Способы уменьшения галлинга на скользящих металлических деталях

Чаще всего галлинг наблюдается в таких скользящих деталях, как резьба, крепеж, подшипники, цилиндры и поршни, но оно может возникать и при металлообработке - например, когда микроскопические кусочки заготовки прилипают к режущему инструменту станка.

К счастью, существует несколько способов предотвратить задиры как при изготовлении металлических деталей, так и в процессе их эксплуатации. Выбор материала, обработка поверхности и эффективная смазка являются одними из лучших стратегий для уменьшения задиров. Однако некоторые детали и материалы изначально подвержены этой проблеме, что ограничивает их срок службы.

В этой статье рассматриваются некоторые стратегии по предотвращению задиров на скользящих металлических деталях, при этом особое внимание уделяется производственной стороне: материалам, производственным процессам и обработке поверхности.

Почему происходит галлинг?

Задир возникает, когда скользящие поверхности прилипают друг к другу. Трение и адгезия между двумя поверхностями разрывают подповерхностную кристаллическую структуру одной поверхности, в результате чего она переходит на противоположную поверхность. Видимая приподнятая шишка, которая образуется в результате этого явления, и есть «наклеп».

Это явление происходит потому, что даже гладкие на ощупь детали имеют изъяны - крошечные пики и впадины - в микроскопическом масштабе. Микроскопические пики или аспериты каждого материала соприкасаются, вызывая трение.

Несколько факторов могут усугубить тяжесть процесса галлинга. К ним относятся:

• Недостаточная смазка между двумя поверхностями скольжения.
• Сочетание высоких нагрузок и низких скоростей скольжения.
• Использование мягких, вязких материалов.
• Использование материалов с пассивным оксидным слоем, таких как нержавеющая сталь и титан.
• Использование одного и того же материала на каждой поверхности.
• Колебания температуры.

Галлинг часто возникает на мелких деталях, таких как резьбовые крепежные элементы. Если его не лечить, он представляет серьезную опасность в промышленных процессах. Заедание резьбы может привести к поломке крепежа или всего узла.

Проблема заедания может привести к поломке оборудования и потребовать дорогостоящего обслуживания, что приведет к задержкам в производстве и напрасной трате ресурсов.

Способы предотвращения галлинга

Существует несколько способов предотвратить или свести к минимуму образование задиров на скользящих металлических деталях. Здесь мы сосредоточимся в основном на способах, которыми производители могут помочь предотвратить задир (материалы и производство), а не на способах, которыми конечные пользователи деталей могут предотвратить его (смазка и обслуживание), хотя оба способа важны.

Некоторые материалы более склонны к задирам, чем другие. Как правило, более твердые материалы более устойчивы к галлингу, чем более мягкие, но при этом необходимо учитывать и другие факторы.
К числу наиболее склонных к заклиниванию материалов относятся алюминий, титан и аустенитная нержавеющая сталь. Однако эти материалы часто требуются из-за их других желательных свойств, таких как прочность, коррозионная стойкость и обрабатываемость. Если эти материалы не являются необходимыми, то такие альтернативы, как латунь, бронза и кобальт, гораздо лучше предотвращают заклинивание.
Вероятность возникновения заедания снижается, если две поверхности скольжения представляют собой два разных материала, благодаря их несхожей атомной структуре.

Как мы уже говорили, материалы с более высокой степенью упрочнения менее подвержены галлингу. Помимо выбора материала, твердость материала можно повысить с помощью определенных методов обработки поверхности металла.
В частности, для нержавеющих сталей такие методы, как термообработка, науглероживание и азотирование, могут уменьшить повреждения, вызываемые наклепами.

Шероховатые поверхности могут усугублять процесс галлинга, поскольку абрисы каждой поверхности могут сцепляться друг с другом. С другой стороны, очень гладкие поверхности также могут привести к заеданию, поскольку отсутствие текстуры на поверхности означает, что смазка не может быть захвачена и удержана материалом.
Идеальная шероховатость поверхности для предотвращения заедания составляет более 0,25 мм Ra и менее 1,5 мм Ra.
Такие виды обработки поверхности, как шлифование, полирование и полировка, могут использоваться для уменьшения шероховатости материалов с шероховатостью поверхности более 1,5 мм Ra, а такие виды обработки, как грубая абразивная обработка, могут использоваться для увеличения шероховатости поверхности (при этом маскируя дефекты поверхности).

Детали, подверженные заклиниванию, можно обработать антизадирными покрытиями, которые предназначены для снижения трения. Одним из возможных типов покрытия является дисульфид вольфрама, который действует как сухая пленочная смазка. В отличие от смазочных материалов, которые наносятся и повторно наносятся перед сборкой и использованием, дисульфид вольфрама не притягивает грязь и мусор.
Еще одним вариантом уменьшения задиров является электролитическое никелевое или хромовое покрытие, которое также может повысить коррозионную стойкость. Покрытие может быть особенно эффективным, если оно наносится только на одну из двух поверхностей скольжения. Еще одно популярное антизадирное покрытие - алмазоподобный углерод (DLC), который может значительно повысить твердость поверхности металлической детали.

Давление на поверхность можно уменьшить, а заедание свести к минимуму за счет увеличения площади контакта между поверхностями скольжения. При проектировании деталей необходимо по возможности увеличить площадь контакта. Конструкция должна обеспечивать достаточную смазку скользящих частей - полости или отверстия могут способствовать удержанию смазки в зоне контакта.
Указание допусков также важно при проектировании. Скользящие части должны иметь достаточный зазор, чтобы минимизировать трение и при этом функционировать по назначению.

Эффективная смазка - одна из ключевых стратегий предотвращения заедания скользящих металлических деталей. Смазка снижает трение и температуру контакта, а также действует как защитный слой между двумя поверхностями.
К распространенным смазочным материалам для предотвращения задиров относятся специальные антизадирные смазки, консистентные смазки, масла и противозадирные растворы.