От сырья до окончательного контроля: как изготавливается трубка гидравлического цилиндра

Трубка гидроцилиндра выглядит обманчиво просто — стальная трубка, открытая с обоих концов. Но допуски, которые он должен выдерживать, давление, которое он должен выдерживать, и качество поверхности, которое он должен поддерживать, делают его одним из наиболее точно изготовленных компонентов в промышленных цепочках поставок. Понимание того, как изготавливается эта труба — с момента прибытия стали на завод до момента отправки вместе с отгрузкой подписанного отчета о проверке — объясняет, почему две трубы, которые на бумаге выглядят одинаково, могут работать совершенно по-разному в эксплуатации.

Шаг 1 — Выбор сырья и входной контроль

Каждая трубка гидравлического цилиндра начинается с заготовки стальной трубы, и марка этой стали не является второстепенной деталью. Наиболее часто используемые марки в цепочках поставок трубок гидравлических цилиндров: E355 (EN 10305), ST52.3 (DIN 2393), AISI 1045 и JIS STKM13C. . Каждый из них предлагает различный баланс предела текучести, обрабатываемости и реакции на холодную обработку, но все они имеют общее свойство, которое наиболее важно на этом этапе: предсказуемый, постоянный состав от плавки к плавке.

Прежде чем какая-либо труба поступит в производство, входной контроль проверяет три вещи. Сначала сертификат испытания материала (MTC) сверяется со спецификацией заказа на поставку, подтверждая, что содержание углерода, уровень марганца и предел текучести соответствуют требуемому сорту. Во-вторых, образец из каждой поступающей партии подвергается испытанию на твердость и, в критических программах, испытанию на растяжение, чтобы убедиться, что механические свойства соответствуют значениям сертификата, а не только документам. В-третьих, внешний диаметр трубы, толщина стенки и прямолинейность измеряются в нескольких точках по длине, чтобы подтвердить, что поступающая заготовка попадает в окно допусков, необходимое для последующей обработки.

На этом этапе многие проблемы качества предотвращаются, а не обнаруживаются позже. Трубная заготовка с избыточной разной толщиной стенок будет усиливать этот дисбаланс в результате холодной вытяжки и хонингования; поймать его на входном контроле стоит считанные минуты. Уловить его после хонингования стоит полного цикла обработки.

Шаг 2 — Холодное волочение: достижение точности размеров

Необработанная стальная труба — будь то горячекатаная бесшовная или сваренная электрическим сопротивлением — имеет отклонения в размерах, несовместимые с эксплуатацией гидроцилиндров. Для горячекатаного проката характерны допуски по внешнему диаметру ±0,5 мм и значения шероховатости внутренней поверхности Ra 6,3 мкм и выше. Отверстие гидравлического цилиндра требует Ra ≤ 0,4 мкм и допусков на размеры, измеряемых сотыми долями миллиметра. Холодное волочение — вот что закрывает этот разрыв.

В процессе холодной вытяжки трубчатая заготовка протягивается через прецизионную матрицу (которая контролирует внешний диаметр и округлость) через закаленную оправку (которая контролирует внутренний диаметр и толщину стенки) при температуре окружающей среды. Сжимающие и растягивающие напряжения, создаваемые матрицей и оправкой, одновременно приводят трубу к заданной геометрии и подвергают сталь холодной обработке, повышая предел текучести на 20–40% по сравнению с горячекатаным исходным материалом. В результате получается труба с жестким контролем размеров, улучшенным качеством поверхности как по внешнему, так и по внутреннему диаметру, а также повышенной усталостной прочностью — и все это без изменения размеров, вызванного термическими процессами.

В результате этого процесса возникают два типа продуктов:

• Холоднотянутая бесшовная труба — изготавливается из цельной заготовки без сварных швов, имеет равномерную толщину стенок по окружности и высочайшую устойчивость к давлению. Предпочтительный выбор для гидроцилиндров высокого давления, работающих выше 250 бар. См. Холоднотянутая стальная трубка для гидроцилиндра диапазон типичных сортов и вариантов допусков.
• Трубка DOM (натянутая на оправку) — сварная труба, натянутая на оправку таким образом, что исходный сварной шов становится практически неразличимым в поперечном сечении. DOM обеспечивает практически безупречные размеры при более конкурентоспособной цене и широко используется в цилиндрах среднего давления от 100 до 200 бар.

После холодного волочения труба обрезается до окончательной длины, при этом прямоугольность торца выдерживается на уровне ±0,05 мм — допуск, который становится критическим, когда конец трубы обтачивается и нарезается резьба для установки головки блока цилиндров.

Шаг 3 — Хонингование или зачистка и полировка роликами.

Холодная вытяжка позволяет получить трубу с хорошей точностью размеров, но внутренняя поверхность отверстия, хотя и улучшенная по сравнению с горячекатаной заготовкой, все еще не готова к контакту с уплотнением поршня. Внутренний диаметр должен достичь чистоты поверхности Ra ≤ 0,4 мкм и допуск диаметра отверстия H8 или выше, прежде чем он сможет надежно поддерживать уплотнение поршня без преждевременного износа или утечек. Это достигается двумя процессами отделки: хонингованием и все более предпочтительной комбинацией заточки и полировки роликами (SRB).

Хонингование использует абразивные камни, вращающиеся внутри отверстия, в то время как трубка совершает возвратно-поступательное движение в осевом направлении. Материал удаляется постепенно, а характерная штриховка, оставленная на поверхности отверстия, удерживает смазочное масло, что улучшает характеристики уплотнения. Хонингование хорошо зарекомендовало себя и способно достичь Ra ≤ 0,2 мкм, но оно относительно медленное, образует абразивную суспензию, которую необходимо тщательно очищать от отверстия, и удаляет материал, а не вытесняет его.

Зачистка и полировка роликами Сочетает в себе шлифовальную головку (которая прорезает точное отверстие за один проход) и роликовую полировальную головку (которая обрабатывает поверхность среза в холодном состоянии, сжимая микровыступы во впадины). Этап полировки роликом уплотняет поверхностный слой, а не удаляет материал, создавая отверстие с Ra ≤ 0,4 мкм, улучшенную твердость в поверхностной зоне и отсутствие остатков абразива, требующих очистки. SRB работает быстрее на каждую деталь, не образует шлама и производит отверстие, которое некоторые производители уплотнений специально рекомендуют для увеличения срока службы уплотнений.

Выбор между хонингованием и SRB зависит от диаметра отверстия, длины трубы, объема производства и конкретного целевого значения Ra. Для цилиндрических труб большого диаметра с длинным ходом однопроходная способность SRB является значительным преимуществом в производительности. При очень жестких требованиях Ra ниже 0,2 мкм хонингование сохраняет кромку. Многие производители используют SRB для отверстия, а затем применяют финальное хонингование для достижения самых высоких требований. хонингованная трубка и трубка SRB Линейка продуктов отражает оба пути отделки, позволяя покупателям выбрать процесс, соответствующий их применению и классу давления.

Шаг 4. Заключительная проверка: что проверяется перед отправкой

Трубка гидравлического цилиндра, прошедшая окончательную проверку, имеет документальное подтверждение того, что каждый критический параметр был измерен и соответствует спецификации. Эта документация, а не только физическая трубка, — это то, что требуется квалифицированным покупателям. Последовательность проверки производственной партии обычно включает следующие проверки:

Особого внимания заслуживает ультразвуковой контроль. UT пропускает высокочастотные звуковые волны через стенку трубы и обнаруживает отражения от внутренних неоднородностей — расслоений, включений или подповерхностных трещин, невидимых при визуальном осмотре. Для гидравлических цилиндров, работающих при давлении выше 150 бар, OEM-клиенты все чаще указывают УЗ-тестирование 100% производственных труб (а не отбор проб), и при каждой поставке ожидается получение отчета УЗ-тестирования, отслеживаемого для конкретной партии труб.

После проверки размеров и неразрушающего контроля принятые трубы подвергаются антикоррозионной обработке — обычно на отверстие и внешний диаметр наносится антикоррозийное масло — перед тем, как на обоих концах надеваются колпачки для защиты готового отверстия во время транспортировки. Окончательный пакет документов, сопровождающий отгрузку, включает MTC сырья, записи текущего контроля и исходящий отчет контроля качества. Покупатели, которые запрашивают полный пакет документации в качестве стандартного условия поставки, создают цепочку отслеживания, которая поддерживает анализ первопричин, если возникают какие-либо вопросы по производительности на местах.

Подробный обзор того, как эти этапы контроля структурированы на производстве, доступен на странице процесс контроля качества документация.