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Una sfida speciale per le guarnizioni dei pistoni

I tubi idraulici trafilati a freddo a basso costo con protezione da corrosione, usati per la costruzione dei cilindri idraulici, presentano una sfida speciale per le guarnizioni dei pistoni. oltre alla compatibilità del materiale di tenuta con il mezzo di protezione dalla corrosione, la geometria della guarnizione e la qualità delle superfici del tubo sono fondamentali per ottenere prestazioni della guarnizione ottimali e affidabili a lungo termine, relativamente a bassa usura, e mancanza di perdite. come hanno mostrato i risultati di approfonditi test di Parker Prädifa, la consulenza del produttore della guarnizione è fondamentale per trovare soluzioni adatte a tali requisiti.

guarnizioni per pistoni 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I cilindri idraulici in una vasta gamma di design vengono utilizzati quando si trasmettono forze importanti su un movimento lineare.  I cilindri idraulici forniscono prestazioni affidabili, robuste e senza perdite per lunghi periodi di tempo in applicazioni che vanno dai processi di automazione alle presse per ceramica, dai cilindri nelle turbine eoliche alle attrezzature per la movimentazione di terra o alle macchine agricole. Poiché gli impianti idraulici possono rappresentare un fattore di costo importante, gli utenti tendono a scegliere design che soddisfano i requisiti minimi e non massimi. Tutti i componenti principali del cilindro idraulico, quali guarnizione del pistone, tubo del cilindro e sistema di tenuta e di guida vengono valutati in termini di capacità di prestazioni e di rapporto costi/benefici con l’obiettivo di trovare una versione che offra i maggiori vantaggi in termini di costi per l’operazione che il sistema deve effettua-re. Infine, ma non meno importante, in questo contesto si concentra l’attenzione sulla camicia del cilindro idraulico. Oltre ai tubi (in acciaio) rettificati, levigati o laminati, oggi si utilizzano anche tubi in acciaio DOM (trafilati sul mandrino) trafilati a freddo. Tali tubi offrono un’alternativa efficace dal punto di vista dei costi rispetto ad altri tubi che implicano processi di produzione più complessi. I tubi trafilati a freddo vengono prodotti conformemente allo standard europeo EN 10305-1 e solitamente sono dotati di protezione dalla corrosione. In questo caso la compatibilità del materiale di protezione dalla corrosione con il materiale di tenuta deve essere sempre garantita. 

guarnizioni per pistoni grafico

Durante lunghe ricerche effettuate, tra gli altri, presso i la-boratori di test interni di Parker Prädifa a Bietigheim-Bissingen, sono state effettuate analisi per identificare i tipi di guarnizioni per pistoni e materiali di tenuta adatti all’uso sulle superfici dei tubi trafilati a freddo e i limiti del loro utilizzo in tali applicazioni. Sono state inoltre sviluppate raccomandazioni sulla rugosità dei tubi per cilindri idraulici, per garantire all’utente finale prestazioni soddisfacen-ti del cilindro.

I test statici e dinamici sono stati effettuati sui seguenti design e materiali di tenuta:

  • Guarnizioni compatte a base di elastomeri
  • Guarnizioni per pistoni in PTFE realizzate con diversi materiali
  • Guarnizioni per pistoni a base di poliuretano con diver-si gradi di durezza
  • Guarnizioni per pistoni a base di UHMW-PE e altri mate-riali termoplastici duri.

In ogni gruppo sono stati effettuati test su guarnizioni per pistoni con diverse larghezze di profilo. La larghezza di profilo minima è stata di 3,9 mm, la guarnizione compatta più grande testata aveva un profilo di 15 mm circa e, combinata con fasce di guida integrati, di oltre 30 mm.

Condizioni di Test

Per effettuare i test è stata configurata una nuova attrezzatura che consentiva di testare contemporaneamente fino a tre guarnizioni in un tubo di test specifico.

Tutti i test sono stati effettuati con le seguenti condizioni:

  • Pressione p Da 0 a 250 bar secondo la direzione di corsa del pistone, con la guarnizione centrale soggetta a carico di pressione alternato.
  • Olio HLP 46
  • Temperatura olio T Da 60 a 65 °C (più il calore di attri-to del processo)
  • Corsa 220 mm
  • Inversioni di carico 250,000
  • Distanza 110 km

Tutte le guarnizioni testate sono state misurate prima e dopo la prova di durata e valutate in termini di usura, deformazione ed estrusione. Possibili cambiamenti nella superficie di accoppiamento (tubo cilindro) sono stati determinati per mezzo di misure di rugosità e documentati mediante valutazioni ottiche al microscopio, con la rugosità dei tubi del cilindro misurata prima e dopo l a prova di durata.

Riepilogo dei risultati Test

Grafico 2

 

Con molti materiali e geometrie di guarnizioni del pistone provati, in particolare nel caso di guarnizioni realizzate in elastomero morbido e mescole in poliuretano, è stata rilevata un’usura abrasiva pronunciata. Inoltre alcune guarnizioni tenuta pistone, hanno mostrato segni significativi di estrusione e deformazione lungo la geometria della guarnizione. Nel caso di guarnizioni del pistone a base di poliuretano si è rilevato che un aumento nell’area di tenuta e nella durezza del materiale può prolungare significativamente la durata delle guarnizioni sulle superfici di tubi trafilati, superando anche la durata delle guarnizioni in elastomero disponibili in commercio. Si può prevedere che le guarnizioni che, a causa della geometria e del materiale utilizzato mostrano un alto grado di autoriscaldamento nelle condizioni di test, abbiano una durata inferiore. Inizialmente le guarnizioni a base di elastomeri mostra-no ottime prestazioni sulle superfici di tubi trafilati a freddo. Tuttavia, in certe circostanze, per esempio se la guarnizione, oltre al calore autogenerato, viene caricata con la temperatura dell’olio dell’impianto idraulico, si può prevedere un guasto improvviso della guarnizione. In particolare nel caso di design di guarnizione compatti a base di elastomeri con guida integrata e anelli di supporto è importante garantire che il materiale di tenuta effettivo non si eroda a contatto con altri componenti plastici. Le guarnizioni per pistoni a base di materiali termoplastici duri, come PTFE caricati, si sono dimostrate inadatte per superfici di tubi trafilati, mentre le guarnizioni per pistoni a base di UHMW-PE possono essere ritenute adatte a tali superfici di tubi. In applicazioni su tubi trafilati a freddo, in generale si può prevedere una certa quantità di rigature assiali sulla superficie della guarnizione a causa del potenziale flusso di pressione nell’abrasione assiale esistente delle superfici del tubo. Con guarnizioni per pistone realizzate in materiali termoplastici duri si può ottenere una durata maggiore rispetto alle guarnizioni realizzate in elastomeri. Quando si utilizzano tubo trafilati a freddo, in particolare in applicazioni in cui si può prevedere una grande quantità di movimenti assiali in un periodo di tempo relativamente breve, si deve garantire che le superfici dei tubi soddisfino certi standard minimi di rugosità e contenuto di materiali. Il valore di rugosità Rz non deve superare 2 µm. Se necessario, si consiglia di effettuare la misura anche trasversalmente rispetto alla direzione di trafilatura per determinare le ampiezze. Inoltre il valore di rugosità Rp, che descrive i picchi sulla superficie, non deve superare 0,4 µm sulla superficie del pistone quando si utilizzano composti di elastomeri. Maggiore è la rugosità della superficie del tubo, minore è la durata delle guarnizioni per pistone utilizzate.

Conclusioni

Guarnizioni Pistoni 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Una soluzione di tenuta adatta è fondamentale affinché l’utente sia in grado di sfruttare effettivamente i vantaggi in termini di costi dei tubi dei cilindri idraulici trafilati a freddo rispetto a tubi più complessi rettificati, levigati o laminati. Una stretta collaborazione con un produttore di guarnizioni esperto e l’uso dell’esperienza di ingegneria dell’applicazione del produttore di guarnizioni offre al cliente la garanzia di una soluzione che, nonostante le condizioni difficili, offra i prerequisiti per bassa usura e di conseguenza affidabilità operativa senza perdite e di lunga durata.  

Per saperne di più.

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