L'usura da sfregamento nei giunti bullonati è un problema comune in macchinari, veicoli, apparecchiature per l'energia eolica, sistemi ferroviari, pompe, compressori e strutture in acciaio vibranti. Di solito appare quando due superfici bloccate si muovono leggermente l'una contro l'altra sotto carico. Il movimento è piccolo, ma il danno può aumentare nel tempo.
Inizialmente, lo sfregamento può apparire come polvere scura, detriti bruno-rossastri, metallo lucido, piccole cavità o cicatrici superficiali attorno al foro del bullone, alla faccia della rondella o all'interfaccia del giunto. Se la causa non viene eliminata, si possono verificare perdite di precarico, rotture per fatica, allentamento dei bulloni, danni superficiali e guasti prematuri ai giunti.
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Cos'è l'usura da sfregamento?
Piccolo movimento, danni ripetuti
L'usura da sfregamento si verifica quando due superfici di contatto subiscono ripetuti microscorrimenti. Il movimento può essere solo di pochi micron, ma è sufficiente per danneggiare la pellicola superficiale e produrre detriti da usura.
Nelle giunzioni bullonate ciò accade spesso quando la forza di serraggio non è sufficiente a impedire il movimento tra le parti collegate.
| Posizione irritante | Segno comune | Possibile risultato |
|---|---|---|
| Sotto la testa del bullone | Anello lucido, detriti scuri | Perdita di precarico |
| Sotto lavatrice | Graffi superficiali o polvere di ruggine | Danni alla superficie del cuscinetto |
| Intorno al foro del bullone | Segni di usura ovali | Scivolone congiunto |
| Tra i piatti | Polvere scura o vaiolatura locale | Innesco di cricche da fatica |
| Area di contatto del filo | Usura o irritazione | Difficoltà o allentamento del montaggio |
Il fretting non è la stessa cosa della normale corrosione. È un processo combinato di usura e ossidazione causato da piccoli movimenti ripetuti.
Perché si verifica il sfregamento nei giunti bullonati
L'articolazione si muove quando non dovrebbe
Un giunto bullonato adeguatamente progettato dovrebbe impedire alle parti serrate di scivolare sotto il carico di servizio. Quando le vibrazioni esterne, il carico di taglio, il ciclo termico o l’impatto superano la capacità di attrito del giunto, inizia il micromovimento.
| Causa | Come porta all'irritabilità |
|---|---|
| Basso precarico | Le parti serrate possono scivolare |
| Scarso controllo della coppia | La forza di serraggio varia tra i bulloni |
| Rondella morbida o materiale di base | Incastri sulla superficie del cuscinetto e cadute di precarico |
| Lunghezza dell'impugnatura corta | Il giunto è meno elastico e perde il precarico più velocemente |
| Vibrazione | Movimento trasversale ripetuto |
| Cicli termici | L'espansione e la contrazione riducono la stabilità |
| Mancata corrispondenza della rugosità superficiale | I punti alti locali si consumano per primi |
| Compressione del rivestimento | La forza del morsetto si allenta dopo l'installazione |
Spesso la colpa dello sfregamento è del bullone, ma il design completo del giunto di solito necessita di una revisione.
Perché agitarsi è rischioso
Può iniziare crepe da fatica
Il rischio più grave non è solo l’usura superficiale. Lo sfregamento crea piccole aree danneggiate che possono diventare punti di inizio cricca. Nelle vibrazioni ad alto numero di cicli, ciò può ridurre significativamente la durata a fatica.
L'agitazione può anche fuorviare i team di manutenzione. Il giunto può sembrare stretto, ma il precarico potrebbe già essere ridotto. Un dado potrebbe essere ancora in posizione mentre le superfici serrate si muovono lentamente.
| Rischio | Impatto pratico |
|---|---|
| Perdita di precarico | Allentamento e scivolamento delle articolazioni |
| Danni superficiali | Contatto scarso e controllo dell'attrito inferiore |
| Crepe da fatica | Guasto improvviso dopo cicli ripetuti |
| Accelerazione della corrosione | Detriti di ossido e rivestimento danneggiato |
| Perdita di allineamento | Aumentano le vibrazioni dei macchinari |
| Difficoltà di manutenzione | Superfici di contatto grippate o danneggiate |
Nelle macchine rotanti o vibranti, lo sfregamento è un segnale di avvertimento. Non dovrebbe essere ignorato come un problema estetico.
Soluzioni di fissaggio per il controllo dello sfregamento
Iniziare con il precarico e la rigidità del giunto
La migliore soluzione di fissaggio di solito non è una parte speciale. È un sistema di fissaggio controllato.
I controlli chiave includono:
- Utilizzare la dimensione e la qualità dei bulloni corretti.
- Applicare il precarico corretto.
- Utilizzare un metodo di serraggio adeguato.
- Selezionare rondelle con durezza e area di supporto adeguate.
- Evitare superfici morbide sotto carico elevato.
- Utilizzare le funzioni di blocco laddove le vibrazioni lo richiedono.
- Confermare gli effetti del rivestimento e della lubrificazione sulla coppia.
- Ispezionare il giunto dopo la manutenzione iniziale se l'applicazione è critica.
Per la selezione del materiale, XZ Fastener elementi di fissaggio in acciaio al carbonio e elementi di fissaggio in acciaio inossidabile le pagine possono aiutare gli acquirenti a confrontare le opzioni più comuni.
Selezione della superficie della rondella e del cuscinetto
La rondella può creare o rompere la giunzione
Le rondelle vengono spesso trascurate in caso di problemi di sfregamento. Una rondella morbida potrebbe incastrarsi sotto carico, riducendo il precarico. Una rondella con scarsa planarità può creare un contatto irregolare. Una lavatrice troppo piccola potrebbe concentrare la pressione.
| Scelta della lavatrice | Effetto sul controllo del fretting |
|---|---|
| Rondella indurita | Riduce l'inclusione in condizioni di precarico elevato |
| Rondella OD grande | Distribuisce il carico su materiale più morbido |
| Rondella di bloccaggio a cuneo | Aiuta a resistere all'allentamento delle vibrazioni |
| Rondella piatta | Supporto cuscinetto di base |
| Rondella elastica | Supporto limitato in caso di forti vibrazioni |
| Rondella rivestita | Deve corrispondere al rivestimento di bulloni e dadi |
Per i giunti bullonati ad alta resistenza, la durezza della rondella deve corrispondere al grado del bullone e ai requisiti di applicazione.
Rivestimento, lubrificazione e condizioni della superficie
La finitura superficiale modifica l'attrito
Il rivestimento può ridurre la corrosione, ma modifica anche l’attrito. La zincatura, la zincatura a caldo, lo zinco lamellare, i rivestimenti di tipo Dacromet, PTFE, l'ossido nero e le finiture fosfatate si comportano tutti in modo diverso durante il serraggio.
Se il valore della coppia viene copiato da una condizione di rivestimento diversa, il precarico potrebbe essere troppo basso o troppo alto. Un livello troppo basso può consentire lo scivolamento del giunto. Un valore troppo alto può danneggiare le filettature o schiacciare la superficie del giunto.
| Condizione della superficie | Preoccupazione preoccupante |
|---|---|
| Acciaio secco | Attrito maggiore, precarico incerto |
| Filetti lubrificati | Precarico più elevato a parità di coppia |
| Rivestimento PTFE | Basso attrito; la coppia deve essere verificata |
| Rivestimento in lamelle di zinco | Utile dove è importante il controllo della corrosione e dell'attrito |
| Zincatura a caldo | È necessario verificare la superficie più ruvida e l'adattamento della filettatura |
| Rivestimento danneggiato | Punto di corrosione e usura locale |
Per i riferimenti ai rivestimenti, vedere XZ Fastener Rivestimento PTFE e rivestimento in zinco-alluminio pagine.
Lista di controllo di progettazione e ispezione
Prevenire lo sfregamento prima della produzione
Un giunto bullonato resistente allo sfregamento deve essere controllato prima della produzione in serie o dell'installazione sul campo.
| Controlla l'articolo | Azione dell'acquirente o dell'ingegnere |
|---|---|
| Direzione del carico | Confermare la vibrazione di trazione, taglio o trasversale |
| Destinazione precaricata | Definire la coppia, l'angolo o il metodo di tensionamento |
| Requisito della lavatrice | Specificare durezza, dimensione e rivestimento |
| Condizioni superficiali | Confermare il rivestimento e la lubrificazione |
| Materiale congiunto | Controllare morbidezza, vernice, rivestimento e planarità |
| Metodo di blocco | Se necessario, aggiungere un dado di bloccaggio, una rondella a cuneo, un adesivo o un altro metodo |
| Piano di ispezione | Controllare il precarico, l'usura visiva e l'intervallo di manutenzione |
Se durante la manutenzione si riscontrano sfregamenti, ispezionare non solo il dispositivo di fissaggio. Controllare le condizioni del foro, il contatto della piastra, l'allineamento, la finitura superficiale e la fonte di vibrazione.
Elenco di controllo RFQ per applicazioni sensibili al fretting
Cosa devono specificare gli acquirenti
Una richiesta di offerta completa dovrebbe includere:
- Tipo di elemento di fissaggio, standard, dimensione e qualità.
- Requisiti di dadi e rondelle.
- Finitura superficiale e condizioni di lubrificazione.
- Carico applicativo e condizioni di vibrazione.
- Coppia o precarico richiesti.
- Informazioni sulla superficie di appoggio o sul materiale del giunto.
- Metodo di blocco se specificato.
- Requisiti di spessore o attrito del rivestimento.
- Requisiti di certificazione, ispezione e tracciabilità.
- Test a campione o prova di assemblaggio, se necessario.
Per bulloni, rondelle, dadi di bloccaggio, elementi di fissaggio rivestiti o assemblaggi personalizzati specifici del progetto, inviare disegni e condizioni di servizio tramite XZ Fastener Contattaci.
Raccomandazione finale
L'usura da sfregamento nelle giunzioni bullonate è causata da piccoli movimenti ripetuti tra le superfici serrate. La vera soluzione è prevenire tale movimento attraverso il corretto precarico, la selezione della rondella, il controllo della superficie, la progettazione del giunto e la gestione delle vibrazioni.
Un bullone più forte da solo potrebbe non risolvere il problema. Anche un rivestimento migliore da solo potrebbe non risolvere il problema. Il sistema di fissaggio deve essere scelto come giunto completo. Quando il precarico, le condizioni della superficie, il supporto della rondella e il metodo di bloccaggio vengono controllati insieme, il rischio di sfregamento diminuisce significativamente.
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