Lubrificação de fuso de esferas: óleo versus graxa, guia de intervalo e práticas recomendadas de manutenção

O que a lubrificação faz dentro de um fuso de esferas

O contato entre uma esfera de aço e uma pista endurecida não é uma interação de superfície lisa-a-superfície. No nível microscópico, é uma série de contatos de pontos de alta-pressão onde a bola se deforma levemente sob carga. Sem uma película lubrificante nesses pontos de contato, as superfícies metálicas interagem diretamente - produzindo atrito, calor e micro{6}}desgaste progressivo que eventualmente degradam as esferas e a geometria da pista.

Uma película lubrificante no ponto de contato faz três coisas simultaneamente. Separa as superfícies metálicas para evitar o contato direto. Ele afasta o calor da zona de contato. E reduz a resistência ao rolamento que o motor de acionamento tem de superar.

Quando a lubrificação é insuficiente, todas as três funções se degradam ao mesmo tempo: as superfícies entram em contato diretamente, o calor se acumula localmente e o atrito de funcionamento aumenta. O resultado é um fuso de esfera que funciona com mais ruído, aquece mais e perde a precisão dimensional mais rapidamente do que sua vida útil nominal poderia prever.

Um ponto que muitas vezes é mal compreendido: a qualidade da lubrificação afeta a duração de um fuso de esferas e a suavidade com que ele funciona, mas não altera a carga dinâmica nominal Ca impressa no catálogo. Ca é um parâmetro de produto definido pela geometria, material e processo de fabricação do parafuso. O que a lubrificação determina é se o parafuso realmente atinge essa vida útil em operação.

Óleo versus graxa: como escolher

Os dois principais tipos de lubrificantes para fusos de esferas são óleo e graxa. Eles se comportam de maneira diferente, atendem a diferentes condições operacionais e exigem diferentes abordagens de manutenção. Escolher incorretamente - usar uma graxa pesada em uma aplicação de alta-velocidade, por exemplo - pode aumentar a resistência ao funcionamento e a geração de calor em vez de reduzi-las.

Óleo lubrificante

O óleo tem baixa viscosidade e flui livremente pelo circuito esférico. Isso o torna-adequado para aplicações de alta-velocidade, onde as bolas circulam rapidamente e precisam de um filme continuamente renovado. O óleo também dissipa o calor de forma mais eficaz do que a graxa porque flui para longe da zona de contato e pode ser coletado, resfriado e recirculado em sistemas de lubrificação centralizados.

A desvantagem do petróleo é que ele não permanece no lugar. Em um fuso de esfera que funciona com pouca frequência, o óleo é drenado das superfícies de contato entre os ciclos, deixando a pista temporariamente seca na partida. Isso torna o óleo menos adequado para aplicações de baixa-velocidade ou de serviço{3}}intermitente, a menos que um sistema de fornecimento contínuo esteja instalado.

Use óleo quando:

• A velocidade operacional produz um valor Dm·N acima de aproximadamente 70.000 (Dm=diâmetro médio do parafuso em mm, N=velocidade de rotação em RPM)
• Um sistema de lubrificação centralizado está instalado na máquina
• A aplicação é um eixo CNC de alta-velocidade ou avanço de fuso de precisão
• A renovação consistente do filme é garantida pelo projeto do sistema de lubrificação

Tipo de óleo recomendado: Óleo de fuso ou óleo de guia ISO VG 32 a VG 68, dependendo da velocidade e da carga. Maior viscosidade (VG 68) é adequada para cargas mais pesadas e velocidades mais lentas; viscosidade mais baixa (VG 32) é adequada para velocidades mais altas.

Graxa Lubrificante

A graxa é um óleo combinado com um espessante que mantém o lubrificante no lugar nas superfícies de contato. Ele permanece onde é aplicado, tornando-o a escolha prática para a maioria das instalações industriais de fusos de esferas que não estão conectadas a um sistema centralizado de fornecimento de óleo.

A graxa tolera melhor os ciclos de trabalho intermitentes porque o espessador continua a liberar óleo na zona de contato mesmo durante períodos de baixa atividade. Também proporciona melhor resistência à contaminação por poeira e cavacos, o que é relevante em usinagem e ambientes industriais em geral.

A limitação da graxa é que, em altas velocidades, o espessante pode agitar e fazer com que a graxa aqueça e se degrade mais rapidamente do que o óleo faria. Em aplicações-de velocidade muito alta, a graxa pode aumentar em vez de diminuir a resistência ao funcionamento.

Use graxa quando:

• Nenhum sistema centralizado de lubrificação a óleo está presente
• A velocidade operacional é moderada (Dm·N abaixo de aproximadamente 70.000)
• O eixo funciona de forma intermitente ou em ciclos de trabalho variáveis
• O ambiente contém poeira, lascas ou umidade que podem contaminar um lubrificante mais leve
• O eixo é vertical, onde o óleo seria drenado da zona de contato

Tipo de graxa recomendado: graxa NLGI Grau 1 ou 2 à base de lítio-ou complexa-de lítio para aplicações industriais em geral. Para velocidades mais altas, uma graxa sintética de baixa viscosidade de-óleo-base-(PAO ou à base de éster) oferece melhor desempenho em alta-velocidade do que produtos à base de-óleo-mineral.

Considerações ambientais especiais

Aplicações alimentares e médicas:Graxas padrão-à base de lítio não são adequadas. Qualquer lubrificante usado no processamento de alimentos, equipamentos farmacêuticos ou fabricação de dispositivos médicos deve ter certificação NSF H1 para contato acidental com alimentos. As graxas NSF H1 à base de óleo mineral branco-estão disponíveis na maioria dos principais fornecedores de lubrificantes e devem ser especificadas no estágio de projeto do equipamento e não adicionadas posteriormente.

Ambientes-de baixa temperatura (abaixo de 0 graus):As graxas padrão engrossam significativamente em baixas temperaturas, o que aumenta a resistência de partida e pode impedir que o lubrificante alcance as superfícies de contato durante as primeiras rotações. Especifique uma graxa sintética classificada para a temperatura operacional mínima esperada. As graxas à base de PAO- normalmente permanecem bombeáveis ​​e eficazes até -30 graus ou menos, dependendo da formulação.

Ambientes-de alta temperatura (acima de 80 graus):As graxas-à base de óleo mineral oxidam e evaporam mais rapidamente em temperaturas elevadas, encurtando o intervalo efetivo de lubrificação. Graxas totalmente sintéticas ou com um pacote de aditivos para altas-temperaturas mantêm melhor desempenho acima de 80 graus .

Resumo da comparação:

Intervalos de lubrificação: quantas vezes é suficiente

Não existe um único intervalo de lubrificação correto para todas as aplicações de fusos de esferas. O intervalo depende da velocidade de operação, carga, temperatura, exposição à contaminação, tipo de lubrificante e se a instalação utiliza vedações e limpadores.

Os intervalos de referência a seguir são pontos de partida para fusos de esferas lubrificados com graxa-em ambientes industriais típicos. Eles devem ser ajustados com base nas condições operacionais reais e confirmados pelo monitoramento da temperatura e do ruído de funcionamento.

Para sistemas{0}lubrificados com óleo conectados a um fornecimento centralizado, o próprio óleo é continuamente renovado. Nessas instalações, as tarefas de manutenção relevantes são monitorar o nível e a condição do óleo, substituir o óleo no intervalo recomendado pelo fabricante da máquina (normalmente a cada 6–12 meses) e inspecionar filtros e linhas de distribuição.

Sinais de que o intervalo precisa ser encurtado:

• A temperatura de funcionamento na porca é consistentemente mais alta do que no comissionamento
• O ruído audível aumentou desde a última lubrificação
• A precisão do posicionamento mudou sem causa mecânica
• Contaminação visível (lascas, líquido refrigerante, poeira) está presente perto da porca

Quanto lubrificante aplicar

Aplicar muito pouco lubrificante é um problema óbvio. Aplicar demais é menos óbvio, mas causa problemas reais: o excesso de graxa é deslocado para o caminho de retorno da esfera, aumenta a resistência ao funcionamento, gera calor e pode contaminar componentes ou peças de trabalho próximas.

Instalação inicial (primeira montagem):
Preencha o interior da noz até aproximadamente um-terço a-metade do volume interno disponível. O objetivo é revestir todas as esferas e pistas com uma película contínua sem encher a porca a ponto de as esferas terem que passar por uma massa sólida de graxa.

A maioria das porcas de fuso de esferas possui uma graxeira (bico) no corpo da porca. Aplique graxa lentamente através desta conexão enquanto gira o eixo do parafuso com a mão, para que a graxa seja distribuída uniformemente pelo circuito esférico antes que o eixo seja ligado.

Manutenção de rotina (reabastecimento):
Cada dose de reposição deve ser aproximadamente 10–20% da quantidade de preenchimento inicial. Para uma porca SFU 2005 padrão (20 mm de diâmetro, 5 mm de avanço), um preenchimento inicial típico pode ser de 2–3 gramas; cada reposição de rotina seria de 0,3–0,6 gramas. Nozes maiores requerem proporcionalmente mais.

Se a porca não tiver uma graxeira, a abordagem prática é aplicar uma pequena quantidade de graxa diretamente no eixo do parafuso exposto à frente da porca e, em seguida, executar o eixo em todo o seu curso várias vezes para aplicar o lubrificante na zona de contato.

Uma verificação de campo útil:Depois de aplicar graxa e operar o eixo, verifique a temperatura do corpo da porca após 10–15 minutos de operação. Um fuso de esferas corretamente lubrificado operando em velocidade moderada deve atingir uma temperatura estável de 5 a 15 graus acima da temperatura ambiente. Se a temperatura continuar a subir ou exceder 60 graus na porca, isso pode indicar muita graxa (batedura) ou pouca (película inadequada). Ajuste a quantidade de acordo.

Métodos de Lubrificação: Manual, Automático e Centralizado

Lubrificação manual (pistola de graxa ou seringa)

A abordagem mais comum em equipamentos-de pequeno e médio porte. Uma pistola de graxa ou seringa doseadora é usada para injetar graxa através da conexão da porca no intervalo programado.

A lubrificação manual tem baixo-custo e não requer hardware adicional, mas depende inteiramente do cronograma de manutenção ser seguido de forma consistente. Em ambientes-de alta produção, onde a máquina funciona continuamente, é fácil perder intervalos de lubrificação manual. Um registro de lubrificação escrito anexado à máquina é uma maneira simples, mas eficaz, de manter a disciplina.

Melhor para:Equipamento com poucos pontos de lubrificação, porcas acessíveis e rotina de manutenção estruturada.

Lubrificadores automáticos-de ponto único

Um lubrificador-de ponto único é um-dispositivo de cartucho independente que é montado diretamente na graxeira da porca e fornece uma dose controlada e contínua de graxa durante um período definido (geralmente 1, 6 ou 12 meses). O dispositivo funciona sem alimentação externa, usando um mecanismo-acionado por gás ou por mola-para empurrar a graxa lentamente para dentro da porca.

Esses dispositivos eliminam o risco de intervalos de lubrificação perdidos e são particularmente úteis em eixos de difícil acesso para manutenção manual - dentro de gabinetes, em pórticos suspensos ou em linhas automatizadas-de alto ciclo.

A limitação é o custo por ponto de lubrificação e a necessidade de substituir o cartucho quando vazio. Eles também não conseguem responder às mudanças nas condições operacionais: uma máquina operando em turnos duplos esgotará o lubrificante mais rápido do que o dispositivo está calibrado.

Melhor para:Eixos de{0}}acesso-de difícil acesso, equipamentos automatizados-de alto ciclo e aplicações onde a manutenção manual não pode ser programada de forma confiável.

Sistemas de Lubrificação Centralizada (Padrão de Máquina CNC)

A maioria dos centros de usinagem CNC e retificadoras de precisão vem equipada com um sistema de lubrificação centralizado que distribui óleo ou graxa para vários pontos de lubrificação - parafusos esféricos, guias lineares e rolamentos de eixo - por meio de uma rede de linhas de distribuição e válvulas de medição.

O sistema é controlado pelo CNC da máquina, que aciona um pulso de lubrificação em intervalos definidos (normalmente a cada 30 a 120 minutos de máquina-no horário). A quantidade entregue em cada ponto é definida pela calibração da válvula dosadora.

Para máquinas com lubrificação centralizada, as tarefas de manutenção são monitorar o nível do reservatório, completar com o grau correto de lubrificante, inspecionar as linhas de distribuição quanto a vazamentos ou bloqueios e substituir totalmente o lubrificante nos intervalos recomendados pelo fabricante da máquina.

Importante:Nunca misture graus ou marcas de lubrificantes em um sistema centralizado sem verificar a compatibilidade. Alguns tipos de espessantes de graxa são incompatíveis entre si e formarão um depósito duro que bloqueia as linhas de distribuição.

Melhor para:Máquinas CNC multi{0}}eixos, equipamentos de retificação de precisão e qualquer máquina que exija lubrificação consistente e automatizada em vários pontos.

Lubrificação na primeira montagem: a etapa mais ignorada

A etapa de montagem é onde mais frequentemente surgem os problemas de lubrificação, pois é a etapa que recebe menos atenção.

Um fuso de esferas que chega do fabricante possui uma leve camada protetora aplicada para proteção contra corrosão durante o transporte e armazenamento. Este revestimento não é um lubrificante funcional. Antes de o parafuso ser instalado e acionado pela primeira vez, ele precisa ser devidamente lubrificado com o lubrificante que será utilizado em serviço.

Operar um novo fuso de esferas a seco, ou apenas com o revestimento protetor, mesmo por um curto período durante o comissionamento da máquina, pode criar padrões de desgaste na pista que persistem durante toda a vida útil do parafuso e aceleram a degradação-de longo prazo.

O procedimento correto na montagem:

1. Limpe o eixo do parafuso com um pano limpo-sem fiapos para remover resíduos da embalagem. Não utilize solventes que possam atacar as vedações.
2. Aplique o lubrificante selecionado no eixo do parafuso na área que será coberta pela porca.
3. Rosqueie a porca no eixo lentamente, girando com a mão para garantir que o lubrificante seja inserido no circuito da esfera antes de aplicar energia.
4. Se a porca tiver uma graxeira, injete a quantidade de enchimento inicial através da conexão depois de rosquear a porca no eixo.
5. Execute o eixo por vários ciclos lentos e completos de-curso antes de operar em velocidade ou carga normal.

Essa lubrificação inicial leva dez minutos e tem um efeito mensurável no desempenho-de longo prazo. Deve ser uma etapa documentada na lista de verificação de montagem da máquina, e não uma reflexão tardia.

Erros comuns de lubrificação

Conclusão

A lubrificação de fusos de esferas não é complicada, mas requer escolhas deliberadas: o tipo de lubrificante certo para a velocidade e condição de carga, o intervalo certo para o ambiente operacional, a quantidade certa para revestir as superfícies de contato sem causar agitação e o método certo para garantir que o lubrificante realmente chegue ao circuito de esferas.

A consequência de fazer essas escolhas corretamente é um fuso de esferas que funciona na temperatura operacional e no nível de ruído para o qual foi projetado e atinge ou excede sua vida útil nominal. A consequência de errar é a degradação gradual que parece um problema de qualidade do produto, mas na verdade é um problema de manutenção.

Se você estiver especificando uma nova instalação de fuso de esferas e quiser orientação sobre o tipo de lubrificante, intervalo e método de lubrificação para as condições específicas do seu eixo, a equipe de engenharia da DLY pode revisar seus requisitos e fornecer uma recomendação junto com a especificação do produto.