1.金属咬合原理密封在铸铁(硬性材料)上的特殊性
上篇文章我们重点介绍了金属咬合原理,以及软性材料和硬性材料的不同点:简单的总结为:咬合就是软硬不同的金属材料挤压变形产生的结合方式;根据二者不同材料结合面的咬合形式,有可分为主动咬合和被动咬合,主动咬合主要针对基材比较软,比如铝、铜等材料,堵头表面比较硬;被动咬合是二者硬度接近或者基材硬度还高于堵头表面硬度,形成的咬合处是“你中有我,我中有你的”不明显截面形状(详细可参考公众号上篇文章)。
针对目前我们国内液压多路阀为主的阀体,一般都选用铸件作为基材,铸铁广泛的应用在液压工业的各种阀体上,但铸铁的含碳量比较高,其性能比较脆,抗拉性能比较差,一般常见的球墨铸铁洛氏硬度为130~220HB左右。相对堵头密封部分硬度来说,铸铁的硬度接近或者高于堵头密封部分,所以,在铸铁上使用咬合原理的膨胀堵头,基本都是被动咬合。
由于铸铁材质硬度较高,在加工工艺孔时候,为了确保工艺孔的尺寸公差,往往使用较高转速和较小进给量的刀具加工,刀具在铸铁内孔表面在高速摩擦,会形成类似于钝化的一层“硬皮”,这种硬皮的硬度往往高于铸铁的硬度,而且为了确保孔的公差,光洁度,用较高转速,造成加工完成的工艺孔表面实际上既“硬”又“光滑”,这种特质的孔,基于金属咬合膨胀密封来说,变得更为特殊。因为咬合主要的影响因子就是硬度差值和表面粗糙度(详可参考上篇文章);如果忽略铸铁工艺孔的特殊性,往往会产生泄漏等各种问题,而铸铁材料在液压多路阀体上使用比例有非常高,这就容易产生各种因为“细节考虑未到位”而产生各种密封泄漏、堵头高压脱落、高压情况下堵头容易“滑动”等各种各样的问题,这就是金属咬合原理密封在铸铁(硬性材料)上的特殊性。
2.鸿创公司的高于密封产品RS和HC在铸铁基材上的经验和实践
如上所述,由于铸铁的工艺孔加工完成后,孔内“硬”又“光滑”,给使用膨胀咬合密封原理的堵头造成了不的因素,鸿创公司的高压产品,经过多年在铸铁件上的摸索和索,有自己的一些宝贵的经验和实践,只要用户按照鸿创堵头在铸铁上的细节要求,就完全能够确保密封的可靠性,而不用怀疑膨胀密封的原理问题;现将这些经验和实践总结如下,供大家使用鸿创产品时作为参考:
2.1:怕堵头表面生锈把堵头泡在油液中
有些客户,购买了HC公司高压堵头由于打开包装后,南方阴雨潮湿,担心长时间储存堵头会锈,就把堵头泡在油液中,等用堵头的时候,直接把堵头安装在孔里,堵头咬合的环形槽上有一层油膜,这层油膜在安装前并不清洗。这种做法其实是错误的,HC并不建议把堵头泡在油液中,更不建议安装前去清洗堵头的油液;正确的做法是:密封堵头不能泡在油液中防止生锈安装前要求堵头外表面,干净无油液,无杂质,无划痕。经过HC多次试验测试,干净的堵头耐压值要高于堵头表面有油膜安装的压力,压力差值能达到700-1000bar;这是因为一旦堵头表面的环形槽上有一层油膜,该层油膜会让既“硬”又“光滑”的铸铁工艺孔内壁,更加的光滑,膨胀密封原理让两种材料间充满了一层油膜,而不是粗糙的表面,这样更不利于咬合,这个是很容易理解的。
2.2:容易忽略铸铁工艺孔内表面的硬度很高
我们过去出现过很多问题,都是忽略工艺孔内表面的硬度问题,我们误认为工艺孔内表面的硬度就是铸铁的硬度,一旦出现题,我们会认为堵头出现问题,实际上是内表面硬度太高没有考虑到。经过测试,硬度能到达350HB以上,既然内表面硬度很高,是事实,那我们就需要让工艺孔的粗擦度低一些,让内孔更粗糙一些,这样才能更好的确保密封可靠性,另外,加工粗糙度低的孔用户节省成本,实际上一举两得的事情。具体原理请参考上篇的文章。
2.3 容易忽略公差,粗糙度和软性材料的区别
由于铸铁加工好的工艺孔既“硬”又“光滑”,所以我们在对工艺孔的要求做了特殊要求:常用的RS抽拉式堵头建议公差:+0.05—+0.15mm(最好跟HC公司技术沟通,根据不同材料等,HC根据经验,提供数值),密封内孔表面粗糙度接近Ra3.2-Ra6.3左右为宜。这样就有效的保证了膨胀堵头的膨胀量,让膨胀的更为“结实”,表面粗糙度更为粗糙,确保了咬合面不过于“光滑”。
3.铸铁基材上,堵头测试数据展示和实践
3.1 如所示,正常的RS产品需在铸铁中(安装孔公差在+0.1__0.16mm)150Mpa保压测试72小时:
3.2 铸铁应用中安装孔粗糙度对密封压力的影响:
HC公司在对堵头的超高压测试中(超200Mpa)中发现,个别安装孔粗糙度在Ra1μm以下,且安装孔尺寸过小(0__+0.04mm)。密封压力仅达到80Mpa---150Mpa。如图所示:
3.3 HC公司通常会采用机械推力机反向(拉断面)测试RS产品芯杆的推出力,来证明产品在铸件中的可靠性与一致性,如图所示:
在铸铁应用中芯杆的拉断面推出力的平均值(也可以称为芯杆咬合力)在3500N—18000N(依次从4mm-10mm)。
4.铸铁的特性让金属咬合原理成为了最具特点的应用案例
总结以下几点:
1,鸿创公司的金属咬合膨胀堵头(HC/RS)产品测试压力远高于额定使用压力。
2,安装孔建议公差为:+0.05—+0.15mm。
3,粗糙度建议为:Ra3.2-Ra6.3左右。
4,在铸件中使用RS系列产品前,保持产品的清洁,不应有油脂。
感谢大家关注,下期,我们继续分享金属咬合原理的神奇,敬请期待...
5.如何咨询购买封堵类产品?
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