{"id":20549,"date":"2021-03-25T03:02:27","date_gmt":"2021-03-25T02:02:27","guid":{"rendered":"https:\/\/cfdfeaservice.it\/index.php\/2021\/03\/25\/efficienza-e-affidabilita-nelle-applicazioni-complesse\/"},"modified":"2021-03-25T03:02:27","modified_gmt":"2021-03-25T02:02:27","slug":"efficienza-e-affidabilita-nelle-applicazioni-complesse","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/cfdfeaservice.it\/index.php\/2021\/03\/25\/efficienza-e-affidabilita-nelle-applicazioni-complesse\/","title":{"rendered":"Efficienza e affidabilit\u00e0 nelle applicazioni complesse"},"content":{"rendered":"
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In condizioni di utilizzo gravose o in ambienti ostili la scelta dei cuscinetti da utilizzare sui macchinari va valutata prestando particolare attenzione alla lubrificazione, ai materiali, ai rivestimenti superficiali e al trattamento termico.<\/em><\/strong><\/p>\n

di Stefan Vogel, Responsabile Vendite e Applicazioni presso HQW Precision GmbH e Barney Eley, Ingegnere Applicativo Senior presso The Barden Corporation<\/em><\/p>\n

La pandemia globale sta accelerando la domanda nel settore industriale di soluzioni che migliorino l\u2019efficienza operativa e l\u2019affidabilit\u00e0, con conseguenti benefici sui profitti aziendali. In quest\u2019ottica un componente fondamentale per garantire la funzionalit\u00e0 di un macchinario \u00e8 costituito dai sistemi di cuscinetti, soprattutto in ambienti operativi estremi. Ad esempio le applicazioni nel vuoto, alle alte o basse temperature, o in un\u2019atmosfera corrosiva, creano problemi a queste soluzioni e sono soggette a guasti prematuri. Un sistema di cuscinetti comprende molti elementi che includono sfere, anelli e gabbie e, per migliorare l\u2019affidabilit\u00e0 in situazioni difficile, occorre valutare attentamente ogni elemento. Questo articolo analizza molteplici fattori come la lubrificazione, i materiali e il trattamento termico o i rivestimenti speciali: tutti quegli elementi che occorre considerare per poter configurare al meglio i cuscinetti in base all\u2019applicazione, al fine di offrire un\u2019alta affidabilit\u00e0 e prestazioni eccellenti nel tempo.<\/p>\n

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\u00c8 possibile configurare
al meglio i cuscinetti per
i sistemi di attuazione
aerospaziale considerando
la lubrificazione, i materiali
e il trattamento termico o i
rivestimenti speciali<\/figcaption><\/figure>\n

Funzionamento nel vuoto<\/strong><\/p>\n

In ambienti ad altissimo vuoto, come quelli presenti nella produzione di componenti elettronici, di semiconduttori e di LCD, la pressione pu\u00f2 essere inferiore a 10-7<\/sup> mbar. I cuscinetti per questi tipi di applicazione sono solitamente utilizzati nei componenti di attuazione all\u2019interno dell\u2019ambiente produttivo. Un altro ambito tipico dei sistemi a vuoto \u00e8 rappresentato dalle pompe turbo-molecolari (TMP) che generano il vuoto per gli ambienti di produzione. In quest\u2019ultimo caso spesso sono necessari componenti per il funzionamento ad alta velocit\u00e0. Nelle condizioni appena descritte la lubrificazione \u00e8 fondamentale: i grassi standard evaporano e inoltre rilasciano gas, e la mancanza di una lubrificazione efficace pu\u00f2 provocare guasti al cuscinetto. \u00c8 quindi necessario ricorrere a prodotti speciali: nel dettaglio per gli ambienti ad alto vuoto (fino a circa 10-7<\/sup> mbar) \u00e8 possibile utilizzare i grassi PFPE che offrono una resistenza molto pi\u00f9 elevata all\u2019evaporazione. Per gli ambienti ad altissimo vuoto (10-9 <\/sup>mbar e meno) \u00e8 occorre impiegare lubrificanti e rivestimenti solidi. Infine per gli ambienti a vuoto medio (circa 10-2<\/sup> mbar), con un\u2019accurata progettazione e selezione del grasso speciale per vuoto, \u00e8 possibile ottenere sistemi di cuscinetti che offrono durate operative pari a oltre 40.000 ore (circa 5 anni) di utilizzo continuo e funzionamento ad alta velocit\u00e0.\u00a0<\/strong><\/p>\n

La gestione delle basse temperature<\/strong>\u00a0<\/strong><\/p>\n

Un altro fattore da prendere in considerazione nella scelta dei cuscinetti \u00e8 la gestione delle basse temperature, come accade ad esempio in applicazioni di pompaggio criogenico in cui si arriva a \u00a0-190\u00b0C: in queste condizioni i lubrificanti a olio diventano cerosi, con un conseguente danno per i cuscinetti. I lubrificanti solidi, come il disolfuro di molibdeno (MOS2<\/sub>) o il disolfuro di tungsteno (WS2<\/sub>), sono ideali per migliorare l\u2019affidabilit\u00e0. Inoltre, in queste applicazioni, l\u2019olio semifluido pompato pu\u00f2 agire come lubrificante, quindi i cuscinetti devono essere appositamente configurati per funzionare a queste basse temperature utilizzando materiali che funzionano bene con gli oli semifluidi. A questo proposito un materiale che pu\u00f2 essere utilizzato per migliorare la durata a fatica e la resistenza all\u2019usura di un cuscinetto \u00e8 SV30\u00ae<\/sup> \u2013 un acciaio martensitico e ad alto contenuto di azoto, resistente alla corrosione. Sono inoltre consigliate le sfere in ceramica, in quanto offrono prestazioni superiori. Le propriet\u00e0 meccaniche intrinseche del materiale consentono di assicurare un funzionamento eccellente in cattive condizioni di lubrificazione, e sono molto pi\u00f9 adatte per l\u2019impiego a basse temperature. La \u00a0gabbia per essere il pi\u00f9 possibile resistente all\u2019usura dovrebbe essere realizzata in polietere-etere-chetone (PEEK), policlorotrifluoroetilene (PCTFE) e in plastica poliammide-immide (PAI) comunemente chiamata Torlon\u00ae. Per migliorare la stabilit\u00e0 dimensionale alle basse temperature \u00e8 necessario sottoporre gli anelli a un apposito trattamento termico. Un altro aspetto da prendere in considerazione riguarda la struttura interna del cuscinetto che prevede un certo grado di gioco radiale. A basse temperature, per\u00f2, gli elementi del cuscinetto subiscono una contrazione termica, e questa flessibilit\u00e0 si pu\u00f2 ridurre a zero compromettendo il funzionamento del componente stesso. Pertanto i cuscinetti destinati ad applicazioni con temperature rigide devono essere progettati con un maggiore gioco radiale a temperatura ambiente, per consentire un livello accettabile di elasticit\u00e0 in condizioni operative estreme.\u00a0<\/strong><\/p>\n

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Il grafico
mostra il grado
di corrosione
nel tempo per
tre materiali,
SV30, X65Cr13 e
100Cr6, a seguito
di test controllati
in nebbia salina<\/figcaption><\/figure>\n

Affidabilit\u00e0 ad alta temperatura<\/strong><\/p>\n

All\u2019opposto anche le applicazioni ad alta temperatura, come quelle dei sistemi di attuazione nell\u2019industria aerospaziale, possono essere impegnative per i cuscinetti standard. Inoltre, poich\u00e9 le unit\u00e0 diventano sempre pi\u00f9 piccole e richiedono una maggiore potenza, aumentano le temperature all\u2019interno delle apparecchiature, e ci\u00f2 costituisce un ulteriore problema per un componente normale. In questo contesto la lubrificazione costituisce un aspetto importante. Gli oli e i grassi sono caratterizzati da temperature massime di esercizio in corrispondenza delle quali inizieranno a degradarsi e a evaporare rapidamente, determinando il guasto del cuscinetto. I grassi standard sono spesso soggetti a un limite massimo di circa 120\u00b0C, e alcuni oli convenzionali sono in grado di resistere fino a 180\u00b0C. Tuttavia, per le applicazioni che richiedono temperature ancora pi\u00f9 alte, sono disponibili grassi lubrificanti speciali fluorurati che possono superare i 250\u00b0C. Laddove non \u00e8 possibile la lubrificazione liquida, quella solida costituisce un\u2019opzione che consente un funzionamento affidabile a bassa velocit\u00e0 e temperature ancora pi\u00f9 elevate. In questo caso sono raccomandati come lubrificanti solidi il MOS2, il WS2, la grafite o il politetrafluoroetilene (PTFE), in quanto sono in grado di tollerare temperature molto elevate per periodi di tempo pi\u00f9 lunghi. \u00a0Nel caso in cui si superino i 300\u00b0C, sono necessari anche materiali speciali per gli anelli e le sfere. L\u2019AISI M50 \u00e8 un acciaio per le alte temperature che \u00e8 in genere raccomandato, in quanto presenta un\u2019elevata resistenza all\u2019usura e alla fatica. Il BG42 \u00e8 un altro acciaio comunemente consigliato che presenta una buona durezza a 300\u00b0C, essendo caratterizzato da alti livelli di resistenza alla corrosione ed essendo inoltre meno suscettibile alla fatica e all\u2019usura. Sono inoltre necessarie gabbie per le alte temperature che possono essere realizzate in materiali polimerici speciali, tra cui il PTFE, il poliimmide (PI), il PAI (Torlon\u00ae) e il PEEK. Per i sistemi lubrificati ad olio per le alte temperature, le gabbie possono anche essere prodotte in bronzo, ottone o acciaio placcato in argento. Per contrastare l\u2019attrito, prevenire la corrosione e ridurre l\u2019usura, \u00e8 possibile applicare ai cuscinetti dei rivestimenti e dei trattamenti superficiali avanzati, che migliorano cos\u00ec le prestazioni del cuscinetto alle alte temperature. Ad esempio, \u00e8 possibile rivestire le gabbie in acciaio con argento per migliorare le prestazioni e l\u2019affidabilit\u00e0. In caso di problemi o mancanza di olio, la placcatura d\u2019argento agisce come un lubrificante solido consentendo al cuscinetto di continuare a funzionare per un breve periodo di tempo o in una situazione di emergenza.<\/p>\n

Resistenza alla corrosione<\/strong><\/p>\n

I cuscinetti destinati all\u2019utilizzo in ambienti corrosivi devono essere configurati appositamente, in quanto possono essere esposti potenzialmente a sostanze chimiche aggressive tra cui acidi, alcali e acqua salata. In questi casi la scelta dei materiali \u00e8 di fondamentale importanza. Gli acciai standard si corrodono facilmente, con un conseguente guasto precoce del cuscinetto. In questo caso, \u00e8 necessario considerare il materiale SV30 per gli anelli, con sfere in ceramica, essendo altamente resistenti alla corrosione. Infatti, gli studi hanno dimostrato che questo materiale pu\u00f2 durare molto pi\u00f9 a lungo rispetto ad altri acciai resistenti alla corrosione in un ambiente soggetto a salsedine. Nei test controllati in nebbia salina, l\u2019acciaio SV30 mostra solo lievi segni di corrosione dopo 1.000 ore di prova (si veda il grafico 1), e si pu\u00f2 osservare chiaramente l\u2019elevata resistenza alla corrosione del materiale sugli anelli di prova. \u00c8 inoltre possibile utilizzare materiali ceramici speciali per le sfere, come lo zirconio e il carburo di silicio, per aumentare ulteriormente la resistenza di un cuscinetto alle sostanze aggressive.<\/p>\n

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I sistemi di
cuscinetti di
Barden offrono
una lunga durata
operativa e
funzionano ad
alta velocit\u00e0,
caratteristiche
ideali per le
pompe turbomolecolari
utilizzate per
generare gli
ambienti a vuoto<\/figcaption><\/figure>\n

Ottenere di pi\u00f9 dalla lubrificazione dei substrati<\/strong><\/p>\n

Un\u2019altra tipologia di ambiente che pu\u00f2 creare delle criticit\u00e0 \u00e8 data dalle applicazioni in cui il substrato agisce come lubrificante, ad esempio i refrigeranti, l\u2019acqua o i fluidi idraulici. In tutti questi casi il materiale costituisce l\u2019aspetto pi\u00f9 importante da considerare, ed \u00e8 emerso che spesso i cuscinetti ibridi in acciaio SV30 e ceramica forniscono la soluzione pi\u00f9 pratica e affidabile. In conclusione i cuscinetti standard sono soggetti a rischi di guasti prematuri in condizioni difficili, non essendo in grado di sopportare i rigori degli ambienti estremi. Per garantire un\u2019elevata affidabilit\u00e0 di questi componenti, occorre prestare particolare attenzione alla lubrificazione, ai materiali, ai rivestimenti superficiali e al trattamento termico. In queste applicazioni i cuscinetti devono essere configurati con cura, per renderli adatti allo scopo e in grado di fornire prestazioni eccellenti nel tempo. In qualit\u00e0 di esperti nei cuscinetti di super-precisione per ambienti gravosi, HQW Precision e The Barden Corporation comprendono appieno le esigenze delle applicazioni difficili. Lavorando insieme nel programma \u201cPartners in Precision\u201d, le aziende condividono le conoscenze con i clienti in tutto il mondo, e ci\u00f2 li aiuta a migliorare l\u2019affidabilit\u00e0 dei loro componenti. Per maggiori informazioni visitate www.hqw.gmbh<\/a> o www.bardenbearings.co.uk<\/a>.<\/p>\n

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Autore: Emanuela Bianchi<\/p>\n

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