazione termica durante il funzionamento e riassorbito all'arresto dell'albero. Sono adatti a velocità e carichi moderati in ambienti puliti, ma funzionano male in condizioni contaminate o di lavaggio in cui i detriti ingeriti bloccano i pori. Hanno anche un serbatoio di petrolio limitato che si esaurisce nel tempo.
Cuscinetti in bronzo ricoperti di grafite utilizzare la grafite solida incorporata come lubrificante secco. Eccellono a temperature estreme – superiori a 250°C dove il PTFE inizierebbe a perdere stabilità meccanica – e sotto carichi statici molto pesanti o a cicli lenti. Sono la scelta corretta per trasportatori di forni industriali, attrezzature per forni e meccanismi di pressatura ad alta temperatura.
Cuscinetti compositi in PTFE con supporto in acciaio occupano la più ampia posizione per scopi generali: funzionamento a secco, nessun rischio di contaminazione, ampio intervallo di temperature, bassa rumorosità e buona resistenza all'usura su profili di movimento oscillatorio, rotatorio e alternativo. La loro struttura a parete sottile, in genere con uno spessore totale di 1,0–2,5 mm, consente loro di adattarsi a combinazioni albero/alloggiamento in cui un cuscinetto volvente più ingombrante richiederebbe la riprogettazione della struttura circostante.
Quello di Huazhou Serie di cuscinetti autolubrificanti HZ-10 è costruito esattamente su questa architettura composita PTFE a tre strati, disponibile con supporto in acciaio, rame o acciaio inossidabile a seconda della resistenza alla corrosione e dei requisiti strutturali dell'applicazione. La variante con supporto in acciaio inossidabile (HZ1S) aggiunge resistenza agli acidi, agli alcali e all'acqua di mare, estendendo la portata del design agli ambienti marini, di lavorazione chimica e di apparecchiature alimentari.
Dove i cuscinetti a strisciamento autolubrificanti danno i migliori risultati
Le applicazioni in cui i cuscinetti compositi in PTFE superano costantemente le alternative condividono una serie di vincoli comuni: l'accesso per la manutenzione è limitato, la contaminazione escluderebbe il grasso o i vincoli di spazio escludono i cuscinetti volventi.
Sospensioni automobilistiche e collegamenti dello sterzo sono l'applicazione più consolidata. I cuscinetti sferici rivestiti in PTFE nei bracci delle sospensioni, nelle estremità dei tiranti e nei collegamenti delle barre stabilizzatrici gestiscono il disallineamento angolare, il movimento oscillatorio e i carichi d'urto indotti dalla strada senza richiedere ingrassaggio durante la vita utile del veicolo. La combinazione di basso attrito ed elevato smorzamento derivante dalla geometria del contatto semplice riduce l'NVH (rumore, vibrazione, ruvidità) rispetto alle alternative agli elementi volventi.
Attrezzature agricole e edili I punti di articolazione – bracci del caricatore, cerniere della benna, collegamenti della lama – operano in fango e sabbia abrasivi. I cuscinetti in PTFE con supporto in bronzo o strato intermedio sinterizzato tollerano queste condizioni meglio dei cuscinetti ad aghi lubrificati, le cui guarnizioni cedono rapidamente in caso di ingresso di sabbia. La spessa area di contatto di un cuscinetto a strisciamento distribuisce inoltre i carichi d'urto su una superficie più ampia rispetto ai contatti lineari di un cuscinetto a rulli.
Macchine per imballaggio e tessili richiedono un movimento silenzioso e preciso e ripetibile a velocità moderate. La contaminazione da grasso del prodotto è inaccettabile. Le boccole composite in PTFE funzionano in modo silenzioso e pulito, rendendole uno standard nei seguicamma, nelle guide di scorrimento e nei perni dei meccanismi di alimentazione in questi settori.
Nuove energie e sistemi di veicoli elettrici rappresentano un dominio applicativo in espansione. La variante HZ1E di Huazhou, che utilizza un riempitivo bianco inorganico al posto del piombo, è stata sviluppata specificamente per applicazioni per veicoli elettrici in cui è richiesta la conformità dei materiali senza piombo, pur mantenendo il basso coefficiente di attrito e le prestazioni di rodaggio del composto standard PTFE-piombo.
Per le applicazioni che richiedono la gestione del carico assiale insieme alla funzione di cuscinetto radiale, il Rondella reggispinta composita in PTFE utilizza la stessa costruzione a tre strati in un fattore di forma piatto e il Cuscinetto flangiato autolubrificante integra le superfici radiali e reggispinta in un unico componente.
Parametri di selezione: cosa devono specificare gli acquirenti
La selezione del cuscinetto composito in PTFE corretto per una determinata applicazione richiede quattro input: carico, velocità, temperatura e ambiente. Questi determinano se la struttura standard in piombo e PTFE con supporto in acciaio è sufficiente o se è necessaria una variante: supporto in acciaio, riempitivo senza piombo, base in rame per una maggiore capacità di carico.
Il limite prestazionale chiave per questo tipo di cuscinetto è il rating PV: il prodotto della pressione di contatto (P, in MPa) e della velocità di scorrimento (V, in m/s). Per un composito standard in PTFE-piombo con supporto in acciaio, il limite PV continuo è di circa 0,05–0,10 MPa·m/s in funzionamento a secco, che aumenta a 0,5 MPa·m/s con lubrificazione intermittente. Le velocità di scorrimento dovrebbero generalmente rimanere inferiori a 2 m/s per evitare un eccessivo riscaldamento per attrito che accelera l'usura del PTFE.
Per le applicazioni oscillanti e a rotazione lenta (la maggior parte dei casi d'uso target della serie HZ-1) questi limiti raramente rappresentano un vincolo vincolante. La sfida progettuale più comune è la tolleranza del foro: le boccole composite in PTFE vengono pressate nel foro dell'alloggiamento e si basano sull'accoppiamento con interferenza per la ritenzione, quindi il diametro del foro dell'alloggiamento, la finitura superficiale e la geometria dello smusso devono rientrare nelle specifiche di installazione del produttore per evitare che la boccola ruoti nell'alloggiamento sotto carico.
Zhejiang Huazhou Technology Co., Ltd. produce l'intera gamma della serie HZ-10 nel suo stabilimento di Nanxun, Zhejiang, con oltre 280 macchine specializzate e 50 linee di produzione automatizzate che supportano la capacità di produzione giornaliera. La gamma di prodotti si estende oltre il composito PTFE per includere cuscinetti compositi bimetallici per applicazioni con carichi più elevati, manicotti in rame grafitato per ambienti a temperature estreme, e cuscinetti in plastica tecnica per esigenze di leggerezza e resistenza alla corrosione.
Per consulenze tecniche e richieste di campioni, contattare Zhejiang Huazhou Technology all'indirizzo la pagina dei contatti dell'azienda o direttamente al numero 86-18957305868.
