Wie man Reibung an gleitenden Metallteilen reduziert?
Am häufigsten bei gleitenden Teilen wie Gewinden, Befestigungselementen, Lagern, Zylindern und Kolben beobachtet, kann Reibung auch beim Metallbearbeiten auftreten — wenn mikroskopisch kleine Stücke des Werkstücks an einem maschinellen Schneidwerkzeug haften bleiben, zum Beispiel.
Glücklicherweise gibt es mehrere Möglichkeiten, Reibung zu verhindern, sowohl während der Herstellung der Metallteile als auch während ihrer Betriebszeit. Materialauswahl, Oberflächenbehandlung und effektive Schmierung sind einige der besten Strategien zur Reduzierung von Reibung. Allerdings sind einige Teile und Materialien von Natur aus anfällig für das Problem, was ihre Lebensdauer begrenzt.
Dieser Artikel betrachtet einige Strategien, um Reibung an gleitenden Metallteilen zu vermeiden, mit besonderem Fokus auf die Herstellungsseite: Materialien, Herstellungsprozesse und Oberflächenbehandlungen.
Warum tritt Reibung auf?
Reibung tritt auf, wenn sich gleitende Oberflächen aneinander haften. Reibung und Haftung zwischen den beiden Oberflächen reißen die Kristallstruktur unterhalb der Oberfläche, was dazu führt, dass Material auf die gegenüberliegende Oberfläche übertragen wird. Der sichtbare erhöhte Klumpen, der durch das Phänomen entsteht, ist die “Reibung” oder der „Gallen“.”
Dieses Phänomen tritt auf, weil selbst glatte Teile Mikrorisse — kleine Spitzen und Vertiefungen — auf mikroskopischer Ebene aufweisen. Die mikroskopischen Spitzen oder Rauheiten jedes Materials kommen in Kontakt, was Reibung verursacht.
Mehrere Faktoren können die Schwere der Reibung verschärfen. Dazu gehören:
Unzureichende Schmierung zwischen den beiden gleitenden Oberflächen
Eine Kombination aus hohen Belastungen und langsamen Gleitgeschwindigkeiten
Verwendung von weichen, duktilen Materialien
Verwendung von Materialien mit passivem Oxidfilm wie Edelstahl und Titan
Verwendung desselben Materials auf beiden Oberflächen
Temperaturschwankungen
Reibung tritt häufig bei kleinen Teilen wie Gewindeschrauben auf. Es stellt ein ernsthaftes Risiko in industriellen Prozessen dar, wenn es unbehandelt bleibt. Festgefahrene Gewinde können zum Bruch des Befestigungselements oder der gesamten Baugruppe führen.
Das Problem der Reibung kann zu Maschinenausfällen führen und teure Wartungsarbeiten erfordern, was zu Produktionsverzögerungen und Ressourcenverschwendung führt.
Wie kann man Reibung verhindern?
Es gibt mehrere Möglichkeiten, Reibung an gleitenden Metallteilen zu verhindern oder zu minimieren. Hier konzentrieren wir uns hauptsächlich auf die Wege, wie Hersteller wie XTJ Reibung verhindern können (Materialien und Produktion), anstatt auf die Methoden, die Endanwender durch Schmierung und Wartung anwenden können, obwohl beide wichtig sind.
1. Materialauswahl
Einige Materialien sind anfälliger für Gallenbildung als andere. Im Allgemeinen sind härtere Materialien widerstandsfähiger gegen Gallenbildung als weichere, obwohl auch andere Überlegungen angestellt werden müssen.
Zu den Materialien, die am anfälligsten für Gallenbildung sind, gehören Aluminium, Titan und austenitischer Edelstahl. Diese Materialien sind jedoch oft aufgrund ihrer anderen wünschenswerten Eigenschaften wie Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Bearbeitbarkeit erforderlich. Wenn diese Materialien nicht essenziell sind, sind Alternativen wie Messing, Bronze und Kobalt viel besser geeignet, um Gallenbildung zu vermeiden.
Gallenbildung ist weniger wahrscheinlich, wenn die beiden Gleitflächen aus zwei unterschiedlichen Materialien bestehen, aufgrund ihrer unterschiedlichen atomaren Strukturen.
2. Materialhärtungsbehandlungen
Wie wir besprochen haben, sind Materialien mit höheren Kaltarbeitsraten weniger anfällig für Gallenbildung. Neben der Materialauswahl kann die Härte eines Materials durch bestimmte Metalloberflächenbehandlungen verbessert werden.
Insbesondere bei Edelstahl können Methoden wie Wärmebehandlung, Carburieren und Nitrieren alle Schäden durch Gallenbildung verringern.
3. Oberflächenrauheitsbehandlungen
Raue Oberflächen können Gallenbildung verschärfen, da die Unebenheiten jeder Oberfläche ineinandergreifen können. Andererseits können sehr glatte Oberflächen ebenfalls Gallenbildung verursachen, da die fehlende Textur auf der Oberfläche bedeutet, dass Schmiermittel nicht eingefangen und an Ort und Stelle gehalten werden können.
Die ideale Oberflächenrauheit zur Verhinderung von Gallenbildung liegt über 0,25 mm Ra und unter 1,5 mm Ra.
Oberflächenfinish-Behandlungen wie Schleifen, Polieren und Polieren können verwendet werden, um die Rauheit von Materialien mit einer Oberflächenrauheit von mehr als 1,5 mm Ra zu verringern, während Behandlungen wie grobe Schleuderriefenstrahlung verwendet werden können, um die Oberflächenrauheit zu erhöhen (und gleichzeitig Oberflächenfehler zu kaschieren).
4. Anti-Gallen-Beschichtungen
Teile, die anfällig für Gallenbildung sind, können mit Anti-Gallen-Beschichtungen behandelt werden, die formuliert sind, um die Reibung zu verringern. Eine mögliche Beschichtungsart ist Wolframdisulfid, das als Trockenschmierfilm wirkt. Im Gegensatz zu flüssigen Schmierstoffen, die vor der Montage und Nutzung aufgetragen und erneut aufgetragen werden, zieht Wolframdisulfid keinen Schmutz und Ablagerungen an.
Eine weitere Möglichkeit zur Verringerung der Gallenbildung ist die chemische Nickel- oder Chrombeschichtung, die auch die Korrosionsbeständigkeit verbessern kann. Das Beschichten kann besonders wirksam sein, wenn es nur auf eine der beiden Gleitflächen aufgetragen wird.
Eine weitere beliebte Anti-Gallen-Beschichtung ist diamantähnlicher Kohlenstoff (DLC), der die Härte eines Metallteils erheblich erhöhen kann.
5. Bauteilgestaltung
Der Oberflächendruck kann reduziert und die Gallenbildung minimiert werden, indem die Kontaktfläche zwischen den Gleitflächen vergrößert wird. Bei der Konstruktion von Teilen sollte die Kontaktfläche nach Möglichkeit maximiert werden. Das Design sollte eine ausreichende Schmierung der Gleitteile ermöglichen — Hohlräume oder Löcher können dabei helfen, das Schmiermittel im Kontaktbereich zu halten.
Die Angabe von Toleranzen ist ebenfalls wichtig bei der Konstruktion. Gleitende Teile sollten ausreichend Spiel haben, um Reibung zu minimieren, während sie gleichzeitig wie vorgesehen funktionieren.
6. Schmierung
Effektive Schmierung ist eine der wichtigsten Strategien zur Verhinderung von Gallenbildung bei gleitenden Metallkomponenten. Schmierung reduziert Reibung und Kontaktwärme und wirkt außerdem als Schutzschicht zwischen zwei Oberflächen.
Häufig verwendete Schmierstoffe zur Verhinderung von Gallenbildung sind spezielle Anti-Galling-Schmierstoffe, Fett, Öl und Anti-Seize-Lösungen.
XTJ ist ein führender OEM-Hersteller, der sich der Bereitstellung von Komplettlösungen von Prototyp bis Produktion verschrieben hat. Wir sind stolz darauf, ein nach ISO 9001 zertifiziertes System für Qualitätsmanagement zu sein, und wir sind bestrebt, in jeder Kundenbeziehung Mehrwert zu schaffen. Das tun wir durch Zusammenarbeit, Innovation, Prozessverbesserungen und außergewöhnliche Handwerkskunst.
