Jak powstają cylindry hydrauliczne: od surowców po gotowe produkty

Siłownik hydrauliczny z zewnątrz wygląda na prosty, ale niezawodna produkcja to znacznie więcej niż tylko wycięcie stalowej rury, włożenie pręta i zamontowanie uszczelek.

Cylinder o wysokiej-wydajności zależy od kontrolowanych materiałów, precyzyjnej obróbki skrawaniem, obróbki cieplnej, wykończenia powierzchni, konstrukcji uszczelnienia, spawania, czystego montażu i prób ciśnieniowych. Drobne błędy w geometrii otworu, wykończeniu pręta, rowkach uszczelnienia, jakości spoin lub właściwościach materiału mogą powodować wycieki, przedwczesne zużycie uszczelnienia, zarysowania pręta, utratę ciśnienia lub uszkodzenie zmęczeniowe.

Zrozumienie sposobu produkcji cylindrów pomaga producentom OEM, producentom sprzętu i nabywcom części zamiennych ocenić możliwości produkcyjne dostawcy, zamiast porównywać jedynie średnicę, skok i cenę. Pokazuje również, jak każdy element pasuje do większego układu hydraulicznego.

W tym przewodniku przedstawiono proces produkcyjny, począwszy od wyboru stali, poprzez obróbkę skrawaniem, powlekanie, montaż i kontrolę końcową. Szersze porównanie stylów konstrukcyjnych można znaleźć w przewodnikutypy i konstrukcje cylindrów hydraulicznych.

Surowce i specyfikacje

Materiały cylindra muszą wytrzymywać ciśnienie wewnętrzne, obciążenie cykliczne, zużycie ślizgowe, korozję i naprężenia spawalnicze. Dlatego różne komponenty wykorzystują różne gatunki i formy produktu.

Materiały lufy cylindra

Na rynku amerykańskim lufy cylindrów często zaczynają się jako rurki mechaniczne DOM lub bezszwowe rurki mechaniczne. SAE 1026 DOM jest powszechną opcją.

DOM oznacza naciągnięty na trzpień. Opisuje proces produkcyjny, a nie pojedynczy gatunek stali. Norma ASTM A513/A513M obejmuje-oporowe-rury mechaniczne spawane elektrycznie i obejmuje rury ciągnione-na-trzpieniu typu 5. ASTM A519/A519M obejmuje bezszwowe rury mechaniczne ze stali węglowej i stopowej.

Firma HYDAC wymienia 1026 DOM i ST52.3 DOM jako popularne materiały na rury cylindrowe. Wymienia także stal 1045-ciągnioną na zimno, chromowaną- jako powszechny materiał na pręty, a dla bardziej wymagających usług dostępna jest stal nierdzewna 4140, 316 i 17-4 PH.Po obróbce szlifowana rura cylindra zapewnia gotową powierzchnię wewnętrzną, na której działają uszczelki tłoka.

Stale tłoczysk

SAE 1045 jest jednym z najpopularniejszych materiałów na tłoczysko. Jego typowy nominalny skład chemiczny wynosi w przybliżeniu:

Węgiel: 0,43 do 0,50%

Mangan: 0,60 do 0,90%

Fosfor: zwykle kontrolowany do niskiego maksimum

Siarka: zwykle kontrolowana do niskiego maksimum

Pręty o wyższej-wytrzymałości mogą być wykonane ze stali chromowej-molibdenowej 4140 lub stali niklowej-chromowej-4340.

Typowy skład chemiczny 4140 wynosi w przybliżeniu:

Węgiel: 0,38 do 0,43%

Chrom: 0,80 do 1,10%

Molibden: 0,15 do 0,25%

Mangan: 0,75 do 1,00%

Klasa 4340 dodaje znaczną ilość niklu, zwykle około 1,65 do 2,00%, co zapewnia większą wytrzymałość i wytrzymałość.

SAE J403 definiuje-systemy składu chemicznego stali węglowych SAE. SAE J404 obejmuje stale stopowe, w tym rodziny 41xx i 43xx. Zamówienie zakupu nadal wymaga odpowiedniej specyfikacji produktu, ponieważ sama chemia nie definiuje wymiarów, warunków przetwarzania ani właściwości mechanicznych.

W komponentach ze stali nierdzewnej powszechnie stosuje się gatunki 304 i 316. Gatunek 316 zawiera molibden i jest przydatny tam, gdzie liczy się narażenie na chlorki. W przypadku jednej postaci produktu Outokumpu podaje typowy skład 316L zawierający około 17,2% chromu, 10,1% niklu i 2,1% molibdenu.

Identyfikowalność materiału

Przychodzącej stali nie należy identyfikować jedynie za pomocą odręcznej etykiety materiałowej. W przypadku części krytycznych kupujący mogą potrzebować:

Raporty z testów materiałów (MTR)

Numery cieplne lub partii

Skład chemiczny

W razie potrzeby właściwości dotyczące rozciągania lub plastyczności

Stan-obróbki cieplnej

Przychodzące protokoły kontroli

Liczba wytopów powinna pozostać identyfikowalna poprzez cięcie, obróbkę skrawaniem, spawanie, obróbkę cieplną i kontrolę końcową. Ma to największe znaczenie w przypadku cylindrów-krytycznych dla bezpieczeństwa stosowanych w maszynach górniczych, systemach dźwigowych, sprzęcie offshore i innych zastosowaniach, w których awaria może mieć poważne konsekwencje.

Złom stalowy powstały po cięciu i obróbce w dużym stopniu nadaje się do recyklingu. Cylindry nadające się do serwisowania mogą również zmniejszyć zużycie materiałów i koszty posiadania, ponieważ uszczelki, dławiki, pręty i nadające się do naprawy beczki można wymienić zamiast wyrzucać cały zespół.

Obróbka beczek i prętów

Gdy przychodzący materiał przejdzie kontrolę, cylinder i pręt przechodzą do precyzyjnej obróbki. Na tym etapie zwykłe powierzchnie stalowe stają się powierzchniami roboczymi systemu uszczelniającego.

Obróbka lufy cylindra

Rura jest cięta na odpowiednią długość i przygotowywana do obróbki. W zależności od stanu początkowego i wymaganego wykończenia, produkcja może obejmować:

Wytaczanie → Skiving → Honowanie → Nagniatanie walców

Nie każda beczka przechodzi każdą operację.

Honowanie jest szeroko stosowane, ponieważ poprawia:

Okrągłość otworu

Prostota

Zgodność średnicy

Tekstura powierzchni

Zatrzymywanie smaru

Skrobanie i nagniatanie na rolkach może zapewnić wysoką wydajność produkcji przy jednoczesnym wytworzeniu gładkiego,-utwardzonego otworu. To sprawia, że ​​połączenie jest przydatne w produkcji masowej.

Wykończenie powierzchni cylindra

Najniższa możliwa wartość Ra nie jest automatycznie najlepszym wykończeniem. Otwór musi być wystarczająco gładki, aby uniknąć przecięcia uszczelki tłoka, zachowując jednocześnie mikroskopijne doliny, w których znajduje się olej smarujący.

SKF zaleca w przybliżeniu:

Ra=0.05 do 0,20 µm

Rz=0.4 do 2,0 µm

do dynamicznych powierzchni uszczelniających otwory wytwarzanych przez honowanie lub nagniatanie walcowe.

Przydatny rysunek często określa więcej niż Ra. Dodatkowe cechy mogą obejmować:

Rz

Rmaks

Stosunek materiału Rmr

Okrągłość

Cylindryczność

Prostota

Parker zauważa również, że dwie powierzchnie o tym samym Ra mogą zachowywać się inaczej, ponieważ kształty wierzchołków i rozmieszczenie dolin wpływają na smarowanie i zużycie uszczelek.

Tolerancja średnicy otworu

W cylindrach precyzyjnych często stosuje się tolerancje otworów porównywalne z H8 lub H9. Wybór zależy od wielkości cylindra, systemu uszczelnień, metody obróbki i zastosowania.

Wybierz ostateczną tolerancję na podstawie zaleceń producenta uszczelki dotyczących okuć i rowków, zamiast kopiować jedną wartość do każdego projektu. Jako odniesienie, jedna z opublikowanych tabeli SKF dopuszcza w przybliżeniu +0.046/0 mm dla otworu H8 o średnicy od 50 do 80 mm.

Obróbka tłoczyska

Typowy proces prętowy to:

Toczenie → Prostowanie → Szlifowanie → Polerowanie → Obróbka powierzchni → Polerowanie końcowe

Szlifowanie bezkłowe jest powszechne w produkcji, ponieważ pozwala zachować wąskie tolerancje średnicy na długich prętach.

Wysoka-jakośćchromowane-tłoczyskamoże mieć chropowatość powierzchni poniżej Ra 0,2 μm. Ovako określa Ra poniżej 0,2 μm dla swoich produktów Cromax, przy typowych wartościach od około 0,05 do 0,10 μm. Wytyczne dotyczące uszczelek firmy Parker podają Ra 0,2 μm dla niektórych dynamicznych powierzchni uszczelniających z gumy i PTFE oraz około Ra 0,4 μm dla niektórych zastosowań poliuretanowych.

Kontrola obróbki

Producenci mogą weryfikować krytyczne wymiary i powierzchnie za pomocą:

Średnice pomiarowe

Wskaźniki powietrza

Współrzędnościowe maszyny pomiarowe

Testery okrągłości

Profilometry

Urządzenia prostoliniowe

Mikrometry

Sprzęt do kontroli optycznej

Profilometr jest szczególnie przydatny, ponieważ kontrola wzrokowa nie może wiarygodnie potwierdzić-chropowatości powierzchni uszczelniającej.

Zakłady o dużej-produkcji mogą korzystać z centrów tokarskich CNC, automatycznych maszyn do honowania, zrobotyzowanego załadunku, zautomatyzowanych gniazd spawalniczych i-pomiarów w procesie. Automatyzacja może zmniejszyć zmienność i nakład pracy na cylinder, ale producent nadal potrzebuje monitorowania-wydajności procesu i kontroli końcowej.

Obróbka cieplna i inżynieria powierzchni prętów

Skład chemiczny stali to tylko część równania wytrzymałościowego. Obróbka cieplna i obróbka powierzchni również określają działanie pręta lub beczki.

Leczenie normalizujące, hartujące-i-łagodzące

Producenci mogą normalizować stale węglowe i stopowe w celu udoskonalenia mikrostruktury po kuciu lub obróbce na gorąco. Normalizowanie zazwyczaj polega na nagrzaniu stali węglowej lub niskostopowej-do temperatury około 800–920 stopni, po czym następuje chłodzenie powietrzem. Pręty-4140 i 4340 o wysokiej wytrzymałości są często dostarczane lub przetwarzane w stanie hartowanym-i-odpuszczanym. Odpuszczanie w wysokiej{11}}temperaturze tych stali zwykle następuje w temperaturze około 500 stopni lub wyższej, ale ostateczna temperatura zależy od gatunku, grubości przekroju i wymaganych właściwości mechanicznych. Rysunek powinien określać wymaganą granicę plastyczności, twardość lub inną ostateczną właściwość, zamiast zakładać, że jedna temperatura będzie odpowiednia dla każdego rozmiaru pręta.

Hartowanie indukcyjne

Hartowanie indukcyjne tworzy utwardzoną powierzchnię, zachowując jednocześnie twardszy rdzeń. W zależności od zastosowania może poprawić:

Odporność na uszkodzenia udarowe

Odporność na zużycie powierzchni

Odporność na lokalne odkształcenia

Wydajność wyboczenia pręta

Pręt jest zwykle szlifowany po hartowaniu indukcyjnym i przed powlekaniem.

Twarde chromowanie

Twardy chrom pozostaje powszechnym wykończeniem prętów, ponieważ zapewnia niskie tarcie, wysoką twardość, dobrą odporność na zużycie, znane metody naprawy i szeroką dostępność przemysłową.

Komercyjne pręty hydrauliczne często wykorzystują warstwy chromu mierzone w dziesiątkach mikronów. Na przykład Ovako określa minimalną grubość około 20 μm dla wielu rozmiarów Cromax i twardość chromu co najmniej 850 HV0,1. W konstrukcjach-wytrzymałych i wrażliwych na korozję- można zastosować grubszą warstwę.

Azotowanie w porównaniu z twardym chromem

Azotowanie nie dodaje oddzielnej powłoki metalicznej. Zamiast tego azot dyfunduje na powierzchnię stali.

Azotowanie gazowe jest powszechnie przeprowadzane w temperaturze około 520 stopni. Tworzy utwardzoną warstwę dyfuzyjną ze stosunkowo niewielkimi odkształceniami i może poprawić odporność na zużycie i wydajność zmęczeniową poprzez wyższą twardość powierzchni i naprężenia ściskające.

Azotowanie jest szczególnie odpowiednie w przypadku niektórych stali stopowych zawierających chrom, molibden, wanad lub aluminium. Nie należy zakładać, że w każdym środowisku zapewnia lepszą odporność na korozję niż chrom.

Wykończenia prętów odporne na silną korozję

Maszyny-do odśnieżania, sprzęt morski i przybrzeżny, systemy wydobywcze i zastosowania przybrzeżne mogą wymagać większej ochrony niż zapewnia konwencjonalny twardy chrom.

Opcje obejmują:

Systemy niklowe-chromowe

Powłoki termiczne-w stylu HVOF

Powłoki ceramiczne

Powłoki-laserowe

Pręty ze stali nierdzewnej

Autorskie systemy powłokowe

Firma Parker oferuje systemy prętów z twardego chromu, chromu niklowego, azotku, ceramiki i{0}}laserowo platerowanego laserowo, przeznaczone do różnych warunków zużycia i korozji. System Global Shield jest dostarczany w niektórych produktach w standardowej grubości około 0,001 cala i jest przeznaczony do pracy w trudnych warunkach korozyjnych.

Do porównania metali i powłok można zastosować-testy w mgle solnej ASTM B117. ASTM B117-26 definiuje środowisko kontrolowanej-mgły solnej, ale norma ostrzega, że ​​samych godzin mgły solnej nie należy traktować jako bezpośredniego przewidywania żywotności.

Uszczelnienia, montaż i testy końcowe

Precyzyjnie obrobiona lufa i pręt nadal będą działać nieprawidłowo, jeśli pakiet uszczelnień będzie nieprawidłowy lub zespół zostanie zanieczyszczony.

Materiały uszczelniające

Wybór pieczęci musi uwzględniać:

Płyn hydrauliczny

Ciśnienie

Temperatura

Prędkość pręta

Szczelina wytłaczania

Zanieczyszczenie

Cykl pracy

Ogólne wykresy temperatur polimerów nie są wystarczające. Na przykład woda-glikol i płyny o dużej-wody-zawierającej wodę mogą na przykład wymagać innego zestawu uszczelek niż olej hydrauliczny naftowy. Parker zauważa, że ​​niektóre konwencjonalne układy uszczelnień nie nadają się do wody lub płynów o wysokiej-wody-i oferuje zmodyfikowaną konstrukcję do zastosowań wodnych.

Zespół cylindra

Typowa sekwencja to:

Wyczyścić komponenty → Zamontować uszczelki tłoka → Zamontować uszczelki tłoczyska i wycieraczkę → Dopasować tłok do tłoczyska → Włożyć zespół tłoczyska i tłoka → Zamontować dławik lub głowicę → Zamknąć cylinder → Dokręcić elementy złączne → Podłączyć porty testowe

Czystość jest niezbędna. Metalowy wiór, który dostanie się pod wargę uszczelki, może w ciągu pierwszych kilku cykli uszkodzić zarówno uszczelkę, jak i pręt.

Podczas montażu technicy powinni sprawdzić:

Orientacja uszczelki

Uszczelnij usta

Zapasowa lokalizacja-pierścienia

Wymiary rowka

Ołów-w fazowaniach

Powierzchnia pręta

Czystość otworu

Niektóre uszczelki wymagają stożków montażowych lub narzędzi rozporowych. Niektóre uszczelki termoplastyczne można podgrzać przed montażem, aby zmniejszyć ryzyko ich przecięcia lub nadmiernego rozciągnięcia. Dynamiczne powierzchnie uszczelniające zwykle otrzymują smar zgodny z końcowym płynem hydraulicznym.

Pełny wybórczęści cylindrów hydraulicznychobejmuje rury, pręty, uszczelki, elementy zużywalne, dławiki, tłoki i powiązany sprzęt używany podczas produkcji lub naprawy.

Końcowe testowanie cylindrów

Producenci powinni poddać gotowe butle cyklinowaniu i sprawdzić je pod kątem wycieków przed wysyłką. Norma ISO 10100:2020, ponownie potwierdzona w 2026 r., określa testy akceptacyjne i funkcjonalne siłowników-hydraulicznych.

Plan jakości produkcji może obejmować:

Kontrola wymiarowa

Żadne-przełączanie obciążenia

Wewnętrzne badanie szczelności

Kontrola wycieków zewnętrznych

Dowód-testów ciśnieniowych

Weryfikacja udaru

Testowanie poduszek

Testowanie czujnika, jeśli ma to zastosowanie

Kontrola lakieru i wizualna

W niektórych specyfikacjach projektów i producentów stosuje się ciśnienia próbne wynoszące około 1,3 do 1,5 razy ciśnienie robocze. Mnożnik 1,5 nie jest wymogiem uniwersalnym. Obowiązująca norma, specyfikacja klienta i plan-walidacji projektu powinny określać wymagania dotyczące ciśnienia próbnego, czasu przetrzymywania, dopuszczalnego wycieku i rozerwania.

Próba rozrywająca ma zwykle charakter niszczący i należy do walidacji projektu, a nie do rutynowych testów każdej produkcyjnej butli.

Projekty{0}}o wysokiej wydajności mogą również zostać poddane ocenie przez setki tysięcy lub miliony cykli wytrzymałościowych:

Zużycie uszczelki

Pękanie zmęczeniowe

Utrzymanie ciśnienia

Zużycie łożyska

Trwałość-powłoki pręta

Mogą mieć również zastosowanie standardy wymiarowe. ISO 6020-2:2015 obejmuje wymiary montażowe niektórych cylindrów kompaktowych 16 MPa i pozostaje aktualna. ISO 6022:2006 obejmuje wymiary montażowe cylindrów serii 25 MPa i jest aktualizowana przez ISO/DIS 6022.

Produkcja-ściągów i cylindrów spawanych

Konstrukcja cylindra wpływa na proces produkcyjny, rozmiar obudowy, metodę naprawy i całkowity koszt posiadania.

Cylindry-z drążkiem kierowniczym są powszechne w maszynach fabrycznych, ponieważ technicy mają stosunkowo łatwy dostęp do ich uszczelek, dławików, tłoków i cylindrów.

Spawane cylindry hydrauliczne są powszechne w koparkach, ładowarkach, sprzęcie rolniczym i innych maszynach mobilnych, gdzie istotne są kompaktowe wymiary i wytrzymała konstrukcja.

Koszt produkcji i czas realizacji zależą nie tylko od godzin obróbki. Typowe wąskie gardła obejmują:

Dostępność stali specjalnej

Szlifowana rura o dużej-średnicy

Wydajność-obróbki cieplnej

Chromowanie

Specjalne powłoki

Kwalifikacja spawalnicza

Odkuwki niestandardowe

Dostępność pieczęci

Użytkowa konstrukcja może obniżyć koszty posiadania. Typowe elementy wymienne obejmują uszczelki, pierścienie ślizgowe, wycieraczki, dławiki, tłoki, łożyska, sworznie i, w wielu konstrukcjach, drążek.

Jeśli geometria lufy i elementy konstrukcyjne mieszczą się w granicach tolerancji, zamiast wymiany cylinder można przebudować lub zregenerować. Zapisanie pełnych wymiarów siłownika hydraulicznego pomaga warsztatowi lub producentowi ocenić istniejącą jednostkę.

Przygotowanie zapytania produkcyjnego

Zaopatrując się w standardowe lub niestandardowe przemysłowe cylindry hydrauliczne, żądaj więcej niż tylko ceny podstawowej.

Zapytaj producenta o:

Wymagania materiałowe i MTR

Typowa tabela-tolerancji obróbki

Specyfikacje powierzchni prętów i otworów

Wymagania dotyczące-obróbki cieplnej

Opcje powlekania

Uszczelnij-zalecenia dotyczące materiałów

Procedura testu-ciśnienia

Przykładowy rysunek CAD lub zestawienie materiałów

Czas realizacji prototypu i produkcji

Do przeglądu technicznego należy przygotować ciśnienie robocze, ciśnienie szczytowe, średnicę tłoczyska, skok, płyn hydrauliczny, temperaturę roboczą, kierunek obciążenia, sposób montażu, środowisko, cykl pracy i ilość roczną.

Jeśli zastosowanie ma specyfikacja wojskowa, lotnicza, morska lub inna podlegająca przepisom, należy określić dokładne wymagania umowne, zamiast żądać ogólnego „certyfikatu MIL”.

Prześlij rysunek cylindra i parametry zastosowania za pomocą formularza zapytania o cylinder hydrauliczny, aby poprosić o przegląd produkcyjny, wycenę prototypu lub zalecenie wymiany. Przed przesłaniem pełnego pakietu specyfikacji można także skontaktować się z firmą Dallast.

Często zadawane pytania

Jakie gatunki stali i specyfikacje rur są powszechne w Stanach Zjednoczonych?

Typowe materiały lufy obejmują rurki mechaniczne 1026 DOM i bezszwowe rurki mechaniczne z węgla lub stopu. ASTM A513/A513M obejmuje kilka form mechanicznych rur ERW, w tym typ 5 DOM, natomiast ASTM A519/A519M obejmuje bezszwowe mechaniczne rury węglowe i stopowe. Pręty powszechnie wykorzystują stal węglową 1045. Producenci mogą wybrać stal 4140, 4340, stal nierdzewną lub 17-4 PH do zastosowań wymagających wyższej wytrzymałości lub odporności na korozję.

Jakich tolerancji obróbki i wykończenia powierzchni powinienem się spodziewać?

Wartości zależą od pakietu uszczelnień i konstrukcji cylindra. SKF zaleca Ra o wartości około 0,05 do 0,20 μm w przypadku-wysokosprawnych, szlifowanych lub-walcowanych, dynamicznych powierzchni otworów. Wysokiej jakości chromowane-pręty mogą również mieć Ra o wartości poniżej 0,2 μm. Średnicę, okrągłość, walcowość, Rz i stosunek materiału należy oceniać łącznie, a nie polegać wyłącznie na Ra.

Jak wypada porównanie twardego chromu i azotowania?

Twardy chrom zapewnia warstwę platerowaną o niskim-tarciu, dobrą odporność na zużycie i ugruntowaną infrastrukturę naprawczą. Azotowanie powoduje dyfuzję azotu do powierzchni stali i może poprawić wytrzymałość na zużycie i zmęczenie przy niewielkiej zmianie wymiarów. Lepszy proces zależy od podłoża, narażenia na korozję, obciążenia udarowego, wymagań dotyczących naprawy i kosztów.

Jakie badania ciśnieniowe i zmęczeniowe należy zastosować?

ISO 10100:2020 zawiera wymagania dotyczące akceptacji i-testów funkcjonalnych cylindrów hydraulicznych. Testy produkcyjne mogą obejmować cykle funkcjonalne, testy szczelności,-testy ciśnieniowe i kontrolę wymiarową. Do walidacji projektu zwykle stosuje się badania zmęczenia-rozrywającego i długotrwałe. Obowiązująca specyfikacja powinna definiować ciśnienie próbne, zamiast polegać na jednym uniwersalnym mnożniku.

Jak wybrać uszczelnienia cylindrowe?

Weź pod uwagę ciśnienie, temperaturę, prędkość powierzchniową, szczelinę wytłaczania, płyn hydrauliczny i zanieczyszczenie. NBR i poliuretan są powszechne w systemach-olejów mineralnych. PTFE i FKM mogą być stosowane w bardziej wymagających warunkach temperaturowych, tarciowych lub chemicznych. Sprawdź dokładny związek względem rzeczywistego płynu.

Jakie są zalety-cylindrów ściągających i spawanych?

Cylindry-z cięgnami są łatwe w demontażu i serwisowaniu i są powszechne w maszynach przemysłowych. Cylindry spawane są kompaktowe i wytrzymałe i są szeroko stosowane w sprzęcie mobilnym, takim jak koparki i maszyny rolnicze. Najlepsza konstrukcja zależy od dostępnej przestrzeni, ciśnienia, cyklu pracy, wielkości produkcji i wymagań konserwacyjnych.