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Categoria: Tribologia dei liquidi

 

Prestazioni di abrasione della carta vetrata con un tribometro

PRESTAZIONI DI ABRASIONE DELLA CARTA VETRATA

UTILIZZANDO UN TRIBOMETRO

Preparato da

DUANJIE LI, PhD

INTRODUZIONE

La carta vetrata è costituita da particelle abrasive incollate su una faccia della carta o del tessuto. Per le particelle possono essere utilizzati diversi materiali abrasivi, come il granato, il carburo di silicio, l'ossido di alluminio e il diamante. La carta vetrata è ampiamente applicata in diversi settori industriali per creare finiture superficiali specifiche su legno, metallo e cartongesso. Spesso lavora in condizioni di contatto ad alta pressione, applicata a mano o con utensili elettrici.

IMPORTANZA DELLA VALUTAZIONE DELLE PRESTAZIONI DI ABRASIONE DELLA CARTA VETRATA

L'efficacia della carta vetrata è spesso determinata dalle sue prestazioni di abrasione in diverse condizioni. La grana, cioè la dimensione delle particelle abrasive incorporate nella carta vetrata, determina la velocità di usura e la dimensione dei graffi del materiale da levigare. Le carte abrasive con un numero di grana più alto hanno particelle più piccole, il che comporta velocità di levigatura inferiori e finiture superficiali più fini. Carte abrasive con lo stesso numero di grana, ma fatte di materiali diversi, possono avere comportamenti diversi in condizioni di asciutto o bagnato. Per garantire che la carta abrasiva prodotta abbia il comportamento abrasivo desiderato, sono necessarie valutazioni tribologiche affidabili. Queste valutazioni consentono agli utenti di confrontare quantitativamente il comportamento all'usura di diversi tipi di carta vetrata in modo controllato e monitorato, al fine di selezionare il candidato migliore per l'applicazione desiderata.

Tribometro pneumatico ad alto carico

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questo studio, mostriamo la capacità del Tribometro NANOVEA di valutare quantitativamente le prestazioni di abrasione di vari campioni di carta vetrata in condizioni di asciutto e bagnato.

NANOVEA

T2000

SAPERNE DI PIÙ

PROCEDURE DI TEST

Il coefficiente di attrito (COF) e le prestazioni di abrasione di due tipi di carta vetrata sono stati valutati dal tribometro NANOVEA T100. Come contromateriale è stata utilizzata una sfera in acciaio inossidabile 440. Le cicatrici da usura della palla sono state esaminate dopo ogni prova di usura utilizzando NANOVEA Profilatore ottico 3D senza contatto per garantire misurazioni precise della perdita di volume.

Si noti che per creare uno studio comparativo è stata scelta una sfera in acciaio inox 440 come materiale di contrasto, ma è possibile sostituire qualsiasi materiale solido per simulare una diversa condizione di applicazione.

RISULTATI DEI TEST E DISCUSSIONE

La FIGURA 1 mostra un confronto del COF della carta vetrata 1 e 2 in condizioni ambientali asciutte e bagnate. La carta vetrata 1, in condizioni di asciutto, mostra un COF di 0,4 all'inizio del test, che diminuisce progressivamente e si stabilizza a 0,3. In condizioni di bagnato, questo campione mostra un COF medio inferiore, pari a 0,27. Al contrario, i risultati del COF del campione 2 mostrano un COF a secco di 0,27 e un COF a umido di ~ 0,37. 

Si noti che l'oscillazione dei dati per tutti i grafici COF è stata causata dalle vibrazioni generate dal movimento di scorrimento della sfera contro le superfici ruvide della carta vetrata.

FIGURA 1: Evoluzione della COF durante le prove di usura.

La FIGURA 2 riassume i risultati dell'analisi delle cicatrici da usura. Le cicatrici da usura sono state misurate con un microscopio ottico e un profilatore ottico senza contatto NANOVEA 3D. Le FIGURE 3 e 4 confrontano le cicatrici da usura delle sfere SS440 usurate dopo i test di usura su carta vetrata 1 e 2 (in condizioni di bagnato e asciutto). Come mostrato nella FIGURA 4, il profilatore ottico NANOVEA cattura con precisione la topografia superficiale delle quattro sfere e le rispettive tracce di usura, che sono state poi elaborate con il software di analisi avanzata NANOVEA Mountains per calcolare la perdita di volume e il tasso di usura. Dall'immagine al microscopio e dal profilo della sfera si può osservare che la sfera utilizzata per il test della carta vetrata 1 (a secco) presenta una cicatrice di usura più grande e appiattita rispetto alle altre, con una perdita di volume pari a 0,313. mm3. Al contrario, la perdita di volume per la carta vetrata 1 (bagnata) è stata pari a 0,131 mm3. Per la carta vetrata 2 (asciutta) la perdita di volume è stata di 0,163. mm3 e per la carta vetrata 2 (bagnata) la perdita di volume è aumentata a 0,237 mm3.

Inoltre, è interessante osservare che il COF ha svolto un ruolo importante nelle prestazioni di abrasione delle carte abrasive. La carta vetrata 1 ha mostrato un COF più elevato in condizioni asciutte, portando a un tasso di abrasione più elevato per la sfera SS440 utilizzata nel test. In confronto, la maggiore COF della carta vetrata 2 in condizioni di bagnato ha portato a un tasso di abrasione più elevato. Le tracce di usura delle carte abrasive dopo le misurazioni sono mostrate in FIGURA 5.

Entrambi i Sandpapers 1 e 2 affermano di funzionare sia in ambienti asciutti che bagnati. Tuttavia, hanno mostrato prestazioni di abrasione significativamente diverse in condizioni asciutte e bagnate. NANOVEA tribometri fornire funzionalità di valutazione dell'usura quantificabili e affidabili ben controllate che garantiscono valutazioni dell'usura riproducibili. Inoltre, la capacità di misurazione del COF in situ consente agli utenti di correlare le diverse fasi di un processo di usura con l'evoluzione del COF, il che è fondamentale per migliorare la comprensione fondamentale del meccanismo di usura e delle caratteristiche tribologiche della carta vetrata.

FIGURA 2: Volume della cicatrice da usura delle sfere e COF medio in diverse condizioni.

FIGURA 3: Cicatrici di usura delle sfere dopo i test.

FIGURA 4: Morfologia 3D delle cicatrici da usura sulle sfere.

FIGURA 5: Tracce di usura sulle carte abrasive in diverse condizioni.

CONCLUSIONE

In questo studio sono state valutate le prestazioni di abrasione di due tipi di carta vetrata dello stesso numero di grana in condizioni di asciutto e bagnato. Le condizioni di servizio della carta vetrata giocano un ruolo fondamentale nell'efficacia delle prestazioni di lavoro. La carta vetrata 1 ha avuto un comportamento di abrasione significativamente migliore in condizioni di asciutto, mentre la carta vetrata 2 si è comportata meglio in condizioni di bagnato. L'attrito durante il processo di levigatura è un fattore importante da considerare per valutare le prestazioni di abrasione. Il profilatore ottico NANOVEA misura con precisione la morfologia 3D di qualsiasi superficie, come le cicatrici da usura su una sfera, garantendo una valutazione affidabile delle prestazioni di abrasione della carta vetrata in questo studio. Il Tribometro NANOVEA misura il coefficiente di attrito in situ durante un test di usura, fornendo una visione delle diverse fasi di un processo di usura. Offre inoltre test ripetibili di usura e attrito utilizzando modalità rotative e lineari conformi alle norme ISO e ASTM, con moduli opzionali per l'usura ad alta temperatura e la lubrificazione disponibili in un unico sistema pre-integrato. Questa gamma impareggiabile consente agli utenti di simulare diversi ambienti di lavoro gravosi per i cuscinetti a sfera, tra cui sollecitazioni elevate, usura e temperature elevate, ecc. Fornisce inoltre uno strumento ideale per valutare quantitativamente il comportamento tribologico dei materiali resistenti all'usura in presenza di carichi elevati.

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Test di usura del pistone

Test di usura del pistone

Utilizzo di un tribometro

Preparato da

FRANK LIU

INTRODUZIONE

La perdita per attrito rappresenta circa 10% dell'energia totale del carburante per un motore diesel.[1]. 40-55% della perdita di attrito proviene dal sistema del cilindro di potenza. La perdita di energia dovuta all'attrito può essere ridotta con una migliore comprensione delle interazioni tribologiche che si verificano nel sistema del cilindro di potenza.

Una parte significativa della perdita di attrito nel sistema dei cilindri di potenza deriva dal contatto tra il cielo del pistone e la canna del cilindro. L'interazione tra il cielo del pistone, il lubrificante e le interfacce del cilindro è piuttosto complessa a causa dei continui cambiamenti di forza, temperatura e velocità in un motore reale. L'ottimizzazione di ogni fattore è fondamentale per ottenere prestazioni ottimali del motore. Questo studio si concentra sulla riproduzione dei meccanismi che causano le forze di attrito e l'usura alle interfacce gonna del pistone-lubrificante-camera del cilindro (P-L-C).

 Schema del sistema dei cilindri di potenza e delle interfacce gonna del pistone-lubrificante-camicia del cilindro.

[1] Bai, Dongfang. Modellazione della lubrificazione del mantello del pistone nei motori a combustione interna. Diss. MIT, 2012

IMPORTANZA DI TESTARE I PISTONI CON I TRIBOMETRI

L'olio motore è un lubrificante ben progettato per la sua applicazione. Oltre all'olio di base, per migliorarne le prestazioni vengono aggiunti additivi come detergenti, disperdenti, miglioratori di viscosità (VI), agenti antiusura/antiattrito e inibitori della corrosione. Questi additivi influenzano il comportamento dell'olio in diverse condizioni operative. Il comportamento dell'olio influisce sulle interfacce P-L-C e determina se si verifica un'usura significativa da contatto metallo-metallo o se si verifica una lubrificazione idrodinamica (usura minima).

È difficile comprendere le interfacce P-L-C senza isolare l'area dalle variabili esterne. È più pratico simulare l'evento con condizioni rappresentative della sua applicazione reale. Il NANOVEA Tribometro è l'ideale per questo. Dotato di più sensori di forza, sensore di profondità, modulo di lubrificazione goccia a goccia e stadio alternativo lineare, il NANOVEA T2000 è in grado di simulare da vicino gli eventi che si verificano all'interno di un blocco motore e di ottenere dati preziosi per comprendere meglio le interfacce P-L-C.

Modulo liquido sul tribometro NANOVEA T2000

Il modulo goccia a goccia è fondamentale per questo studio. Poiché i pistoni possono muoversi a una velocità molto elevata (superiore a 3.000 giri/min), è difficile creare un sottile film di lubrificante immergendo il campione. Per ovviare a questo problema, il modulo goccia a goccia è in grado di applicare in modo costante una quantità di lubrificante sulla superficie della gonna del pistone.

L'applicazione di un lubrificante fresco elimina anche il rischio che i contaminanti dell'usura possano influenzare le proprietà del lubrificante.

Tribometro pneumatico ad alto carico

NANOVEA T2000

Tribometro ad alto carico

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questa relazione verranno studiate le interfacce gonna del pistone-lubrificante-camicia del cilindro. Le interfacce saranno riprodotte eseguendo un test di usura lineare alternata con modulo di lubrificazione goccia a goccia.

Il lubrificante sarà applicato a temperatura ambiente e in condizioni di riscaldamento per confrontare le condizioni di avviamento a freddo e di funzionamento ottimale. Il COF e il tasso di usura saranno osservati per capire meglio come si comportano le interfacce nelle applicazioni reali.

PARAMETRI DEL TEST

per test tribologici su pistoni

CARICO ............................ 100 N

DURATA DEL TEST ............................ 30 minuti

VELOCITÀ ............................ 2000 giri al minuto

AMPLITUDINE ............................ 10 mm

DISTANZA TOTALE ............................ 1200 m

RIVESTIMENTO DELLA GONNA ............................ Moly-grafite

MATERIALE PERNO ............................ Lega di alluminio 5052

DIAMETRO DEL PIN ............................ 10 mm

LUBRIFICANTE ............................ Olio motore (10W-30)

APPROSSIMATIVA. PORTATA ............................ 60 mL/min

TEMPERATURA ............................ Temperatura ambiente e 90°C

RISULTATI DEL TEST DI RECIPROCITÀ LINEARE

In questo esperimento è stato utilizzato l'A5052 come materiale di contrasto. Mentre i blocchi motore sono solitamente realizzati in alluminio fuso come l'A356, l'A5052 ha proprietà meccaniche simili all'A356 per questa prova simulativa [2].

Nelle condizioni di prova, è stata riscontrata un'usura significativa
osservata sul mantello del pistone a temperatura ambiente
rispetto ai 90°C. I graffi profondi osservati sui campioni suggeriscono che il contatto tra il materiale statico e la gonna del pistone si verifica frequentemente durante il test. L'elevata viscosità a temperatura ambiente potrebbe impedire all'olio di riempire completamente gli spazi alle interfacce e di creare un contatto metallo-metallo. A temperature più elevate, l'olio si assottiglia e riesce a scorrere tra lo spinotto e il pistone. Di conseguenza, a temperature più elevate si osserva un'usura significativamente minore. La FIGURA 5 mostra che un lato della cicatrice da usura si è consumato molto meno dell'altro. Ciò è probabilmente dovuto alla posizione dell'uscita dell'olio. Lo spessore del film di lubrificante era maggiore su un lato rispetto all'altro, causando un'usura non uniforme.

 

 

[2] "Alluminio 5052 vs alluminio 356.0". MakeItFrom.com, makeitfrom.com/compare/5052-O-Aluminum/A356.0-SG70B-A13560-Cast-Aluminum

Il COF dei test tribologici lineari alternativi può essere suddiviso in un passaggio alto e un passaggio basso. Il passaggio alto si riferisce al campione che si muove in avanti, o in senso positivo, mentre il passaggio basso si riferisce al campione che si muove in senso inverso, o in senso negativo. La COF media per l'olio RT è stata osservata inferiore a 0,1 in entrambe le direzioni. I COF medi tra le passate sono stati di 0,072 e 0,080. Il COF medio dell'olio a 90°C è risultato diverso tra le passate. Sono stati osservati valori medi di COF pari a 0,167 e 0,09. La differenza di COF dimostra ulteriormente che l'olio è riuscito a bagnare correttamente solo un lato del perno. Si è ottenuto un COF elevato quando si è formato un film spesso tra lo spinotto e la gonna del pistone, a causa della lubrificazione idrodinamica. Si osserva un COF più basso nell'altra direzione quando si verifica una lubrificazione mista. Per ulteriori informazioni sulla lubrificazione idrodinamica e sulla lubrificazione mista, visitate la nostra nota applicativa su Curve di Stribeck.

Tabella 1: Risultati del test di usura lubrificata sui pistoni.

FIGURA 1: Grafici COF per il test di usura dell'olio a temperatura ambiente A profilo grezzo B passaggio alto C passaggio basso.

FIGURA 2: Grafici COF per il test dell'olio di usura a 90°C A profilo grezzo B passaggio alto C passaggio basso.

FIGURA 3: Immagine ottica della cicatrice da usura del test di usura dell'olio motore RT.

FIGURA 4: Volume di un foro per l'analisi della cicatrice da usura del test di usura dell'olio motore RT.

FIGURA 5: Scansione profilometrica della cicatrice da usura del test di usura dell'olio motore RT.

FIGURA 6: Immagine ottica di una cicatrice da usura da un test di usura dell'olio motore a 90°C

FIGURA 7: Volume di un foro per l'analisi della cicatrice da usura del test di usura dell'olio motore a 90°C.

FIGURA 8: Scansione profilometrica della cicatrice da usura del test di usura dell'olio motore a 90°C.

CONCLUSIONE

Sono stati condotti test di usura lineare alternata lubrificata su un pistone per simulare gli eventi che si verificano in un
motore in funzione nella vita reale. L'interfaccia gonna del pistone-lubrificante-camicia del cilindro è fondamentale per il funzionamento di un motore. Lo spessore del lubrificante all'interfaccia è responsabile della perdita di energia dovuta all'attrito o all'usura tra la gonna del pistone e la canna del cilindro. Per ottimizzare il motore, lo spessore del film deve essere il più sottile possibile, senza che il mantello del pistone e la canna del cilindro si tocchino. La sfida, tuttavia, consiste nel capire come le variazioni di temperatura, velocità e forza influiranno sulle interfacce P-L-C.

Grazie all'ampia gamma di carichi (fino a 2000 N) e velocità (fino a 15000 giri/min), il tribometro NANOVEA T2000 è in grado di simulare le diverse condizioni possibili in un motore. Possibili studi futuri su questo argomento includono il comportamento delle interfacce P-L-C in condizioni di carico costante, carico oscillante, temperatura del lubrificante, velocità e metodo di applicazione del lubrificante. Questi parametri possono essere facilmente regolati con il tribometro NANOVEA T2000 per fornire una comprensione completa dei meccanismi delle interfacce gonna del pistone-lubrificante-camicia del cilindro.

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Misura continua della curva di Stribeck con il tribometro a pin su disco

Introduzione:

Quando si applica la lubrificazione per ridurre l'usura/attrito delle superfici in movimento, il contatto di lubrificazione all'interfaccia può passare da diversi regimi come la lubrificazione limite, mista e idrodinamica. Lo spessore del film fluido gioca un ruolo fondamentale in questo processo, determinato principalmente dalla viscosità del fluido, dal carico applicato all'interfaccia e dalla velocità relativa tra le due superfici. Il modo in cui i regimi di lubrificazione reagiscono all'attrito è rappresentato dalla cosiddetta curva di Stribeck [1-4].

In questo studio dimostriamo per la prima volta la capacità di misurare una curva di Stribeck continua. Utilizzando la Nanovea Tribometro controllo avanzato della velocità senza scatti, da 15000 a 0,01 giri al minuto, entro 10 minuti il software fornisce direttamente una curva Stribeck completa. La semplice configurazione iniziale richiede solo che gli utenti selezionino la modalità rampa esponenziale e inseriscano le velocità iniziali e finali, invece di dover eseguire più test o programmare una procedura graduale a velocità diverse che richiedono l'unione dei dati per le misurazioni convenzionali della curva Stribeck. Questo progresso fornisce dati precisi durante la valutazione del regime di lubrificante e riduce sostanzialmente tempi e costi. Il test mostra un grande potenziale per essere utilizzato in diverse applicazioni di ingegneria industriale.

 

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Confronto tra gocce oculari lubrificanti con il tribometro Nanovea T50

Importanza di testare le soluzioni per le gocce oculari

Le soluzioni di collirio sono utilizzate per alleviare i sintomi causati da una serie di problemi oculari. Ad esempio, possono essere utilizzate per trattare piccole irritazioni oculari (ad esempio, secchezza e arrossamento), ritardare l'insorgenza del glaucoma o trattare le infezioni. Le soluzioni di collirio vendute al banco sono utilizzate principalmente per trattare la secchezza oculare. La loro efficacia nella lubrificazione dell'occhio può essere confrontata e misurata con un test del coefficiente di attrito.
 
La secchezza oculare può essere causata da un'ampia gamma di fattori, ad esempio l'affaticamento degli occhi al computer o la permanenza all'aperto in condizioni climatiche estreme. Un buon collirio lubrificante aiuta a mantenere e integrare l'umidità sulla superficie esterna degli occhi. Ciò contribuisce ad alleviare il disagio, il bruciore o l'irritazione e l'arrossamento associati alla secchezza oculare. Misurando il coefficiente di attrito (COF) di un collirio, è possibile determinarne l'efficacia lubrificante e il confronto con altre soluzioni.

Obiettivo di misurazione

In questo studio, il coefficiente di attrito (COF) di tre diverse soluzioni di collirio lubrificanti è stato misurato utilizzando la configurazione pin-on-disk sul tribometro Nanovea T50.

Procedura di test e procedure

Un perno sferico di 6 mm di diametro in allumina è stato applicato a un vetrino con ogni soluzione di collirio che fungeva da lubrificante tra le due superfici. I parametri di prova utilizzati per tutti gli esperimenti sono riassunti nella Tabella 1.

Risultati e discussione

I valori massimi, minimi e medi del coefficiente di attrito per le tre diverse soluzioni di collirio testate sono riportati nella Tabella 2. I grafici del COF in funzione delle rotazioni per ciascuna soluzione di collirio sono illustrati nelle Figure 2-4. La COF durante ogni test è rimasta relativamente costante per la maggior parte della durata totale del test. Il campione A ha registrato il COF medio più basso, indicando le migliori proprietà di lubrificazione.

 

Conclusione

In questo studio mostriamo la capacità del tribometro Nanovea T50 di misurare il coefficiente di attrito di tre soluzioni di collirio. Sulla base di questi valori, dimostriamo che il campione A ha un coefficiente di attrito inferiore e quindi presenta una migliore lubrificazione rispetto agli altri due campioni.

Nanovea Tribometri offre test di usura e attrito precisi e ripetibili utilizzando moduli rotanti e lineari conformi ISO e ASTM. Fornisce inoltre moduli opzionali antiusura ad alta temperatura, lubrificazione e tribocorrosione disponibili in un unico sistema preintegrato. Tale versatilità consente agli utenti di simulare meglio l'ambiente applicativo reale e di migliorare la comprensione fondamentale del meccanismo di usura e delle caratteristiche tribologiche di vari materiali.

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Prestazioni di rigidità delle setole della spazzola con il tribometro

I pennelli sono tra gli strumenti più semplici e diffusi al mondo. Possono essere utilizzati per rimuovere materiale (spazzolino da denti, spazzola per archeologia, spazzola per smerigliatrice), applicare materiale (pennello per pittura, pennello per trucco, pennello per doratura), pettinare i filamenti o aggiungere un disegno. A causa delle forze meccaniche e abrasive su di essi, i pennelli devono essere costantemente sostituiti dopo un uso moderato. Ad esempio, le testine degli spazzolini dovrebbero essere sostituite ogni tre o quattro mesi a causa dello sfilacciamento dovuto all'uso ripetuto. Se i filamenti delle fibre dello spazzolino sono troppo rigidi, si rischia di consumare il dente vero e proprio invece della placca morbida. Se le fibre dello spazzolino sono troppo morbide, lo spazzolino perde più rapidamente la sua forma. Per progettare spazzolini che soddisfino al meglio le loro esigenze, è necessario comprendere le variazioni di curvatura dello spazzolino, nonché l'usura e il cambiamento generale della forma dei filamenti in diverse condizioni di carico.

Prestazioni di rigidità delle setole della spazzola con il tribometro

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