Направляющая штока поршня с покрытием: сравнение вариантов хромового, керамического и лазерного покрытия

Шток поршня с покрытием — один из тех компонентов, от которых незаметно зависит срок службы гидравлического цилиндра. Это единственная движущаяся поверхность, которую цилиндр подвергает воздействию внешнего мира, и каждый скол, царапина, отложение соли или ржавчина, попадающая на нее, в конечном итоге попадает обратно под уплотнение в масло. Задолго до того, как цилиндр выходит из строя в полевых условиях, поверхность штока обычно рассказывает историю.

Уси Цюньке Машины занимается производством гидравлических цилиндров, пневматических цилиндров и прецизионных поршневых штоков с 2008 года, и большую часть этого времени работы по нанесению покрытий были частью повседневной жизни. Далее следует практический обзор: что на самом деле делает покрытие со штоком, какая обработка поверхности подходит для каких условий работы и как выбор взаимодействует с уплотнениями, жидкостью и техническим обслуживанием.

Что делает шток поршня с покрытием в цилиндре

Механически шток поршня передает нагрузку от поршня через головку блока цилиндров. Две разные области одной и той же детали выполняют две совершенно разные работы. Под уплотнением стержень представляет собой скользящую поверхность, и его допуск по диаметру, округлость и шероховатость определяют, выдержит ли уплотнение давление в течение многих лет или начнет плакать после нескольких тысяч циклов. За пределами цилиндра тот же стержень представляет собой открытую поверхность конструкции, которая подвергается воздействию дождя, пыли, гравия, соли и моющих химикатов.

Покрытие — это то, как эти две работы разделены. Основная сталь обеспечивает прочность и жесткость, а покрытие обеспечивает твердость, низкое трение и защиту от коррозии именно там, где происходит повреждение.

Почему голой стали обычно недостаточно

Углеродистые стали, такие как 1045 и 4140, являются «рабочими лошадками» при производстве удилищ, но без покрытия они быстро ржавеют во влажном или прибрежном воздухе. Как только начинается ржавчина, ямки превращаются в абразивные края, которые сбривают материал с кромки уплотнения, и утечка начинается задолго до того, как что-то кажется явно сломанным. Еще до появления точечной коррозии сухое трение между голой сталью и уплотнением из полиуретана или NBR повышает местную температуру и ускоряет износ.

Нержавеющая сталь решает проблему коррозии, но приносит и свои проблемы: она относительно мягкая, склонна к истиранию и дорогая при больших диаметрах. Поэтому для большинства гидравлических и пневматических штоков практическим ответом является использование углеродистой или легированной стали с покрытием, причем покрытие выбирается с учетом условий, в которых фактически работает машина.

Маршруты нанесения покрытий, с которыми мы работаем каждый день

Названия покрытий могут сбить с толку, поскольку некоторые из них описывают семейство, а не один рецепт. На практике способы, которые чаще всего появляются на поршневых штоках, делятся на четыре группы: гальваническое хромирование, композитные гальванические слои, термически нанесенные слои, такие как керамика и лазерная наплавка, и диффузионная обработка, такая как QPQ.

Твердое хромирование

Твердый хром остается стандартным вариантом для общего гидравлического обслуживания, и на это есть веские причины. Гальванический слой обычно имеет толщину от 20 до 50 микрон, достигает примерно 800–1000 HV и обеспечивает очень низкий коэффициент трения по сравнению с обычными уплотнительными составами. Эта комбинация снижает температуру уплотнения и препятствует проникновению мелких абразивных частиц через дворники.

Его слабость – пористость и микротрещины. В хорошо смазанной машине, работающей в помещении, это редко имеет значение, но в прибрежных или химических средах коррозия может проникнуть сквозь эти мелкие трещины и поднять нижний слой. Вот почему существуют составные слои.

Шток поршня гидравлического цилиндра с твердым хромированием Поршневой шток с гальваническим хромированным покрытием для гидравлических цилиндров, доступный из стали и нержавеющей стали, с контролируемой толщиной и индивидуальной механической обработкой. Посмотреть продукт →

Молочно-белые композитные слои хрома и никеля

Композитный маршрут предполагает более мягкий, более устойчивый к коррозии слой внизу и слой твердого хрома сверху. Молочно-белый хром в качестве базового слоя с твердым хромом поверх него представляет собой знакомую пару, и никель, за которым следует твердый хром, работает по тому же принципу: барьерный слой блокирует влагу и химикаты, а внешний слой принимает на себя износ. Оба требуют дополнительных этапов нанесения покрытия, более длительного времени выполнения работ и более строгого контроля ванны, поэтому их обычно используют для оборудования, которое действительно работает на открытом воздухе или вблизи соленой воды.

QPQ и азотированные поверхности

Закалка-полировка-закалка — это диффузионная обработка, а не нанесение слоя: поверхность азотируется в соляной ванне, полируется, а затем оксидируется. Поскольку сверху ничего не добавляется, отсутствует слой, который может отслаиваться, а изменение размеров минимально, что делает QPQ привлекательным для тонких стержней и деталей, имеющих жесткие допуски. Однако корпус неглубокий, обычно десятки микрон, поэтому он не является средством защиты от глубоких выбоин или сильного истирания.

Сравнение основных способов нанесения покрытия

В таблице ниже показано сравнение этих маршрутов с точки зрения повседневного производства. Цифры представляют собой типичные диапазоны, а не фиксированные спецификации, поскольку толщина слоя обычно согласовывается для каждого проекта.

Подбор покрытия в соответствии с рабочей средой

Окружающая среда обычно отвечает на вопрос о покрытии быстрее, чем любой каталог. Если присутствуют соль, кислота или технологические химикаты, решение связано с коррозией, и барьерные слои смещаются вперед. Если присутствует песок, руда или шлак, решение зависит от абразивного износа, а твердость и толщина слоя имеют большее значение.

Там, где истирание и тепло действуют вместе, свое место занимают керамические покрытия. Слой оксида алюминия и титана, напыленный плазмой, толщиной в несколько сотен микрон тверже хрома и выдерживает более высокие температуры поверхности, поэтому он появляется на цилиндрах, работающих вблизи печей или при работе с горячим материалом. После этого требуется алмазная шлифовка, чтобы добиться гладкой поверхности, а перед применением следует проверить некоторые составы уплотнений.

Шток поршня гидравлического цилиндра с керамическим покрытием Керамическое покрытие, напыленное плазмой, для штоков гидравлических поршней, предлагаемое в вариантах из нитрида кремния, оксида алюминия/карбида кремния, а также нанокерамики для обеспечения устойчивости к износу и коррозии. Посмотреть продукт →

Как покрытие взаимодействует с уплотнениями и жидкостью

Покрытие никогда не оценивается только по твердости. Шероховатость под уплотнением — это то, что на самом деле ощущает уплотнение, поэтому твердая, но шероховатая поверхность может изнашивать уплотнение быстрее, чем более мягкая и гладкая. Хром естественно гладкий и щадящий; Перед сборкой керамические и лазерные поверхности необходимо отшлифовать и отполировать до контролируемого Ra. Направление шлифования также имеет значение, поскольку спиральные отметки могут действовать как крошечные перекачивающие каналы.

Две детали производства легко упустить из виду. Во-первых, после нанесения покрытия высокопрочные стали следует подвергнуть сушке, чтобы снизить риск водородного охрупчивания. Во-вторых, толщина слоя меняет конечный диаметр, поэтому припуск на шлифовку необходимо планировать с самого начала, а не корректировать в конце линии.

Где применяются стержни с покрытием

Наши стержни и стержни в сборе с покрытием используются в водохозяйственном оборудовании, металлургии, строительной технике, судовом и портовом оборудовании, нефтепромысловом оборудовании, горнодобывающем оборудовании, сваебойных установках и экскаваторах. Закономерность одинакова: чем жестче окружающая среда и чем дольше интервал технического обслуживания, тем больше технические характеристики смещаются от однослойного хрома к композитным, керамическим или лазерным покрытиям.

Лазерная наплавка — это метод, который мы рекомендуем, когда износ действительно серьезный или когда дорогой стержень стоит спасти, а не заменить. Поскольку слой металлургически связан с основным металлом и его толщина может достигать миллиметра и более, он выдерживает удары и грубое истирание, которое может привести к удалению тонкого гальванического слоя, а также дает изношенным стержням второй срок службы.

Лазерная наплавка штока поршня цилиндра Поршневой шток с лазерной наплавкой и слоями сплавов на основе никеля, кобальта или железа, обработанный шлифовкой для защиты от износа, коррозии и эксплуатации при высоких температурах. Посмотреть продукт →

Контроль качества за надежным стержнем

Ни одно из этих покрытий не ведет себя предсказуемо без технологической дисциплины. С момента получения сертификатов ISO 9001 и ISO 14001 в 2011 году мы построили наше производство стержней на шлифовально-полировальных станках с ЧПУ и интеллектуальных гальванических линиях с экологическим контролем, где толщина покрытия, адгезия и качество поверхности проверяются на каждом этапе, а не только при окончательном контроле.

Производительность имеет такое же значение, как и контроль. Сейчас наши заводы занимают площадь более 25 000 квадратных метров, а в результате расширения в 2022 году был добавлен завод площадью 20 000 квадратных метров в Уси рядом с нашим филиалом в Лоуди, что позволяет выполнять серийные заказы и нестандартную сборку на одном этаже. Если вы хотите углубиться в механическую сторону этой истории, наша заметка о что на самом деле делает стержень точным объясняет, как обеспечивается допуск и отделка в цехе.

Получение правильной спецификации с первого раза

Большинство проблем с покрытием, которые мы видим, являются проблемами спецификации, а не проблемами производства. Несколько деталей, отправленных вместе с запросом, избавят вас от лишних разговоров позже:

• Опишите среду и окружающую среду, включая соль, химикаты, пыль или процедуры промывки.
• Укажите диаметр, длину и диапазон допуска стержня, а также назовите тип уплотнения, которое будет работать на поверхности.
• Укажите, является ли поверхность уплотняющей поверхностью или она подвержена воздействию только погодных условий.
• Обратите внимание на диапазон рабочих температур и на то, будет ли стержень подвергаться ударам или боковым нагрузкам.
• Толщину слоя и шероховатость поверхности запросите в письменном виде, чтобы при входном контроле было, по чему проверить.

Имея эту информацию, рекомендация по покрытию обычно занимает одну короткую замену, и образец стержня может быть изготовлен до того, как будет принята полная партия.

A шток поршня с покрытием – это небольшая часть машины и большая часть ее надежности. Выбор слоя, который соответствует реальным условиям работы, а не того, который выглядит наиболее впечатляюще на бумаге, позволяет сохранить цилиндры сухими, неповрежденными уплотнения и продлить интервалы технического обслуживания. Если вы не уверены, какой маршрут подходит для вашего приложения, пришлите нам условия работы, и мы вместе с вами рассмотрим варианты.