Hoe u de juiste staalsoort kiest voor hydraulische cilinderbuizen

Het kiezen van de juiste staalsoort voor een hydraulische cilinderbuis is een belangrijk onderdeel van het cilinderontwerp en de productie.

De buis moet bestand zijn tegen hydraulische druk, herhaalde belasting, beweging van de zuiger en de werkomgeving, terwijl hij een geschikt intern oppervlak biedt voor de zuiger en het afdichtingssysteem.

Veel voorkomende staalsoorten die worden gebruikt of overwogen voor hydraulische cilinderbuizen zijn onder meer E355, ST52, C45 en verschillende gelegeerde staalsoorten. Deze kwaliteiten zijn echter niet uitwisselbaar, simpelweg omdat ze vaak worden gebruikt in hydraulische toepassingen.

De juiste keuze hangt af van het cilinderontwerp, de vereiste mechanische eigenschappen, buisafmetingen, fabricageproces, bedrijfsomstandigheden, toepasselijke normen en kostenvereisten.

In deze gids wordt uitgelegd hoe u de juiste staalsoort voor een hydraulische cilinderbuis selecteert en waar kopers rekening mee moeten houden voordat ze een bestelling plaatsen.

1. Waarom is staalkwaliteit belangrijk voor hydraulische cilinderbuizen?

Een hydraulische cilinderbuis is een druk-component.

Wanneer hydraulische druk in de cilinder inwerkt, ondervindt de buis spanningen in de wand. Tijdens de werking kan het ook optreden:

Herhaalde drukcycli

Schokbelastingen

Externe belastingen

Trillingen

Temperatuurveranderingen

Corrosieve omgevingen

De staalsoort beïnvloedt eigenschappen zoals:

Opbrengststerkte

Treksterkte

Ductiliteit

Taaiheid

Lasbaarheid

Bewerkbaarheid

Vermoeidheidsprestaties

Reactie op warmte-behandeling

Staalkwaliteit is echter slechts een onderdeel van het totale cilinderontwerp.

Buisdiameter, wanddikte, productiekwaliteit, spanningsconcentratie, lassen en bedrijfsomstandigheden kunnen even belangrijk zijn.

2. Wat zijn de meest voorkomende staalsoorten?

Verschillende staalsoorten worden vaak aangetroffen in toepassingen met hydraulische cilinderbuizen.

Voorbeelden zijn onder meer:

E355

ST52

C45

20 / SAE 1020-type koolstofstaal

42CrMo4

Andere gelegeerde staalsoorten

De juiste kwaliteit is afhankelijk van de specifieke toepassing.

Voor veel standaard hydraulische precisiecilinders is E355 een algemeen uitgangspunt om te overwegen.

Voor toepassingen die verschillende mechanische eigenschappen vereisen, kunnen koolstof- of gelegeerde staalsoorten ook geschikt zijn.

3. E355 staal voor hydraulische cilinderbuizen

E355 wordt veel gebruikt in toepassingen met precisiestalen buizen.

Het wordt vaak geassocieerd met precisiebuisstandaarden en wordt vaak geselecteerd voor hydraulische en pneumatische cilindertoepassingen.

Typische redenen om E355 te overwegen zijn de combinatie van:

Goede kracht

Goede ductiliteit

Goede bewerkbaarheid

Geschikte lasbaarheid voor vele toepassingen

Beschikbaarheid

Geschiktheid voor de productie van precisiebuizen

De exacte eigenschappen zijn echter afhankelijk van de geldende productstandaard en leveringsconditie.

Bij het specificeren van E355 is het daarom belangrijk om de volledige standaard- en leveringstoestand te identificeren, in plaats van alleen op de materiaalnaam te vertrouwen.

4. Is E355 hetzelfde als ST52?

Dit is een veel voorkomende vraag.

Het korte antwoord is:

Niet noodzakelijkerwijs.

ST52 is een oudere/veelgebruikte aanduiding die veelvuldig in de industrie wordt gebruikt, terwijl E355 een materiaalaanduiding is die verband houdt met specifieke Europese normen voor precisiebuizen.

In commerciële gesprekken gebruiken leveranciers en klanten deze namen soms door elkaar.

Een materiaalaanduiding mag echter niet automatisch worden behandeld als een exacte -tot-equivalent.

De juiste aanpak is om te vergelijken:

Chemische samenstelling

Opbrengststerkte

Treksterkte

Verlenging

Leveringsconditie

Toepasselijke norm

Productvorm

Als een klant 'ST52' specificeert, moet de leverancier daarom precies bevestigen welke standaard- en technische eisen worden bedoeld.

5. C45-staal voor hydraulische cilinderbuizen

C45 is een medium-koolstofstaal dat gewoonlijk wordt gebruikt voor mechanische componenten.

Het biedt over het algemeen een hoger koolstofgehalte dan structuur- of precisiebuisstaal met een laag-koolstofgehalte en kan nuttige sterkte- en hardheidskenmerken bieden.

C45 kan worden overwogen voor bepaalde cilindertoepassingen, maar de geschiktheid ervan hangt af van:

Vereiste mechanische eigenschappen

Afmetingen buis

Lasvereisten

Vereisten voor machinale bewerking

Warmtebehandeling

Bedrijfsdruk

Cilinder ontwerp

C45 mag daarom niet automatisch worden vervangen door E355, simpelweg omdat beide in mechanische toepassingen worden gebruikt.

6. Wanneer moet u gelegeerd staal overwegen?

Voor meer veeleisende toepassingen kan een gelegeerd staal worden overwogen.

Een veel voorkomende graad is:

42CrMo4

Gelegeerd staal kan een hogere sterkte en bruikbare warmtebehandelingseigenschappen- bieden.

Ze kunnen in aanmerking komen voor toepassingen die betrekking hebben op:

Hoge belastingen

Hoge druk

Ernstige cyclische belasting

Veeleisende mechanische eisen

Gespecialiseerde cilinderontwerpen

Het gebruik van staal met een hogere-sterkte maakt een cilinder echter niet automatisch veiliger of beter.

Het volledige cilinderontwerp moet nog worden geëvalueerd.

Materialen met een hogere-sterkte kunnen ook overwegingen met zich meebrengen met betrekking tot:

Lassen

Bewerking

Warmtebehandeling

Kosten

Beschikbaarheid

Productieproces

7. Staalkwaliteit versus wanddikte

Een van de belangrijkste concepten bij het ontwerpen van hydraulische cilinders is dat staalkwaliteit en wanddikte samenwerken.

Het vergroten van de staalsterkte kan een ontwerper bijvoorbeeld in staat stellen de buiswand in bepaalde toepassingen te optimaliseren.

Als alternatief kan een materiaal met een lagere-sterkte nog steeds perfect geschikt zijn als de cilinder voldoende wanddikte heeft en het ontwerp voldoet aan de vereiste veiligheidscriteria.

Daarom is het niet juist om te zeggen:

"Staal met een hogere-sterkte is altijd beter."

De juiste vraag is:

"Biedt deze combinatie van materiaal, afmetingen en ontwerp de vereiste prestaties?"

Voor druk-componenten moet de uiteindelijke wanddikte worden vastgesteld door middel van passende technische berekeningen.

8. Houd rekening met de werkdruk

De werkdruk is een van de eerste toepassingsparameters waarmee rekening moet worden gehouden.

Een cilinder die bij een relatief lage druk werkt, kan heel andere materiaalvereisten hebben dan een cilinder die bij hoge druk werkt.

Je moet onderscheid maken tussen:

Nominale werkdruk

Maximale werkdruk

Drukpieken

Bewijsdruk

Barst druk

De staalsoort moet worden geselecteerd als onderdeel van het volledige drukontwerp.

Voor hogedrukcilinders moeten gekwalificeerde technische berekeningen worden gebruikt om de spanningen in de buiswand te evalueren.

9. Overweeg vermoeidheidsbelasting

Hydraulische cilinders werken zelden onder één constante belasting.

Veel cilinders ondergaan herhaalde uitschuif- en intrekcycli.

Hierdoor ontstaan ​​cyclische spanningen in de cilinderbuis.

Voor toepassingen met een hoge- cyclus kunt u het volgende overwegen:

Aantal bedrijfscycli

Drukbereik

Stress concentratie

Oppervlakteconditie

Lassen

Materiaal eigenschappen

Fabricagefouten

Vermoeiingsprestaties kunnen vooral belangrijk zijn voor cilinders die worden gebruikt in:

Bouwmachines

Mijnbouwapparatuur

Landbouwmachines

Apparatuur voor materiaalbehandeling

Industriële productiesystemen

Een geschikte staalsoort is belangrijk, maar de vermoeiingsprestaties zijn ook sterk afhankelijk van het volledige cilinderontwerp en de productiekwaliteit.

10. Houd rekening met lasbaarheid

Veel hydraulische cilinderbuizen moeten worden gelast tijdens de cilindermontage.

Typische gelaste componenten kunnen zijn:

Eindkappen

Montagebeugels

Poorten

Flenzen

Gaffels

Andere bijlagen

Daarom moet bij de keuze van het buismateriaal rekening worden gehouden met de lasbaarheid.

Een staal met uitstekende sterkte-eigenschappen kan zorgvuldigere lasprocedures vereisen dan een staal met een lager-koolstofgehalte.

Belangrijke overwegingen zijn onder meer:

Koolstofgehalte

Koolstof-equivalent

Voorverwarmen

Lasprocedure

Warmte-inbreng

Na-lasbehandeling

Warmte-beïnvloedde zone-eigenschappen

Voor kritische gelaste componenten moet het lassen worden beoordeeld door gekwalificeerd technisch en laspersoneel.

11. Denk aan bewerkbaarheid

Hydraulische cilinderbuizen vereisen gewoonlijk extra bewerking.

Afhankelijk van het cilinderontwerp kunnen de werkzaamheden het volgende omvatten:

Snijden

Einde gericht

Afschuinen

Bewerking van poorten

Voorbereiding op het lassen

Draadbewerking

Groeven

Het materiaal moet daarom compatibel zijn met het productieproces van de klant.

Een goede bewerkbaarheid kan verbeteren:

Levensduur van het gereedschap

Cyclustijd

Oppervlaktekwaliteit

Productiekosten

De bewerkbaarheid moet echter worden afgewogen tegen de sterkte en andere vereiste materiaaleigenschappen.

12. Denk aan het interne afwerkingsproces

Ook moet de staalsoort geschikt zijn voor het gekozen buisafwerkingsproces.

Hydraulische cilinderbuizen kunnen worden geleverd als:

Koudgetrokken buizen

Gezoete buizen

Geschaafde en rolgepolijste buizen

Het materiaal, de hardheid, de initiële oppervlakteconditie en de buisafmetingen kunnen het afwerkingsproces beïnvloeden.

Een leverancier moet bijvoorbeeld bevestigen dat het geselecteerde materiaal en de staat van de startbuis geschikt zijn voor het vereiste hoon- of SRB-proces.

Dit is een reden waarom de materiaalkeuze samen met het buisproductieproces moet worden besproken.

13. Houd rekening met de oppervlaktekwaliteit

Het binnenoppervlak van de cilinderbuis werkt rechtstreeks samen met de zuiger en afdichtingen.

Staalkwaliteit kan invloed hebben op hoe het materiaal zich gedraagt ​​tijdens de interne afwerking, maar de uiteindelijke oppervlaktekwaliteit is sterk afhankelijk van het productieproces.

Belangrijke parameters zijn onder meer:

Oppervlakteruwheid

Oppervlakte profiel

Oppervlaktetextuur

Rondheid

Rechtheid

ID-tolerantie

Voor geslepen buizen is het kruis-patroon ook een belangrijk kenmerk.

Bij geschaafde en rolgepolijste buizen moet het gepolijste binnenoppervlak aan de overeengekomen eisen voldoen.

De materiaalkwaliteit alleen garandeert niet de vereiste oppervlaktekwaliteit.

14. Houd rekening met de bedrijfstemperatuur

Temperatuur kan de materiaaleigenschappen en afdichtingsprestaties beïnvloeden.

Voor cilinders die werken in:

Zeer koude omgevingen

Omgevingen met hoge- temperaturen

Buitentoepassingen

Industriële processen

het materiaal en het complete cilindersysteem moeten worden beoordeeld op het verwachte temperatuurbereik.

Voor veeleisende toepassingen bij lage- temperaturen kunnen de taaiheidseisen bijzonder belangrijk worden.

15. Denk aan corrosie en milieu

Standaard koolstofstaalsoorten bieden geen onbeperkte corrosieweerstand.

Hydraulische cilinders kunnen werken in omgevingen zoals:

Regen

Vochtigheid

Blootstelling aan zout

Chemicaliën

Stof

Modder

Bouwplaatsen buiten

Het buismateriaal moet daarom samen met de vereiste oppervlaktebescherming worden overwogen.

Mogelijke benaderingen kunnen zijn:

Schilderen

Coating

Externe beplating

Corrosie-bestendige materialen

Beveiligingssystemen

In veel toepassingen is corrosiebescherming van het buitenoppervlak praktischer dan het kiezen van een aanzienlijk duurder corrosie-bestendig staal.

16. Welke invloed heeft staalkwaliteit op de kosten?

Materiaalkeuze heeft een directe invloed op de buiskosten.

Over het algemeen kunnen speciale of gelegeerde staalsoorten meer kosten dan algemeen verkrijgbare koolstof- of precisiebuiskwaliteiten.

De materiaalprijs mag echter niet de enige overweging zijn.

Een duurdere kwaliteit kan gerechtvaardigd zijn als deze:

Voldoet aan een veeleisende sterkte-eis

Vermindert de benodigde wanddikte

Verbetert de levensduur

Voldoet aan een specifieke klantspecificatie

Biedt de vereiste warmtebehandeling-eigenschappen

Omgekeerd kan het selecteren van onnodig duur staal de kosten van de cilinder verhogen zonder dat dit een betekenisvol prestatievoordeel oplevert.

Het doel is om het materiaal met de laagste-kosten te kiezen dat op betrouwbare wijze aan de technische vereisten voldoet.

17. Een eenvoudige vergelijking van gangbare cijfers

Deze tabel is slechts een startpunt.

De daadwerkelijke selectie moet altijd gebaseerd zijn op de toepasselijke materiaalnorm en het cilinderontwerp.

18. Verwar materiaalkwaliteit niet met productstandaard

Dit is een belangrijk punt voor internationale kopers.

Een materiaalkwaliteit is niet hetzelfde als een volledige productspecificatie.

Een aankoopspecificatie moet mogelijk het volgende definiëren:

Materiaalkwaliteit + Productstandaard + Leveringsconditie + Afmetingen + Toleranties + Inspectievereisten

Bijvoorbeeld door te zeggen:

"E355 buis"

kunnen belangrijke vragen nog onbeantwoord blijven.

Mogelijk moet de koper ook het volgende specificeren:

Toepasselijke norm

Identiteitskaart

O.D

Wanddikte

ID-tolerantie

Oppervlakteruwheid

Rechtheid

Rondheid

Lengte

Inspectie-eisen

Certificering

Een professionele offerteaanvraag moet deze vereisten duidelijk definiëren.

19. Hoe u stap voor stap de juiste staalsoort kiest

Een praktisch selectieproces kan deze stappen volgen.

Stap 1: Definieer de cilinderdruk

Bepaal de werk- en maximale druk.

Stap 2: Definieer de buisafmetingen

Vestigen:

Identiteitskaart

O.D

Wanddikte

Lengte

Stap 3: Bepaal de vereiste mechanische eigenschappen

Identificeer de vereiste:

Opbrengststerkte

Treksterkte

Verlenging

Taaiheid

Stap 4: Overweeg vermoeidheid

Bepaal of de cilinder een hoge-cyclische of ernstige cyclische belasting zal ervaren.

Stap 5: Controleer de lasvereisten

Bepaal of de buis wordt gelast en welk lasproces wordt gebruikt.

Stap 6: Controleer de bewerkingsvereisten

Denk aan snijden, poortbewerking, lasvoorbereiding en andere bewerkingen.

Stap 7: Selecteer het interne afwerkingsproces

Bepaal of de uiteindelijke buis:

Gezoet

Geschaafd en op rol gepolijst

Verder machinaal bewerkt

Stap 8: Denk aan het milieu

Evalueer temperatuur, corrosie, vervuiling en blootstelling aan buitenomstandigheden.

Stap 9: Vergelijk de totale kosten

Vergelijk de materiaalprijs samen met de verwerkings- en productiekosten.

Stap 10: Bevestig de standaard

Zorg ervoor dat de staalsoort, productstandaard, leveringsconditie en inspectie-eisen duidelijk zijn gedefinieerd.

20. Welke staalsoort is het beste voor een hydraulische cilinderbuis?

Er is geen enkele staalsoort die het beste is voor elke hydraulische cilinder.

Voor veel standaard toepassingen van hydraulische precisiecilinders kan E355 een praktische keuze zijn, omdat het een nuttig evenwicht biedt tussen mechanische eigenschappen, verwerkbaarheid en beschikbaarheid.

Afhankelijk van de toepassing kunnen andere materialen echter geschikter zijn.

E355 kan geschikt zijn wanneer:

Er is een precisiecilinderbuis vereist

Er zijn matige-tot-veeleisende mechanische prestaties nodig

Een goede verwerkbaarheid is belangrijk

De toepassing past bij de materiaalspecificatie

C45 kan worden overwogen wanneer:

Er is medium-koolstofstaal vereist

Er zijn specifieke mechanische eigenschappen nodig

Het productieproces is compatibel met het materiaal

42CrMo4 of andere gelegeerde staalsoorten kunnen worden overwogen wanneer:

Er is een hogere sterkte vereist

Vooral ladingen zijn veeleisend

Het cilinderontwerp vereist verbeterde mechanische eigenschappen

ST52 kan worden gespecificeerd wanneer:

De klanttekening of inkoopspecificatie vraagt ​​erom

De exact toepasselijke norm is bevestigd

Het beste materiaal is het materiaal dat aan alle technische eisen voldoet, zonder onnodige kosten of complexiteit.

21. Voorbeeld van een specificatie voor een hydraulische cilinderbuis

Een offerteaanvraag voor een klant kan het volgende specificeren:

Product: Gezoete hydraulische cilinderbuis

Materiaal: E355

Standaard: Toepasselijke standaard voor precisiebuizen

Binnendiameter: 100 mm

Buitendiameter: 120 mm

ID-tolerantie: volgens tekening

Wanddikte: 10 mm nominaal

Lengte: 3000 mm

Interne oppervlakteruwheid: Volgens tekening

Rechtheid: Volgens tekening

Rondheid: Volgens tekening

Inspectie: Volgens overeengekomen specificatie

Materiaalcertificaat: NL 10204 3.1

Dit is veel nuttiger dan simpelweg het volgende aanvragen:

"100 mm E355 hydraulische buis."

22. Vragen die u aan uw leverancier van stalen buizen kunt stellen

Vraag de leverancier voordat u bestelt:

Aan welke materiaalnorm voldoet de buis precies?

Wat is de leveringsconditie?

Kunt u een materiaalcertificaat overleggen?

Wat zijn de werkelijke mechanische eigenschappen?

Is het materiaal geschikt voor honen of SRB-bewerking?

Welke ID-toleranties kunt u consequent bereiken?

Welke oppervlakteruwheid kunt u garanderen?

Welke rechtheid en rondheid kun je bereiken?

Welke inspectiemethoden zijn beschikbaar?

Kunt u de traceerbaarheid van warmte-nummers leveren?

Kunt u produceren volgens een klanttekening?

Kunt u monsters verstrekken vóór massaproductie?

Deze vragen helpen kopers de daadwerkelijke productiemogelijkheden van de leverancier te beoordelen, in plaats van alleen op een materiaalnaam te vertrouwen.

23. Laatste checklist

Voordat u een staalsoort voor een hydraulische cilinderbuis selecteert, bevestigt u:

Sollicitatie

Werkdruk

Maximale druk

Laden

Bedrijfscycli

Temperatuur

Omgeving

Buisontwerp

Identiteitskaart

O.D

Wanddikte

Lengte

Toleranties

Materiaal

Staalkwaliteit

Productstandaard

Leveringsconditie

Opbrengststerkte

Treksterkte

Verlenging

Hardheid, indien nodig

Productie

Honing of SRB

Lassen

Bewerking

Oppervlaktevereisten

Kwaliteit

Materiaal certificaat

Dimensionale inspectie

Oppervlakte-inspectie

NDT, indien nodig

Traceerbaarheid

24. Conclusie

Bij het kiezen van de juiste staalsoort voor een hydraulische cilinderbuis moet je verder kijken dan de materiaalnaam.

E355, ST52, C45, 42CrMo4 en andere kwaliteiten hebben elk hun eigen kenmerken en potentiële toepassingen.

De juiste keuze is afhankelijk van de relatie tussen:

Staalkwaliteit + buisafmetingen + hydraulische druk + vermoeiingsbelasting + productieproces + oppervlaktevereisten + gebruiksomgeving.

Voor veel precisie-hydraulische cilindertoepassingen kan E355 een goede balans bieden tussen prestaties en verwerkbaarheid. Voor veeleisende toepassingen kunnen echter andere koolstof- of gelegeerde staalsoorten nodig zijn.

Het belangrijkste principe is eenvoudig:

Selecteer niet het sterkste staal. Selecteer het staal dat de vereiste prestaties levert voor het volledige cilinderontwerp.

Geef bij het aanvragen van een offerte de leverancier zoveel mogelijk de cilindertekening of een volledige buisspecificatie door.

Een bekwame leverancier moet het materiaal, de afmetingen, het afwerkingsproces, de toleranties, de inspectie-eisen en de toepassingsomstandigheden kunnen beoordelen voordat hij de meest geschikte buisoplossing bevestigt.