空気圧システムの表面仕上げと摩擦係数を最適化する方法

ペースの速い産業オートメーションの領域では、高精度の組立ラインと継続的なメンテナンスの問題の区別は、わずか数ミクロンの表面品質に左右されることがよくあります。{0}急速かつ反復的な動きで知られる現代の空気圧システムは、動的シールに大きなストレスを与えます。空気圧シリンダーが一定時間アイドル状態にあると、エラストマーが接触面に付着し、スティック-スリップ効果と呼ばれる状況が発生します。

摩擦係数が細心の注意を払って調整されていない場合、システムは起動時に突然の衝撃である「スティクション」を経験し、位置の不正確さ、過剰な熱の蓄積、シール リップの早期摩耗につながります。{0}}エンジニアにとって、動的シーリングを効果的に管理するには、エラストマーと金属表面仕上げの間の摩擦学的相互作用を徹底的に把握する必要があります。

エンジニアリング用語で言えば、摩擦係数 (μ)2 つの物体間の摩擦力と、それらを押しつける力の比です。ただし、ポリマー科学では、次の 2 つの重要な段階を区別する必要があります。

ブレイクアウト摩擦 (静的):シールとシリンダー壁の間の分子接着を克服するために必要な初期力。これは、ゴムの粘弾性の性質により、時間の経過とともに合わせ面の微細な谷にゴムが流れ込むため、通常、走行摩擦よりも大幅に高くなります。

走行摩擦 (運動):継続的な動作中に受ける力。

高精度の空気圧ディストリビュータでは、高いブレイクアウト摩擦により「応答遅れ」が発生します。{0}システムは動き続けるよりも動き始めるのに多くの圧力を必要とするため、不安定な振動動作が発生し、敏感なロボットコンポーネントに損傷を与える可能性があります。

ゴムの摩擦は次の 2 つの要素で構成されるため、独特です。接着力そして変形。接着は、エラストマー鎖が相手表面と結合する分子レベルで発生します。変形摩擦は、シリンダーの表面粗さによってゴムが「耕される」ときに発生します。

パフォーマンスを最適化するために、次のことに重点を置きます。マイクロ-ジオメトリシール面の様子。特定の表面テクスチャーを設計することにより、シールは潤滑のための微細なリザーバーとして機能します。シールが高速で動くと、これらの谷から潤滑油が引き出され、シールが形成されます。流体潤滑膜。このオイルまたはグリースの薄い膜がゴムを金属から分離し、効果的に「固体対固体」摩擦を桁違いに低い「流体」摩擦に置き換えます。

で青島ブライトラバー＆プラスチック株式会社、摩擦を最小限に抑え、スティクションを防ぐために、次の 3 つの主要な戦略を採用しています。

内部潤滑 (低摩擦 NBR):ニトリル（NBR）コンパウンドとグラファイト、二硫化モリブデンなどの内添剤を配合しています。モーS2）、または PTFE マイクロパウダー-。シールが耐用年数中にわずかに摩耗すると、これらの潤滑剤が表面に移動し、継続的な自己潤滑界面が形成されます。-

PTFE キャップ シール (ゴム/PTFE 複合材料):ほぼゼロのスティクションを必要とする用途には、複合設計を利用します。{0} PTFE (ポリテトラフルオロエチレン) スライド リングが動的インターフェースを処理し、エラストマー O- リングがシールを維持するために必要な「付勢」力を提供します。これは、PTFE の世界クラスの低摩擦と NBR または FKM の弾性記憶を組み合わせたものです。-

表面処理（ハロゲン化）：ゴム本来の「ベタつき」を軽減するために、ハロゲン化(通常は塩素処理)。このプロセスにより、シールの表面の分子構造が変化し、硬度が増し、表面エネルギーが減少します。その結果、長期間使用しなかった後でもくっつきにくい「滑らかな」表面が得られます。

動的シールの効率は、合わせ面の仕上げに大きく依存します。を推奨します。表面粗さ（Ra)の0.1～0.4μmシリンダーボアまたはロッド用。

表面が滑らかすぎると（Ra<0.1μm):潤滑膜が形成されないため、真空のような吸引効果が生じ、ブレークアウト摩擦が大幅に増加します。{0}}

表面が粗すぎると（Ra>0.4μm):金属表面の頂点がヤスリのように作用し、シールリップを急速に摩耗させて漏れを引き起こします。

さらに、硬度(ショア A で測定) は極めて重要な役割を果たします。より硬いコンパウンド (例: 85 Shore A) は、圧力下での接触面積が小さくなり、一般に総摩擦が減少します。ただし、シールを維持するにはより高いしまりばめが必要であり、局所的な応力が増加する可能性があります。通常、ほとんどの空気圧アプリケーションでは 70 ～ 80 のショア A 範囲を目標にすることで、これらの要素のバランスをとります。

高-動的シールの適用シナリオ

高速空気圧スライダー:サイクルタイムがミリ秒単位で測定されるピックアンドプレイスロボットには不可欠です。--

産業オートメーションロボットアーム:関節とアクチュエーターのシールは、人間のようなスムーズな動きを保証するために、一貫したトルクを提供する必要があります。-

高周波油圧/空圧ディストリビュータ:バルブのスプールは、開位置または閉位置で「固着」することなく、1 時間あたり何千回も移動する必要があります。

ダイナミック シーリングを習得するには、単に材料を選択するだけではありません。それはトライボロジー システムのエンジニアリングに関するものです。特殊な NBR/PTFE 複合材料とハロゲン化などの高度な表面処理を組み合わせることで、青島ブライトラバー＆プラスチック株式会社メーカーがスティックスリップ効果を排除し、自動化システムの耐用年数を延ばすのに役立ちます。{0}

生産ラインで不安定な動作や早期のシール故障が発生している場合は、当社のエンジニアリング チームにご連絡ください。当社はカスタム CoF テストと材料の最適化を提供し、お客様の空気圧システムが最大の精度と最小の摩擦で動作することを保証します。