¿Cuáles son las aplicaciones de los tubos de acero de precisión en el mecanizado de cilindros del sistema hidráulico?

Primero, los requisitos básicos de los tubos de acero de precisión para cilindros de sistemas hidráulicos.

Los cilindros hidráulicos operan en entornos hostiles, lo que les exige resistir el impacto del aceite hidráulico a alta presión durante períodos prolongados, así como la fricción de alta frecuencia entre el pistón y la pared del cilindro. Además, se debe garantizar el rendimiento de sellado y el flujo suave del aceite hidráulico. Por lo tanto, los tubos de acero de precisión utilizados deben cumplir requisitos básicos en términos de precisión dimensional, calidad de la superficie, propiedades mecánicas y resistencia a la corrosión. Los requisitos varían significativamente según el tipo de sistema hidráulico, como se detalla a continuación.

(I) Requisitos de precisión dimensional La precisión dimensional es crucial para garantizar un espacio razonable entre el cilindro, el pistón y los sellos, lo que afecta directamente el rendimiento del sellado y la precisión de la transmisión del sistema hidráulico. Los requisitos principales se concentran en tres aspectos: (1) Precisión del diámetro interior: la tolerancia del diámetro interior del cilindro hidráulico debe controlarse dentro del grado H7-H9, y el cilindro para sistemas de alta presión debe alcanzar el grado H6 para evitar atascos del pistón o fugas en el sello debido a una desviación excesiva del diámetro interior; (2) Precisión del espesor de la pared: la desviación del espesor de la pared debe ser ≤±0,1 mm y el error de uniformidad del espesor de la pared debe ser ≤0,05 mm/m para garantizar una distribución uniforme de la tensión cuando el cilindro está bajo alta presión, evitando la deformación o estallido causado por la concentración de tensión localizada; (3) Precisión de longitud: según los requisitos del conjunto del cilindro, la tolerancia de longitud debe controlarse dentro de ±0,2 mm. Para cilindros extralargos, la tolerancia de longitud se puede relajar a ±0,3 mm. Al mismo tiempo, la perpendicularidad de ambas caras extremas del cilindro con respecto al eje debe ser ≤0,02 mm/m para evitar tensiones durante el montaje.

(II) Requisitos de calidad de la superficie La pared interior del cilindro hace contacto directo con el pistón y los sellos. La calidad de la superficie afecta directamente la resistencia a la fricción, el rendimiento del sellado y la vida útil, lo que la convierte en un indicador fundamental para seleccionar tuberías de acero de precisión: (1) Suavidad de la pared interior: la rugosidad de la pared interior de los sistemas hidráulicos ordinarios debe ser ≤Ra0,8μm, y para sistemas de movimiento alternativo de alta presión y alta frecuencia, debe ser ≤Ra0,4μm, libre de marcas obvias de cuchillos, rayones, abolladuras, inclusiones y otros defectos para evitar rayar los sellos o causar aceite hidráulico. fugas; (2) Calidad de la superficie de la pared exterior: la rugosidad de la pared exterior debe ser ≤Ra1,6μm, libre de óxido, incrustaciones, grietas y otros defectos para facilitar los tratamientos anticorrosión posteriores, como revestimiento y galvanoplastia, al tiempo que se garantiza el ajuste del cilindro durante el montaje; (3) Dureza de la superficie: la dureza de la superficie de la pared interior debe alcanzar HRC28-35. El tratamiento de templado mejora la resistencia al desgaste de la superficie, reduce el desgaste causado por el movimiento alternativo del pistón y extiende la vida útil del cilindro.

(III) Requisitos de rendimiento mecánico Los cilindros hidráulicos deben soportar la presión radial y la fuerza de impacto axial del aceite hidráulico de alta presión y adaptarse a cargas alternativas frecuentes. Por lo tanto, los tubos de acero de precisión deben poseer excelentes propiedades mecánicas: (1) Resistencia a la tracción: la resistencia a la tracción de los tubos de acero de precisión utilizados en sistemas ordinarios de presión media es ≥600 MPa, y en sistemas de alta presión es ≥800 MPa, lo que garantiza que el cilindro no sufra deformación plástica bajo alta presión; (2) Límite elástico: el límite elástico es ≥350 MPa, y en sistemas de alta presión es ≥500 MPa, para evitar la deformación permanente causada por la carga a largo plazo en el cilindro; (3) Dureza y resistencia a la fatiga: se requiere buena tenacidad al impacto y resistencia a la fatiga ≥300 MPa para adaptarse al entorno de trabajo de carga alternativa de alta frecuencia, reducir la generación de grietas por fatiga y evitar fallas por explosión del cilindro; (4) Templabilidad: mediante el tratamiento de templado, se garantiza una dureza uniforme de las paredes internas y externas de la tubería de acero, sin desviación del gradiente de dureza, y se mejora la estabilidad del rendimiento mecánico general.

(IV) Requisitos de limpieza y resistencia a la corrosión: el aceite hidráulico en el sistema hidráulico contiene aditivos y algunos entornos de trabajo contienen impurezas como vapor de agua y polvo. Por lo tanto, las tuberías de acero de precisión deben tener cierta resistencia a la corrosión: (1) Resistencia a la corrosión del aceite hidráulico, para evitar que la pared interior de la tubería de acero sea corroída por el aceite hidráulico, generando impurezas, contaminando el aceite hidráulico y obstruyendo los circuitos de aceite; (2) Resistencia a la corrosión atmosférica, la pared exterior debe poder resistir la erosión del vapor de agua y el polvo ambiental y reducir el riesgo de oxidación; para entornos hostiles, se deben seleccionar tuberías de acero de precisión fabricadas con materiales resistentes a la corrosión. Al mismo tiempo, la pared interior de la tubería de acero de precisión debe tener un alto grado de limpieza, libre de manchas de aceite, óxido, restos metálicos y otras impurezas, para evitar que entren impurezas al sistema hidráulico, desgaste de válvulas, pistones y otras piezas, y afecten la estabilidad del funcionamiento del sistema.

En segundo lugar, selección y adaptación de tubos de acero de precisión para el mecanizado de cilindros hidráulicos.

Combinando la presión nominal, el entorno de trabajo, la vida útil y los requisitos de costo del sistema hidráulico, la selección racional del material, las especificaciones y el estado de procesamiento de los tubos de acero de precisión es un requisito previo para garantizar la calidad del mecanizado de cilindros y la confiabilidad del sistema hidráulico. Actualmente, los tubos de acero de precisión de uso común para el mecanizado de cilindros hidráulicos se dividen principalmente en tubos de acero de precisión sin costura y tubos de acero de precisión soldados, siendo los tubos de acero de precisión sin costura los más utilizados. Los esquemas de selección específicos son los siguientes:

(I) Selección de materiales: según la presión nominal y el entorno de trabajo del sistema hidráulico, los materiales de tuberías de acero de precisión comúnmente utilizados se dividen en tres categorías para adaptarse a diferentes escenarios de aplicación:

1. Tubos de acero de precisión de acero estructural al carbono de alta calidad: principalmente acero 45#, que es el material preferido para cilindros hidráulicos de media y baja presión. Tiene excelentes propiedades mecánicas, buen rendimiento de procesamiento y bajo costo. Después del tratamiento térmico, puede cumplir con los requisitos de resistencia, dureza y tenacidad de los cilindros de sistemas hidráulicos ordinarios, y se usa ampliamente en cilindros hidráulicos de presión media y baja en maquinaria de ingeniería, máquinas herramienta, maquinaria agrícola y otros campos.

2. Tubos de precisión de aleación de acero estructural: incluyen principalmente 40Cr, 27SiMn y 35CrMo, adecuados para cilindros hidráulicos de alta presión o aplicaciones de movimiento alternativo de alta frecuencia. Los tubos de acero de precisión 40Cr, después del tratamiento térmico, pueden alcanzar una resistencia a la tracción superior a 800 MPa y poseen una tenacidad excelente, lo que los hace adecuados para cilindros hidráulicos de presión media. Los tubos de acero de precisión 27SiMn tienen buena templabilidad y alta resistencia, adecuados para cilindros hidráulicos de alta presión grandes y de paredes gruesas. Los tubos de acero de precisión 35CrMo son resistentes a altas temperaturas y presiones, y poseen una alta resistencia a la fatiga, adecuados para cilindros hidráulicos en ambientes hostiles, de alta temperatura y alta presión.

3. Tuberías de precisión de acero inoxidable: Fabricadas principalmente en acero inoxidable 304 y 316, adecuadas para ambientes corrosivos o sistemas hidráulicos que requieren alta limpieza. Los tubos de precisión de acero inoxidable tienen una fuerte resistencia a la corrosión y un alto acabado superficial, por lo que no requieren un tratamiento anticorrosión complejo, pero son más caros y se utilizan principalmente para cilindros hidráulicos en condiciones de funcionamiento especiales.

(II) Especificaciones y selección de condiciones de procesamiento

1. Selección de especificaciones: Las especificaciones de la tubería de acero de precisión deben determinarse en función del diámetro interior del cilindro, el espesor de la pared y los requisitos de longitud. Los rangos de diámetro interior comúnmente utilizados son φ20-φ500 mm, los rangos de espesor de pared son 2-20 mm y los rangos de longitud son 500-6000 mm. Durante la selección se debe reservar un margen de mecanizado razonable. El margen de mecanizado de la pared interior suele ser de 0,2 a 0,5 mm y el margen de mecanizado de la pared exterior es de 0,1 a 0,3 mm. Esto evita un margen de mecanizado insuficiente, lo que lleva a una precisión dimensional deficiente, o un margen excesivo, lo que aumenta los costos de procesamiento y reduce la eficiencia. Para cilindros hidráulicos ultralargos y de paredes delgadas, se deben seleccionar tubos de acero de precisión con buena uniformidad de espesor de pared y alta rigidez para evitar deformaciones durante el procesamiento.

2. Selección de condiciones de procesamiento: Las condiciones de procesamiento de los tubos de acero de precisión utilizados para el mecanizado de cilindros hidráulicos se dividen principalmente en dos tipos, seleccionados según las necesidades: (1) Tubos de acero de precisión estirados en frío: alta precisión dimensional, buen acabado superficial, pequeño margen de mecanizado, no se requiere mecanizado en bruto, se pueden mecanizar con precisión directamente, son adecuados para cilindros hidráulicos de presión media y alta, alta eficiencia de procesamiento, bajo costo y actualmente es la condición de procesamiento más utilizada; (2) Tubos de acero de precisión laminados en caliente: precisión dimensional ligeramente menor, peor acabado superficial, requiere mecanizado en desbaste + mecanizado de precisión, adecuado para cilindros hidráulicos de baja presión o escenarios sensibles a los costos, precio relativamente bajo.

(III) Consideraciones de selección

1. Clasificación de presión coincidente: evite fallas en el cilindro debido a una resistencia insuficiente del material o al uso excesivo de materiales de alta resistencia, lo que aumenta los costos. Se prefiere el acero 45# para sistemas de presión media y baja, se prefieren tubos de 40Cr, 27SiMn y otras aleaciones de acero para sistemas de alta presión, y se prefieren tubos de acero inoxidable para ambientes corrosivos especiales.

2. Controle estrictamente la uniformidad del espesor de la pared: el espesor desigual de la pared genera una tensión desigual en el cilindro, haciéndolo propenso a deformarse o explotar bajo alta presión. Durante la selección, se debe verificar la uniformidad del espesor de la pared del tubo de acero de precisión para garantizar un error ≤0,05 mm/m.

3. Céntrese en la calidad de la superficie: dé prioridad a los tubos de acero de precisión estirados en frío para garantizar que la pared interior esté libre de defectos como marcas de cuchillos y rayones. Esto evita que los defectos sean irreparables durante el procesamiento posterior, lo que podría afectar el rendimiento del sellado.

4. Equilibre el costo y la vida útil: al tiempo que cumple con los requisitos de uso, priorice los materiales y las condiciones de procesamiento rentables para evitar buscar excesivamente materiales de alta calidad y desperdiciar costos. Para sistemas hidráulicos que operan en ambientes hostiles, de alta presión y de alta frecuencia, se deben seleccionar materiales de alta resistencia y alta resistencia al desgaste para extender la vida útil de los cilindros y reducir los costos de mantenimiento.

En tercer lugar, la tecnología central de procesamiento de tubos de acero de precisión para cilindros hidráulicos.

Los tubos de acero de precisión sirven como material base para los cilindros hidráulicos. Su tecnología de procesamiento gira principalmente en torno a 'mejorar la precisión y suavidad de la pared interior, garantizar tolerancias dimensionales y geométricas y mejorar las propiedades de la superficie'. El proceso central es 'pretratamiento, mecanizado en desbaste, mecanizado de acabado, tratamiento de superficie, ensamblaje e inspección'. Los puntos clave de cada proceso determinan directamente la calidad final del cilindro, como se detalla a continuación.

(I) Pretratamiento: El núcleo del pretratamiento es eliminar las impurezas y la tensión de la superficie de la tubería de acero de precisión, sentando las bases para el procesamiento posterior. Los pasos específicos incluyen: 1. Limpieza de superficies: utilizar decapado y fosfatado para eliminar incrustaciones de óxido, óxido, aceite y otras impurezas de la superficie de la tubería de acero, asegurando una superficie limpia para el posterior procesamiento y tratamiento de la superficie; 2. Recocido para aliviar tensiones: calentar la tubería de acero de precisión a 550-600 ℃, mantenerla a esa temperatura durante 2-3 horas y luego enfriar lentamente a temperatura ambiente para eliminar la tensión interna generada durante el estirado en frío o el laminado en caliente, evitando la deformación durante el procesamiento posterior; 3. Enderezamiento: utilizar una máquina enderezadora de precisión para enderezar el tubo de acero, asegurando que la rectitud del eje del tubo de acero sea ≤0,02 mm/m, evitando flexiones que podrían provocar una desviación del eje del cilindro después del procesamiento.

(II) Mecanizado de desbaste: El núcleo del mecanizado de desbaste es eliminar el exceso de margen de mecanizado, inicialmente dar forma al diámetro interior, el diámetro exterior y la longitud del cilindro, y reservar un margen razonable para el mecanizado de acabado. Los procesos comúnmente utilizados incluyen torneado: (1) Torneado de ambas caras de los extremos: utilizando un torno CNC, gire ambas caras de los extremos del tubo de acero para garantizar que la perpendicularidad de la cara del extremo con respecto al eje sea ≤0,02 mm/m. Al mismo tiempo, achaflanar las caras extremas para evitar rayar las juntas durante el montaje; (2) Torneado en desbaste del diámetro exterior: según los requisitos de tamaño de la pared exterior del cilindro, desbaste el diámetro exterior de la tubería de acero, reservando un margen de mecanizado de acabado de 0,1 a 0,3 mm para eliminar irregularidades de la superficie, incrustaciones de óxido y otros defectos; (3) Torneado en bruto del diámetro interior: para tubos laminados en caliente con acabado superficial deficiente, se requiere un torneado en bruto del diámetro interior, reservando un margen de mecanizado de acabado de 0,2 a 0,5 mm. Este paso se puede omitir para tubos de acero de precisión estirados en frío.

(III) Acabado: El acabado es el paso principal para garantizar la precisión dimensional y la calidad de la superficie del cilindro. La atención se centra en el mecanizado de precisión de los diámetros interior y exterior. Los procesos comunes incluyen torneado de precisión, mandrinado de precisión y bruñido. El bruñido es un proceso clave para mejorar la suavidad y la precisión dimensional de la pared interior:

1. Torneado de precisión: utilizando un torno CNC de alta precisión, el diámetro exterior y ambas caras extremas del cilindro del cilindro se tornean con precisión para garantizar que la tolerancia dimensional del diámetro exterior y la tolerancia de longitud cumplan con los requisitos, y que la rugosidad de la superficie de la pared exterior sea ≤Ra1.6μm. Después del torneado de precisión, se utiliza un indicador de cuadrante para verificar el descentramiento del diámetro exterior, asegurando que el error de descentramiento sea ≤0,01 mm.

2. Mandrinado de precisión: Para cilindros con altos requisitos de precisión de diámetro interior, el mandrinado de precisión se realiza utilizando una máquina mandrinadora de precisión. Los parámetros de la herramienta de mandrinado se ajustan para garantizar que la tolerancia dimensional del diámetro interior alcance el grado H7-H6, la redondez del diámetro interior sea ≤0,005 mm y la cilindricidad sea ≤0,01 mm/m. Al mismo tiempo, se eliminan los defectos menores en la superficie del diámetro interior, sentando las bases para el bruñido.

3. Bruñido: Este es el proceso central para el mecanizado de precisión de la pared interior del cilindro hidráulico. Usando una máquina bruñidora, el movimiento relativo del cabezal de bruñido y la pared interior del cilindro realiza un esmerilado y pulido de precisión, logrando una rugosidad superficial de Ra0,4-Ra0,8μm. Al mismo tiempo, corrige las desviaciones de redondez y cilindricidad del diámetro interior, asegurando una pared interior lisa y uniforme. Durante el bruñido, es fundamental controlar la velocidad y la presión del bruñido y seleccionar el aceite de bruñido adecuado para evitar defectos como rayones y quemaduras en la pared interior. Después del bruñido, se utilizan un probador de rugosidad y un micrómetro interior para inspeccionar la calidad y la precisión dimensional de la pared interior para garantizar que cumpla con los requisitos.

(IV) Tratamiento de superficies: El núcleo del tratamiento de superficies es mejorar la resistencia a la corrosión, la resistencia al desgaste y el rendimiento de sellado del cilindro, extendiendo así su vida útil. Se deben seleccionar los procesos de tratamiento adecuados en función del entorno de trabajo:

1. Tratamiento de la superficie de la pared interior: Los procesos comunes incluyen oxidación o fosfatación, que forman una película densa de óxido o fosfatación en la pared interior del cilindro, mejorando la resistencia al desgaste y la corrosión, al mismo tiempo que mejoran la compatibilidad entre la pared interior y el aceite hidráulico, reduciendo la resistencia a la fricción. Para cilindros con alta presión y movimiento alternativo de alta frecuencia, se puede utilizar cromado para mejorar la dureza y la resistencia al desgaste de la pared interior, extendiendo su vida útil. Sin embargo, se debe controlar la uniformidad de la capa de cromado para evitar defectos como descascarillado y poros.

2. Tratamiento de la superficie de la pared exterior: Los procesos comunes incluyen pintura, galvanoplastia o galvanización en caliente. La pintura utiliza pintura antioxidante o anticorrosión para mejorar la resistencia a la corrosión atmosférica; la galvanoplastia utiliza zinc o cromo para mejorar la dureza de la superficie y la resistencia a la corrosión; La galvanización en caliente es adecuada para cilindros en ambientes exteriores y húmedos, ya que ofrece una mayor resistencia a la corrosión, pero el espesor de la capa de zinc debe controlarse para evitar afectar la precisión del ensamblaje.

(V) Montaje e Inspección

1. Ensamblaje: Ensamble el cilindro del cilindro mecanizado con precisión y con superficie tratada con componentes como el pistón, los sellos y el vástago del pistón. Durante el montaje, asegúrese de que las juntas estén instaladas correctamente y evite rayarlas. Simultáneamente, verifique la holgura entre el cilindro y otros componentes para garantizar que sea razonable, evitando una holgura excesiva que provoque fugas o una holgura insuficiente que provoque un atasco del pistón.

2. Inspección: Después del montaje, realice una inspección exhaustiva del cilindro hidráulico, incluidas pruebas de rendimiento del sellado, pruebas de resistencia a la presión y pruebas de rendimiento del movimiento. Al mismo tiempo, se realizan inspecciones de muestra de la precisión dimensional y la calidad de la superficie del cilindro para garantizar una calidad estable en la producción en masa.

IV. Puntos clave de control de calidad para barriles de cilindros hidráulicos con tubos de acero de precisión

La calidad del cilindro hidráulico determina directamente la estabilidad operativa del sistema hidráulico. El control de calidad debe implementarse a lo largo de todo el proceso, desde la 'selección del material base, el procesamiento y la inspección del producto terminado', enfocándose en identificar y abordar problemas como desviaciones dimensionales, defectos superficiales y propiedades mecánicas deficientes. Los puntos de control específicos son los siguientes.

(I) Control de calidad del sustrato

1. Gestión de proveedores: seleccionar proveedores calificados de tubos de acero de precisión con sólidas capacidades de producción, firmar acuerdos de calidad y definir claramente los requisitos de materiales, precisión dimensional y calidad de la superficie;

2. Inspección entrante: Después de que los tubos de acero de precisión lleguen al sitio, realice inspecciones de muestreo aleatorio de materiales, precisión dimensional, calidad de la superficie y propiedades mecánicas. Está estrictamente prohibido almacenar productos no calificados.

3. Manejo de almacenamiento: Almacenar los tubos de acero de precisión en un almacén seco y ventilado, evitando la contaminación por humedad y polvo. Evite la deformación durante el apilamiento y garantice un tratamiento adecuado para prevenir la oxidación.

(II) Control de calidad durante el mecanizado

1. Calibración del equipo: calibre periódicamente tornos CNC, mandrinadoras de precisión, rectificadoras y otros equipos de mecanizado para garantizar que el posicionamiento y la precisión del mecanizado cumplan con los requisitos. Se recomienda calibrar semanalmente.

2. Control de herramientas y accesorios: seleccione herramientas de alta precisión y alta resistencia al desgaste y reemplace las herramientas desgastadas con regularidad. Los accesorios y accesorios deben calibrarse periódicamente para garantizar una sujeción y un posicionamiento precisos, evitando la deformación causada por la tensión de sujeción.

3. Control de parámetros del proceso: respete estrictamente los documentos del proceso de mecanizado al configurar los parámetros de mecanizado; Se prohíben los ajustes no autorizados. Antes del procesamiento por lotes, realice cortes y ajustes de prueba para confirmar que los parámetros sean razonables antes de continuar con la producción en masa.

4. Inspección durante el proceso: después de completar cada proceso de mecanizado, realice inspecciones por muestreo, centrándose en la precisión dimensional y la calidad de la superficie. Los productos no calificados deben ser reelaborados o desechados y tienen estrictamente prohibido pasar al siguiente proceso.

(III) Control de calidad del producto terminado

1. Inspección de tolerancia dimensional y geométrica: utilizando equipos como micrómetros interiores, micrómetros exteriores, indicadores de cuadrante y máquinas de medición de coordenadas, se inspeccionan el diámetro interior, el diámetro exterior, la longitud, la redondez, la cilindricidad y la perpendicularidad del cilindro del cilindro para garantizar el cumplimiento de los requisitos de diseño.

2. Inspección de la calidad de la superficie: se utiliza un probador de rugosidad para inspeccionar la suavidad de las paredes interiores y exteriores. La superficie se inspecciona visualmente en busca de rayones, grietas, desprendimientos del revestimiento y otros defectos. Se utiliza una lupa para inspeccionar defectos diminutos cuando es necesario.

3. Inspección de propiedades mecánicas y resistencia a la corrosión: se toman muestras y se prueban la dureza de la superficie y la resistencia a la tracción del cilindro. Se utiliza una prueba de niebla salina para probar la resistencia a la corrosión.

4. Inspección de sellado y resistencia a la presión: Los cilindros hidráulicos terminados se prueban en cuanto a sellado y resistencia a la presión para garantizar que no haya fugas, ni deformaciones y un buen rendimiento de movimiento.

5. Identificación y trazabilidad: los cilindros terminados están correctamente etiquetados y se establece un sistema de trazabilidad de calidad para facilitar la resolución de problemas en caso de problemas de calidad posteriores.