Mancais deslizantes de carbono

Nós Somos a Schunk Carbon Technology

A Schunk Carbon Technology é líder global no desenvolvimento, fabricação e aplicação de

soluções de carbono e cerâmica. Como nenhuma outra a Schunk Carbon Technology combina

o seu espírito inovador e experiência tecnológica com o seu excepcional atendimento ao

cliente para fornecer uma gama exclusiva de produtos e serviços.

Com seu portfólio altamente especializado composto por carbono mecânico e carbono elétrico com tecnologia para aplicação em cerâmica técnica com alta temperatura, a Schunk Carbon Technology oferece soluções coordenadas para perfeita aplicação em diferentes setores da indústria. Você pode nos encontrar em milhões de veículos motorizados, em aparelhos domésticos, na tecnologia ferroviária e de aviação, assim como na indústria química, em processos de tratamento térmico, solar e eólico, até na tecnologia médica e indústria de semicondutores.

A unidade de negócios da Indústria de Carbono Mecânico desenvolve e produz materiais para anéis de vedação, mancais deslizantes e componentes para bombas feitos de grafite e carbono, assim como o SiC.

Os produtos da unidade de negócios são utilizados em tecnologia de vedação, assim como em máquinas, montagens e sistemas em diversas áreas industriais, como indústrias químicas e petroquímicas, engenharia e fornecimento de energia, indústrias farmacêutica e alimentar, aviação e navegação entre outras.

Uma divisão do Schunk Group.

A Schunk Carbon Technology é uma divisão do Schunk Group, uma empresa global de tecnologia operacional com mais de 8.200 funcionários em 29 países, que desenvolve soluções personalizadas de alta tecnologia nas áreas de tecnologia de carbono e cerâmica, simulação ambiental, tecnologia climática, metal sinterizado e soldagem por ultra-som.

Areas de Aplicação

Quer estejam sendo utilizadas na fabricação de bombas clássicas nas indústrias químicas e

petroquímicas, nos setores alimentícios, farmacêuticos e cosméticos, na indústria automotiva,

na engenharia de usinas elétricas ou no tratamento térmico - os mancais deslizantes fabricados

com carbono tem uma grande variedade para diferentes aplicações.

Sua propriedade auto-lubrificante lhe permite, por si, abranger uma ampla gama para utilização, desde mancais com funcionamento a seco até os mancais hidrodinâmicos lubrificados sob alta carga.

O resumo para as aplicações dos mancais deslizantes de carbono a seguir não garante nenhuma reivindicação para integralidade, sendo apenas uma seleção de aplicações em função das propriedades exclusivas dos materiais de grafite e grafite de carbono, as indústrias estão ininterruptamente descobrindo novas utilizações para esses mancais

deslizantes.

Aplicações Material recomendado

Bombas de água industrial FH42Z2

Bombas de circulação de aquecimento FH42Z2, FH42A, FH82A, _FC941 Bombas de motor submersível, mancais radiais FH42Z2, FH42A, FH82A Bombas de motor submersível, mancais axiais FH42Z5, FH82Z5, FH82A

Bombas de reforço FH42Z2, FH42A

Bombas de engrenagem FH42Y3, FH42A, SiC30

Bombas Químicas FH42Z2, FH42Y3, _{FE45Y3, SiC30}

Bombas para transferência de calor de derivados

de petróleo FH42A

Bombas para gases líquidos FH42A, FH82A FH71ZH2, _{FH71A, SiC30} Bombas para estação de energia

(bombas de refrigeração principal) FH42(9)Y3

Bombas e sistemas

(indústria alimentar) FH42Z2, FH42Y3

Máquinas de tingimento FH42, FE45Y3

Máquinas de clareamento FE45Y3

Instalações de lavagem industrial FH42, FH42Z2

Linhas de Galvanização FH42, FE45Y3

Medidor de deslocamento positivo FH42Y3, FH42A

Bombas de combustível FF521, FH42A

Bombas de refrigeração (automotivas) FF521

Aplicações Material recomendado

Fornos industriais (indústria alimentar) FE65

Secador de lâminas FH42, FH44Z2

Secador para gesso e placa de gesso FH82, FE45Y3, FE65

Fornos de têmpera para vidros FE45Y3, FE65

Redes de transporte para fornos FH42

Grelha de arrefecimento para moinhos FE45Y3

Ajuste da palheta diretriz para compressores turbo FE45Y3

Válvulas oscilantes FE45Y3

Bombas de palhetas e compressores de ar FH42Z2

Câmara de descarga FE65

Os materiais listados para cada aplicação provaram-se na prática e por sua vez, devem ser vistos como

recomendações. Porém, as condições operacionais podem exigir o uso de um material específico em algumas instâncias particulares. Nossos funcionários em engenharia de aplicação terão prazer em recomendar a seleção de um material.

Propriedades características

A seguir as principais propriedades que os materiais de carbono e grafite oferecem:

¬ Excelentes propriedades de funcionamento a seco e anti atrito, inclusive em piores meio lubrificantes

¬ Um baixo coeficiente de atrito no contato com uma grande variedade de contra-faces

¬ Excelente resistência química

¬ Adequados para utilização com alimento e água potável

Capacidade de Carga

O valor p * v de um material pode ser utilizado para proporcionar uma estimativa de sua vida útil. A capacidade de carga dos mancais deslizantes é calculada usando a pressão deslizante p e a velocidade de deslizamento v. A pressão deslizante p em N/cm2 é calculada a partir da força de reação F e as dimensões geométricas do mancal:

Onde F = força de reação (N); d = diâmetro (cm); l = comprimento (cm).

¬ Resistente a altas e baixas temperaturas ¬ Alta condutividade térmica

¬ Excelentes propriedades de choque térmico ¬ Grande estabilidade dimensional

¬ Alta resistência à fadiga

¬ A resistência mecânica não depende da temperatura

A velocidade de deslizamento v em m/s é calculada a partir da velocidade da rotação do eixo:

Onde n = velocidade de rotação (min-1); d = diâmetro (m)

p= (d*l) F v= d * ∏ * ₆₀n 500 400 300 200 100 FE65 Carga espec. N/cm2 Vel. deslizamento m/s FE45Y3

Mancais deslizantes funcionamento a seco

Em aplicações de funcionamento a seco, o aumento de desgaste p mais alto e / ou v mais alto. Com taxas de desgaste quase iguais, o produto de p*v é quase constante e pode ser usado como uma particularidade do material. Como os mancais deslizantes estão sujeitos a uma certa quantidade de desgaste em aplicações de funcionamento a seco, um valor limite de desgaste de 0,7 µm / h foi determinado para criar curvas de carga com valores criticos p* v.

A Schunk realizou uma série de testes abrangentes sobre bancadas de teste com mancais deslizantes com a finalidade de aplicar esses diagramas, com diversas velocidades e pressões de deslizamento.

As seguintes condições limite foram aplicadas ao teste: dimensões do mancal radial Ø18/12 x 10 mm; eixo com material de aço inoxidável 1.4104; superfície do eixo com uma rugosidade Rt ≈0,7 µm; funcionamento a seco e ao ar à temperatura ambiente.

O diagrama 1 p*v mostra a capacidade de carga dos mancais deslizantes FH42 em funcionamento a seco, fabricados com material não impregnado e FH44Y3 e FE45Y3 todos fabricados com materiais de carbono.

Os mancais de carbono FH42, fabricados com carbono grafite duro e bastante forte, têm menos capacidade de carga em comparação com os outros dois materiais em aplicações de funcionamento a seco. Devido à maior porcentagem de grafite no FH44Y3 carbono grafite, este material apresenta uma capacidade de carga

significativamente maior com a mesma taxa de desgaste. O FE45Y3 eletro-grafite exibe a maior capacidade de carga entre os três materiais.

Com uma grande variedade de métodos de impregnação, como impregnação de resina sintética, pode aumentar a capacidade de carga ainda mais. A impregnação de antimônio apresentou aumento na capacidade de carga somente em baixas velocidades de deslizamento (<0,5 m / s). Tratamentos especiais com impregnação de sal, em contrapartida, proporcionam melhorias significativas, como mostrado no diagrama p * v 2. Este diagrama p * v compara a capacidade de carga do FE45Y3 eletro-grafite com o FE65

Os diagramas p * v mostram que o produto p * v são praticamente constantes dentro de uma ampla faixa de pressão e velocidade para cada material. Os seguintes valores foram determinados para os materiais individuais: FH42 p*v = 11 N/cm²*m/s

FH44Y3 p*v = 30 N/cm²*m/s FE45Y3 p*v = 40 N/cm²*m/s FE65 p*v = 190 N/cm²*m/s

As máximas curvas de carga são fornecidas no diagrama p*v de 0,2 a 1,5 ou 2 m / s. As velocidades de deslizamento de v <0,2 m / s, a carga máxima aplicável para v = 0,2 m / s não deve ser excedida em uma quantidade significativa. O aumento do desgaste deve ser esperado nas velocidades de deslizamento superiores à 1,5 ou 2 m / s, relativo a

suposição p * v = constante.

As máximas curvas de carga determinadas para os mancais radiais de funcionamento a seco também se aplicam a mancais axiais de funcionamento a seco.

Diagrama 1 p-v: Capacidade de carga dos mancais de carbono de funcionamento a seco, dependendo da velocidade de deslizamento 140 120 100 80 60 40 20 0,5 1,0 1,5 2,0 FH42 FH44Y3 FE45Y3 Carga espec. N/cm2 Vel. deslizamento m/s

Mancais deslizantes funcionamento com

fluídos

Produtos lubrificados do sistema tribológico podem ser descritos muito bem pelas curvas Stribeck. A resistência ao atrito resultante em carga constante é distribuída ao longo da velocidade crescente de deslizamento. O perfil da curva refere-se a diferentes áreas de atrito. Desde o início ocorre o estado sólido ou atrito seco, no atrito estático ou na área limite do atrito. Segue uma área transitória de atrito misto, e finalmente, ocorre o atrito com fluido sendo que a partir deste ponto o atrito é mínimo.

O atrito no estado sólido ocorre nas áreas de atrito seco e misto, gerando em ambos um aumento no atrito e no desgaste. Ao usar os mancais de carbono deslizantes, é possível reduzir significativamente o atrito e o desgaste, mesmo na presença de pequenas quantidades de líquido ou vapores. Dependendo da carga, meio e geometria , a lubrificação hidrodinâmica ocorre com líquidos acima de uma certa velocidade de deslizamento, nenhum desgaste por atrito é criado nesses estágios.

Dado que os benefícios dos materiais de carbono são principalmente evidenciados nas áreas limite e de atrito misto, a capacidade de carga de diferentes materiais é representada em uma pequena área da curva de Stribeck usando um diagrama de valor p * v e comparados entre si. Um limite de desgaste de 0,1 µm / h foi determinado para este propósito. Em geral, naturalmente a capacidade de carga desses materiais é significativamente maior.

As Curvas Stribeck e suas áreas de atrito: 1 - atrito estático ou área de atrito limite (estado sólido / atrito a seco) | 2- área de atrito misto | 3- lubrificação hidrodinâmica (atrito líquido)

Diagrama 3 p-v: A Capacidade de carga em uma função de velocidade de deslizamento dos mancais de carbono em aplicações de funcionamento molhado

1000 800 600 400 200 0,5 1,0 1,5 2,0 FH42Z2 Carga espec. N/cm2 Vel. deslizamento m/s FH42A Atrito Velocidade de Deslizamento

1

2

3

Materiais de contra-face

Em geral, uma vasta gama de materiais de contra-face pode ser utilizada. Mesmo metais

relativamente macios podem servir como materiais de contato, dependendo da carga e do

material de carbono.

Os aços cromados (13 - 17% Cr) mostraram-se eficazes, mesmo sob cargas elevadas. Parte da razão pela qual materiais mais duros de contra-face são os mais adequados é porque torna-se mais fácil para uma película de

transferência de grafite (pátina) se acumular na contra-face de materiais mais duros. Recomenda-se uma dureza de HRc> 40, especialmente sob cargas elevadas.

Os melhores resultados de operação são obtidos em uma rugosidade de superfície da contra-face de Rt <1 µm. Rugosidades superficiais elevadas até Rt = 2 µm resultam apenas em um aumento de desgaste durante a fase de partida. Eixos retificados de precisão são recomendados, enquanto eixos polidos devem ser evitados.

A utilização de aços inoxidáveis não endurecídos contendo níquel como materiais de contra-face não são

recomendados, uma vez que existem outros materiais disponíveis que são mais adequados para a aplicação. Caso contrário, particularmente em aplicações de funcionamento a seco, pode ocorrer lubrificação insuficiente ou líquidos gravemente contaminados.

Materiais de contra-face altamente adequados. ¬ Aço cromo

¬ Aço cromo fundido ¬ Aço nitretado

¬ Ferro fundido cinzento

¬ Materiais revestidos com Cromo Duro ¬ Aço não ligado

¬ Carboneto de silicone ¬ Carboneto

¬ Cerâmica sinterizada (Al₂ O₃ )

Materiais contra-face com utilização limitada ¬ Aço inoxidável

¬ Ferro fundido austenítico ¬ Metal não ferroso

Materiais de contra-face inadequados ¬ Alumínio

¬ Ligas de alumínio

Mancal axial Mancais deslizantes com alojamento metálico

Fabricação

Projeto do mancal

Em geral, os rolamentos deslizantes Schunk são fabricados de acordo com as necessidades específicas e solicitações de projetos de nossos clientes. Além disso, a DIN 1850 página 4 („casquilhos de carbono artificiais“) pode ser levada em conta para mancais radiais e flangeados.

Além de uma fabricação apropriada para cerâmica, existem algumas diretrizes geométricas gerais que devem ser consideradas.

As seguintes proporções podem servir como valores de referência para mancais radiais cilíndricos simples:

Os mancais lubrificados também podem ser projetados com ranhuras espirais ou longitudinais para garantir que o lubrificante seja fornecido à lacuna do mancal e ao meio da bomba através da lacuna do mancal. Para mancais axiais, é necessário determinar em cada caso se as ranhuras de lubrificação devem ser fabricadas na face correspondente. De forma geral, porém quase todas geometrias de ranhura são possíveis.

As seguintes dimensões devem ser observadas para mancais flangeados:

Ø IT 8

f x 45

_°

d

d

f x 45

_°

1

Para mancais de encaixe de pressão ou ajuste por contração (consulte o capítulo „montagem“) em especial, não deve haver desvios destas diretrizes para qualquer flange e / ou saliência.

Montagem

Em comparação com metais e plásticos, os menores coeficientes de expansão térmica para materiais de carbono e grafite devem ser levados em consideração ao instalar os mancais deslizantes. Cerâmicas de carbono também não devem ser colocadas sob tensão, e não devem ser usadas sem suporte estrutural, se possível.

Para responder a ambas as propriedades especiais dos materiais, os mancais deslizantes podem ser pressionados ou encaixados em alojamentos metálicos. A diretriz sobre as proporções deve ser observada, especialmente durante os mancais flangeados de encaixe de pressão ou de contração. Caso contrário, a flange não inserida causará picos de tensão no material, o que causará uma falha rápida. O material de carbono estará sob tensão de compressão após a união, que é o tipo ideal de tensão e que protegerá adequadamente o mancal.

Encaixe à pressão

Recomenda-se um Encaixe à pressão de H7 / s6 para os mancais deslizantes de carbono montados a frio.

Dependendo do material de alojamento, isto é utilizável até uma temperatura de 120 ° C.

Um chanfro ou quebra de borda de 15 - 30 ° no alojamento simplifica o processo de união.

Caso haja grandes interferências, os mancais deslizantes de carbono não devem ser montados a frio, pois a união pode causar a ruptura do material.

Encaixe por contração

O Encaixe por contração direta na carcaça ou na estrutura de metal provou ser a melhor maneira de fixar os mancais de carbono sob altas cargas mecânicas ou em temperaturas de operação acima de 120 ° C.

Ajustes de Encaixe por contração são projetados com base no coeficiente de expansão térmica aplicável e na temperatura de operação. Em geral, a ISO 286-2 até a interferência H7 / zb8 se aplica aqui.

Quando realizamos o encaixe por contração na Schunk, aquecemos as carcaças metálicas no forno até que os mancais frios possam ser inseridos no orifício de montagem sem esforço adicional.

Dependendo das medidas de espessura da parede e do módulo de elasticidade o diâmetro interno do mancal de

alojamento metálico se torna maior. Se tolerâncias apertadas devem ser obtidas na peça final, será necessário um retrabalho apropriado após o encaixe por contração. Buchas para mancais também podem ser usinadas com paredes finas, o que não seria possível sem o alojamento metálico.

Folga no mancal

Os diferentes coeficientes de expansão térmica também devem ser levados em conta ao determinar a folga do mancal. Se a folga selecionada for muito estreita, o eixo pode ficar preso na temperatura de operação. Por isso, é feita uma diferenciação entre a folga a frio à temperatura ambiente e a folga a quente à temperatura de operação. Não deve ser feita nenhuma diferenciação entre a folga fria e a quente para mancais de deslizamento de carbono montados por contração, que estão sob pré-esforço. A bucha do mancal se expandirá de acordo com os coeficientes de expansão térmica do alojamento de metal.

Recomendamos para aplicações em funcionamento a seco na temperatura de operação uma folga de 0,3 a 0,5% e para mancais lubrificados de 0,1 a 0,3% do diâmetro do eixo.

Temperatura ambiente Temperatura de Operação

Mancal Folga Eixo ø dw ø dL ø dw ø dL Folga

Folga fria à temperatura ambiente = Folga Quente à temperatura de trabalho +∆d_W – ∆d_L

A seguinte equação aproximada se aplica: ∆d_W – ∆d_L = (α eixo – α mancal) * d * ∆T Onde:

α eixo = coeficiente de dilatação térmica do eixo α mancal = coeficiente de dilatação térmica do mancal deslizante

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