Hidrauliniai cilindrai yra gyvybiškai svarbūs mašinų komponentai, pradedant nuo sunkiosios statybinės įrangos ir baigiant specializuotomis pramoninėmis reikmėmis, kur jie skatina tvirtą linijinį judėjimą, paverčiant hidraulinę energiją į mechaninę galią. Norint užtikrinti optimalų našumą, ilgaamžiškumą ir saugumą, labai svarbu pasirinkti tinkamas medžiagas hidrauliniams balionams. Veiksniai, tokie kaip stiprumas, atsparumas korozijai, apvalkalas, svoris, išlaidos ir aplinkos aspektai, turi įtakos materialiajam pasirinkimui. Šiame straipsnyje nagrinėjami pagrindiniai veiksniai, kurie lemia hidraulinių cilindrų medžiagų pasirinkimą, ir paaiškina, kaip šie veiksniai daro įtaką projektavimui ir funkcionalumui.
Vienas iš svarbiausių medžiagų atrankos aspektų yra stiprumas ir ilgaamžiškumas, reikalingas atlaikyti veikimo slėgį. Hidrauliniai cilindrai veikia esant didelėms jėgoms, kurios gali būti iki kelių šimtų strypų slėgio. Šiems balionams parinktos medžiagos turi turėti didelį tempimo stiprumą ir atsparumą smūgiui, kad būtų galima valdyti šias kraštutines jėgas ir išvengti gedimų esant apkrovai.
Didelio stiprumo plienai, ypač lydinio plienai, dažnai yra pageidaujamos hidraulinių cilindrų medžiagos dėl jų išskirtinio stiprumo ir ilgaamžiškumo. „Steel“ tempimo savybės leidžia jam valdyti didelį slėgį be deformacijos, todėl jis yra idealus naudoti programose, kur labai svarbu patikimumas.
Lengvesnėms pritaikymams kartais naudojamos tokios medžiagos kaip aliuminio lydiniai ar net pažangūs kompozitai, nors paprastai jos yra tik žemo slėgio, nes jų mažesnis tempimo stipris, palyginti su plienu.
Hidrauliniai cilindrai dažnai būna veikiami atšiaurios aplinkos - mėnulio, druskos, chemikalų ir įvairių teršalų. Atsparumas korozijai yra kritinis veiksnys, ypač tokiose pramonės šakose kaip jūrų, gręžimo jūroje ir cheminis apdorojimas, kai dažnai yra ėsdinančių medžiagų poveikis.
Programoms, kurioms reikalingas atsparumas korozijai, nerūdijantis plienas yra populiarus pasirinkimas, nes jis siūlo stiprumą ir atsparumą korozijai. Tačiau nerūdijantis plienas gali būti brangesnis ir sunkesnis nei kitos alternatyvos.
Daugeliu atvejų gamintojai naudoja dangas, tokias kaip nikelis arba chromo plyšys ant cilindro strypo, kad padidintų atsparumą korozijai, nenaudodami brangesnio nerūdijančio plieno visame cilindro korpuse. Tai suteikia korozijai atsparų sluoksnį, išlaikant apačioje esančio anglies ar lydinio plieno stiprumą.
Technologinės pažangos pristatė specializuotas dangas, tokias kaip keramikos, volframo karbido ar fluoropolimerų dangos, kurios pasižymi dideliu atsparumo korozijai kiekiui ir gali pratęsti cilindro gyvenimo trukmę sudėtingoje aplinkoje.
Atsparumas susidėvėjimui yra būtinas norint išlaikyti hidraulinių cilindrų vientisumą laikui bėgant, ypač esant dideliems ciklams ar taikymams, kur vyrauja šiukšlės, dulkės ar abrazyvinės dalelės. Medžiagos turi būti pasirinktos, kad būtų sumažintas judančių dalių susidėvėjimas, ypač ant stūmoklio strypo ir cilindro angos.
Paviršiaus sukietėjimo procedūros, tokios kaip nitridavimas ar indukcijos sukietėjimas, yra įprastos plieno komponentams, siekiant pagerinti atsparumą dilimui. Šie procesai padidina medžiagos paviršiaus kietumą, todėl jis yra atsparesnis dilimui ir prailgina jo veikimo laiką.
Kai kuriais atvejais tokie lydiniai, tokie kaip bronza, yra naudojami tokioms dalims kaip įvorės ir kreipiamieji žiedai hidrauliniuose cilindruose, nes šios medžiagos pasižymi mažomis trinties savybėmis ir pasižymi geru atsparumu susidėvėjimui.
Svoris yra lemiamas veiksnys, kai naudinga sumažinti bendrą masę, pavyzdžiui, kosmoso ar mobiliosiose hidraulinėse sistemose. Lengvos medžiagos gali padidinti degalų efektyvumą, sumažinti struktūrinių komponentų stresą ir pagerinti manevringumą.
Svoriams jautriems gali būti naudojami aliuminio arba titano lydiniai. Aliuminis siūlo gerą stiprumo ir svorio balansą, o titanas suteikia dar didesnį stiprumo ir svorio santykį. Tačiau abi medžiagos paprastai yra brangesnės nei plieno, todėl naudojamos tik tada, kai būtina sumažinti svorio mažinimą.
Pažangios kompozicinės medžiagos, nors ir retesnės, suteikia didelių svorio pranašumų. Tačiau jų mažesnės apkrovos pajėgumai ir kartais didesnės gamybos išlaidos riboja jų naudojimą konkrečioms žemo slėgio programoms.
Medžiagos pasirinkimas turi atitikti biudžeto apribojimus, ypač didelio masto gamyboje. Svarbiausias aspektas yra balansavimas su kainomis, nes hidrauliniai cilindrai dažnai naudojami įvairiose pramonės šakose.
Anglies plienas yra dažniausiai naudojama hidraulinių cilindrų medžiaga dėl jos ekonomiškumo ir pagrįstų stiprumo savybių. Tai suteikia gerą įperkamumo ir mechaninių savybių balansą, todėl jis yra idealus standartinėms reikmėms, kai ekstremalių sąlygų nėra.
Nepaisant didesnių jų išlaidų, naudojant aukštos kokybės ar didelio pataisomumo pritaikymą, lydinio plienai ir nerūdijantys plienai naudojami. Tačiau papildomas patvarumas ir mažesni priežiūros reikalavimai gali pateisinti pradines išlaidas per cilindro eksploatavimo laiką.
Mašinumas - lengvumas, su kuriuo medžiaga gali būti suformuota, išgręžta ar supjaustyta - vaidina svarbų vaidmenį renkantis medžiagas, turinčias įtakos tiek gamybos efektyvumui, tiek gamybos sąnaudoms. Kai kurias medžiagas lengviau dirbti su kitomis, o tai gali turėti įtakos gamybos procesams ir sudėtingų dizainų įgyvendinamumui.
Anglies ir lydinio plienus paprastai lengva pritaikyti, todėl jie yra tinkami tiksliam pritaikymui. Šilumos procedūros gali dar labiau pagerinti apdirbamumą, leidžiančią pasiekti sudėtingus dizainus, nepakenkiant medžiagos stiprumui.
Aliuminį lengva pritaikyti, tačiau norint pasiekti tinkamą nusidėvėjimą ir korozijos atsparumą, gali prireikti papildomų procedūrų. Dėl didelio apdirbimo jis tampa populiarus pritaikant lengvą, sudėtingą geometriją.
Hidrauliniai cilindrai yra veikiami įvairių darbinių temperatūrų, atsižvelgiant į aplinką ir pritaikymą. Pasirinkta medžiaga turi atlaikyti eksploatavimo temperatūros kraštutinumus, neprarandant stiprumo ar netaikant šilumos plėtros, o tai gali pakenkti našumui ar sukelti mechaninį gedimą.
Taikant aukštą temperatūrą, gali būti naudojamos tokios grūdintos plieno lydiniai ar didelio stiprumo kompozitai. Šios medžiagos yra specialiai sukurtos išlaikyti savo savybes aukštesnėje temperatūroje.
Kai kuriais atvejais šiluminės dangos ar procedūros yra taikomos siekiant pagerinti atsparumą temperatūrai, užtikrinant ekonomiškai efektyvią alternatyvą aukštos temperatūros lydiniams.
Didėjantis aplinkos supratimas ir reguliavimo spaudimas daro įtaką medžiagų atrankai, nes gamintojai siekia tvarių sprendimų. Kai kurios medžiagos ir dangos gali būti apribotos dėl aplinkos apsaugos taisyklių, todėl didėja perdirbamų ir ekologiškų medžiagų pirmenybė.
Plienas ir aliuminis yra labai perdirbami, todėl jie yra palankūs pasirinkimai aplinkosaugos požiūriu.
Kai kuriuose regionuose taisyklės riboja tam tikras dengimo medžiagas, tokias kaip heksavalentinis chromas, dėl aplinkos ir sveikatos problemų. Gamintojai pereina į saugesnes, suderinamas alternatyvas, tokias kaip trivalentė chromas ir kitos ekologiškos dangos.
Norint pasirinkti tinkamas hidraulinių cilindrų medžiagų medžiagas, reikia kruopščiai analizuoti daugybę veiksnių, įskaitant stiprumą, atsparumą korozijai, atsparumą dilimui, svoriui, sąnaudoms, apdirbamumui, atsparumui temperatūrai ir poveikį aplinkai. Atsižvelgdami į šiuos medžiagų atrankos veiksnius, gamintojai gali optimizuoti hidraulinio cilindro našumą, pratęsti aptarnavimo laiką ir sumažinti priežiūros išlaidas, galiausiai užtikrindami saugesnius ir efektyvesnius sprendimus įvairioms pramonės programoms. Toliau kylant technologinėms pažangoms, plečiasi medžiagų parinkčių diapazonas, leidžiantis dar didesnį pritaikymą patenkinti specifinius įvairių hidraulinių programų reikalavimus.
