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材料の組み合わせによる摩耗の改善方法とは？
2023/09/06 16:54
- 洗濯ばさみと板カムの摺動面が摩耗して洗濯ばさみが正常に開かなくなる現象が起きています。安価で入手性の良い一般的な材料で、耐摩耗性がある材料の組み合わせは何があるでしょうか。
- 給油しない場合での材料の組み合わせを知りたいです。また、給油をしない考え方自体が間違っているのでしょうか。
- カムの材料と寸法に関する情報が追加されました。カムを50度回転させ、洗濯バサミを開く構造です。
摺動部の摩耗を極力小さくする材料の組み合わせは
2014/10/11 22:58
質問させていただきます。
今回、洗濯ばさみのような形状のものでスクリューネジを挟み込む構造があったとして、
その洗濯ばさみを挟むときにはバネの力で挟み、開くときは板カムで開くのですが、
開くときに洗濯ばさみと板カムの摺動面が摩耗して
洗濯ばさみが正常に開かなくなる、という現象が起きています。
材料は、板カムがSUS304、洗濯ばさみが黄銅C2600です。
安価で入手性の良い一般的な材料で、耐摩耗性がある材料の組み合わせは
何があるでしょうか。
摺動部の摩耗は給油無しでの現象です。
給油すれば改善されるのかもしれませんが、仮に給油しない場合での
材料の組み合わせを知りたいです。
そもそも給油をしない、という考え方自体が間違っているのでしょうか。
小生、機械設計に関して未熟なためおかしなことを言ってるかもしれませんがご容赦ください。
情報足りない場合は捕捉致します。
ご回答よろしくお願い致します。
お世話になっております。
誤記訂正と条件の追記をさせてください。
カムの材料は、
SUS303「正」
SUS304「語」
でした。すみません。
カムの寸法は以下になります。
厚さ（軸方向寸法）：10mm
縦：15mm
横：8mm
4角はR3程度です。
軸に取り付けられたカムを50度回転させ、
縦と横の長さの差で洗濯バサミを開く構造になっています。
・カムに掛かる洗濯バサミが挟む荷重：17N
カム長手方向（15mm）両端で荷重を受けるので、17/2=8.5N
・カム回転角度：50度
・摩擦する距離：4mm
・回転速度：1秒間に180度
・手動で回転させるもので、回転させる頻度は3600～5400回／年（予想）
皆様にたくさんの貴重なアドバイスいただきまして、
本当に感謝しております。
本日会社におりまして詳細をお伝え出来る環境でしたので追記させていただきました。
皆様のアドバイスを基にあとは自身で考えていこうとは思っておりますが、
もし他に何かあればで構いませんのでその時はよろしくお願い致します。
申し訳ありませんが、今どうしても時間が取れないため個別のお礼は後ほどさせてください。
失礼致します。
質問者が選んだベストアンサー
小生は金属材料屋で、設計については素人のため、金属材料関連の回答と助言だけします。
1. 「黄銅は耐摩耗性がある」。銅合金よりも耐摩耗性が高い金属材料はたくさんあります。ではどういう意味で言われているのか。文献(a)表1や文献(b)第5項にあるように、「鉄鋼材料と組合せる異種金属」としては銅合金が優れています(ほとんど唯一)。さらに文献(b)にあるように銅合金の中では黄銅が優れており、より耐摩耗性の高い銅合金も開発されています。
2. 「ステンレスとステンレス等、両方同じ硬さだと」。もちろん正しい。
3. 「耐摩耗性がある材料の組み合わせは何があるか」。答るのは困難。耐摩耗性以外の要求特性により異なる。それらを総合的に考えるのが設計者だと思いますが(材料屋ではなく)。耐摩耗性が良いとは言えないSUS304を使っているのは、何か理由あると思いますが。
4. 「給油をしないという考え方自体が間違っているのでしょうか」。そんなことはないと思う。他の要求特性(使用条件も含めて)から、給油、潤滑ができない例はたくさんあるはず。
5. もっと使用条件を示すべきなのか。使用条件により摩耗形態や最適材料が異なることもあります。今回は多分凝着摩耗でしょうが、その中でもシビアなのかマイルド摩耗なのか、摩耗面で酸化があるのかなどを考える必要もあるので、「今回の質問でも私の知りたいレベルの回答は得られる」は少し安易。もう少し摩耗(結構深い)を勉強した方が良い。
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その他の回答 （7件中 1～5件目)
超高分子量ポリマーを。
コストや加工が問題なら、高分子量ポリマー類。
樹脂でも、ステンレスや鉄系の方が、摩耗する超高分子量ポリマーは凄い。
質問No.42882 と、内容が酷似。
お礼
2014/11/07 13:08
ご回答ありがとうございます。
参考にさせていただきたいと思います。
摩擦はトライポロジーという分野の学問の一つに成る程に実は奥が深く難しい
しかも機械設計をさいていれば、何処にでも現れるような一般的な事象だろう
ところが使用環境により千差万別で環境ファクターによる影響が非常に大きい
一般論は既に他回答者が仰っている通りですが、まづ何はともあれ実際の現物
をよ～く観察することです。それにより、何処がどれ程まで摩耗したかという
現状把握することが、そのまま対策になろうかと考えますけどね。
これらの色々なことを総合的に判断し仕様決定するのが、設計だろうねぇ～
潤滑できるのであれば私は感覚的には固形潤滑剤(無給油)を薦めたい・・・
繰り返すが「実際の現物をよ～く観察すること」それだけは間違いない。
お礼
2014/10/16 19:35
ご回答ありがとうございます。
「トライボロジー」初めて聞きました。
摩擦ってほんと奥深いですね。
磨耗している実物が手元にないので現状は確認できないのですが、
実物をよく観察することは大事ですよね。
環境ファクターによる影響が非常に大きいとおっしゃられるように、
理論的に考えていくには限界があると思いますので、
あとは失敗をしながら経験を積んでいくしかないのかもしれませんね。
いろんな方の考え方が聞けて勉強になりました。
ありがとうございました。
既に専門家の方々が回答なさっていらしゃるので、たぶんとるに足らない
蛇足と思いますが・・・・・・
黄銅と鋼の組み合わせが耐摩耗性に優れているのであれば、黄銅はそのまま
として、SUS304の側を鋼に近い性質のステンレスを選択することが有効かも
しれません。
オーステナイト系ステンレスのSUS304をあらため、マルテンサイト系ステン
レスのSUS410又はSUS440など焼き入れしてお使いになることを試してみては
如何でしょうか。
お礼
2014/10/15 09:50
ご回答ありがとうございます。
今回、みなさんのご回答から黄銅はそのままにした方がいいのかなと
思い始めているところです。
黒猫さんから、SUS304は耐摩耗性が良くないというご回答もありましたし、
今回は、給油することと黄銅の相手材料を見直すのが良いのかなと思っています。今のところは。
SUS410又はSUS440の焼入れですか。
コストのこともありますが、こちらも考えてみたいと思います。
ステンレス鋼についての情報提供ありがとうございました。
今後の参考にさせていただきたいと思います。
ありがとうございました。
面圧は、どれくらい有るのでしょうか？
それ程高く無ければ、耐摩耗性のテープを磨耗面に貼り付けるとか...
ベアリング式のカムにするとか。
構造とサイズなどのサイズが分かればもう少し具体的な事を考えられます。
お礼
2014/10/16 19:35
ありがとうございました。
補足
2014/10/15 09:05
ご回答ありがとうございます。
面圧ですが、上の方でも追記させていただきましたが以下になります。
構造、サイズ等も併せて追記しました。
・カムに掛かる洗濯バサミが挟む荷重：17N
カム長手方向（15mm）両端で荷重を受けるので、17/2=8.5N
あくまで私見ですが、今回の場合磨耗性のテープですと
使用しているうちに剥がれが起きるのではないかと思われます。
そういう方法もあるということはこれからの参考にさせていただきたいと思います。
ベアリング式のカムとはカムフォロアのことでしょうか。
カムフォロアと取り付けるスペースがあればそれがベストなんですが、
今回は制約があり取り付けることは出来ないです。
丸々のコピー。。。。回答の気力を削がれることを理解しましょう。
また捨てアドで回答に無反応というバターンもここでは増々増え。
条件を詳しくと注文しても文章では書ききれないし、開示したくないこともあろうし、様々試すしかない。
給油有り無しは決定的。
無給油と称する油含浸の軸受は垂れはしないがゼロでもない。
代表メーカはオイレス工業
http://www.oiles.co.jp/bearing/oiles_bearing/list/
メタル含浸の他、プラスチックの軸受など多種多彩にライナップ
ミスミなどで素材の販売も
http://jp.misumi-ec.com/vona2/detail/221000091263/
黄銅は粘りが強く切削加工では難しい部類で、軸受用アルミ黄銅ABBや、りん青銅などは更に。快削C3604は加工しやすく為。
耐摩耗性はその粘りと同じ特質と思います。
それと軸のスチールに対し異なる材質の方が引付にくい為。
他サイトは予め書いてもらえば。。。(詳しい専門家で調べる必要なくとも)説明資料をネットで探すので他サイトの質問はほぼ引っ掛かります。
お礼
2014/10/13 08:42
ありがとうございました。
補足
2014/10/12 11:26
ご回答ありがとうございます。
そうですね、開示したくない内容ではあったかもしれませんね。
様々試すしかないのは承知でしたが、予算や設計期日の関係上もあり、
なるべく最短で答えに近づけたいと思った次第でした。
（100％の答えはないと思いますが）
給油有り無しは決定的ですか。
金属同士の組み合わせだとそういうことになるのですね。
今回他社設計の装置の改善設計をしておりまして、
元々現行機が給油されていませんでした。
こちら側の事情でその設計意図を確認することが出来ない状況なんですが、
（１）黄銅は耐摩耗性がある
（やわらかいことと耐摩耗性があることの関係については少し疑問ですが）
（２）ステンレスとステンレス等、両方同じ硬さだと
どちらも摩耗してしまう
と、私なりに解釈しているところです。
給油は常識だというみなさんの回答を見て、
今度は給油したときにより摩耗が少ない組み合わせが
知りたいと思ったのですが、試すしかないということに繋がるのでしょうか。
丸々コピーの件、不愉快な気持ちにさせたこと申し訳なく思っております。
他サイトの回答者様にもきちんとお礼はするつもりでしたし、
今回、時間がなかったため、よりたくさんの方からのアドバイスを
いただきたいと思い、他でも質問した次第なのですが、
回答する気力を削いでしまわれるのであれば今後は慎みたいと思っています。
お礼
2014/10/15 08:53
ご回答ありがとうございます。
他にも耐摩耗性が高い金属材料はたくさんある中で何故黄銅なんだろうと思っていました。
耐摩耗性だけではなく磨耗の条件やその他の材料特性に影響される部分も大きいのだろうと思います。
黒猫さんおっしゃるように今回の磨耗は凝着摩耗です。
みなさんからいただいたアドバイス、また文献（a）を拝見し、
「磨耗」は突き詰めると非常に奥深いものなんだなと感じました。
そういった意味では、「今回の質問でも私の知りたいレベルの回答は得られる」は、安易な考えでもあったかもしれません。
これからもっと勉強して、みなさんと議論し合えるくらいになりたいと思います。
いただいた情報は今後のために活用させていただきたいと思います。
昨日、上の方で追記させていただきましたが、
SUS304ではなくSUS303でしたが、何故SUS303なのかの理由はわかっておりません。
給油、潤滑ができない例はたくさんあると思いますが、
今回は給油可能と思われるので、給油する予定ではいるところです。
かつ、その上でみなさんのアドバイスを基に
耐摩耗性のある組み合わせを考えていきたいと思います。
あとは実際やってみるしかないっていうのもあるかもしれません。
ありがとうございました。