I cuscinetti autolubrificanti sono boccole in metallo poroso o composito che immagazzinano olio o lubrificanti solidi al loro interno. Durante il movimento, il lubrificante si deposita sulla superficie di scorrimento creando una pellicola a basso attrito, per poi tornare nei pori quando l'albero si ferma. Questo ciclo integrato consente al cuscinetto di funzionare per anni senza necessità di lubrificazione periodica.
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Breve storia dei cuscinetti autolubrificanti
I cuscinetti autolubrificanti risalgono all'inizio del XX secolo, quando gli ingegneri iniziarono a impregnare le boccole metalliche porose con olio. Una pietra miliare fu il lancio di Cuscinetti Oilite® nel 1930, sviluppato presso la Chrysler da Carl Breer insieme a William Sherwood e al metallurgista Bill Caulkins.
Successivamente, negli anni '1980, Robert Schröder introdusse i cuscinetti a strisciamento bimateriale, segnando un'altra pietra miliare. Nel tempo, la tecnologia si è evoluta con materiali avanzati, design specializzati e tecniche di produzione migliorate.
Come funzionano i cuscinetti autolubrificanti
I cuscinetti autolubrificanti funzionano solitamente secondo tre meccanismi:
Olio impregnato in metallo poroso
In questo caso, l'olio o il materiale lubrificante viene impregnato nei pori del metallo. Quando i cuscinetti sono in funzione e si riscaldano, l'olio viene rilasciato per capillarità verso gli strati di scorrimento, riducendo il coefficiente di attrito. Il materiale lubrificante viene poi riassorbito dai minerali quando i cuscinetti sono freddi o non in funzione.
Lubrificanti solidi incorporati
Lubrificanti solidi come solfuro di molibdeno, piombo o grafite vengono utilizzati in modo da essere incorporati nel materiale. Questi lubrificanti migrano nel tempo verso gli strati di scorrimento, formando uno strato liscio e riducendo così l'attrito.
Lubrificazione basata sulla reazione
In alcuni cuscinetti autolubrificanti è incorporato tale materiale, che reagisce chimicamente quando è sottoposto a stress, creando composti lubrificanti esattamente dove servono.
Tutti e tre questi processi sono completamente automatici e non richiedono alcun tipo di lubrificazione o manutenzione esterna.
Processo di fabbricazione dei cuscinetti autolubrificanti
I cuscinetti autolubrificanti vengono solitamente realizzati con l'ausilio di un processo di metallurgia delle polveri. Ecco le fasi principali di questo processo:
Selezione dei materiali
Il primo e più importante passaggio del processo di produzione è la selezione della polvere metallica e del polimero. Metalli come rame, bronzo o ferro-rame vengono scelti in base alle proprietà richieste per i cuscinetti. Talvolta, anche il lubrificante viene miscelato con polvere metallica e polimero.
modanatura
Qui la polvere di materia prima viene inserita negli stampi del cuscinetto della forma desiderata e pressata ad alta pressione, ottenendo così il componente grezzo. Qui viene realizzata la forma desiderata del cuscinetto, garantendone la precisione dimensionale e l'accuratezza.
sinterizzazione
Uno dei passaggi più importanti del processo di formazione del cuscinetto è l' processo di sinterizzazioneIn questo caso, le parti verdi del cuscinetto desiderato vengono sinterizzate in un ambiente inerte, formando legami a livello microscopico tra le particelle. Il materiale viene densificato per migliorare le forze coesive e l'integrità strutturale del cuscinetto. La temperatura di sinterizzazione è inferiore al punto di fusione, come nel caso delle leghe a base di rame, che è di circa 800 °C.
dimensionamento
Il processo di dimensionamento è un processo successivo alla sinterizzazione che porta il cuscinetto autolubrificante alla sua tolleranza finale. Durante il processo di dimensionamento, il componente raffreddato viene pressato attraverso uno stampo di dimensionamento a temperatura ambiente per correggere il ritiro e ottenere il diametro esterno e il foro interno desiderati. Questa deformazione controllata migliora la precisione dimensionale e la resistenza superficiale, mantenendo al contempo la porosità interna necessaria per l'immersione in olio.
Impregnazione dell'olio
Impregnazione di olio Il processo inizia in un serbatoio sigillato che viene evacuato a circa 50 mbar, liberando i pori del cuscinetto dall'aria. Successivamente, l'olio riscaldato inonda la camera e, per capillarità, aspira il fluido attraverso la matrice porosa.
Processo di finitura
La fase finale nella realizzazione di cuscinetti autolubrificanti è la finitura finale, che può includere il rivestimento o la lucidatura della superficie del cuscinetto per ottenere l'aspetto desiderato.
Tipi di cuscinetti autolubrificanti
Cuscinetti in metallo sinterizzato (cuscinetti impregnati d'olio)
Cuscinetti sinterizzati Sono realizzati tramite un processo di metallurgia delle polveri. Questi cuscinetti impregnati d'olio presentano una struttura porosa immersa nell'olio lubrificante. I cuscinetti in metallo sinterizzato sono noti per la loro elevata tolleranza e velocità di produzione, motivo per cui vengono utilizzati in piccoli motori, utensili e vari componenti automobilistici.
Cuscinetti non metallici
Cuscinetti a base di polimeri
Come suggerisce il nome, questi cuscinetti polimerici autolubrificanti sono realizzati con polimeri come il PTFE o il nylon. Questi cuscinetti contengono lubrificanti solidi integrati per un funzionamento senza attrito, garantendo un funzionamento pulito e a bassa manutenzione, motivo per cui trovano applicazione nell'industria alimentare e nei dispositivi medici.
Cuscinetti in grafite di carbonio
I cuscinetti non metallici sono realizzati utilizzando una miscela di carbonio e grafite come materiale di base. Questi cuscinetti sono noti per la loro elevata tolleranza ad alte temperature e ambienti corrosivi. Di conseguenza, vengono utilizzati in pompe, turbine e apparecchiature chimiche dove i lubrificanti tradizionali potrebbero non funzionare.
Tipi di materiali per cuscinetti autolubrificanti
Oli impregnati
Si tratta solitamente di lubrificanti a base di olio utilizzati nei cuscinetti in metallo sinterizzato, come oli minerali e sintetici a base di esteri.
Lubrificanti Solidi
I lubrificanti solidi sono incorporati nel materiale del cuscinetto e sono considerati ideali per temperature estreme o ambienti in cui i lubrificanti liquidi non sono adatti. Tra questi lubrificanti figurano:
- Grafite: Ottimo ad alte temperature, eccellente lubrificante secco.
- Disolfuro di molibdeno (MoS₂): Riduce l'attrito sotto carichi elevati.
Additivi autolubrificanti polimerici
In questi cuscinetti vengono comunemente utilizzati additivi autolubrificanti polimerici come il PTFE (politetrafluoroetilene) e l'UHMW-PE (polietilene ad altissimo peso molecolare). Questi lubrificanti formano una pellicola superficiale a basso taglio che contribuisce a ridurre l'attrito durante lo scorrimento.
Vantaggi dei cuscinetti autolubrificanti
Affidabilità e longevità
I cuscinetti autolubrificanti sono progettati per garantire prestazioni costanti per lunghi periodi. Grazie alla lubrificazione integrata, sono meno soggetti a usura e non richiedono interventi frequenti.
Efficienza dei costi e funzionamento senza manutenzione
Poiché questi cuscinetti non richiedono lubrificazione o ingrassaggio regolari, con conseguente riduzione dei costi di manodopera e lubrificazione, non richiedono manutenzione come i cuscinetti tradizionali.
Utilizzo in componenti di difficile accesso
Nei macchinari in cui la lubrificazione manuale è difficile o impossibile, i cuscinetti autolubrificanti vengono utilizzati per garantire un funzionamento regolare. Sono considerati ideali per installazioni sigillate o remote.
Operazione pulita
Rispetto ai cuscinetti tradizionali, non è necessario ingrassarli o oliarli; l'olio o il grasso possono perdere; questi cuscinetti garantiscono un funzionamento più pulito, senza perdite.
Funzionamento senza rumore
Riducendo al minimo l'attrito, funzionano in modo fluido e senza produrre alcun rumore. Per questo motivo, vengono utilizzati nei ventilatori silenziosi, dove offrono un funzionamento più silenzioso.
Applicazione dei cuscinetti autolubrificati
Automotive
Questi cuscinetti sono ampiamente utilizzati nei veicoli, in particolare nelle parti che richiedono un funzionamento costante e senza manutenzione, come giunti delle sospensioni, motorini dei tergicristalli, alzacristalli elettrici, pedali e tettucci apribili.
Elettrodomestici
Non vengono utilizzati solo nei macchinari pesanti, ma anche in alcuni dei nostri elettrodomestici, come ventilatori silenziosi, lavatrici e macchine da caffè. I cuscinetti a strisciamento contribuiscono a far funzionare gli elettrodomestici in modo silenzioso ed efficiente.
Attrezzature per ufficio
Questi cuscinetti a secco si sono rivelati utili anche in dispositivi come stampanti e scanner. Riducono usura e rumore, consentendo al contempo un funzionamento compatto e senza manutenzione, soprattutto in componenti sottoposti a movimenti ripetitivi.
Macchinario industriale
I cuscinetti autolubrificanti sono considerati ideali per macchine che operano in ambienti polverosi, ad alto carico o ad alta temperatura. Sono utilizzati in nastri trasportatori, riduttori e pompe.
Aeronautico
Poiché gli aerei presentano molte aree difficili da raggiungere, ma richiedono un funzionamento più fluido e affidabile, questi cuscinetti vengono utilizzati anche in questo ambito. Sono presenti nel carrello di atterraggio, negli attuatori e nei sistemi di controllo.
Macchine tessili e da stampa
Questi settori utilizzano anche cuscinetti autolubrificanti perché resistono a polvere, lanugine e intasamenti. Questo garantisce una produzione ininterrotta, senza necessità di frequenti manutenzioni.
Limitazioni dei cuscinetti autolubrificanti
- I cuscinetti autolubrificanti a base di polimeri possono degradarsi o perdere efficacia ad alte temperature.
- I costi iniziali di questi cuscinetti sono generalmente più elevati rispetto ai cuscinetti convenzionali.
- Potrebbero non essere adatti per applicazioni ad altissima velocità a causa dei limiti inferiori di pressione-velocità.
- Questi cuscinetti potrebbero avere una resistenza limitata agli agenti chimici aggressivi o agli ambienti abrasivi.