Каковы применения прецизионных стальных труб при обработке цилиндров гидравлических систем?

Во-первых, основные требования к прецизионным стальным трубам для цилиндров гидравлической системы.

Гидравлические цилиндры работают в суровых условиях, что требует от них выдерживать воздействие гидравлического масла под высоким давлением в течение длительного времени, а также высокочастотное трение между поршнем и стенкой цилиндра. Кроме того, необходимо гарантировать герметичность и плавность потока гидравлического масла. Таким образом, используемые прецизионные стальные трубы должны соответствовать основным требованиям с точки зрения точности размеров, качества поверхности, механических свойств и коррозионной стойкости. Требования существенно различаются в зависимости от типа гидравлической системы, как подробно описано ниже.

(I) Требования к точности размеров Точность размеров имеет решающее значение для обеспечения достаточного зазора между цилиндром цилиндра, поршнем и уплотнениями, что напрямую влияет на характеристики уплотнения и точность передачи гидравлической системы. Основные требования сосредоточены в трех аспектах: (1) Точность внутреннего диаметра: допуск внутреннего диаметра цилиндра гидроцилиндра должен контролироваться в пределах класса H7-H9, а цилиндр цилиндра для систем высокого давления должен достигать класса H6, чтобы избежать заклинивания поршня или утечки уплотнения из-за чрезмерного отклонения внутреннего диаметра; (2) Точность толщины стенки: отклонение толщины стенки должно составлять ≤±0,1 мм, а погрешность однородности толщины стенки должна составлять ≤0,05 мм/м, чтобы обеспечить равномерное распределение напряжения, когда цилиндр цилиндра находится под высоким давлением, избегая деформации или разрыва, вызванных локализованной концентрацией напряжений; (3) Точность длины: в соответствии с требованиями к сборке цилиндра, допуск на длину должен контролироваться в пределах ±0,2 мм. Для сверхдлинных цилиндров допуск по длине может быть уменьшен до ±0,3 мм. При этом перпендикулярность обоих торцов цилиндра к оси должна быть не более 0,02 мм/м во избежание напряжений при сборке.

(II) Требования к качеству поверхности Внутренняя стенка цилиндра непосредственно контактирует с поршнем и уплотняет его. Качество поверхности напрямую влияет на сопротивление трению, характеристики уплотнения и срок службы, что делает его основным показателем при выборе прецизионных стальных труб: (1) Гладкость внутренней стенки: шероховатость внутренней стенки обычных гидравлических систем должна составлять ≤Ra0,8 мкм, а для систем возвратно-поступательного движения с высоким давлением и высокой частотой она должна быть ≤Ra0,4 мкм, без видимых следов ножа, царапин, вмятин, включений и других дефектов, чтобы избежать царапин уплотнений или утечки гидравлического масла; (2) Качество поверхности внешней стенки: шероховатость внешней стенки должна быть ≤Ra1,6 мкм, без ржавчины, окалины, трещин и других дефектов, чтобы облегчить последующую антикоррозионную обработку, такую ​​как нанесение покрытия и гальваническое покрытие, при этом обеспечивая посадку цилиндра во время сборки; (3) Твердость поверхности: Твердость поверхности внутренней стенки должна достигать HRC28-35. Закалка повышает износостойкость поверхности, снижает износ, вызванный возвратно-поступательным движением поршня, и продлевает срок службы цилиндра.

(III) Требования к механическим характеристикам Гидравлические цилиндры должны выдерживать радиальное давление и осевую ударную силу гидравлического масла под высоким давлением и адаптироваться к частым возвратно-поступательным нагрузкам. Следовательно, прецизионные стальные трубы должны обладать превосходными механическими свойствами: (1) Предел прочности: предел прочности прецизионных стальных труб, используемых в обычных системах среднего давления, составляет ≥600 МПа, а в системах высокого давления - ≥800 МПа, что гарантирует, что цилиндр не подвергается пластической деформации под высоким давлением; (2) Предел текучести: предел текучести составляет ≥350 МПа, а в системах высокого давления - ≥500 МПа, чтобы избежать остаточной деформации, вызванной длительной нагрузкой на цилиндр; (3) Прочность и усталостная прочность: хорошая ударная вязкость и усталостная прочность ≥300 МПа необходимы для адаптации к рабочей среде с высокочастотной возвратно-поступательной нагрузкой, уменьшения образования усталостных трещин и предотвращения разрушения цилиндра при взрыве; (4) Прокаливаемость: за счет отпуска обеспечивается равномерная твердость внутренних и внешних стенок стальной трубы без отклонения градиента твердости, а также повышается общая стабильность механических характеристик.

(IV) Требования к коррозионной стойкости и чистоте: Гидравлическое масло в гидравлической системе содержит присадки, а некоторые рабочие среды содержат примеси, такие как водяной пар и пыль. Следовательно, прецизионные стальные трубы должны обладать определенной коррозионной стойкостью: (1) Устойчивость к коррозии гидравлического масла, чтобы избежать коррозии внутренней стенки стальной трубы гидравлическим маслом, образования примесей, загрязнения гидравлического масла и засорения масляных контуров; (2) Устойчивость к атмосферной коррозии: внешняя стена должна противостоять эрозии водяного пара и пыли окружающей среды, а также снижать риск появления ржавчины; для суровых условий необходимо выбирать прецизионные стальные трубы из коррозионностойких материалов. В то же время внутренняя стенка прецизионной стальной трубы должна иметь высокую степень чистоты, быть свободной от масляных пятен, ржавчины, металлического мусора и других примесей, чтобы избежать попадания примесей в гидравлическую систему, износа клапанов, поршней и других деталей и влияния на стабильность работы системы.

Во-вторых, выбор и адаптация прецизионных стальных труб для обработки гидравлических цилиндров.

Сочетая номинальное давление, рабочую среду, срок службы и требования к стоимости гидравлической системы, рациональный выбор материала, технических характеристик и состояния обработки прецизионных стальных труб является предпосылкой для обеспечения качества обработки цилиндров и надежности гидравлической системы. В настоящее время широко используемые прецизионные стальные трубы для обработки гидравлических цилиндров в основном делятся на прецизионные бесшовные стальные трубы и прецизионные сварные стальные трубы, причем наиболее широко используются бесшовные прецизионные стальные трубы. Конкретные схемы выбора следующие:

(I) Выбор материала: В зависимости от номинального давления и рабочей среды гидравлической системы обычно используемые материалы прецизионных стальных труб делятся на три категории, соответствующие различным сценариям применения:

1. Высококачественные прецизионные стальные трубы из углеродистой конструкционной стали: в основном сталь 45 #, которая является предпочтительным материалом для гидравлических цилиндров среднего и низкого давления. Он имеет отличные механические свойства, хорошие технологические характеристики и низкую стоимость. После термообработки он может соответствовать требованиям к прочности, твердости и ударной вязкости, предъявляемым к обычным цилиндрам гидравлической системы, и широко используется в гидравлических цилиндрах среднего и низкого давления в инженерных машинах, станках, сельскохозяйственной технике и других областях.

2. Прецизионные трубы из легированной конструкционной стали: в основном включают 40Cr, 27SiMn и 35CrMo, подходящие для гидравлических цилиндров высокого давления или высокочастотных возвратно-поступательных движений. Прецизионные стальные трубы 40Cr после термообработки могут достигать прочности на разрыв, превышающей 800 МПа, и обладают превосходной прочностью, что делает их пригодными для гидравлических цилиндров среднего давления. Прецизионные стальные трубы 27SiMn обладают хорошей прокаливаемостью и высокой прочностью, подходят для больших толстостенных гидравлических цилиндров высокого давления. Прецизионные стальные трубы 35CrMo устойчивы к высоким температурам и давлению, обладают высокой усталостной прочностью и подходят для гидравлических цилиндров, работающих в условиях высоких температур, высокого давления и суровых условий.

3. Прецизионные трубы из нержавеющей стали: в основном изготовлены из нержавеющей стали 304 и 316, подходят для агрессивных сред или гидравлических систем, требующих высокой чистоты. Прецизионные трубы из нержавеющей стали обладают высокой коррозионной стойкостью и высокой чистотой поверхности, не требуют сложной антикоррозионной обработки, но стоят дороже и чаще всего используются для гидроцилиндров в особых условиях эксплуатации.

(II) Технические характеристики и выбор условий обработки

1. Выбор характеристик: характеристики прецизионной стальной трубы необходимо определять на основе внутреннего диаметра цилиндра, толщины стенки и требований к длине. Обычно используемые диапазоны внутреннего диаметра составляют φ20–φ500 мм, диапазоны толщины стенок — 2–20 мм, а диапазоны длины — 500–6000 мм. При выборе необходимо зарезервировать разумный припуск на механическую обработку. Припуск на обработку внутренней стенки обычно составляет 0,2–0,5 мм, а припуск на обработку внешней стенки – 0,1–0,3 мм. Это позволяет избежать недостаточного припуска на обработку, приводящего к нестандартной точности размеров, или чрезмерного припуска, увеличивающего затраты на обработку и снижающего эффективность. Для сверхдлинных тонкостенных гидроцилиндров следует выбирать прецизионные стальные трубы с хорошей однородностью толщины стенок и высокой жесткостью, чтобы избежать деформации во время обработки.

2. Выбор условий обработки: условия обработки прецизионных стальных труб, используемых для обработки гидравлических цилиндров, в основном делятся на два типа, выбираемых в соответствии с потребностями: (1) прецизионные холоднотянутые стальные трубы: высокая точность размеров, хорошее качество поверхности, небольшой припуск на механическую обработку, не требуется грубая механическая обработка, может подвергаться прямой точной обработке, подходит для гидравлических цилиндров среднего и высокого давления, высокая эффективность обработки, низкая стоимость и в настоящее время является наиболее широко используемым условием обработки; (2) Горячекатаные прецизионные стальные трубы: немного меньшая точность размеров, худшее качество поверхности, требуется грубая обработка + прецизионная обработка, подходят для гидравлических цилиндров низкого давления или экономически чувствительных сценариев, относительно низкая цена.

(III) Вопросы выбора

1. Соответствие номинальному давлению: избегайте выхода цилиндра из строя из-за недостаточной прочности материала или чрезмерного использования высокопрочных материалов, что увеличивает затраты. Сталь 45# предпочтительна для систем среднего и низкого давления, трубы из легированной стали 40Cr, 27SiMn и других легированных сталей предпочтительны для систем высокого давления, а трубы из нержавеющей стали предпочтительны для особых агрессивных сред.

2. Строго контролируйте однородность толщины стенок: неравномерная толщина стенок приводит к неравномерной нагрузке на цилиндр, что делает его склонным к деформации или разрыву под высоким давлением. Во время выбора необходимо проверить однородность толщины стенок прецизионных стальных труб, чтобы обеспечить погрешность ≤0,05 мм/м.

3. Сосредоточьтесь на качестве поверхности. Отдавайте предпочтение холоднотянутым прецизионным стальным трубам, чтобы на внутренней стенке не было дефектов, таких как следы от ножей и царапины. Это предотвращает неустранимость дефектов во время последующей обработки, которые могут повлиять на качество герметизации.

4. Балансируйте стоимость и срок службы. Соблюдая требования к использованию, отдавайте приоритет экономически эффективным материалам и условиям обработки, чтобы избежать чрезмерной погони за высококачественными материалами и ненужных затрат. Для гидравлических систем, работающих в условиях высокой частоты, высокого давления и суровых условий, следует выбирать высокопрочные и износостойкие материалы, чтобы продлить срок службы цилиндров и снизить затраты на техническое обслуживание.

В-третьих, основная технология обработки прецизионных стальных труб для гидравлических цилиндров.

Прецизионные стальные трубы служат основным материалом для гидравлических цилиндров. Его технология обработки в основном вращается вокруг «повышения точности и гладкости внутренней стенки, обеспечения размерных и геометрических допусков и улучшения свойств поверхности». Основной процесс — это «предварительная обработка — черновая обработка — чистовая обработка — обработка поверхности — сборка и проверка». Ключевые моменты каждого процесса напрямую определяют конечное качество цилиндра, как подробно описано ниже.

(I) Предварительная обработка. Суть предварительной обработки заключается в удалении загрязнений и напряжений с поверхности прецизионной стальной трубы, закладывая основу для последующей обработки. Конкретные этапы включают в себя: 1. Очистка поверхности: травление и фосфатирование для удаления оксидной окалины, ржавчины, масла и других загрязнений с поверхности стальной трубы, обеспечивая чистую поверхность для последующей обработки и обработки поверхности; 2. Отжиг для снятия напряжений: нагрев прецизионной стальной трубы до 550-600 ℃, выдержка при этой температуре в течение 2-3 часов, а затем медленное охлаждение до комнатной температуры, чтобы устранить внутренние напряжения, возникающие во время холодной волочения или горячей прокатки, предотвращая деформацию во время последующей обработки; 3. Выпрямление: использование прецизионного правильного станка для выпрямления стальной трубы, обеспечивая прямолинейность оси стальной трубы ≤0,02 мм/м, избегая изгиба, который может привести к отклонению оси цилиндра после обработки.

(II) Черновая обработка. Суть черновой обработки заключается в удалении избыточного припуска на обработку, первоначальном формировании внутреннего диаметра, внешнего диаметра и длины цилиндра и оставлении разумного припуска для чистовой обработки. Обычно используемые процессы включают токарную обработку: (1) Токарная обработка обеих торцевых поверхностей: на токарном станке с ЧПУ поверните обе торцевые поверхности стальной трубы, чтобы обеспечить перпендикулярность торцевой поверхности к оси ≤0,02 мм/м. Одновременно снимаем фаски с торцов, чтобы не поцарапать уплотнители при сборке; (2) Черновая обработка наружного диаметра: в зависимости от требований к размеру внешней стенки цилиндра выполните черновую обработку наружного диаметра стальной трубы, оставив припуск на чистовую обработку 0,1–0,3 мм для удаления неровностей поверхности, оксидной окалины и других дефектов; (3) Черновая обработка внутреннего диаметра: Для горячекатаных труб с плохой чистотой поверхности требуется черновая обработка внутреннего диаметра, оставляя припуск на чистовую обработку 0,2-0,5 мм. Этот этап можно пропустить для холоднотянутых прецизионных стальных труб.

(III) Финишная обработка: Финишная обработка является основным этапом обеспечения точности размеров и качества поверхности цилиндра. Основное внимание уделяется прецизионной обработке внутреннего и внешнего диаметров. Общие процессы включают прецизионное точение, прецизионное растачивание и хонингование. Хонингование является ключевым процессом для улучшения гладкости и точности размеров внутренней стенки:

1. Прецизионная токарная обработка: на высокоточном токарном станке с ЧПУ наружный диаметр и обе торцевые поверхности цилиндра цилиндра подвергаются точной обработке, чтобы гарантировать, что допуск на размер наружного диаметра и допуск на длину соответствуют требованиям, а шероховатость поверхности внешней стенки составляет ≤Ra1,6 мкм. После точной токарной обработки циферблатный индикатор используется для проверки биения наружного диаметра, гарантируя, что погрешность биения составляет ≤0,01 мм.

2. Прецизионное растывание. Для цилиндров с высокими требованиями к точности внутреннего диаметра прецизионное растывание выполняется с использованием прецизионного расточного станка. Параметры расточного инструмента регулируются таким образом, чтобы допуск на размер внутреннего диаметра достигал класса H7-H6, округлость внутреннего диаметра составляла ≤0,005 мм, а цилиндричность составляла ≤0,01 мм/м. Одновременно удаляют мелкие дефекты на поверхности внутреннего диаметра, закладывая основу для хонингования.

3. Хонингование: это основной процесс точной обработки внутренней стенки гидравлического цилиндра. С помощью хонинговального станка относительным движением хонинговальной головки и внутренней стенки цилиндра выполняется прецизионное шлифование и полирование, достигаясь шероховатости поверхности Ra0,4-Ra0,8 мкм. Одновременно он корректирует отклонения от округлости и цилиндричности внутреннего диаметра, обеспечивая гладкую и однородную внутреннюю стенку. Во время хонингования крайне важно контролировать скорость и давление хонингования и выбирать подходящее масло для хонингования, чтобы избежать таких дефектов, как царапины и прожоги на внутренней стенке. После хонингования используется тестер шероховатости и внутренний микрометр для проверки качества и точности размеров внутренней стенки, чтобы убедиться в ее соответствии требованиям.

(IV) Обработка поверхности. Суть обработки поверхности заключается в повышении коррозионной стойкости, износостойкости и герметизации цилиндра, тем самым продлевая срок его службы. Соответствующие процессы обработки следует выбирать в зависимости от рабочей среды:

1. Обработка поверхности внутренней стенки. Обычные процессы включают окисление или фосфатирование, которые образуют плотную оксидную или фосфатирующую пленку на внутренней стенке цилиндра, улучшая износостойкость и коррозионную стойкость, а также улучшая совместимость внутренней стенки и гидравлического масла, снижая сопротивление трения. Для цилиндров цилиндров с высоким давлением и высокочастотным возвратно-поступательным движением может быть использовано хромирование для повышения твердости и износостойкости внутренней стенки, продления срока ее службы. Однако необходимо контролировать однородность слоя хромирования, чтобы избежать таких дефектов, как отслаивание покрытия и точечные отверстия.

2. Обработка поверхности наружной стены. Обычные процессы включают покраску, гальваническое покрытие или горячее цинкование. При покраске используется нержавеющая или антикоррозионная краска для повышения устойчивости к атмосферной коррозии; при гальванике используется цинкование или хромирование для повышения твердости поверхности и устойчивости к коррозии; горячее цинкование подходит для цилиндров цилиндров, работающих на открытом воздухе и во влажной среде, обеспечивая более высокую коррозионную стойкость, но необходимо контролировать толщину слоя цинка, чтобы не повлиять на точность сборки.

(V) Сборка и проверка

1. Сборка: Соберите прецизионный цилиндр цилиндра с обработанной поверхностью с такими компонентами, как поршень, уплотнения и шток поршня. Во время сборки убедитесь, что уплотнения установлены правильно и не поцарапайте их. Одновременно проверьте зазор между корпусом цилиндра и другими компонентами, чтобы убедиться, что он достаточен, избегая чрезмерного зазора, ведущего к утечке, или недостаточного зазора, ведущего к заклиниванию поршня.

2. Проверка: после сборки проведите комплексную проверку гидравлического цилиндра, включая проверку характеристик уплотнения, проверку устойчивости к давлению и проверку характеристик движения. Одновременно проводятся выборочные проверки точности размеров и качества поверхности цилиндра для обеспечения стабильного качества при массовом производстве.

IV. Ключевые точки контроля качества прецизионных стальных трубчатых цилиндров гидравлических цилиндров

Качество цилиндра гидроцилиндра напрямую определяет стабильность работы гидросистемы. Контроль качества должен осуществляться на протяжении всего процесса: от «выбора основного материала — обработки — проверки готовой продукции» до выявления и устранения таких проблем, как отклонения размеров, дефекты поверхности и некачественные механические свойства. Конкретные контрольные точки следующие.

(I) Контроль качества субстрата

1. Управление поставщиками: выберите квалифицированных поставщиков прецизионных стальных труб с сильными производственными возможностями, подпишите соглашения о качестве и четко определите требования к материалам, точности размеров и качеству поверхности;

2. Входной контроль: после того, как прецизионные стальные трубы прибудут на объект, проведите выборочный контроль материалов, точности размеров, качества поверхности и механических свойств. Некачественную продукцию хранить категорически запрещено.

3. Управление хранением: Храните прецизионные стальные трубы в сухом, вентилируемом складе, избегая попадания влаги и пыли. Предотвратите деформацию во время штабелирования и обеспечьте надлежащую обработку для предотвращения ржавчины.

(II) Контроль качества во время обработки

1. Калибровка оборудования. Регулярно калибруйте токарные станки с ЧПУ, прецизионные расточные станки, хонинговальные станки и другое обрабатывающее оборудование, чтобы гарантировать, что точность позиционирования и обработки соответствует требованиям. Рекомендуется калибровать еженедельно.

2. Контроль инструментов и приспособлений: выбирайте высокоточные, износостойкие инструменты и регулярно заменяйте изношенные инструменты. Крепления и приспособления необходимо регулярно калибровать, чтобы обеспечить точный зажим и позиционирование, избегая деформации, вызванной зажимающим напряжением.

3. Контроль параметров процесса: строго придерживайтесь документации процесса обработки при настройке параметров обработки; несанкционированные изменения запрещены. Перед серийной обработкой проведите пробную резку и корректировку, чтобы убедиться, что параметры приемлемы, прежде чем приступить к массовому производству.

4. Внутрипроизводственный контроль: после завершения каждого процесса обработки проводите выборочный контроль, уделяя особое внимание точности размеров и качеству поверхности. Неквалифицированные продукты должны быть переработаны или утилизированы, и им строго запрещено переходить к следующему процессу.

(III) Контроль качества готовой продукции

1. Проверка размерных и геометрических допусков. С помощью такого оборудования, как внутренние микрометры, внешние микрометры, циферблатные индикаторы и координатно-измерительные машины, проверяются внутренний диаметр, внешний диаметр, длина, округлость, цилиндричность и перпендикулярность цилиндра цилиндра на предмет соответствия проектным требованиям.

2. Проверка качества поверхности. Для проверки гладкости внутренних и внешних стенок используется тестер шероховатости. Поверхность визуально осматривают на наличие царапин, трещин, отслоений покрытия и других дефектов. При необходимости для выявления мелких дефектов используется увеличительное стекло.

3. Проверка механических свойств и коррозионной стойкости. Отбираются образцы и проверяются твердость поверхности и прочность на растяжение цилиндра цилиндра. Испытание в солевом тумане используется для проверки коррозионной стойкости.

4. Проверка герметичности и устойчивости к давлению. Готовые гидравлические цилиндры проверяются на герметичность и устойчивость к давлению, чтобы гарантировать отсутствие утечек, деформаций и хорошие характеристики движения.

5. Идентификация и отслеживание. Готовые баллоны маркируются надлежащим образом, а также создана система отслеживания качества для облегчения устранения неполадок в случае последующих проблем с качеством.