L'elecció del grau d'acer adequat per a un tub de cilindre hidràulic és una part important del disseny i la fabricació del cilindre.
El tub ha de suportar la pressió hidràulica, la càrrega repetida, el moviment del pistó i l'entorn operatiu alhora que proporciona una superfície interna adequada per al pistó i el sistema de segellat.
Els graus d'acer habituals utilitzats o considerats per als tubs de cilindres hidràulics inclouen E355, ST52, C45 i diversos acers d'aliatge. Tanmateix, aquests graus no són intercanviables simplement perquè s'utilitzen habitualment en aplicacions hidràuliques.
L'elecció correcta depèn del disseny del cilindre, les propietats mecàniques necessàries, les dimensions del tub, el procés de fabricació, les condicions de funcionament, les normes aplicables i els requisits de cost.
Aquesta guia explica com seleccionar el grau d'acer adequat per a un tub de cilindre hidràulic i què han de tenir en compte els compradors abans de fer una comanda.
1. Per què és important el grau d'acer per als tubs de cilindres hidràulics?
Un tub de cilindre hidràulic és un component-que conté pressió.
Quan la pressió hidràulica actua dins del cilindre, el tub experimenta tensions a la seva paret. Durant el funcionament, també pot experimentar:
Cicles de pressió repetits
Càrregues de xoc
Càrregues externes
Vibració
Canvis de temperatura
Ambients corrosius
El grau d'acer influeix en propietats com ara:
Força de rendiment
Resistència a la tracció
Ductilitat
Duresa
Soldabilitat
Mecanització
Rendiment a la fatiga
Resposta al-tractament tèrmic
Tanmateix, el grau d'acer és només una part del disseny global del cilindre.
El diàmetre del tub, el gruix de la paret, la qualitat de fabricació, la concentració d'esforços, la soldadura i les condicions de funcionament poden ser igualment importants.
2. Quins són els graus d'acer més comuns?
En aplicacions de tubs de cilindres hidràulics es troben habitualment diversos graus d'acer.
Alguns exemples inclouen:
E355
ST52
C45
Acers al carboni tipus 20 / SAE 1020
42CrMo4
Altres acers aliats
La qualificació adequada depèn de l'aplicació específica.
Per a molts cilindres hidràulics de precisió estàndard, E355 és un punt de partida comú a considerar.
Per a aplicacions que requereixen diferents propietats mecàniques, també poden ser adequats els acers al carboni o aliats.
3. Acer E355 per a tubs de cilindres hidràulics
E355 s'utilitza àmpliament en aplicacions de tubs d'acer de precisió.
S'associa habitualment amb estàndards de tubs de precisió i sovint se selecciona per a aplicacions de cilindres hidràulics i pneumàtics.
Els motius típics per considerar l'E355 inclouen la seva combinació de:
Bona força
Bona ductilitat
Bona mecanització
Soldabilitat adequada per a moltes aplicacions
Disponibilitat
Idoneïtat per a la fabricació de tubs de precisió
Tanmateix, les propietats exactes depenen de l'estàndard del producte aplicable i de les condicions de lliurament.
Per tant, quan s'especifica E355, és important identificar l'estàndard complet i la condició de lliurament en lloc de confiar només en el nom del material.
4. L'E355 és el mateix que l'ST52?
Aquesta és una pregunta habitual.
La resposta curta és:
No necessàriament.
ST52 és una designació més antiga/comú que s'utilitza amb freqüència a la indústria, mentre que E355 és una designació de material associada a estàndards europeus específics de tubs de precisió.
En converses comercials, proveïdors i clients de vegades utilitzen aquests noms de manera intercanviable.
Tanmateix, una designació de material no s'ha de tractar automàticament com a equivalent-a-exacte.
L'enfocament correcte és comparar:
Composició química
Força de rendiment
Resistència a la tracció
Elongació
Condició de lliurament
Norma aplicable
Forma del producte
Per tant, si un client especifica "ST52", el proveïdor hauria de confirmar exactament quins requisits estàndard i tècnics es pretén.
5. Acer C45 per a tubs de cilindres hidràulics
El C45 és un acer de carboni mitjà-utilitzat habitualment per a components mecànics.
En general, ofereix un contingut de carboni més elevat que els acers estructurals o de tubs de precisió amb baix-carboni i pot proporcionar característiques útils de resistència i duresa.
El C45 es pot considerar per a determinades aplicacions de cilindres, però la seva idoneïtat depèn de:
Propietats mecàniques requerides
Dimensions del tub
Requisits de soldadura
Requisits de mecanitzat
Tractament tèrmic
Pressió de funcionament
Disseny del cilindre
Per tant, C45 no s'ha de substituir automàticament per E355 simplement perquè tots dos s'utilitzen en aplicacions mecàniques.
6. Quan hauríeu de considerar l'aliatge d'acer?
Per a aplicacions més exigents, es pot considerar un acer aliat.
Una nota que es troba habitualment és:
42CrMo4
Els acers aliats poden proporcionar una major resistència i característiques útils de tractament tèrmic{0}}.
Es poden considerar per a sol·licituds que incloguin:
Càrregues elevades
Alta pressió
Càrrega cíclica severa
Requisits mecànics exigents
Dissenys de cilindres especialitzats
Tanmateix, l'ús d'un acer-de major resistència no fa que un cilindre sigui més segur o millor.
Encara s'ha d'avaluar el disseny complet del cilindre.
Els materials-de major resistència també poden introduir consideracions relacionades amb:
Soldadura
Mecanitzat
Tractament tèrmic
Cost
Disponibilitat
Procés de fabricació
7. Qualitat d'acer vs. gruix de paret
Un dels conceptes més importants en el disseny del cilindre hidràulic és que el grau d'acer i el gruix de la paret funcionen conjuntament.
Per exemple, augmentar la resistència de l'acer pot permetre que un dissenyador optimitzi la paret del tub en determinades aplicacions.
Alternativament, un material de menor -resistencia pot ser perfectament adequat si el cilindre té un gruix de paret suficient i el disseny compleix els criteris de seguretat requerits.
Per tant, no és correcte dir:
"L'acer de -més resistència sempre és millor".
La pregunta correcta és:
"Aquesta combinació de material, dimensions i disseny ofereix el rendiment requerit?"
Per als components-que contenen pressió, el gruix final de la paret s'ha d'establir mitjançant càlculs d'enginyeria adequats.
8. Considereu la pressió de treball
La pressió de treball és un dels primers paràmetres d'aplicació a tenir en compte.
Un cilindre que funciona a una pressió relativament baixa pot tenir requisits de material molt diferents d'un que funciona a alta pressió.
Heu de distingir entre:
Pressió nominal de treball
Pressió màxima de funcionament
Pics de pressió
Pressió de prova
Pressió d'esclat
El grau d'acer s'ha de seleccionar com a part del disseny de pressió complet.
Per als cilindres d'alta-pressió, s'han d'utilitzar càlculs d'enginyeria qualificada per avaluar les tensions a la paret del tub.
9. Considereu la càrrega de fatiga
Els cilindres hidràulics rarament funcionen sota una càrrega constant.
Molts cilindres experimenten cicles d'extensió i retracció repetits.
Això crea tensions cícliques al tub del cilindre.
Per a aplicacions de cicle alt-, tingueu en compte:
Nombre de cicles operatius
Interval de pressió
Concentració d'estrès
Estat de la superfície
Soldadura
Propietats dels materials
Defectes de fabricació
El rendiment a la fatiga pot ser especialment important per als cilindres utilitzats en:
Maquinària de construcció
Equip de mineria
Maquinària agrícola
Equips de manipulació de materials
Sistemes de producció industrial
Un grau d'acer adequat és important, però el rendiment a la fatiga també depèn en gran mesura del disseny complet del cilindre i la qualitat de fabricació.
10. Considereu la soldabilitat
Molts tubs de cilindre hidràulic requereixen soldadura durant el muntatge del cilindre.
Els components soldats típics poden incloure:
Tapes finals
Suports de muntatge
Ports
Brides
Clesses
Altres adjunts
Per tant, s'ha de tenir en compte la soldabilitat a l'hora de seleccionar el material del tub.
Un acer amb característiques de resistència excel·lents pot requerir procediments de soldadura més acurats que un acer amb menys-carboni.
Les consideracions importants inclouen:
Contingut de carboni
Equivalent de carboni
Preescalfament
Procediment de soldadura
Entrada de calor
Tractament post-soldadura
Propietats-de la zona afectada per la calor
Per a components crítics de soldadura, la soldadura ha de ser avaluada per personal d'enginyeria i soldadura qualificat.
11. Considereu la maquinabilitat
Els tubs de cilindres hidràulics solen requerir mecanitzat addicional.
Depenent del disseny del cilindre, les operacions poden incloure:
Tall
Final encarat
Xamfranat
Mecanitzat de ports
Preparació de la soldadura
Mecanitzat de rosques
Ranurat
Per tant, el material ha de ser compatible amb el procés de fabricació del client.
Una bona mecanització pot millorar:
Vida útil de l'eina
Temps de cicle
Qualitat superficial
Cost de producció
Tanmateix, la maquinabilitat s'ha d'equilibrar amb la resistència i altres propietats del material requerides.
12. Considereu el procés d'acabat intern
El grau d'acer també ha de ser adequat per al procés d'acabat del tub seleccionat.
Els tubs de cilindres hidràulics es poden subministrar com:
Tubs estirats en fred
Tubs afilats
Tubs raspats i brunyits amb rodets
El material, la duresa, l'estat inicial de la superfície i les dimensions del tub poden influir en el procés d'acabat.
Per exemple, un proveïdor hauria de confirmar que el material seleccionat i la condició del tub inicial són adequats per al procés de rectificat o SRB requerit.
Aquesta és una de les raons per les quals s'ha de discutir la selecció del material juntament amb el procés de fabricació del tub.
13. Considereu la qualitat de la superfície
La superfície interna del tub del cilindre interactua directament amb el pistó i els segells.
El grau d'acer pot influir en el comportament del material durant l'acabat intern, però la qualitat de la superfície final depèn en gran mesura del procés de fabricació.
Els paràmetres importants inclouen:
Rugositat superficial
Perfil superficial
Textura superficial
Rodoneïtat
Rectitud
Tolerància d'identificació
Per als tubs afilats, el patró d'-escotilla creuada també és una característica important.
Per a tubs raspats i brunyits amb rodets, la superfície interna brunyida ha de complir els requisits acordats.
El grau de material per si sol no garanteix la qualitat superficial requerida.
14. Considereu la temperatura de funcionament
La temperatura pot influir en les propietats del material i el rendiment del segell.
Per a cilindres que funcionen a:
Ambients molt freds
Entorns{0}}d'alta temperatura
Aplicacions exteriors
Processos industrials
el material i el sistema de cilindres complet s'han d'avaluar pel rang de temperatura esperat.
Per a aplicacions exigents a baixa-temperatura, els requisits de duresa poden ser especialment importants.
15. Considereu la corrosió i el medi ambient
Els acers al carboni estàndard no proporcionen una resistència a la corrosió il·limitada.
Els cilindres hidràulics poden funcionar en entorns com ara:
Pluja
Humitat
Exposició a la sal
Productes químics
Pols
Fang
Obres de construcció a l'aire lliure
Per tant, s'ha de considerar el material del tub juntament amb la protecció de la superfície necessària.
Els possibles enfocaments poden incloure:
Pintura
Revestiment
Revestiment exterior
Materials -resistents a la corrosió
Sistemes de protecció
En moltes aplicacions, la protecció contra la corrosió de la superfície exterior és més pràctica que seleccionar un acer resistent a la corrosió significativament més car{0}}.
16. Com afecta el grau d'acer al cost?
La selecció del material té una influència directa en el cost del tub.
En general, els acers especials o aliats poden costar més que els graus de carboni o tubs de precisió disponibles habitualment.
Tanmateix, el preu del material no hauria de ser l'única consideració.
Es pot justificar una nota més cara si:
Compleix amb un requisit de força exigent
Redueix el gruix de paret necessari
Millora la vida útil
Compleix amb una especificació específica del client
Proporciona les propietats{0}}de tractament tèrmic necessàries
Per contra, la selecció d'un acer innecessàriament car pot augmentar el cost del cilindre sense proporcionar un benefici significatiu de rendiment.
L'objectiu és triar el material de menor cost-que compleixi de manera fiable els requisits d'enginyeria.
17. Una simple comparació de notes comunes
| Grau d'acer | Característiques generals | Consideració típica |
| E355 | Bon equilibri de resistència, ductilitat i processabilitat | Tubs de cilindre hidràulic de precisió |
| ST52 | Denominació industrial comuna | Confirmeu l'estàndard i els requisits exactes |
| C45 | Acer al carboni mitjà- amb resistència útil | Aplicacions mecàniques seleccionades |
| 42CrMo4 | Acer aliat{0}}de major resistència | Aplicacions exigents o de gran{0}}càrrega |
| Qualitats d'acer de baix-carboni | Bona soldabilitat i mecanització | Aplicacions amb requisits de disseny adequats |
Aquesta taula és només un punt de partida.
La selecció real sempre s'ha de basar en l'estàndard de material aplicable i el disseny del cilindre.
18. No confongueu el grau del material amb l'estàndard del producte
Aquest és un punt important per als compradors internacionals.
Un grau de material no és el mateix que una especificació completa del producte.
És possible que una especificació de compra hagi de definir:
Qualitat del material + Estàndard del producte + Condició de lliurament + Dimensions + Toleràncies + Requisits d'inspecció
Per exemple, dient:
"Tub E355"
encara pot deixar preguntes importants sense resposta.
El comprador també pot haver d'especificar:
Norma aplicable
ID
OD
Gruix de paret
Tolerància d'identificació
Rugositat superficial
Rectitud
Rodoneïtat
Longitud
Requisits d'inspecció
Certificació
Un RFQ professional hauria de definir aquests requisits clarament.
19. Com triar el grau d'acer adequat pas a pas
Un procés de selecció pràctic pot seguir aquests passos.
Pas 1: definiu la pressió del cilindre
Determinar la pressió màxima i de treball.
Pas 2: definiu les dimensions del tub
Establir:
ID
OD
Gruix de paret
Longitud
Pas 3: determineu les propietats mecàniques necessàries
Identifiqueu el requerit:
Força de rendiment
Resistència a la tracció
Elongació
Duresa
Pas 4: considereu la fatiga
Determineu si el cilindre experimentarà una càrrega cíclica alta-o intensa.
Pas 5: comproveu els requisits de soldadura
Determineu si el tub es soldarà i quin procés de soldadura s'utilitzarà.
Pas 6: comproveu els requisits de mecanitzat
Considereu el tall, el mecanitzat de ports, la preparació de la soldadura i altres operacions.
Pas 7: seleccioneu el procés d'acabat intern
Determineu si el tub final serà:
Afilat
Skined i rodet brunyit
Més mecanitzat
Pas 8: Considereu el medi ambient
Avalueu la temperatura, la corrosió, la contaminació i l'exposició exterior.
Pas 9: compareu el cost total
Compareu el preu del material juntament amb els costos de processament i fabricació.
Pas 10: confirmeu l'estàndard
Assegureu-vos que el grau d'acer, l'estàndard del producte, les condicions de lliurament i els requisits d'inspecció estiguin clarament definits.
20. Quin grau d'acer és millor per a un tub de cilindre hidràulic?
No hi ha cap grau d'acer únic que sigui el millor per a cada cilindre hidràulic.
Per a moltes aplicacions estàndard de cilindres hidràulics de precisió, E355 pot ser una opció pràctica perquè ofereix un equilibri útil de propietats mecàniques, processabilitat i disponibilitat.
Tanmateix, altres materials poden ser més adequats segons l'aplicació.
E355 pot ser adequat quan:
Es requereix un tub de cilindre de precisió
Es necessita un rendiment mecànic de moderada-a-exigència
És important una bona processabilitat
L'aplicació s'ajusta a les especificacions del material
Es pot considerar C45 quan:
Es requereix un acer de carboni mitjà-
Es necessiten propietats mecàniques específiques
El procés de fabricació és compatible amb el material
Es poden considerar 42CrMo4 o altres acers aliats quan:
Es requereix una major força
Les càrregues són especialment exigents
El disseny del cilindre requereix propietats mecàniques millorades
ST52 es pot especificar quan:
El dibuix del client o l'especificació de compra ho requereix
S'ha confirmat la norma aplicable exacta
El millor material és el que compleix els requisits complets d'enginyeria sense cost ni complexitat innecessaris.
21. Exemple d'especificació d'un tub d'un cilindre hidràulic
Una RFQ d'un client pot especificar:
Producte: Tub de cilindre hidràulic polit
Material: E355
Estàndard: estàndard de tub de precisió aplicable
ID: 100 mm
OD: 120 mm
Tolerància ID: segons dibuix
Gruix de paret: 10 mm nominal
Longitud: 3000 mm
Rugositat de la superfície interna: segons dibuix
Rectitud: segons dibuix
Rodona: segons dibuix
Inspecció: segons especificació acordada
Certificat de material: EN 10204 3.1
Això és molt més útil que sol·licitar:
"Tub hidràulic E355 de 100 mm".
22. Preguntes per fer al vostre proveïdor de tubs d'acer
Abans de fer la comanda, pregunteu al proveïdor:
Quin estàndard de material exacte compleix el tub?
Quina és la condició de lliurament?
Podeu aportar un certificat de material?
Quines són les propietats mecàniques reals?
El material és adequat per a la rectificació o el processament SRB?
Quines toleràncies d'identificació podeu aconseguir de manera constant?
Quina rugositat superficial podeu garantir?
Quina rectitud i rodonesa pots aconseguir?
Quins mètodes d'inspecció hi ha disponibles?
Podeu proporcionar traçabilitat-del nombre de calor?
Es pot fabricar segons un dibuix del client?
Podeu proporcionar mostres abans de la producció en massa?
Aquestes preguntes ajuden els compradors a avaluar la capacitat de fabricació real del proveïdor en lloc de confiar només en un nom de material.
23. Llista de verificació final
Abans de seleccionar un grau d'acer per a un tub de cilindre hidràulic, confirmeu:
Aplicació
Pressió de treball
Pressió màxima
Carrega
Cicles operatius
Temperatura
Medi ambient
Disseny de tubs
ID
OD
Gruix de paret
Longitud
Toleràncies
Material
Grau d'acer
Estàndard de producte
Condició de lliurament
Força de rendiment
Resistència a la tracció
Elongació
Duresa, si cal
Fabricació
Honing o SRB
Soldadura
Mecanitzat
Requisits de superfície
Qualitat
Certificat de material
Inspecció dimensional
Inspecció superficial
NDT, si cal
Traçabilitat
24. Conclusió
Escollir el grau d'acer adequat per a un tub de cilindre hidràulic requereix mirar més enllà del nom del material.
E355, ST52, C45, 42CrMo4 i altres graus tenen cadascun les seves pròpies característiques i aplicacions potencials.
La selecció correcta depèn de la relació entre:
Qualitat d'acer + Dimensions del tub + Pressió hidràulica + Càrrega de fatiga + Procés de fabricació + Requisits de superfície + Entorn operatiu.
Per a moltes aplicacions de cilindres hidràulics de precisió, E355 pot proporcionar un bon equilibri de rendiment i processabilitat. Tanmateix, les aplicacions exigents poden requerir altres acers al carboni o aliatges.
El principi més important és senzill:
No seleccioneu l'acer més fort. Seleccioneu l'acer que proporcioni el rendiment necessari per al disseny complet del cilindre.
Quan sol·liciteu un pressupost, proporcioneu al proveïdor el dibuix del cilindre o una especificació completa del tub sempre que sigui possible.
Un proveïdor capaç ha de ser capaç de revisar el material, les dimensions, el procés d'acabat, les toleràncies, els requisits d'inspecció i les condicions d'aplicació abans de confirmar la solució de tub més adequada.
