Kako se izrađuju hidraulički cilindri: od sirovina do gotovih proizvoda

Hidraulički cilindar izvana izgleda jednostavno, ali pouzdana proizvodnja uključuje puno više od rezanja čelične cijevi, umetanja šipke i postavljanja brtvi.

Cilindar visokih-učinkovitosti ovisi o kontroliranim materijalima, preciznoj strojnoj obradi, toplinskoj obradi, završnoj obradi površine, dizajnu brtve, zavarivanju, čistoj montaži i ispitivanju tlaka. Male pogreške u geometriji provrta, završnoj obradi šipke, žljebovima za brtvljenje, kvaliteti zavara ili svojstvima materijala mogu uzrokovati curenje, rano trošenje brtve, zareze na šipki, gubitak tlaka ili kvar uslijed zamora.

Razumijevanje načina na koji se cilindri proizvode pomaže proizvođačima originalne opreme, proizvođačima opreme i kupcima zamjene da procijene proizvodnu sposobnost dobavljača umjesto da uspoređuju samo provrt, hod i cijenu. Također pokazuje kako se svaka komponenta uklapa u veći hidraulički sustav.

Ovaj vodič prati proizvodni proces od odabira čelika preko strojne obrade, oblaganja, montaže i završne inspekcije. Za širu usporedbu stilova gradnje pogledajte vodič zavrste i izvedbe hidrauličkih cilindara.

Sirovine i specifikacije

Materijali cilindara moraju izdržati unutarnji tlak, cikličko opterećenje, klizno trošenje, koroziju i naprezanje zavarivanjem. Različite komponente stoga koriste različite stupnjeve i oblike proizvoda.

Materijali cijevi cilindra

Na američkom tržištu bačve cilindra često počinju kao DOM mehaničke cijevi ili bešavne mehaničke cijevi. SAE 1026 DOM je uobičajena opcija.

DOM znači izvučeno preko trna. Opisuje proces proizvodnje, a ne jednu vrstu čelika. ASTM A513/A513M pokriva električno-otporno-zavarene mehaničke cijevi i uključuje tip 5 izvučene-preko-cijev s trnom. ASTM A519/A519M pokriva bešavne mehaničke cijevi od ugljika i legiranog čelika.

HYDAC navodi 1026 DOM i ST52.3 DOM kao uobičajene materijale za cijevi cilindra. Također navodi 1045 hladno vučeni kromirani-čelik kao uobičajeni materijal šipke, s 4140, 316 nehrđajućim čelikom i 17-4 PH dostupnim za zahtjevnije usluge.Nakon strojne obrade, brušena cijev cilindra daje gotovu unutarnju površinu na kojoj djeluju brtve klipa.

Čelici za klipnjače

SAE 1045 jedan je od najčešćih materijala klipnjača. Njegova tipična nominalna kemija je otprilike:

Ugljik: 0,43 do 0,50%

Mangan: 0,60 do 0,90%

Fosfor: normalno kontroliran do niskog maksimuma

Sumpor: normalno kontroliran na niski maksimum

Šipke-jače čvrstoće mogu koristiti 4140 krom-molibden čelik ili 4340 nikl-krom-molibden čelik.

Tipična kemija 4140 je otprilike:

Ugljik: 0,38 do 0,43%

Krom: 0,80 do 1,10%

Molibden: 0,15 do 0,25%

Mangan: 0,75 do 1,00%

Klasa 4340 dodaje značajan udio nikla, obično oko 1,65 do 2,00%, što daje veću čvrstoću i žilavost.

SAE J403 definira sustave kemijskog-sastava za SAE ugljične čelike. SAE J404 pokriva legirane čelike, uključujući obitelji 41xx i 43xx. Narudžbenica i dalje treba primjenjivu specifikaciju proizvoda jer sama kemija ne definira dimenzije, uvjete obrade ili mehanička svojstva.

Nehrđajuće komponente obično koriste stupnjeve 304 i 316. Gradus 316 sadrži molibden i koristan je tamo gdje je izloženost kloridima važna. Za jedan oblik proizvoda, Outokumpu navodi tipični sastav 316L od oko 17,2% kroma, 10,1% nikla i 2,1% molibdena.

Sljedivost materijala

Ulazni čelik ne treba identificirati samo rukom ispisanom oznakom materijala. Za kritične dijelove kupcima će možda trebati:

Izvješća o ispitivanju materijala (MTR)

Brojevi utrke ili serije

Kemijski sastav

Vlačna svojstva ili svojstva popuštanja gdje je potrebno

Stanje toplinske-obrade

Zapisnici ulazne inspekcije

Toplinski broj treba ostati sljediv kroz rezanje, strojnu obradu, zavarivanje, toplinsku obradu i završnu inspekciju. Ovo je najvažnije za sigurno-kritične cilindre koji se koriste u rudarskim strojevima, sustavima za dizanje, offshore opremi i drugim primjenama gdje bi kvar mogao imati ozbiljne posljedice.

Čelični otpad od rezanja i strojne obrade u velikoj se mjeri može reciklirati. Cilindri koji se mogu servisirati također mogu smanjiti potrošnju materijala i troškove vlasništva jer se brtve, uvodnice, šipke i bačve koje se mogu popraviti mogu zamijeniti umjesto odbacivanja kompletnog sklopa.

Strojna obrada cijevi i šipki

Nakon što dolazni materijal prođe inspekciju, cijev i šipka kreću u preciznu strojnu obradu. U ovoj fazi obične čelične površine postaju radne površine brtvenog sustava.

Strojna obrada cijevi cilindra

Cijev se reže na željenu duljinu i priprema za strojnu obradu. Ovisno o početnim uvjetima i potrebnoj završnoj obradi, proizvodnja može uključivati:

Bušenje → Skidanje → Honanje → Bruniranje valjkom

Ne prolazi svaka bačva kroz sve operacije.

Honanje se široko koristi jer poboljšava:

Okruglost otvora

Ravnost

Konzistencija promjera

Tekstura površine

Zadržavanje maziva

Ljuštenje i bruniranje valjcima mogu pružiti visoke stope proizvodnje uz proizvodnju glatke,-očvrsnute rupe. To kombinaciju čini korisnom u masovnoj proizvodnji.

Završna obrada površine provrta cilindra

Najniža moguća Ra vrijednost nije automatski najbolja završna obrada. Provrt mora biti dovoljno gladak kako bi se izbjeglo rezanje brtve klipa dok zadržavaju mikroskopske udubine koje drže ulje za podmazivanje.

SKF preporučuje otprilike:

Ra=0.05 do 0,20 μm

Rz=0.4 do 2,0 μm

za dinamičke brtvene površine provrta proizvedene honanjem ili poliranjem valjkom.

Koristan crtež često određuje više od Ra. Dodatne karakteristike mogu uključivati:

Rz

Rmax

Omjer materijala Rmr

Oblina

Cilindričnost

Ravnost

Parker također primjećuje da se dvije površine s istim Ra mogu ponašati različito jer oblici vrhova i raspodjela udolina utječu na podmazivanje i trošenje brtve.

Tolerancija promjera provrta

Precizni cilindri često koriste tolerancije provrta usporedive s H8 ili H9. Izbor ovisi o veličini cilindra, sustavu brtvi, metodi strojne obrade i primjeni.

Odaberite konačnu toleranciju prema preporukama proizvođača brtve za hardver i utore umjesto kopiranja jedne vrijednosti u svaki dizajn. Kao referenca, jedna objavljena SKF tablica dopušta približno +0.046/0 mm za provrt H8 između 50 i 80 mm.

Strojna obrada klipnjače

Tipičan postupak štapa je:

Tokarenje → Ravnanje → Brušenje → Poliranje → Površinska obrada → Završno poliranje

Brušenje bez središta uobičajeno je u proizvodnji jer može držati male tolerancije promjera na velikim duljinama šipki.

Visoka-kvalitetakromirane klipnjače-može imati hrapavost površine ispod Ra 0,2 μm. Ovako navodi Ra ispod 0,2 μm za svoje Cromax proizvode, s tipičnim vrijednostima od oko 0,05 do 0,10 μm. Parkerove smjernice za brtvljenje navode oko Ra 0,2 μm za određene gumene i PTFE dinamičke brtvene površine i oko Ra 0,4 μm za neke poliuretanske primjene.

Pregled strojne obrade

Proizvođači mogu provjeriti kritične dimenzije i površine pomoću:

Mjerači provrta

Mjerači zraka

Koordinatni mjerni strojevi

Ispitivači okruglosti

Profilometri

Učvršćenja za ravnost

Mikrometri

Optička oprema za pregled

Profilometar je posebno koristan jer vizualni pregled ne može pouzdano potvrditi-hrapavost brtvene površine.

Po-velike tvornice mogu koristiti CNC tokarske centre, automatizirane strojeve za honanje, robotsko punjenje, automatizirane ćelije za zavarivanje i-mjeranje u procesu. Automatizacija može smanjiti varijacije i rad po cilindru, ali proizvođač i dalje treba praćenje-sposobnosti procesa i završnu inspekciju.

Toplinska obrada i inženjerstvo površine šipki

Kemija čelika samo je dio jednadžbe čvrstoće. Toplinska obrada i površinska obrada također određuju rad štapa ili cijevi.

Tretman normaliziranja i gašenja-i-temperature

Proizvođači mogu normalizirati ugljične i legirane čelike kako bi poboljšali mikrostrukturu nakon kovanja ili vruće obrade. Normaliziranje općenito zagrijava ugljični ili nisko-legirani čelik na otprilike 800 do 920 stupnjeva, nakon čega slijedi hlađenje zrakom. Visoko{5}}čvrste 4140 i 4340 šipke često se isporučuju ili obrađuju u kaljenom-i-stanju. Kaljenje na visokoj-temperaturi za te se čelike obično događa na oko 500 stupnjeva ili više, ali konačna temperatura ovisi o stupnju, debljini presjeka i potrebnim mehaničkim svojstvima. Crtež bi trebao navesti potrebnu granicu tečenja, tvrdoću ili drugo konačno svojstvo umjesto pretpostavke da jedna temperatura funkcionira za svaku veličinu šipke.

Indukcijsko kaljenje

Indukcijsko kaljenje stvara otvrdnutu površinu uz zadržavanje čvršće jezgre. Ovisno o primjeni, može poboljšati:

Otpornost na udarna oštećenja

Površinska otpornost na habanje

Otpornost na lokalne deformacije

Izvedba izvijanja šipke

Šipka se obično brusi nakon indukcijskog kaljenja i prije galvanizacije.

Tvrdo kromiranje

Tvrdi krom ostaje česta završna obrada šipki jer osigurava nisko trenje, visoku tvrdoću, dobru otpornost na habanje, poznate metode popravka i široku industrijsku dostupnost.

Komercijalne hidrauličke šipke često koriste slojeve kroma koji se mjere u desecima mikrona. Ovako, na primjer, navodi minimalnu debljinu od oko 20 μm za mnoge Cromax veličine i tvrdoću kroma od najmanje 850 HV0.1. Dizajni-za teške uvjete rada i-osjetljivi na koroziju mogu koristiti deblji sloj.

Nitriranje u usporedbi s tvrdim kromom

Nitriranje ne dodaje poseban metalni premaz. Umjesto toga dušik difundira u površinu čelika.

Plinsko nitriranje se obično izvodi blizu 520 stupnjeva. Stvara očvrsli difuzijski sloj s relativno malim izobličenjem i može poboljšati otpornost na habanje i performanse zamora kroz veću površinsku tvrdoću i tlačna naprezanja.

Nitriranje je posebno prikladno za neke legirane čelike koji sadrže krom, molibden, vanadij ili aluminij. Ne treba pretpostaviti da pruža bolju otpornost na koroziju od kroma u svakom okruženju.

Završeci šipki za jaku koroziju

Strojevi-za uklanjanje snijega, pomorska i offshore oprema, rudarski sustavi i priobalne primjene možda će trebati više zaštite nego što to može pružiti uobičajeni tvrdi krom.

Opcije uključuju:

Nikal-krom sustavi

Toplinski -premazi u spreju u HVOF-stilu

Keramičke prevlake

Premazi obloženi-laserom

Šipke od nehrđajućeg čelika

Vlasnički sustavi premaza

Parker nudi sustave šipki obloženih tvrdim kromom, niklom, nitridom,- i laserom za različite uvjete trošenja i korozije. Njegov sustav Global Shield isporučuje se u standardnoj debljini od približno 0,001 inča na nekim proizvodima i namijenjen je za jaku koroziju.

ASTM B117 ispitivanje raspršivanjem-soli može se koristiti za usporedbu metala i premaza. ASTM B117-26 definira kontrolirano okruženje slane-magle, ali standard upozorava da se samo sate u spreju soli ne bi trebale smatrati izravnim predviđanjem životnog vijeka.

Brtve, montaža i završno ispitivanje

Precizno obrađena cijev i šipka neće uspjeti ako je brtveni paket pogrešan ili je sklop kontaminiran.

Materijali za brtvljenje

Pri odabiru brtve potrebno je uzeti u obzir:

Hidraulička tekućina

Pritisak

Temperatura

Brzina šipke

Ekstruzijski razmak

Kontaminacija

Radni ciklus

Generički dijagrami temperature polimera nisu dovoljni. Voda-glikol i tekućine s-vodom-sadržajem, na primjer, mogu zahtijevati drugačiji paket brtvi od naftnog hidrauličkog ulja. Parker napominje da su neki konvencionalni rasporedi brtvi neprikladni za vodu ili tekućine s visokim-vodo-sadržajem i nudi modificiranu konstrukciju za vodovod.

Sklop cilindra

Tipičan slijed je:

Očistite komponente → Ugradite brtve klipa → Ugradite brtve šipke i brisač → Namjestite klip na šipku → Umetnite sklop šipke i klipa → Ugradite žlijeb ili glavu → Zatvorite cilindar → Zatezni moment → Spojite ispitne otvore

Čistoća je bitna. Metalni komadić zapeo ispod ruba brtve može oštetiti i brtvu i šipku tijekom prvih nekoliko ciklusa.

Tijekom sastavljanja, tehničari bi trebali pregledati:

Orijentacija pečata

Pečatne usne

Lokacija rezervnog{0}}prstena

Dimenzije utora

Olovo-u skošenjima

Površina šipke

Čistoća otvora

Neke brtve zahtijevaju instalacijske konuse ili alate za proširenje. Određene termoplastične brtve mogu se zagrijati prije postavljanja kako bi se smanjio rizik od rezanja ili pretjeranog rastezanja. Dinamičke brtvene površine obično primaju mazivo kompatibilno s konačnom hidrauličkom tekućinom.

Kompletan izbor oddijelovi hidrauličkog cilindrauključuje cijevi, šipke, brtve, potrošne komponente, žlijezde, klipove i srodnu opremu koja se koristi tijekom proizvodnje ili popravka.

Završno ispitivanje cilindra

Proizvođači bi trebali gotove cilindre ciklizirati i provjeriti da li cure prije otpreme. ISO 10100:2020, ponovno potvrđen 2026., utvrđuje ispitivanje prihvaćanja i funkcioniranja pogonskih cilindara-hidraulične tekućine.

Plan kvalitete proizvodnje može uključivati:

Provjera dimenzija

Ciklus bez-opterećenja

Ispitivanje unutarnjeg curenja

Provjera vanjskog curenja

Dokaz{0}}ispitivanje tlaka

Provjera moždanog udara

Ispitivanje jastuka

Testiranje senzora gdje je primjenjivo

Boja i vizualni pregled

Neki projekti i specifikacije proizvođača koriste probne tlakove oko 1,3 do 1,5 puta veće od radnog tlaka. Množitelj 1,5 nije univerzalni zahtjev. Primjenjivi standard, specifikacija kupca i plan-provjere valjanosti dizajna trebaju definirati zahtjeve za dokazni tlak, vrijeme zadržavanja, dopušteno curenje i pucanje.

Ispitivanje pucanjem obično je destruktivno i pripada provjeri valjanosti dizajna, a ne rutinskom testiranju svakog proizvodnog cilindra.

Dizajn-visokih performansi također može proći stotine tisuća ili milijune ciklusa izdržljivosti za procjenu:

Istrošenost brtve

Pukotine od zamora

Zadržavanje pritiska

Istrošenost ležajeva

Trajnost -prevlake šipke

Mogu se primjenjivati ​​i standardi dimenzija. ISO 6020-2:2015 pokriva dimenzije za ugradnju za određene kompaktne cilindre od 16 MPa i ostaje na snazi. ISO 6022:2006 pokriva dimenzije za ugradnju za cilindre serije 25 MPa i revidira se kroz ISO/DIS 6022.

Proizvodnja -zateznih šipki i zavarenih cilindara

Konstrukcija cilindra utječe na proces proizvodnje, veličinu omotnice, metodu popravka i ukupne troškove vlasništva.

Cilindri -upravljačke poluge uobičajeni su u tvorničkim strojevima jer tehničari relativno lako mogu pristupiti njihovim brtvama, uvodnicama, klipovima i bačvama.

Zavareni hidraulički cilindri uobičajeni su na bagerima, utovarivačima, poljoprivrednoj opremi i drugim pokretnim strojevima gdje su važne kompaktne dimenzije i robusna konstrukcija.

Trošak proizvodnje i vrijeme isporuke ovise o više od sati obrade. Uobičajena uska grla uključuju:

Dostupnost specijalnog čelika

Brušena cijev-velikog promjera

Kapacitet toplinske{0}}obrade

Kromiranje

Specijalni premazi

Kvalifikacija za zavarivanje

Kovanja po narudžbi

Dostupnost pečata

Dizajn koji se može servisirati može smanjiti troškove vlasništva. Tipični zamjenjivi predmeti uključuju brtve, habajuće prstenove, brisače, uvodnice, klipove, ležajeve, klinove i, u mnogim izvedbama, polugu.

Ako geometrija cijevi i strukturne komponente ostanu unutar tolerancije, cilindar se može obnoviti ili ponovno proizvesti umjesto zamjene. Bilježenje kompletnih dimenzija hidrauličkog cilindra pomaže servisnoj radionici ili proizvođaču da ocijeni postojeću jedinicu.

Izrada upita za proizvodnju

Kada nabavljate standardne ili prilagođene industrijske hidraulične cilindre, zatražite više od osnovne cijene.

Pitajte proizvođača za:

Zahtjevi za materijal i MTR

Tipična tablica tolerancije-strojne obrade

Specifikacije površine šipke i provrta

Zahtjevi za-toplinsku obradu

Mogućnosti premazivanja

Preporuke-materijala brtve

Postupak-ispitivanja tlaka

Uzorak CAD crteža ili popisa materijala

Vrijeme izrade prototipa i proizvodnje

Za tehnički pregled pripremite radni tlak, vršni tlak, provrt, promjer šipke, hod, hidrauličku tekućinu, radnu temperaturu, smjer opterećenja, raspored montaže, okoliš, radni ciklus i godišnju količinu.

Ako se primjenjuje vojna, zrakoplovna, offshore ili druga regulirana specifikacija, odredite točan ugovorni zahtjev umjesto da tražite generičku "MIL certifikaciju".

Pošaljite crtež cilindra i parametre primjene putem obrasca za upit o hidrauličnom cilindru kako biste zatražili pregled proizvodnje, ponudu prototipa ili preporuku zamjene. Također možete kontaktirati Dallast prije podnošenja kompletnog paketa specifikacija.

Često postavljana pitanja

Koje su vrste čelika i specifikacije cijevi uobičajeni u Sjedinjenim Državama?

Uobičajeni materijali cijevi uključuju 1026 DOM mehaničke cijevi i bešavne mehaničke cijevi od karbona ili legure. ASTM A513/A513M pokriva nekoliko oblika ERW mehaničkih cijevi, uključujući tip 5 DOM, dok ASTM A519/A519M pokriva bešavne mehaničke cijevi od ugljika i legura. Šipke obično koriste ugljični čelik 1045. Proizvođači mogu odabrati 4140, 4340, nehrđajući čelik ili 17-4 PH za primjene koje zahtijevaju veću čvrstoću ili otpornost na koroziju.

Koje tolerancije obrade i površinske obrade mogu očekivati?

Vrijednosti ovise o paketu brtvi i dizajnu cilindra. SKF preporučuje otprilike Ra od 0,05 do 0,20 μm za -bronirane ili valjkom-brušene dinamičke površine provrta visokih performansi. Kvalitetne -kromirane šipke također mogu biti ispod Ra 0,2 μm. Promjer, okruglost, cilindričnost, Rz i omjer materijala trebali bi se procjenjivati ​​zajedno, a ne oslanjati se samo na Ra.

Kakva je usporedba tvrdog kroma i nitriranja?

Tvrdi krom dodaje sloj s-pločicom s niskim trenjem s dobrom otpornošću na habanje i uspostavljenom infrastrukturom za popravak. Nitriranje difundira dušik u površinu čelika i može poboljšati otpornost na habanje i zamor uz male promjene dimenzija. Bolji postupak ovisi o podlozi, izloženosti koroziji, udarnom opterećenju, zahtjevima popravka i cijeni.

Koja ispitivanja tlaka i zamora treba koristiti?

ISO 10100:2020 pruža zahtjeve za-ispitivanje funkcionalnosti hidrauličkih cilindara. Testiranje proizvodnje može uključivati ​​funkcionalne cikluse, testove curenja, testove-tlaka i inspekciju dimenzija. Ispitivanja pucanja i dugotrajnog-zamora obično se koriste za validaciju dizajna. Važeća specifikacija trebala bi definirati ispitni tlak umjesto oslanjanja na jedan univerzalni multiplikator.

Kako odabrati brtve cilindra?

Uzmite u obzir tlak, temperaturu, površinsku brzinu, ekstruzijski razmak, hidrauličku tekućinu i kontaminaciju. NBR i poliuretan uobičajeni su u sustavima mineralnog-ulja. PTFE i FKM mogu odgovarati zahtjevnijim uvjetima temperature, trenja ili kemijskih uvjeta. Provjerite točan spoj u odnosu na stvarnu tekućinu.

Koje su prednosti spone-i zavarenih cilindara?

Cilindri -zatezne šipke lako se rastavljaju i servisiraju i uobičajeni su u industrijskim strojevima. Zavareni cilindri su kompaktni i robusni i naširoko se koriste na mobilnoj opremi kao što su bageri i poljoprivredni strojevi. Najbolja konstrukcija ovisi o raspoloživom prostoru, tlaku, radnom ciklusu, obujmu proizvodnje i zahtjevima održavanja.