5. Tribologia
• Tribos = attrito
• Logos = insegnamento
 lubrificazione
5.2 Tribotecnica
•
Tribotecnica = parte della tribologia che si occupa, con l‘utilizzo delle conoscenze
sulla ricerca degli attriti, di metodi per minimizzare l‘usura da attrito nell‘ambito
della costruzione di macchine.
Il sistema tribologico si compone sempre di 4 elementi:
-
1. corpo base (di studio)
2. “contro corpo” (secondario, in contatto con corpo di base)
3. sostanza tra i corpi (materiale di contatto tra 1. e 2.)
4. ambiente circostante
5.2 Esempio
5.2 Complessità di analisi
Solo la ricerca degli effetti secondari trasversali di tutti e quattro gli
elementi permette la scoperta della causa dell‘invecchiamento del
sistema.
5.3 Logoramento
• perdita di materiale causata dall’attrito
• Attrito orizzontale:
– A secco (senza lubrificante)  forte logoramento, surriscaldamento freni.
– Misto (pocco lube (grasso-olio)  moderato logorio, catene.
– Idrodinamica (film lubrificante)  lieve logoramento, bronzine.
5.3 Lubrificazione
5.3 Formazione Film Lubrificante
5.3 Stato di Qualità
5.4 Concetti di precauzione
1. Ricercare gli effetti
2. Quali misure? (per sanare cause, non solo sintomi)
3. 4 elementi, 4 strade:
5.4 Concetti di precauzione
Possibile schema d‘analisi:
 Seguono dettagli die vari punti.
5.4.1 Macrogeometria
Figura 1
Figura 2
Figur
a3
 Domande sul fascicolo.
Figur
a4
5.4.2 Microgeometria
Analisi della struttura delle superfici (d‘appoggio e contatto)
Per la rugosità superficiale e per la qualità della superficie c‘è la norma DIN 4760
che descrive dettagliatamente tutto quanto. In questo caso ci sono i seguenti valori
significativi:
- profondità delle rughe Rt
- rugosità media Ra
- rugosità media quadratica Rq
- profondità della superficie piana Rp
DIN 4760 Deutsches Institut für Normung
5.4.3 Materiali di contatto
Materiali di contatto:
- gas
- fluidi
Alcuni esempi di materiali a contatto:
- petrolio;
- additivi lubrificanti;
- oli vs. grassi
- solidi (grafite e solfito di Molibdeno)
- lubrificanti sintetici (mix)
 Proponi un esempio alternativo
5.4.4 Altri fattori d‘influsso
•
•
•
Posizione (dimensioni + tolleranza)
Il materiale
La copertura superficiale
DIN 17006
Protezione, decorazione
Si distinguono gli strati metallici, quelli non metallici
organici ed inorganici
Pretrattamento per la formazione degli strati (sporcizia)
DIN 17006
Visione schematica dei processi di stratificazione più importanti
per la produzione di superfici protettive.
Rivestire un metallo con un altro mediante un
processo elettrolitico
Visione schematica dei processi di stratificazione più importanti
per la produzione di superfici protettive.
…membrane
5.4.5 Ambiente circostante
• Fattori da analizzare:
– la composizione del materiale, le sue impurità, la temperatura e la pressione.
• L‘ambiente circostante può essere liquido, gassoso o solido.
• Caso particolare: quando l‘ambiente circostante non c‘è: “vuoto”
5.4.6 Effetti
L‘usura dipende dalla durata dell‘Attrito (DIN 50320):
Prima di intraprendere delle azioni per evitare l‘usura bisogna eseguire un‘analisi di costi-benefici.
Ricorda..
6 Tecnica di Lubrificazione
Viscosità in funzione di Pressione e Temperatura e.. l’uso dei mezzi di
lubrificazione richiede conoscenze di molte altre proprietà come:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
il potere di non lasciarsi inquinare/sporcare
la bagnabilità dei metalli
la formazione di schiuma
invecchiamento
il potere di separarsi dall’acqua
il comportamento alla corrosione
il deterioramento della protezione nel campo di attriti misti
il potere di neutralizzare acidi
il comportamento contro le guarnizioni e parti verniciate
ecc.
Tratto da 3.14 Viscosotà (Grandezza derivata)
 Diverse vecchie unità di misura in uso pag. 95
„Attrito“ sullo strato del liquido
Con più è viscoso
con meno è fluido!
Agisce sulla densità del liquido  cambia rapporto m/V
Importante per viscosimetri a deflusso
ISO 3448 e norma DIN 51519
Occhio!
6.2 Grassi lubrificanti
• Tre elementi di base
– Olio di base
– Materiale attivo
– Indurente (solidificante, saponi o bentonite)
• Grandezze caratteristiche:
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
colore
struttura
punto di formazione delle gocce/liquefazione
penetrazione/consistenza
viscosità dell’olio di base
tipo del solidificante
parte d’olio
campo d’impiego a dipendenza della temperatura
resistenza al pompaggio e alla fluidità
ecc.
Classificazione lubrificanti
Con il viscosimetro ENGELER a deflusso si definisce quanto impiega l’acqua a
fuoriuscire, p. e. 10 sec. Un volume uguale d’olio ammesso che impieghi 215
sec. a fuoriuscire allora la sua viscosità è di 21.5°E. Per l’olio il tempo impiegato
è 21.5 volte maggiore.
Classificazione lubrificanti
Per MOTORI
Per oli lubrificanti di motori esistono
anche delle classi di viscosità SAE.
(Society of Automotive Engineers)
Classificazione lubrificanti
Nelle due norme SAE vengono differenziati gl’oli per l’uso invernale (contrassegnato con la
lettera W) e gli oli estivi senza contrassegni.
Classificazione lubrificanti
(NLGI National Lubricating Grease Institute)
Classificazione in base alla consistenza
Classificazione lubrificanti
- Penetrazione (grasso lavorato o non) DIN 51 804
- Punto di sgocciolamento (da grasso a olio), dipende dal solidificante e
dalla viscosità di base. La temperatura più alta d‘‘impiego non corrisponde a
quella di formazione delle goccie. DIN 51 801
Verifica dei materiali lubrificanti
L’analisi si estende al:
- colore
- contenuto di corpi estranei:
• acqua
• particelle
• Acidi
- viscosità:
• troppo alta se l’olio è vecchio
• troppo bassa se mescolato con petrolio usato per pulire
Verifica dei materiali lubrificanti
Misure:
• DIN- oppure bicchiere di ENGELER.
• DIN 51550 Determinazione della viscosità. Regole generali.
Esempio: contenitori d‘olio OK quando:
•
•
•
•
non contengono acqua
contengono poche particelle
ne acidi che sono ancora alcaici
e per quanto concerne la viscosità deve essere nel campo di tolleranza
Cos‘è un laminatoio?
Il laminatoio è una macchina industriale per la laminazione e/o la sagomatura a caldo o a freddo di materiali malleabili.
Campionatura per analisi
 Regola: La prova dell’olio deve essere rappresentativa per i contenitori.
Soggettiva (imprecisa)
Valutazione:
Oggettiva (più precisa)
Valutazione soggettiva
Lasciare riposare per 30 minuti in una provetta il campione
Valutazione:
• Colore (confrontarlo con quello di un olio fresco o dell’ultimo campione)
• Scuro sta per probabilmente invecchiamento avanzato
• torbido probabilmente contiene acqua sopra lo 0,01%.
• Depositi
• trucioli (ev.toglierli con una calamita).
• fiocchi o materiale galleggiante → solo dopo giorni sul fondo.
Valutazione oggettiva
(es.: per il contenuto di particelle)
Si preleva un campione (10 ml)  filtraggio con porosità definita  analisi microscopio o spettrale
Contenuto d‘acqua nell‘olio
Se il contenuto d‘acqua è superiore allo 0.1%  durata limitata di cuscinetti
 Contenuto d‘acqua diagnosticabile anche con una
reazione chimica (liberazione d‘idrogeno)
7 Corrosione
Insieme di reazioni chimiche, mutazioni dei materiali.
Esempio di danni secondari sono:
– esplosione di contenitori con conseguenti danni
all’ambiente circostante
– irradiazione di materiali e energia di processi causata
dall’esplosione di contenitori in luoghi non ermetici
– formazione di miscele altamente esplosive pericolose per
l’ambiente e per le persone.
7.1 Tipi di corrosione
• Asportazione regolare del materiale
• Elemento galvanico
Metallo non nobile
(Anodo)
• Corrosione a buchi
Metallo nobile
(Catodo)
nuovo
7.1 Tipi di corrosione
• Al confine dei granuli (intercristallinica)
A
• Nelle fessure
Acciaio inossidabile
• Per screpolature dovute alla tensione
Misure di grandezza della corrosione DIN 50901
Tabella resistenza alla corrosione pag. 111
Alcune caratteristiche di alcuni materiali
Metalli:
•
buoni conduttori del calore e della corrente elettrica
•
alta resitenza e rigidità
•
debole dilatazione a causa della temperatura
•
resistenti alla corrosione e al logoramento
•
utilizzabili ad alte temperature
•
impermeabili a gas e vapori
•
alta densità
•
Saldabili
Termoplastici:
•
cattivi conduttori del calore, isolanti per la corrente elettrica
•
limitata resistenza e rigidità
•
grande dilatazione a causa della temperatura
•
resistenza alla corrosione molto variabile, così come la resistenza al logoramento
•
temperatura sopra i 200°C solo in casi eccezionali
•
permeabili a gas e vapori
•
bassa densità
•
saldabili
•
bruciano
Duroplastici:
•
come i termoplastici, ma non sono saldabili
Elastomeri:
•
cattivi conduttori del calore, isolanti per la corrente elettrica
•
elastici
•
resistenza alla corrosione molto variabile, piuttosto cattiva (rigonfiamenti)
•
temperatura sopra i 200°C solo in casi eccezionali
•
permeabili a gas e vapori *
7.3 Protezione contro:
• Corrosione
• Logoramento
• Affaticamento
Promuove la rottura
Perdita materiale
7.3 Protezione dalla corrosione:
•
Dei metalli (asporto di materiale, assottigliamento, danno esterno)
– 4 possibilità in caso di logoramento lineare:
–
–
–
–
Diminuire l‘attività dell‘agente aggressivo (aggiunta inibitori)
Applicare una corrente inversa
Applicare degli strati protettivi (smalti, teflon)
Sostituzione con materiale più resistente
– 4 possibilità per elementi galvanici:
–
–
–
–
Combinare materiali con lo stesso potenziale elettrico
Introdurre isolazione elettrica (bloco flusso corrente)
Tener lontane soluzioni elettrolitiche
Usare materiale resistente alla corrosione.
– Per erosione a buchi: (vedi corrosione superficiale +)
–
–
–
Usare leghe che favoriscono l‘applicazione di strati protettivi
Evitare depositi nelle tubazioni
Diminuire la temperatura di servizio
– Per corrosione nelle fessure: (vedi elementi galvanici +)
–
Evitare le fessure ö_Ö
– Per corrosione intercristallinica:
–
–
–
Usare acciai NIRO a basso contenuto di C (<0.03%) contenenti Titanio e Nobio
Dopo saldatura temperare
Evitare acciai con elevato contenuto di zolfo
– Per screpolature da tensione meccanica: (N.B. combinazioni da evitare)
– Per corrosione da sfregamento (ruggine d‘accopiamento, segnale d‘allarme ->polvere rosso
bruno
–
–
–
Impedire i micro-movimenti
Trattamento delle superfici (strati protettivi)
Paste speciali (pasta di montaggio nera NON serve, anzi!)
7.3 Protezione dalla corrosione:
Di plastiche ed elastomeri (nessun asporto di materiale ma
rigonfiamento, danno interno)
Provvedimenti di protezione limitati!  rimpiazzo
Protezione contro il logoramento
Sono possibili 4 provvedimenti per evitare accoppiamenti soggetti a corrosione
• Modificare la costruzione del sistema
– Sostituire sedi scorrevoli (bussole) e a rotolamento (cuscinetti)
– Sostituire film lubrificante
• Sostituire il materiale d‘intercapedine
– Cambio del lubrificante (grasso o olio)
– Evitare entrata di sostanze estranee
• Aggiungere strati protettivi
– Molibdeno, cromo, rame, TEFLON, zinco, oro,…
• Usare materiale più resistente all‘usura
– Vedi tabella
Caso particolare
• Corrosione per cavitazione (nelle incavature) nelle
turbine o valvole d‘aspirazione.
Bassa pressione  formazione bolle  aggregazione  forti urti meccanici  materiale di protezione si danneggia  corrosione
• Misure di rimedio
–
–
–
–
–
Aumentare la pressione dalla parte dell‘aspirazione
Diminuire la temperatura del liquido
Ridurre la velocità del flusso
Usare materiale più resistente (Acciaio Cr-Mn, NIRO, bronzo)
Lucidare le superfici
Acciaio = lega Fe-C (1.7%)
Ghisa = lega Fe-C (6%)
Meccanismi d‘affaticamento del materiale:
• Rottura per sollecitazione dinamica
• Formazione di fossette a causa di pressione dinamica
8 Affaticamento, Invecchiamento, Sovraccarico
• L’affaticamento é una conseguenza dovuta a
sollecitazioni dinamiche e all’azione di forze
che agiscono sui materiali.
• L’affaticamento del materiale si manifesta in:
–
–
–
–
alberi sottoposti a rotazione
pezzi che oscillano o con spostamenti veloci in avanti e indietro
rullatura (laminatoi) area dei denti che si intersecano, ecc.
pezzi che vanno in battuta.
Esempio: ruote dentate
• Due tipi di sollecitazione dinamica:
Pressione centrale variabile
Piegatura variabile
Rotture dovute all’affaticamento e scanalature hanno luogo quando il materiale è sollecitato oltre il consentito a
causa di:
- errori di costruzione rispettivamente di calcolo
- sovra carico della macchina.
Affaticamento  rottura (per acciaio)
Acciaio INOX: Ferro, Cromo (13%), Carbonio (0.25%)
Resistenza
• Al contrario del processo di logoramento
l’evoluzione dell’affaticamento
• non é visibile
• non é misurabile.
• ma si può sorvegliare  sorveglianza dello stato
9. Installazioni elettriche
I singoli elementi (punti di possibile misura) come:
•
•
•
•
•
-tensione
-corrente
-resistenza
-frequenza e periodo
-potenza elettrica
• Le 5 regole di sicurezza, secondo le prescrizioni della corrente forte sono
assolutamente da rispettare e sono:
•
•
•
•
•
Disinserire e separare completamente l’istallazione
Assicurarsi contro un rienserimento
Verificare l’assenza di tensione
Effettuare la messa a terra
Proteggersi contro pezzi o parti di circuito nelle vicinanze sotto tensione.
10. Analisi dello stato e procedimento sistematico
• Come affrontare i problemi con 4 metodi:
- Brainstorming
- Mindmapping
- Fischgratmetode (metodo a lisca di pesce)
- Analisi tecnica dei disturbi
Brainstorming
Necessità del gruppo
 Principi d‘efficienza!
Mind-Mapping
Obiettivo o
punto di
partenza
Fischgratmetode (metodo a lisca di pesce)
•
L’obiettivo del metodo é di poter riassumere secondo delle strutture tutte le cause di
un problema o di uno stato, che sono da ricercare.
Analisi secondo Kepner Tregoe
Analisi secondo Kepner Tregoe
Mappe concettuali