Объяснение шероховатости поверхности хонингованной трубы (Ra): как обработка отверстия влияет на срок службы уплотнения

Написано Алексом, инженером-технологом EAST AI

Клиенты практически каждый раз присылают нам диаметр отверстия, длину и допуск. Шероховатость не учитывается на чертеже чаще, чем любая другая выноска в спецификации хонингованной трубки — и обычно именно эта деталь определяет, прослужат ли уплотнения в этом цилиндре два года или пять.

Хонингованная труба  — это не просто труба с жестким допуском по внутреннему диаметру. Процесс хонингования оставляет на поверхности отверстия особый узор в виде перекрестной штриховки, а глубина и постоянство этого рисунка, измеряемые как Ra, среднее значение шероховатости, определяют, насколько хорошо отверстие удерживает тонкую пленку гидравлического масла на кромке уплотнения во время каждого хода. Слишком гладкая поверхность не может удерживать достаточное количество масляной пленки, поэтому уплотнение высыхает и быстро изнашивается. Слишком шероховатая, выступы на поверхности стирают непосредственно кромку уплотнения.

Что на самом деле измеряет Ра

Ra — среднее арифметическое пиков и впадин вдоль хонингованной поверхности, выраженное в микрометрах. Это одно число, но оно само по себе не рассказывает всей истории — два отверстия с одинаковым значением Ra могут иметь разную пиковую остроту (Rz) и разные углы штриховки, и оба из них влияют на поведение уплотнения независимо от среднего числа.

Для стандартной трубки гидравлического цилиндра мы обычно придерживаемся Ra 0,4–0,8 мкм  для хонингованных отверстий и более узкого Ra 0,1–0,4 мкм  для заточенных и полированных (SRB) отверстий. Процесс SRB создает более закрытую, платообразную поверхность, а не открытую штриховку обычного хонингования, поэтому он может удерживать более узкую полосу шероховатости, сохраняя при этом достаточную структуру масляной пленки.

Почему угол штриховки так же важен, как и число

Хонинговальные бруски режут крестообразно, обычно под углом от 30 до 60 градусов, и этот угол определяет, как масляная пленка движется вдоль отверстия при ходе поршня. Слишком малый угол, и масло вытирается в одном направлении быстрее, чем восполняется; слишком крутой, и рисунок вообще плохо удерживает масло.

Мы устанавливаем угол штриховки в зависимости от скорости хода и рабочего цикла, а не только от диаметра отверстия. Медленно вращающийся цилиндр пресса и быстродействующий вибрационный аппарат не требуют одинаковой схемы хонингования даже при одинаковом значении Ra, потому что масляная пленка имеет меньше времени для перераспределения между ходами при более быстром применении.

Соответствие шероховатости материалу уплотнения

Полиуретановые уплотнения и уплотнения на основе ПТФЭ ведут себя по-разному по отношению к одной и той же поверхности отверстия. Отверстие, хорошо подходящее к полиуретановому уплотнению, может высушить полиуретановое уплотнение в течение сезона, если оно фактически оснащено более твердым пакетом уплотнений из ПТФЭ, поскольку для этих двух материалов требуется разное количество остаточной масляной пленки, чтобы избежать прерывистого износа.

Это один из первых вопросов, которые мы задаем, когда клиент отправляет нам марку уплотнения или номер детали вместе с характеристиками отверстия — состав уплотнения меняет то, что мы в противном случае рекомендовали бы, исключительно в зависимости от диаметра отверстия и номинального давления.

Полевой случай, о котором стоит знать

С одной закономерностью мы сталкивались не раз: специалист по ремонту цилиндров сообщает, что новые уплотнения изнашиваются в течение нескольких месяцев на отверстии, которое визуально «выглядит нормально» и проходит базовую проверку манометром по внутреннему диаметру. Трубка каждый раз измеряет диаметр в пределах допуска, но шероховатость выходит за пределы исходного диапазона Ra, поскольку у хонинговальных брусков на линии ремонта истек срок службы.

Допуск на диаметр и шероховатость поверхности контролируются различными переменными в процессе хонингования, поэтому труба может быть идеальной по размерам, но при этом иметь неправильную обработку. Как только мы перепроверили и исправили характеристики шероховатости сменной трубки, жалобы на износ уплотнения прекратились — диаметр никогда не был проблемой.

Как мы проверяем шероховатость перед отправкой

Мы проверяем шероховатость поверхности каждой партии с помощью профилометра в рамках нашей стандартной предотгрузочной проверки, а не только по запросу. Показания снимаются в нескольких точках по длине трубы, поскольку шероховатость может смещаться по длинному отверстию, даже если среднее значение в любой отдельной точке выглядит приемлемым.

Протокол проверки ведется в отношении производственной партии, поэтому, если через несколько месяцев после поставки возникнет вопрос о характеристиках уплотнения, мы сможем получить фактические данные о шероховатости для этой конкретной трубы, а не указывать общий диапазон технических характеристик.

Что сказать нам, когда вы запрашиваете предложение

Отправьте нам свой диаметр отверстия, допуск, длину хода и частоту циклов, а также марку уплотнения или материал, если вы его знаете. Если в вашей инженерной спецификации уже указан целевой диапазон Ra или угол штриховки, сообщите нам об этом напрямую, и мы изготовим продукцию в соответствии с ним.

Часто задаваемые вопросы

Какое значение Ra должна иметь хонингованная трубка гидроцилиндра?  Большинство стандартных хонингованных труб гидравлических цилиндров имеют Ra 0,4–0,8 мкм, а заточенные и полированные (SRB) трубы обычно удерживаются более плотно при Ra 0,1–0,4 мкм. Правильное значение зависит от типа уплотнения, скорости хода и рабочего цикла, а не только от диаметра отверстия.

Может ли отверстие быть слишком гладким для обеспечения длительного срока службы уплотнения?  Да. Слишком гладкая поверхность не удерживает достаточного количества масляной пленки на кромке уплотнения, что может привести к высыханию и преждевременному износу уплотнения — тот же самый режим отказа люди обычно связывают со слишком шероховатым отверстием.

Влияет ли шероховатость поверхности на сварные узлы цилиндров по-разному?  Шероховатость сама по себе является свойством отделки отверстия, не зависящим от того, как труба соединена с торцевыми крышками, но в случае сварных узлов мы рекомендуем повторно проверить отверстие рядом с зоной сварки, поскольку поступление тепла может иногда локально воздействовать на поверхность.

Как проверяется шероховатость перед отправкой трубы?  Мы измеряем Ra с помощью профилометра в нескольких точках вдоль трубы в рамках 100% предотгрузочной проверки, и показания сравниваются с производственной партией для обеспечения прослеживаемости.

Ссылки и дополнительная литература

Внутренние ресурсы:

· Ассортимент продукции из хонингованных труб

· Заточенная и прокатанная труба

· Ассортимент гидравлических цилиндров

Внешние ссылки:

·  ISO 4287:1997, Геометрические спецификации продукции (GPS) — Текстура поверхности: метод профиля , стандарт, определяющий Ra и соответствующие параметры шероховатости, упомянутые в этой статье: iso.org

·  ISO 9001:2015, Системы менеджмента качества. Требования , на которые ссылается наш процесс проверки партий: iso.org

Отправьте нам свой тип уплотнения, а не только размер отверстия

Если вы указываете хонингованную трубу и не уверены, какой диапазон шероховатости подходит для вашего применения, не копируйте номер из похожего проекта. Сообщите нам свою скорость хода, рабочий цикл и материал уплотнения, и мы порекомендуем отделку, основанную на том, как отверстие будет работать на самом деле, а не только на том, что выглядит стандартно на бумаге.

Запросить рекомендации по отделке отверстий →