グランドパッキン使用の軸の耐摩耗性向上について

大型設備、グランドバッキンともに専門外ですが、多少摩耗に関心があるため、回答(8)に触発されて投稿します。

各種耐摩耗硬質コーティングの性能に下地の硬さが大きく影響を受けることは、疑問の余地はないと思います。しかしそれは摩耗条件の一つである負荷荷重が高い場合。グランドパッキンは組み紐みたいな物で、そんなに荷重が高いとは思えない(金属同士接触に比べて)。

むしろ気になるのは構造。重量長尺品の軸の最も端でプランマブロックで保持して回転しており、回転曲げ疲労試験状態のようになっているのではないのか。だとすると、軸部は繰返し弾性変形をしていることになる。すると下地の鉄に比べて高弾性率、低延性のCrメッキ層には早期に亀裂が発生しているのではないか。これが早期損耗の原因ということはないでしょうか。

だとすると、鉄に近い弾性率と延性を持つ耐摩耗コーティングが有効という事になる。

まず、早期摩耗原因を明確にするべきと思いますが、いかがでしょうか。

めっき層に亀裂が発生すると、一部が剥離欠落して凸凹になるとともに、剥離しためっき片も摩耗に加担することで、早期損耗すると考えました。

この仮説は「パッキンと硬質Crめっき」の組み合わせで想定される寿命よりも、著しく短寿命の場合の想定原因の一つなので、想定通りの寿命ならば考える必要はないと思います。

撓みではよく判りませんが、軸表面の軸方向の局部変形量が、最大で0.02%以下ならば(0.2%耐力の1/10として)考える必要はなく、0.1%以上ならば大いにあり得ると思います。

使用後のめっき面を見て、均一に摩耗しているなら問題ないものの、剥離、まだら状摩耗、周方向の太い傷があるようならば、剥離が起きている可能性があるのではないでしょうか。

しんたん焼き入れが良いように思いますが、両端無垢部だけとなるとコスト高になるでしょうね。
ついでにコスト高ですが、自溶合金溶射も良いと思います。（セラミック溶射は熱伝導性が悪いのでお勧めしません。）

あまりコスト増にならないものであれば、超硬質クロムメッキというものもあるようです。
http://www.chiyoda-trade.co.jp/products/koukinou_mekki_kuromu.html

ん～と、丁寧に読んだつもりですが、ちょっと分からなくて・・。
硬質クロムメッキの下地は、どうしています？
生材に硬質クロムメッキですか？　それとも焼入れてからですか？

生地が軟らかいと、
砂地の上にアスファルトを敷いても水溜まりの凹みが出来るのと同じで、
摩耗みたいになってしまうのを経験しています。
生地を硬くしっかりさせて、研磨しておき、
その上に硬質クロムメッキではどうでしょう？
（エンジンの軸受け面では、そんなのが多いですよ。）

それから、当たり面が両端の無垢材部分なのですから、
クロムメッキしたカラーを入れ替える方法は駄目ですか？
軽く圧入し、プーラで引抜ける設計にするのは、どうでしょう？

> ご指摘の通り、S25Cの生地に硬質クロムメッキです。
う～ん、やっぱりね。
回答(９)の方への返答で、質問者さんも言及されていますが、
生材へのメッキでは駄目ですね。下地がヘタってしまうのです。

> S25Cに焼き入れできるのか
焼入れ品として使う様な、充分な硬度が出なくても、
ヘタリ防止用には効果がある筈。生材よりはずっと良いと思います。

問題は溶接ですけれど、
熱影響部が最小になる様に充分注意すればいけそうでは？
Ｓ２５Ｃなら、何とか焼きが入るし、溶接も出来る丁度良い材料かも。
もっと高炭素材なら、高周波にしたいところだけれど、デカいしなぁ・・。

> 軸シール部の外側にベアリングがあるため、
プランマブロックですよね？　何とかならないかなぁ。
やっぱり、二つ割りカラーか、
何とかして円筒カラーを入れ替えられる構造にするか、工夫出来ません？
設計変更が伴いますが、そこは避けられないでしょう。

デカいのが難点ですが、何とか現状より硬くする方向で・・。
頑張って下さい。

色々と書かれているので、私見を述べます。

回答(３)
> 母材の硬さは、本件、パッキンが圧を遮断する
> ほんの軽い応力なので関係しませんよ。
及び、
回答(９)
> グランドパッキンは組み紐みたいな物で、
> そんなに荷重が高いとは思えない(金属同士接触に比べて)。

そう思っていた時代が私にもありましたよ。
ゴムのオイルシールのリップくらいじゃ、摩耗する訳無いじゃん！
・・それが大間違い。
エンジンみたいに高速回転する訳じゃ無いだろうから、
一概に同じとは決めつけませんがね。

現に、本件ではグランドパッキンで摩耗現象が出ている事ですし。

回答(５)への返答で、
> 通常よりも締め付けが強い状況である事も
> 摩耗が進む要因になっていると考えております。
こういう記述があるので、疑いを持っている訳です。

寸法的な制約があるだろうから何とも言えないのだが・・・
形あるものは何時か無くなる。従って摩耗部品と考え如何に交換修理を容易に
することが出来るかがコストパフォーマンスに重要な部分を占めると思われる

出来るのであれば、例えば二つ割のHardクロムメッキ・スリーブを付けられる
ように設計変更することが出来るのであれば、劇的に変わるだろう思われる。
まぁ思い付きなので聞き流して頂きたいが、はなから諦めては何もできないし

それにしてもデカいが、両端の軸はフランジボルト止めなんでしょうかね？

＞それにしてもデカいが、両端の軸はフランジボルト止めなんでしょうかね？
この質問への回答が無いようだが、製品としては8000L全長の一体形のものか、
或いは両端の軸がフランジボルト止めで取外し可能なものなのか知りたかった
しかし、恐らくS25Cの軸であるから鋼管に溶接する一体形であろうと推察する

＞前述の通り真空のシールとしてグランドパッキンを使用
申し訳ないが回答(1)の追記に記載してあったのですねぇ。見てませんでした。
真空のシールか・・・減圧式乾燥機じゃないですよね？使用温度によっては、
O/SやO/Lも使えるのに、敢えてグランドにする設計意図が見えん。軸の偏心が
生じるのか？であれば一体形で機械加工していないのだろうか・・・

↓「シャフト部のシール」で紹介した”スピーディ・スリーブ”は使えんか？
φ200迄は在庫品だが特注で製作できそうにも思えます。つまり、O/SやO/Lを
使えれば、スリーブを消耗部品として扱えるからコスト削減に繋がるだろうし
VEとしても価値があろうかと思われます。
http://mori.nc-net.or.jp/EokpControl?&tid=201276&event=QE0004

それにしても何故減圧するのか・・・それにどれ位の真空度かも解らないっと
いうか設計仕様が明確には記載されていないようなので何とも後手々になる。
ここらを整理してシールメーカにも相談してみてはおられるとは思うが如何？

一体形ではあっても、両端軸を各々機械加工したものを溶接するとなれば偏心
からグランドを使うということが読める。となれば、シール部分の軸精度から
現状のような使用方法はかえられないとするならば・・・

a) 軸そのものをステライト肉盛？のような硬くて深い硬化層を作りこむ
b) グランドの締付け強さをバネ等を使い一定に保つ、或いは冷却と潤滑を兼ね
　グランド・シール部分に耐摩耗の対策を何らかの有効な手段を講じる
c) 軸の偏心量により先のO/SやO/L+スピーディ・スリーブを併用してみる

今のところ、これくらいしか思いついきませんが、費用対効果で判断する必要
があるだろうが、個人的には試験を兼ね b),c) は直ぐにもできそうな気がする

減圧式乾燥機・・・競合になる知れないし弊社の不利益に繋がる恐れもあり,
大変申し訳無いのですが,これ以上の回答を控えさせて頂こうと思います。
ローマは一日にして成らず。貴殿の熱意があれば必ず解決できると信じます。
すみません。。。

下記（５）さん記載の如くグランドパッキンの選定も必要です。
グランドパッキンは交換が前提です。
軸まで交換しては話になりません。
選定の際ＰＫＧ使用の繊維＝糸(テフロン、ケブラー、ガラス）、潤滑剤、テフロン、黒鉛、油含浸、ワックス等々あります。