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AR Categoria: Profilometria | Volume e area
Ispezione delle parti lavorate
PARTI MACCHINE
ispezione dal modello CAD utilizzando la profilometria 3D
Autore:
Duanjie Li, PhD
Revisionato da
Jocelyn Esparza
INTRODUZIONE
La domanda di lavorazioni meccaniche di precisione in grado di creare geometrie complesse è in aumento in tutti i settori industriali. Dai settori aerospaziale, medico e automobilistico, agli ingranaggi tecnologici, ai macchinari e agli strumenti musicali, la continua innovazione ed evoluzione spinge le aspettative e gli standard di precisione a nuovi livelli. Di conseguenza, si assiste all'aumento della domanda di tecniche e strumenti di ispezione rigorosi per garantire la massima qualità dei prodotti.
Importanza della profilometria 3D senza contatto per l'ispezione dei pezzi
Il confronto delle proprietà dei pezzi lavorati con i loro modelli CAD è essenziale per verificare le tolleranze e l'aderenza agli standard di produzione. Anche l'ispezione durante il periodo di servizio è cruciale, poiché l'usura dei pezzi potrebbe richiederne la sostituzione. L'identificazione tempestiva di eventuali deviazioni dalle specifiche richieste aiuterà a evitare costose riparazioni, interruzioni della produzione e una reputazione compromessa.
A differenza della tecnica del tastatore, la NANOVEA Profilatori ottici eseguire scansioni di superfici 3D senza contatto, consentendo misurazioni rapide, precise e non distruttive di forme complesse con la massima precisione.
OBIETTIVO DI MISURAZIONE
In questa applicazione presentiamo NANOVEA HS2000, un profilatore 3D senza contatto con un sensore ad alta velocità, che esegue un'ispezione superficiale completa di dimensioni, raggio e rugosità.
Il tutto in meno di 40 secondi.
NANOVEA
HS2000
MODELLO CAD
Una misura precisa delle dimensioni e della rugosità superficiale del pezzo lavorato è fondamentale per assicurarsi che sia conforme alle specifiche, alle tolleranze e alle finiture superficiali desiderate. Di seguito vengono presentati il modello 3D e il disegno tecnico del pezzo da ispezionare.
VISTA A FALSI COLORI
La vista in falsi colori del modello CAD e la superficie della parte lavorata scansionata sono confrontate in FIGURA 3. La variazione di altezza sulla superficie del campione può essere osservata dal cambiamento di colore.
Dalla scansione superficiale 3D vengono estratti tre profili 2D, come indicato in FIGURA 2, per verificare ulteriormente la tolleranza dimensionale del pezzo lavorato.
CONFRONTO TRA PROFILI E RISULTATI
I profili da 1 a 3 sono mostrati nelle FIGURE da 3 a 5. Il controllo quantitativo delle tolleranze viene effettuato confrontando il profilo misurato con il modello CAD per rispettare i rigorosi standard di produzione. I profili 1 e 2 misurano il raggio di diverse aree del pezzo lavorato curvo. La variazione di altezza del profilo 2 è di 30 µm su una lunghezza di 156 mm, il che soddisfa il requisito di tolleranza di ±125 µm.
Impostando un valore limite di tolleranza, il software di analisi può determinare automaticamente il superamento o il fallimento del pezzo lavorato.
La rugosità e l'uniformità della superficie del pezzo lavorato svolgono un ruolo importante nel garantirne la qualità e la funzionalità. La FIGURA 6 mostra l'area della superficie estratta dalla scansione madre del pezzo lavorato, utilizzata per quantificare la finitura superficiale. La rugosità superficiale media (Sa) è stata calcolata pari a 2,31 µm.
CONCLUSIONE
In questo studio abbiamo mostrato come il profilatore senza contatto NANOVEA HS2000, dotato di un sensore ad alta velocità, esegua un'ispezione superficiale completa di dimensioni e rugosità.
Le scansioni ad alta risoluzione consentono agli utenti di misurare la morfologia dettagliata e le caratteristiche superficiali dei pezzi lavorati e di confrontarli quantitativamente con i loro modelli CAD. Lo strumento è inoltre in grado di rilevare qualsiasi difetto, compresi graffi e cricche.
L'analisi avanzata dei contorni è uno strumento impareggiabile non solo per determinare se i pezzi lavorati soddisfano le specifiche stabilite, ma anche per valutare i meccanismi di guasto dei componenti usurati.
I dati qui riportati rappresentano solo una parte dei calcoli possibili con il software di analisi avanzata di cui è dotato ogni profilatore ottico NANOVEA.
PARLIAMO ORA DELLA VOSTRA APPLICAZIONE
Test di usura del blocco sull'anello
IMPORTANZA DELLA VALUTAZIONE DELL'USURA DEL BLOCCO SULL'ANELLO
L'usura da scorrimento è la progressiva perdita di materiale che deriva dallo scorrimento di due materiali l'uno contro l'altro nell'area di contatto sotto carico. Si verifica inevitabilmente in un'ampia varietà di settori in cui sono in funzione macchine e motori, tra cui quello automobilistico, aerospaziale, petrolifero e del gas e molti altri. Tale movimento di scorrimento provoca una grave usura meccanica e un trasferimento di materiale sulla superficie, che può portare a una riduzione dell'efficienza produttiva, delle prestazioni della macchina o addirittura a un suo danneggiamento.
L'usura per scorrimento spesso coinvolge complessi meccanismi di usura che si verificano sulla superficie di contatto, come l'usura per adesione, l'abrasione a due corpi, l'abrasione a tre corpi e l'usura per fatica. Il comportamento all'usura dei materiali è influenzato in modo significativo dall'ambiente di lavoro, come carico normale, velocità, corrosione e lubrificazione. Un versatile tribometro in grado di simulare le diverse condizioni di lavoro realistiche sarà ideale per la valutazione dell'usura.
Il test Block-on-Ring (ASTM G77) è una tecnica ampiamente utilizzata che valuta il comportamento di usura da scorrimento dei materiali in diverse condizioni simulate, consente una classificazione affidabile delle coppie di materiali per specifiche applicazioni tribologiche.
Il test Block-on-Ring (ASTM G77) è una tecnica ampiamente utilizzata che valuta il comportamento di usura da scorrimento dei materiali in diverse condizioni simulate, consente una classificazione affidabile delle coppie di materiali per specifiche applicazioni tribologiche.
OBIETTIVO DI MISURAZIONE
In questa applicazione, il tester meccanico Nanovea misura l'YS e l'UTS di campioni di acciaio inossidabile SS304 e di lega di alluminio Al6061. I campioni sono stati scelti per i loro valori YS e UTS comunemente riconosciuti, che dimostrano l'affidabilità dei metodi di indentazione di Nanovea.
Il comportamento di usura da scorrimento di un blocco H-30 su un anello S-10 è stato valutato dal tribometro di Nanovea utilizzando il modulo Block-on-Ring. Il blocco H-30 è realizzato in acciaio per utensili 01 con durezza 30HRC, mentre l'anello S-10 è in acciaio tipo 4620 con durezza superficiale da 58 a 63 HRC e diametro dell'anello di ~34,98 mm. I test Block-on-Ring sono stati eseguiti in ambienti asciutti e lubrificati per studiare l'effetto sul comportamento all'usura. I test di lubrificazione sono stati eseguiti con olio minerale pesante USP. La traccia di usura è stata esaminata utilizzando Nanovea Profilometro 3D senza contatto. I parametri del test sono riepilogati nella Tabella 1. Il tasso di usura (K), è stato valutato utilizzando la formula K=V/(F×s), dove V è il volume usurato, F è il carico normale, s è la distanza di scorrimento.
RISULTATI E DISCUSSIONE
La Figura 2 confronta il coefficiente di attrito (COF) dei test Block-on-Ring in ambienti asciutti e lubrificati. Il blocco ha un attrito significativamente maggiore in un ambiente asciutto rispetto a un ambiente lubrificato. COF
fluttua durante il periodo di rodaggio nei primi 50 giri e raggiunge un COF costante di ~0,8 per il resto del test di usura a 200 giri. In confronto, il test Block-on-Ring eseguito nella lubrificazione con olio minerale pesante USP mostra un COF costantemente basso di 0,09 durante il test di usura di 500.000 giri. Il lubrificante riduce significativamente il COF tra le superfici di ~90 volte.
Le figure 3 e 4 mostrano le immagini ottiche e i profili 2D in sezione trasversale delle tracce di usura sui blocchi dopo i test di usura a secco e lubrificati. I volumi delle tracce di usura e i tassi di usura sono riportati nella Tabella 2. Il blocco d'acciaio dopo la prova di usura a secco a una velocità di rotazione inferiore di 72 giri/min per 200 giri mostra un grande volume di cicatrici da usura di 9,45 mm˙. In confronto, la prova di usura eseguita a una velocità superiore di 197 giri/min per 500.000 giri con il lubrificante a base di olio minerale crea un volume della pista di usura sostanzialmente inferiore, pari a 0,03 mm˙.
Le immagini in ÿgura 3 mostrano che durante i test a secco si verifica una grave usura rispetto a quella lieve del test di usura lubrificato. L'elevato calore e le intense vibrazioni generate durante la prova di usura a secco favoriscono l'ossidazione dei detriti metallici, provocando una grave abrasione a tre corpi. Nella prova con lubrificazione, l'olio minerale riduce l'attrito e raffredda la superficie di contatto, oltre a trasportare i detriti abrasivi creati durante l'usura. Ciò porta a una significativa riduzione del tasso di usura di un fattore pari a ~8×10ˆ. Una differenza così sostanziale nella resistenza all'usura in ambienti diversi dimostra l'importanza di una corretta simulazione dell'usura da scorrimento in condizioni di servizio realistiche.
Il comportamento all'usura può cambiare drasticamente quando si introducono piccole variazioni nelle condizioni di prova. La versatilità del tribometro Nanovea consente di misurare l'usura in condizioni di alta temperatura, lubrificazione e tribocorrosione. L'accurato controllo della velocità e della posizione da parte del motore avanzato consente di eseguire test di usura a velocità comprese tra 0,001 e 5000 giri/minuto, rendendolo uno strumento ideale per i laboratori di ricerca/test per studiare l'usura in condizioni tribologiche diverse.
Le condizioni superficiali dei campioni sono state esaminate con il proÿlometro ottico senza contatto di Nanovea. La Figura 5 mostra la morfologia superficiale degli anelli dopo i test di usura. La forma del cilindro è stata rimossa per presentare meglio la morfologia superficiale e la rugosità creata dal processo di usura per scorrimento. Durante la prova di usura a secco di 200 giri si è verificato un significativo irruvidimento della superficie a causa del processo di abrasione a tre corpi. Il blocco e l'anello dopo la prova di usura a secco presentano una rugosità Ra di 14,1 e 18,1 µm, rispettivamente, rispetto a 5,7 e 9,1 µm per la prova di usura lubrificata a lungo termine di 500.000 giri a una velocità superiore. Questo test dimostra l'importanza di una corretta lubrificazione del contatto pistone-cilindro. Una forte usura danneggia rapidamente la superficie di contatto senza lubrificazione e porta a un deterioramento irreversibile della qualità del servizio e persino alla rottura del motore.
CONCLUSIONE
In questo studio mostriamo come il tribometro di Nanovea viene utilizzato per valutare il comportamento di usura da scorrimento di una coppia acciaio-metallo utilizzando il modulo Block-on-Ring secondo lo standard ASTM G77. Il lubrificante gioca un ruolo critico nelle proprietà di usura della coppia di materiali. L'olio minerale riduce il tasso di usura del blocco H-30 di un fattore di ~8×10ˆ e il COF di ~90 volte. La versatilità del Tribometro di Nanovea lo rende uno strumento ideale per misurare il comportamento dell'usura in varie condizioni di lubrificazione, alta temperatura e tribocorrosione.
Il tribometro di Nanovea offre test di usura e attrito precisi e ripetibili utilizzando modalità rotativa e lineare conformi a ISO e ASTM, con moduli opzionali di usura ad alta temperatura, lubrificazione e tribocorrosione disponibili in un unico sistema preintegrato. L'impareggiabile gamma di Nanovea è una soluzione ideale per determinare l'intera gamma di proprietà tribologiche di rivestimenti, pellicole e substrati sottili o spessi, morbidi o duri.
PARLIAMO ORA DELLA VOSTRA APPLICAZIONE
Tribologia del carico dinamico
Tribologia del carico dinamico
Introduzione
L'usura si verifica praticamente in ogni settore industriale e comporta costi pari a ~0,75% del PIL1. La ricerca tribologica è fondamentale per migliorare l'efficienza produttiva, le prestazioni delle applicazioni e la conservazione di materiali, energia e ambiente. Le vibrazioni e le oscillazioni si verificano inevitabilmente in un'ampia gamma di applicazioni tribologiche. Un'eccessiva vibrazione esterna accelera il processo di usura e riduce le prestazioni di servizio, portando a guasti catastrofici delle parti meccaniche.
I tribometri convenzionali a carico morto applicano carichi normali mediante pesi di massa. Questa tecnica di carico non solo limita le opzioni di carico a un carico costante, ma crea anche intense vibrazioni incontrollate a carichi e velocità elevati che portano a valutazioni limitate e incoerenti del comportamento all'usura. Una valutazione affidabile dell'effetto dell'oscillazione controllata sul comportamento all'usura dei materiali è auspicabile per la R&S e il controllo qualità in diverse applicazioni industriali.
L'innovativo carico elevato di Nanovea tribometro ha una capacità di carico massima di 2000 N con un sistema di controllo dinamico del carico. L'avanzato sistema di caricamento pneumatico dell'aria compressa consente agli utenti di valutare il comportamento tribologico di un materiale sotto carichi normali elevati con il vantaggio di smorzare le vibrazioni indesiderate create durante il processo di usura. Pertanto, il carico viene misurato direttamente senza la necessità di molle tampone utilizzate nei modelli più vecchi. Un modulo di carico oscillante con elettromagnete parallelo applica un'oscillazione ben controllata dell'ampiezza desiderata fino a 20 N e della frequenza fino a 150 Hz.
L'attrito viene misurato con elevata precisione direttamente dalla forza laterale applicata al supporto superiore. Lo spostamento viene monitorato in situ, fornendo informazioni sull'evoluzione del comportamento all'usura dei campioni di prova. Il test di usura con carico a oscillazione controllata può essere eseguito anche in ambienti di corrosione, alta temperatura, umidità e lubrificazione per simulare le reali condizioni di lavoro per le applicazioni tribologiche. Un integrato ad alta velocità profilometro senza contatto misura automaticamente la morfologia della traccia di usura e il volume di usura in pochi secondi.
Obiettivo di misurazione
In questo studio, mostriamo la capacità del tribometro a carico dinamico Nanovea T2000 di studiare il comportamento tribologico di diversi campioni di rivestimento e di metallo in condizioni di carico oscillante controllato.
Procedura di prova
Il comportamento tribologico, ad esempio il coefficiente di attrito, COF, e la resistenza all'usura di un rivestimento resistente all'usura di 300 µm di spessore è stato valutato e confrontato dal tribometro Nanovea T2000 con un tribometro convenzionale a carico morto, utilizzando una configurazione perno su disco conforme alla norma ASTM G992.
Campioni separati rivestiti di Cu e TiN contro una sfera di Al₂0₃ da 6 mm sotto oscillazione controllata sono stati valutati mediante la modalità tribologica a carico dinamico del tribometro Nanovea T2000.
I parametri del test sono riassunti nella Tabella 1.
Il profilometro 3D integrato, dotato di un sensore di linea, esegue automaticamente la scansione della pista di usura dopo i test, fornendo la misura più accurata del volume di usura in pochi secondi.
Risultati e discussione
Sistema di carico pneumatico vs. sistema a carico morto
Il comportamento tribologico di un rivestimento resistente all'usura utilizzando il tribometro Nanovea T2000 viene confrontato con un tribometro convenzionale a carico morto (DL). L'evoluzione del COF del rivestimento è illustrata nella Fig. 2. Si osserva che il rivestimento presenta un valore COF comparabile di ~0,6 durante il test di usura. Tuttavia, i 20 profili delle sezioni trasversali in diversi punti della pista di usura nella Fig. 3 indicano che il rivestimento ha subito un'usura molto più grave con il sistema a carico morto.
Le vibrazioni intense sono state generate dal processo di usura del sistema a carico morto a carico e velocità elevati. L'enorme pressione concentrata sulla superficie di contatto, combinata con un'elevata velocità di scorrimento, crea vibrazioni sostanziali del peso e della struttura che portano a un'usura accelerata. Il tribometro a carico morto convenzionale applica il carico utilizzando pesi di massa. Questo metodo è affidabile ai carichi di contatto più bassi e in condizioni di usura lievi; tuttavia, in condizioni di usura aggressiva a carichi e velocità più elevati, le vibrazioni significative fanno rimbalzare ripetutamente i pesi, dando luogo a una traccia di usura irregolare che causa una valutazione tribologica inaffidabile. Il tasso di usura calcolato è di 8,0±2,4 x 10-4 mm3/N m, con un tasso di usura elevato e un'ampia deviazione standard.
Il tribometro Nanovea T2000 è progettato con un sistema di carico a controllo dinamico per smorzare le oscillazioni. Il sistema applica il carico normale con aria compressa, riducendo al minimo le vibrazioni indesiderate che si creano durante il processo di usura. Inoltre, il controllo attivo del carico ad anello chiuso garantisce l'applicazione di un carico costante per tutta la durata del test di usura e lo stilo segue la variazione di profondità della traccia di usura. Come mostrato nella Fig. 3a, è stato misurato un profilo della traccia d'usura significativamente più coerente, che ha portato a un basso tasso di usura di 3,4±0,5 x 10-4 mm3/Nm.
L'analisi della traccia di usura mostrata nella Fig. 4 conferma che il test di usura eseguito con il sistema di caricamento pneumatico ad aria compressa del tribometro Nanovea T2000 crea una traccia di usura più uniforme e coerente rispetto al tribometro convenzionale a carico morto. Inoltre, il tribometro Nanovea T2000 misura lo spostamento dello stilo durante il processo di usura, fornendo ulteriori informazioni sull'andamento del comportamento dell'usura in situ.
Oscillazione controllata sull'usura del campione di Cu
Il modulo elettromagnetico a carico oscillante parallelo del tribometro Nanovea T2000 consente di studiare l'effetto delle oscillazioni di ampiezza e frequenza controllate sul comportamento all'usura dei materiali. La COF dei campioni di Cu è stata registrata in situ, come mostrato nella Fig. 6. Il campione di Cu mostra una COF costante. Il campione di Cu presenta una COF costante di ~0,3 durante la prima misurazione a 330 giri, a indicare la formazione di un contatto stabile all'interfaccia e di una pista di usura relativamente liscia. Con il proseguire della prova di usura, la variazione del COF indica un cambiamento nel meccanismo di usura. In confronto, le prove di usura sotto un'oscillazione di 5 N controllata in ampiezza a 50 N mostrano un comportamento diverso: il COF aumenta rapidamente all'inizio del processo di usura e mostra una variazione significativa per tutta la durata della prova. Questo comportamento del COF indica che l'oscillazione imposta nel carico normale gioca un ruolo nello stato di scorrimento instabile del contatto.
La Fig. 7 confronta la morfologia della traccia di usura misurata dal profilometro ottico integrato senza contatto. Si può osservare che il campione di Cu sottoposto a un'ampiezza di oscillazione controllata di 5 N presenta una traccia di usura molto più grande, con un volume di 1,35 x 109 µm3, rispetto a 5,03 x 108 µm3 in assenza di oscillazioni imposte. L'oscillazione controllata accelera significativamente il tasso di usura di un fattore pari a ~2,7, dimostrando l'effetto critico dell'oscillazione sul comportamento dell'usura.
Oscillazione controllata sull'usura del rivestimento TiN
La COF e le tracce di usura del campione con rivestimento in TiN sono mostrate nella Fig. 8. Il rivestimento TiN presenta comportamenti di usura significativamente diversi in condizioni di oscillazione, come indicato dall'evoluzione della COF durante le prove. Il rivestimento TiN mostra un COF costante di ~0,3 dopo il periodo di rodaggio all'inizio della prova di usura, a causa del contatto stabile di scorrimento all'interfaccia tra il rivestimento TiN e la sfera di Al₂O₃. Tuttavia, quando il rivestimento TiN inizia a cedere, la sfera di Al₂O₃ penetra attraverso il rivestimento e scivola contro il substrato di acciaio fresco sottostante. Contemporaneamente, nella pista di usura si genera una quantità significativa di detriti di rivestimento TiN duro, trasformando l'usura da scorrimento stabile a due corpi in usura da abrasione a tre corpi. Questo cambiamento delle caratteristiche di coppia del materiale porta a maggiori variazioni nell'evoluzione del COF. L'oscillazione imposta di 5 N e 10 N accelera il cedimento del rivestimento TiN da ~400 giri a meno di 100 giri. Le tracce di usura più grandi sui campioni di rivestimento TiN dopo le prove di usura con oscillazione controllata sono in accordo con tale variazione della COF.
Conclusione
L'avanzato sistema di carico pneumatico del Tribometro Nanovea T2000 possiede un vantaggio intrinseco come smorzatore di vibrazioni naturalmente rapido rispetto ai tradizionali sistemi a carico morto. Questo vantaggio tecnologico dei sistemi pneumatici è vero rispetto ai sistemi a carico controllato che utilizzano una combinazione di servomotori e molle per applicare il carico. Questa tecnologia garantisce una valutazione dell'usura affidabile e meglio controllata a carichi elevati, come dimostrato in questo studio. Inoltre, il sistema di carico attivo ad anello chiuso può modificare il carico normale a un valore desiderato durante i test di usura per simulare le applicazioni reali viste nei sistemi frenanti.
Invece di subire l'influenza di condizioni di vibrazione incontrollate durante i test, abbiamo dimostrato che il tribometro Nanovea T2000 a carico dinamico consente agli utenti di valutare quantitativamente i comportamenti tribologici dei materiali in diverse condizioni di oscillazione controllata. Le vibrazioni giocano un ruolo significativo nel comportamento all'usura dei campioni di rivestimento metallico e ceramico.
Il modulo di carico oscillante ad elettromagneti paralleli fornisce oscillazioni controllate con precisione ad ampiezze e frequenze prestabilite, consentendo agli utenti di simulare il processo di usura in condizioni reali, quando le vibrazioni ambientali sono spesso un fattore importante. In presenza di oscillazioni imposte durante l'usura, sia i campioni di Cu che quelli di rivestimento TiN mostrano un tasso di usura sostanzialmente aumentato. L'evoluzione del coefficiente di attrito e lo spostamento dello stilo misurato in situ sono indicatori importanti per le prestazioni del materiale durante le applicazioni tribologiche. Il profilometro 3D senza contatto integrato offre uno strumento per misurare con precisione il volume di usura e analizzare la morfologia dettagliata delle tracce di usura in pochi secondi, fornendo maggiori informazioni sulla comprensione fondamentale del meccanismo di usura.
Il T2000 è dotato di un motore autotarato, di alta qualità e ad alta coppia, con una velocità interna a 20 bit e un encoder di posizione esterno a 16 bit. Ciò consente al tribometro di fornire una gamma ineguagliata di velocità di rotazione, da 0,01 a 5000 giri/min, che possono variare a scatti graduali o in modo continuo. A differenza dei sistemi che utilizzano un sensore di coppia posizionato in basso, il tribometro Nanovea utilizza una cella di carico ad alta precisione posizionata in alto per misurare accuratamente e separatamente le forze di attrito.
I tribometri Nanovea offrono test di usura e attrito precisi e ripetibili utilizzando modalità rotative e lineari conformi alle norme ISO e ASTM (compresi i test con 4 sfere, rondelle di spinta e blocchi su anelli), con moduli opzionali per l'usura ad alta temperatura, la lubrificazione e la tribocorrosione disponibili in un unico sistema pre-integrato. La gamma impareggiabile di Nanovea T2000 è la soluzione ideale per determinare l'intera gamma di proprietà tribologiche di rivestimenti, film e substrati sottili o spessi, morbidi o duri.
PARLIAMO ORA DELLA VOSTRA APPLICAZIONE
Tribologia dei polimeri
Introduzione
I polimeri sono stati ampiamente utilizzati in un'ampia varietà di applicazioni e sono diventati una parte indispensabile della vita quotidiana. I polimeri naturali, come l'ambra, la seta e la gomma naturale, hanno svolto un ruolo essenziale nella storia dell'umanità. Il processo di fabbricazione dei polimeri sintetici può essere ottimizzato per ottenere proprietà fisiche uniche come la tenacità, la viscoelasticità, l'autolubrificazione e molte altre.
Importanza dell'usura e dell'attrito dei polimeri
I polimeri sono comunemente utilizzati per applicazioni tribologiche, come pneumatici, cuscinetti e nastri trasportatori.
A seconda delle proprietà meccaniche del polimero, delle condizioni di contatto e delle proprietà dei detriti o del film di trasferimento che si formano durante il processo di usura, si verificano diversi meccanismi di usura. Per garantire che i polimeri abbiano una sufficiente resistenza all'usura nelle condizioni di servizio, è necessaria una valutazione tribologica affidabile e quantificabile. La valutazione tribologica ci permette di confrontare quantitativamente il comportamento all'usura di diversi polimeri in modo controllato e monitorato, per selezionare il materiale candidato per l'applicazione desiderata.
Il tribometro Nanovea offre test ripetibili di usura e attrito utilizzando modalità rotative e lineari conformi agli standard ISO e ASTM, con moduli opzionali di usura e lubrificazione ad alta temperatura disponibili in un unico sistema pre-integrato. Questa gamma impareggiabile consente agli utenti di simulare i diversi ambienti di lavoro dei polimeri, tra cui le sollecitazioni concentrate, l'usura, le alte temperature, ecc.
OBIETTIVO DI MISURAZIONE
In questo studio, abbiamo dimostrato che Nanovea Tribometro è uno strumento ideale per confrontare la resistenza all'attrito e all'usura di diversi polimeri in modo ben controllato e quantitativo.
PROCEDURA DI PROVA
Il coefficiente di attrito (COF) e la resistenza all'usura di diversi polimeri comuni sono stati valutati dal tribometro Nanovea. Come contromateriale (perno, campione statico) è stata utilizzata una sfera di Al2O3. Le tracce di usura sui polimeri (campioni rotanti dinamici) sono state misurate utilizzando a Profilometro 3D senza contatto e microscopio ottico al termine delle prove. Va notato che, come opzione, è possibile utilizzare un sensore endoscopico senza contatto per misurare la profondità di penetrazione del perno nel campione dinamico durante un test di usura. I parametri del test sono riepilogati nella Tabella 1. Il tasso di usura, K, è stato valutato utilizzando la formula K=Vl(Fxs), dove V è il volume usurato, F è il carico normale e s è la distanza di scorrimento.
Si noti che in questo studio sono state utilizzate sfere di Al2O3 come materiale di contrasto. È possibile sostituire qualsiasi materiale solido per simulare più fedelmente le prestazioni di due campioni in condizioni di applicazione reali.
RISULTATI E DISCUSSIONE
Il tasso di usura è un fattore vitale per determinare la durata di vita dei materiali, mentre l'attrito gioca un ruolo critico nelle applicazioni tribologiche. La Figura 2 confronta l'evoluzione del COF per diversi polimeri rispetto alla sfera di Al2O3 durante i test di usura. Il COF è un indicatore del momento in cui si verificano i guasti e il processo di usura entra in una nuova fase. Tra i polimeri testati, l'HDPE mantiene il COF costante più basso, pari a ~0,15, per tutta la durata del test di usura. Il COF regolare implica la formazione di un contatto tribale stabile.
Le Figure 3 e 4 confrontano le tracce di usura dei campioni di polimero dopo la misurazione al microscopio ottico. Il profilometro 3D senza contatto In-situ determina con precisione il volume di usura dei campioni di polimero, consentendo di calcolare accuratamente i tassi di usura di 0,0029, 0,0020 e 0,0032m3/N m, rispettivamente. In confronto, il campione di CPVC mostra il tasso di usura più elevato, pari a 0,1121m3/N m. Nella traccia di usura del CPVC sono presenti profonde cicatrici di usura parallele.
CONCLUSIONE
La resistenza all'usura dei polimeri gioca un ruolo fondamentale nelle loro prestazioni di servizio. In questo studio, abbiamo dimostrato che il Tribometro Nanovea valuta il coefficiente di attrito e il tasso di usura di diversi polimeri in un
in modo ben controllato e quantitativo. L'HDPE mostra il COF più basso, pari a ~0,15, tra i polimeri testati. I campioni di HDPE, Nylon 66 e Polipropilene possiedono bassi tassi di usura, rispettivamente pari a 0,0029, 0,0020 e 0,0032 m3/N m. La combinazione di basso attrito e grande resistenza all'usura rende l'HDPE un buon candidato per le applicazioni tribologiche dei polimeri.
Il profilometro 3D senza contatto in situ consente di misurare con precisione il volume dell'usura e offre uno strumento per analizzare la morfologia dettagliata delle tracce di usura, fornendo maggiori informazioni sulla comprensione fondamentale dei meccanismi di usura.
PARLIAMO ORA DELLA VOSTRA APPLICAZIONE
Finitura superficiale dei pannelli alveolari con la profilometria 3D
INTRODUZIONE
La rugosità, la porosità e la struttura della superficie del pannello a nido d'ape sono fondamentali da quantificare per la progettazione finale del pannello. Queste qualità superficiali possono essere direttamente correlate all'estetica e alle caratteristiche funzionali della superficie del pannello. Una migliore comprensione della struttura e della porosità della superficie può aiutare a ottimizzare la lavorazione e la producibilità della superficie del pannello. Una misurazione quantitativa, precisa e affidabile della superficie del pannello a nido d'ape è necessaria per controllare i parametri della superficie per i requisiti di applicazione e verniciatura. I sensori 3D senza contatto Nanovea utilizzano un'esclusiva tecnologia confocale cromatica in grado di misurare con precisione le superfici dei pannelli.
OBIETTIVO DI MISURAZIONE
In questo studio, la piattaforma Nanovea HS2000 dotata di un sensore di linea ad alta velocità è stata utilizzata per misurare e confrontare due pannelli a nido d'ape con diverse finiture superficiali. Mostriamo la Nanovea profilometro senza contattodi fornire misurazioni di profilatura 3D rapide e precise e un'analisi approfondita e completa della finitura superficiale.
RISULTATI E DISCUSSIONE
Sono state misurate le superfici di due campioni di pannelli a nido d'ape con diverse finiture superficiali, ovvero il Campione 1 e il Campione 2. Le viste in falso colore e in 3D delle superfici dei Campioni 1 e 2 sono mostrate rispettivamente nella Figura 3 e nella Figura 4. I valori di rugosità e planarità sono stati calcolati con un software di analisi avanzato e sono confrontati nella Tabella 1. Il Campione 2 mostra una maggiore porosità della superficie. Il Campione 2 presenta una superficie più porosa rispetto al Campione 1. Di conseguenza, il Campione 2 possiede una rugosità maggiore. Di conseguenza, il Campione 2 possiede una rugosità Sa più elevata, pari a 14,7 µm, rispetto al valore Sa di 4,27 µm del Campione 1.
I profili 2D delle superfici dei pannelli a nido d'ape sono stati confrontati nella Figura 5, consentendo agli utenti di avere un confronto visivo della variazione di altezza in diversi punti della superficie del campione. Possiamo osservare che il campione 1 presenta una variazione di altezza di ~25 µm tra il picco più alto e la posizione più bassa della valle. D'altra parte, il campione 2 mostra diversi pori profondi lungo il profilo 2D. Il software di analisi avanzata è in grado di individuare e misurare automaticamente la profondità di sei pori relativamente profondi, come mostrato nella tabella della Figura 4.b Campione 2. Il poro più profondo tra i sei è quello che si trova nel profilo 2D. Il poro più profondo tra i sei ha una profondità massima di quasi 90 µm (Passo 4).
Per approfondire la dimensione e la distribuzione dei pori del campione 2, è stata eseguita una valutazione della porosità, discussa nella sezione seguente. La figura 5 mostra una vista a fette e la tabella 2 riassume i risultati. Si può osservare che i pori, contrassegnati in blu nella Figura 5, hanno una distribuzione relativamente omogenea sulla superficie del campione. L'area proiettata dei pori costituisce 18,9% dell'intera superficie del campione. Il volume per mm² dei pori totali è di ~0,06 mm³. I pori hanno una profondità media di 42,2 µm e la profondità massima è di 108,1 µm.
CONCLUSIONE
In questa applicazione, abbiamo dimostrato che la piattaforma Nanovea HS2000, dotata di un sensore di linea ad alta velocità, è uno strumento ideale per analizzare e confrontare la finitura superficiale dei campioni di pannelli a nido d'ape in modo rapido e preciso. Le scansioni profilometriche ad alta risoluzione abbinate a un software di analisi avanzato consentono una valutazione completa e quantitativa della finitura superficiale dei campioni di pannelli a nido d'ape.
I dati qui riportati rappresentano solo una piccola parte dei calcoli disponibili nel software di analisi. I profilometri Nanovea misurano virtualmente qualsiasi superficie per un'ampia gamma di applicazioni nei settori dei semiconduttori, della microelettronica, dell'energia solare, delle fibre ottiche, dell'industria automobilistica, aerospaziale, della metallurgia, della lavorazione, dei rivestimenti, dell'industria farmaceutica, biomedica, ambientale e in molti altri settori.
PARLIAMO ORA DELLA VOSTRA APPLICAZIONE
Capire i guasti del rivestimento con i test di graffiatura
Introduzione:
L'ingegneria superficiale dei materiali svolge un ruolo significativo in una varietà di applicazioni funzionali, che vanno dall'aspetto decorativo alla protezione dei substrati dall'usura, dalla corrosione e da altre forme di attacco. Un fattore importante e preponderante che determina la qualità e la durata dei rivestimenti è la loro forza coesiva e adesiva.
Usura rotativa o lineare e COF? (Uno studio completo con il tribometro Nanovea)
L'usura è il processo di asportazione e deformazione di materiale su una superficie a seguito dell'azione meccanica della superficie opposta. È influenzato da una varietà di fattori, tra cui lo scorrimento unidirezionale, il rotolamento, la velocità, la temperatura e molti altri. Lo studio dell'usura, della tribologia, abbraccia molte discipline, dalla fisica e chimica all'ingegneria meccanica e alla scienza dei materiali. La natura complessa dell’usura richiede studi isolati su meccanismi o processi di usura specifici, come usura adesiva, usura abrasiva, fatica superficiale, usura da sfregamento e usura erosiva. Tuttavia, l’“usura industriale” implica comunemente molteplici meccanismi di usura che si verificano in sinergia.
I test di usura lineare alternativa e rotativa (perno su disco) sono due configurazioni conformi a ASTM ampiamente utilizzate per misurare il comportamento di usura da scorrimento dei materiali. Poiché il valore del tasso di usura di qualsiasi metodo di prova di usura viene spesso utilizzato per prevedere la classifica relativa delle combinazioni di materiali, è estremamente importante confermare la ripetibilità del tasso di usura misurato utilizzando diverse configurazioni di prova. Ciò consente agli utenti di considerare attentamente il valore del tasso di usura riportato in letteratura, fondamentale per comprendere le caratteristiche tribologiche dei materiali.
Caratterizzazione ad alta velocità di un guscio d'ostrica
I campioni di grandi dimensioni con geometrie complesse possono rivelarsi difficili da lavorare a causa della preparazione del campione, delle dimensioni, degli angoli acuti e della curvatura. In questo studio verrà scansionata una conchiglia di ostrica per dimostrare la capacità del sensore di linea Nanovea HS2000 di scansionare un campione biologico di grandi dimensioni con una geometria complessa. Anche se in questo studio è stato utilizzato un campione biologico, gli stessi concetti possono essere applicati ad altri campioni.
Ispezione della finitura superficiale dei pavimenti in legno
Importanza della profilatura delle finiture del legno
In diversi settori industriali, lo scopo di una finitura per legno è quello di proteggere la superficie lignea da vari tipi di danni, come quelli chimici, meccanici o biologici, e/o di fornire un'estetica specifica. Per i produttori e gli acquirenti, la quantificazione delle caratteristiche superficiali delle finiture del legno può essere fondamentale per il controllo della qualità o l'ottimizzazione dei processi di finitura del legno. In questa applicazione, esploreremo le varie caratteristiche superficiali che possono essere quantificate utilizzando un profilometro 3D senza contatto Nanovea.
Quantificare la quantità di rugosità e texture presente su una superficie in legno può essere essenziale per garantire che possa soddisfare i requisiti della sua applicazione. Affinare il processo di finitura o verificare la qualità delle superfici in legno sulla base di un metodo di ispezione superficiale quantificabile, ripetibile e affidabile consentirebbe ai produttori di creare trattamenti superficiali controllati e agli acquirenti di ispezionare e selezionare i materiali in legno in base alle loro esigenze.
Obiettivo di misurazione
In questo studio, il Nanovea HS2000 ad alta velocità profilometro dotato di un sensore della linea di profilatura senza contatto è stato utilizzato per misurare e confrontare la finitura superficiale di tre campioni di pavimento: pavimento in legno di betulla antica, quercia grigia di corteggiamento e pavimento in mogano Santos. Mostriamo la capacità del profilometro senza contatto Nanovea nel fornire velocità e precisione nella misurazione di tre tipi di aree superficiali e un'analisi approfondita e completa delle scansioni.
Procedura di test e procedure
Risultati e discussione
Descrizione del campione: I pavimenti Courtship Grey Oak e Santos Mahogany sono pavimenti in laminato. Courtship Grey Oak è un campione grigio ardesia strutturato a bassa lucentezza con finitura EIR. Santos Mahogany è un campione bordeaux scuro ad alta lucentezza prefinito. Il legno duro di betulla antica ha una finitura all'ossido di alluminio a 7 strati, che protegge dall'usura quotidiana.
Legno duro di betulla antica
Corteggiamento Quercia grigia
Mogano Santos
Discussione
Si nota una chiara distinzione tra i valori di Sa di tutti i campioni. Il più liscio è stato Antique Birch Hardwood con una Sa di 1,716 µm, seguito da Santos Mahogany con una Sa di 2,388 µm, e significativamente crescente per Courtship Grey Oak con una Sa di 11,17 µm. Anche i valori P e R sono valori di rugosità comuni che possono essere utilizzati per valutare la rugosità di profili specifici lungo la superficie. La quercia grigia Courtship possiede una tessitura grossolana piena di caratteristiche simili a crepe lungo la direzione delle cellule e delle fibre del legno. Sono state effettuate ulteriori analisi sul campione di Courtship Grey Oak a causa della sua superficie strutturata. Sul campione di Courtship Grey Oak sono state utilizzate delle fette per separare e calcolare la profondità e il volume delle fessure dalla superficie uniforme più piatta.
Conclusione
In questa applicazione abbiamo mostrato come il profilometro ad alta velocità Nanovea HS2000 possa essere utilizzato per ispezionare la finitura superficiale di campioni di legno in modo efficace ed efficiente. Le misurazioni della finitura superficiale possono rivelarsi importanti sia per i produttori che per i consumatori di pavimenti in legno duro, per capire come migliorare un processo di produzione o scegliere il prodotto più adatto per una specifica applicazione.
PARLIAMO ORA DELLA VOSTRA APPLICAZIONE
Test di usura del legno con il tribometro Nanovea
Importanza del confronto tra usura e COF della finitura del legno
Il legno è stato utilizzato per migliaia di anni come materiale da costruzione per case, mobili e pavimenti. Ha una combinazione di bellezza naturale e durabilità, che lo rendono un candidato ideale per la pavimentazione. A differenza della moquette, i pavimenti in legno mantengono il loro colore a lungo e possono essere facilmente puliti e mantenuti, tuttavia, essendo un materiale naturale, la maggior parte dei pavimenti in legno richiede l'applicazione di una finitura superficiale per proteggere il legno da vari tipi di danni come graffi e graffi. scheggiature nel tempo. In questo studio, una Nanovea Tribometro è stato utilizzato per misurare il tasso di usura e il coefficiente di attrito (COF) per comprendere meglio le prestazioni comparative di tre finiture del legno.
Il comportamento in servizio di una specie legnosa utilizzata per la pavimentazione è spesso correlato alla sua resistenza all'usura. La variazione della struttura cellulare e fibrosa delle diverse specie di legno contribuisce al loro diverso comportamento meccanico e tribologico. I test di servizio reali sul legno come materiale per pavimentazione sono costosi, difficili da riprodurre e richiedono lunghi periodi di prova. Di conseguenza, diventa importante sviluppare un semplice test di usura che possa produrre risultati affidabili, riproducibili e immediati.
Obiettivo di misurazione
In questo studio abbiamo simulato e confrontato il comportamento all'usura di tre tipi di legno per dimostrare la capacità del Tribometro Nanovea di valutare le proprietà tribologiche del legno in modo controllato e monitorato.
Discussione
Descrizione del campione: Il legno duro di betulla antica ha una finitura all'ossido di alluminio a 7 strati, che protegge dall'usura quotidiana. Courtship Grey Oak e Santos Mahogany sono entrambi tipi di pavimenti laminati che variano per finitura superficiale e lucentezza. Il Courtship Grey Oak è di colore grigio ardesia, con finitura EIR e bassa lucentezza. Il Santos Mahogany, invece, è di colore bordeaux scuro, prefinito e ad alta lucentezza, il che consente di nascondere più facilmente graffi e difetti superficiali.
L'evoluzione della COF durante le prove di usura dei tre campioni di pavimentazione in legno è rappresentata nella Fig. 1. I campioni Antique Birch Hardwood, Courtship Grey Oak e Santos Mahogany hanno mostrato un comportamento COF diverso.
Nel grafico precedente si può osservare che il legno di latifoglie di betulla antica è stato l'unico campione a dimostrare un COF costante per tutta la durata del test. Il forte aumento del COF del Courtship Grey Oak e la successiva graduale diminuzione potrebbero indicare che la rugosità superficiale del campione ha contribuito in larga misura al suo comportamento COF. Con l'usura del campione, la rugosità della superficie è diminuita ed è diventata più omogenea, il che spiega la diminuzione del COF quando la superficie del campione è diventata più liscia a causa dell'usura meccanica. Il COF del Santos Mahogany mostra un aumento graduale e regolare del COF all'inizio della prova, per poi passare bruscamente a un andamento discontinuo del COF. Ciò potrebbe indicare che una volta che il rivestimento del laminato ha iniziato a consumarsi, la sfera d'acciaio (materiale di contrasto) è entrata in contatto con il substrato di legno che si è consumato in modo più rapido e turbolento, creando un comportamento COF più rumoroso verso la fine del test.
Legno duro di betulla antica:
Corteggiamento della quercia grigia:
Mogano Santos
La Tabella 2 riassume i risultati delle scansioni e delle analisi delle tracce di usura su tutti i campioni di pavimentazione in legno dopo l'esecuzione dei test di usura. Le informazioni dettagliate e le immagini di ciascun campione sono riportate nelle Figure 2-7. Dal confronto del tasso di usura tra i tre campioni, si può dedurre che il mogano Santos si è dimostrato meno resistente all'usura meccanica rispetto agli altri due campioni. Il legno di latifoglie di betulla antica e la quercia grigia di corteggiamento hanno presentato tassi di usura molto simili, sebbene il loro comportamento durante i test differisca in modo significativo. L'Antique Birch Hardwood ha avuto un andamento graduale e più uniforme dell'usura, mentre il Court-ship Grey Oak ha mostrato una traccia di usura poco profonda e bucherellata, dovuta alla struttura e alla finitura superficiale preesistente.
Conclusione
In questo studio abbiamo dimostrato la capacità del Tribometro Nanovea di valutare il coefficiente di attrito e la resistenza all'usura di tre tipi di legno, il legno duro di betulla antica, la quercia grigia di corteggiamento e il mogano Santos, in modo controllato e monitorato. Le proprietà meccaniche superiori del legno duro di betulla antica ne determinano una migliore resistenza all'usura. La struttura e l'omogeneità della superficie del legno svolgono un ruolo importante nel comportamento all'usura. La struttura superficiale del Rovere grigio Courtship, come gli spazi vuoti o le fessure tra le fibre cellulari del legno, possono diventare i punti deboli in cui l'usura ha inizio e si propaga.
