Boj proti fenoménu skluzu a lepení: Závitové profily s mikroskopickými zásobníky maziva

Profily závitů na šnekových šroubových zvedácích, které jsou při zatížení vystaveny povrchovému tlaku > 20 N/mm2 a které pracují při nízkých obvodových rychlostech, vyžadují trvalé mazání. Přesné závity Bornemann nabízejí část řešení.

Vlákna, která náhle skřípou, jsou pro zkušené obsluhy strojů poplachem. Zkušenosti ukazují, že do selhání systému nezbývá mnoho času. Vrzání je známkou opotřebení a vyskytuje se zejména u ložisek, vedení a závitových vřeten v oblasti těžké zdvihací techniky. Důvod: nedostatečné mazání. Výsledek: prokluzování. Dvě pevná tělesa – v případě závitu vřeteno a matice – se vzájemně dotýkají trhavým pohybem. V nejhorších případech může dojít k mikrosvařování nebo svařování za studena. Je tedy na vině výrobce maziva?

„Ne,“ říká Moritz von Soden, jednatel společnosti Bornemann Gewindetechnik. „Není to tak jednoduché. Příčin jevu klouzání tyčí je mnoho. Často jde o kombinaci různých vlivů. Základem pro zajištění optimální životnosti závitu je však podle mého názoru jeho konstrukce. Hlavním faktorem je kvalita povrchu závitu.“

Optimální mazání boků závitů – kapsy maziva proti jevu „stick-slip“

Jev stick-slip neboli jednoduše stick-slip obvykle zmizí, jakmile styčné plochy oddělí meziprodukt nebo mazivo. Jeho účinek závisí také na kompatibilitě maziva s elastomerovými materiály, chování při zpětném toku, dodávce oleje a úrovni ochrany proti korozi.

Dalším rozhodujícím faktorem je kombinace materiálů v systému vřeteno/ matice. Například u kombinace kulové litiny a oceli může obsah železa v obou materiálech podporovat svařování za studena.

Společnost Bornemann Gewindetechnik klade důraz na přesnost při vývoji topografie povrchu závitových vřeten a matic, nikoliv na dodávku maziva, jeho kompatibilitu a kombinaci materiálů. Přesnost na mikroskopické úrovni: mikroskopické kapsy maziva – prohlubně na povrchu závitu – pomáhají udržet mazivo tam, kde je potřeba (obr. 1a a b), a to i při nejvyšším povrchovém zatížení.

Závity vyráběné společností Bornemann spolehlivě vykazují tyto důležité kapsy mazání. Metoda válcování závitů nemůže vytvořit prohlubně na povrchu závitu, a proto nenabízí žádnou takovou alternativu. Díky tomu jsou závitová vřetena Bornemann oblíbená zejména v oblasti těžké zvedací techniky. Nástroj pro výrobu závitových vřeten se skládá z hnaného prstence se sadou profilových matric. Během obrábění provádí profilové řezy, zatímco se obrobek otáčí uvnitř matricového prstence.

Sada matric se skládá z několika jednotlivých řezných hran, které pracují jedna za druhou a vytvářejí přerušovaný řez. Během tohoto procesu se v povrchu obrobku mezi jednotlivými řezy vytvářejí mikroskopické prohlubně, které tvoří polygonální konkávní zkosení o velikosti pouhých mikrometrů. Na první pohled se tyto prohlubně jeví jako výrobní vady. Ve skutečnosti tyto stopy po obrábění zlepšují provozní vlastnosti závitových vřeten. Mikroskopické prohlubně mohou při mazaném třecím kontaktu fungovat jako mikrokapsy mazání. Tyto kapsy se naplní mazivem, a působí tak proti případným přerušením mazacího filmu. Jak je vidět na obrázku 2a, mikrokapsy mazání způsobují hydrodynamické narůstání tlaku při mazaném kluzném kontaktu mezi dvěma pevnými tělesy. Tento nárůst tlaku působí kolmo k povrchu a zabraňuje tření v pevném stavu.

Zkoušky na tribometrických kotoučích vybavených mikrokapsami s mazivem ukazují, že mikrokapsy s mazivem mohou snížit koeficient tření, a tím i třecí ztráty při nízkých relativních rychlostech nižších než 1,5 m/s, a to zlepšením dodávky maziva během třecího kontaktu (obrázek 2b).

Tyto mikrokapsy mazání jsou již předmětem různých výzkumných projektů v jiných oblastech (například v třecím kontaktu mezi pouzdry válců a písty). Ve spalovacích motorech se tyto prohlubně používají k tomu, aby se zabránilo vytékání maziva z místa kontaktu a snížily se ztráty třením a opotřebení způsobené mechanickým otěrem. Stejné výhody poskytují vybrání také na opěrném boku závitových vřeten Bornemann. Zejména jejich orientace, která je kolmá na třecí pohyb, pomáhá udržet mazivo na místě při třecím kontaktu a zajišťuje odpovídající mazací účinek.

„Samozřejmě, že i jiné výrobní postupy nabízejí specifické výhody,“ vysvětluje Moritz von Soden, “ale naše závity se osvědčily v těžkém strojírenství, zejména u vysoce namáhaných trapézových šroubových pohonů. Vytlačuje se mnohem méně maziva. Námi zavedené mazací kapsy fungují jako zásobníky maziva.“

Obecně rozšířený názor, že válcovaná závitová vřetena mají delší životnost, se podle generálního ředitele společnosti Bornemann v praxi nepotvrdil. „Tvrdší povrch válcovaných vřeten nevede k delší životnosti. Ve zdvihací technice se jako opotřebitelné díly obvykle používají bronzové matice. Tvrdost vřeten proto není z technického hlediska významným faktorem z hlediska opotřebení. Předchozí testy odolnosti navíc prokázaly, že naše závitová vřetena vykazují jen minimální známky opotřebení i po mnoha letech provozu.“

Vedle kvality vláken je rozhodující celkový systém

Pouze optimální kombinace závitu, maziva a údržby zařízení může zabránit jevu prokluzování. Očištění povrchu před nanesením maziva je jedním z nejdůležitějších přípravných úkonů. Důrazně doporučujeme také tekutá plastická maziva s třídou konzistence NLGI 00. Množství plastického maziva by mělo činit nejméně 30 % objemu mezi vřetenem a měchem. Další požadavek na mazivo je odvozen od těsnosti systému: Protože měchy obvykle nejsou hermeticky uzavřeny, nelze obecně vyloučit vznik kondenzace v nich. Mazivo proto musí mít vysokou odolnost proti vodě a musí poskytovat velmi účinnou ochranu proti korozi.

O společnosti Bornemann

Společnost Bornemann Gewindetechnik (www.bornemann-gewindetechnik.de) vyrábí závity všech speciálních tvarů a velikostí. Vyrábíme například zakázková řešení pro zdvihací techniku a hydraulické ocelové konstrukce, zařízení plošin a šoupátka pro přehrady. Vedle náročných vysoce přesných prací na závitech s přítlačným závitem, posuvných šroubech a vícestupňových závitech se zaměřujeme také na výrobu velkých, k montáži připravených vřeten s trapézovým závitem a sad matic. Jako výchozí materiál lze použít jakýkoli obráběný materiál. Standardní rozměry závitových vřeten se pohybují v průměru od 10 do 180 mm a délce až 10 m. Optimalizovaný výrobní proces společnosti Bornemann vytváří závitové plochy, které dosahují kvality odpovídající broušeným závitům.

Prokluzování a jeho důsledky: Příšerné zvuky a zvýšené opotřebení

Fenomén „stick-slip“ je běžný i v každodenním životě. Při vrzání dveří, skřípání kol na kolejnicích nebo skřípání stěračů na čelním skle je statické tření větší než tření kluzné. Zejména v technických aplikacích v průmyslovém prostředí se však jev stick-slip rychle stává problémem: je známkou zvýšeného opotřebení a nedostatečného mazání na profilech závitů (obr. 3). V extrémních případech může dokonce způsobit svařování za studena v celém systému vřeteno/matka.