Quando un cilindro idraulico inizia a perdere, a muoversi o a presentare una durata della guarnizione più breve ad alte temperature, la prima reazione è spesso quella di sostituire le guarnizioni standard con guarnizioni in FKM o PTFE.
Tuttavia, la selezione delle guarnizioni per un cilindro idraulico ad alta temperatura non è semplicemente una questione di scegliere il materiale con la classificazione di temperatura più elevata.
Le guarnizioni del cilindro devono resistere contemporaneamente a temperatura, pressione, velocità di movimento, fluido idraulico, tolleranze di estrusione, condizioni del pistone, contaminazione e carico laterale. Se uno di questi fattori viene trascurato, anche una guarnizione ad alta temperatura può ammorbidire, estrudere, usurarsi rapidamente o ricominciare a perdere.
Confermare la temperatura di funzionamento attuale
Prima di selezionare un materiale per la guarnizione, distinguere tra diverse temperature:
- Temperatura ambiente estiva
- Temperatura normale dell'olio idraulico
- Temperatura stabile dell'olio durante il funzionamento continuo
- Temperatura di picco a breve termine durante urti di pressione o cicli rapidi
- Temperatura di contatto locale attorno al bordo di tenuta
Ad esempio, la temperatura ambientale attorno a una macchina può essere di soli 40°C, mentre l'olio idraulico diventa significativamente più caldo dopo diverse ore di funzionamento.
Le guarnizioni del pistone e del cilindro generano anche calore da attrito durante il rapido movimento alternato. La temperatura direttamente al bordo di tenuta può quindi essere più alta della temperatura dell'olio misurata nel serbatoio.
La temperatura massima indicata in un catalogo delle guarnizioni è normalmente basata su specifiche condizioni di prova. Non significa che la guarnizione possa funzionare continuamente alla sua temperatura massima, pressione e velocità contemporaneamente.
Dovrebbe sempre essere mantenuto un adeguato margine di sicurezza per il funzionamento continuo ad alte temperature.
Seleziona il materiale della guarnizione per l'applicazione completa
Materiali di tenuta diversi offrono diverse combinazioni di resistenza alla temperatura, resistenza all'usura, elasticità, attrito e compatibilità con i fluidi.
Poliuretano
I sigilli in poliuretano offrono una buona resistenza all'usura, resistenza meccanica e resistenza all'estrusione. Sono ampiamente utilizzati per sigilli a stelo, sigilli a pistone e pulitori in cilindri idraulici mobili e industriali.
Tuttavia, non ogni grado di poliuretano è adatto per un funzionamento continuo ad alta temperatura. Alcuni materiali di poliuretano idraulico avanzati possono funzionare a temperature intorno ai 110°C, a seconda del composto e del design del sigillo.
Quando utilizzato continuamente vicino al suo limite di temperatura, il poliuretano può ammorbidirsi, perdere elasticità o estrudere negli spazi dei componenti.
Gomma Nitrilica
Il NBR è comunemente utilizzato per guarnizioni O-ring, sigilli statici ed elementi di attivazione. Offre generalmente una buona compatibilità con i fluidi idraulici a base di olio minerale ed è relativamente economico.
Molti composti standard di NBR vengono utilizzati a temperature fino a circa 100°C, sebbene il limite effettivo dipenda dalla formulazione e dalle condizioni operative.
L'esposizione a lungo termine sopra l'intervallo di temperatura adatto può causare indurimento, crepe, ritiro o imposta di compressione.
Il NBR è generalmente più adatto alle applicazioni idrauliche standard piuttosto che a attrezzature ad alta temperatura continua.
Gomma Nitrilica Idrogenata
L'HNBR offre una migliore resistenza al calore, resistenza all'invecchiamento e prestazioni meccaniche rispetto al NBR standard.
A seconda del composto e della struttura del sigillo, alcuni componenti HNBR possono essere adatti per temperature intorno ai 150°C.
L'HNBR può quindi offrire un'opzione intermedia tra NBR e FKM. Tuttavia, la compatibilità con il fluido idraulico esatto e gli additivi deve comunque essere confermata.
Gomma Fluorocarbonica
L'FKM è frequentemente utilizzato per guarnizioni O-ring ad alta temperatura, sigilli statici e elementi di attivazione in assemblaggi di sigilli in PTFE.
Alcuni composti FKM possono funzionare a temperature vicine ai 200°C e offrono una buona resistenza al calore e all'invecchiamento.
Tuttavia, l'FKM non è automaticamente la scelta migliore per ogni cilindro ad alta temperatura. Devono essere considerate anche la flessibilità a bassa temperatura, la resistenza all'usura dinamica, la compatibilità con i fluidi idraulici e la formulazione del composto.
Sostituire un sigillo NBR con FKM non correggerà spazi eccessivi, danni al stelo, contaminazione o disallineamento del cilindro.
PTFE
Il PTFE offre basso attrito, ampie capacità di temperatura e buona compatibilità con molti fluidi idraulici. È spesso utilizzato in sigilli a pistone e a stelo per applicazioni ad alta temperatura, alta velocità o a basso attrito.
Tuttavia, il PTFE non ha la stessa elasticità dei materiali in gomma. Normalmente richiede un energizzatore in NBR, HNBR, FKM o altri elastomeri per mantenere la pressione di contatto.
La capacità di temperatura dell'assemblaggio completo della guarnizione dipende quindi da ogni materiale nella combinazione, non solo dal ring di scorrimento in PTFE.
Tratta le guarnizioni cilindriche come un sistema completo
Un cilindro idraulico normalmente contiene diversi componenti di tenuta e guida:
- Guarnizione dell'asta
- Guarnizione del pistone
- Guarnizioni statiche
- Raschietto
- Indossare anelli
- Anelli di supporto dove necessario
Ogni componente svolge una funzione diversa.
La guarnizione del cilindro controlla le perdite esterne. La guarnizione del pistone separa le camere del cilindro. Le guarnizioni statiche impediscono le perdite tra i componenti assemblati. Il tergipolvere limita l'ingresso di polvere e umidità. Gli anelli di usura supportano i carichi laterali e prevengono il contatto diretto metallo-su-metallo.
Se solo la guarnizione del cilindro viene aggiornata mentre la guarnizione del pistone, le guarnizioni a O, il tergipolvere o gli elementi energizzanti rimangono inadeguati per la temperatura, il cilindro potrebbe comunque sviluppare perdite interne, perdite esterne o guasti prematuri della guarnizione.
Tutti i materiali di tenuta e guida dovrebbero quindi essere esaminati come un sistema unico.
Considera il rischio di pressione ed estrusione
Molti composti di gomma e poliuretano diventano più morbidi man mano che la temperatura aumenta.
Sotto alta pressione di lavoro o picchi di pressione, il materiale di tenuta ammorbidito può essere forzato nello spazio tra il pistone, il foro del cilindro, l'asta, la boccola di guida o la scanalatura della guarnizione.
Questo può causare:
- Estrusione della guarnizione
- Tagli dei bordi
- Strappo
- Deformazione permanente
- Perdita improvvisa
Per cilindri ad alta temperatura e alta pressione, controllare:
- Pressione di lavoro normale
- Massima pressione e pressione di picco
- Contropressione della linea di ritorno
- Dimensioni della scanalatura della guarnizione
- Gioco di estrusione pistone-cilindro
- Gioco asta-guida
- Requisiti per gli anelli di supporto
- Resistenza all'estrusione della guarnizione
Il materiale della guarnizione, il design della scanalatura, le tolleranze dei componenti e la struttura di supporto devono essere considerati insieme.
Installare un materiale a temperatura più elevata senza controllare l'intercapedine di estrusione può comunque comportare un rapido guasto.
Considera la velocità del cilindro e la frequenza del ciclo
La velocità del cilindro e la frequenza del ciclo influenzano direttamente la temperatura della guarnizione.
Un rapido movimento di ricambio genera attrito attorno alla guarnizione dell'asta, alla guarnizione del pistone e agli anelli di usura. Una frequente alternanza riduce anche il tempo disponibile per il cilindro per dissipare calore.
Una guarnizione può resistere a un'alta temperatura statica ma funzionare male in condizioni dinamiche ad alta velocità.
Quando si verificano insieme alta temperatura, alta pressione e alta velocità, il limite operativo pratico della guarnizione diventa normalmente più basso.
I cilindri a ciclo rapido potrebbero richiedere:
- Design della guarnizione a bassa frizione
- Rugosità superficiale della asta adeguata
- Film di lubrificazione stabili
- Corretta clearance della guida
- Sufficiente dissipazione del calore
- Dimensionamento corretto di porte e tubi
Aumentare la durezza della guarnizione da sola può aumentare l'attrito e generare calore aggiuntivo.
Conferma la compatibilità con il fluido idraulico
L'alta temperatura accelera le reazioni chimiche tra l'olio idraulico e i materiali di tenuta.
Il sistema può utilizzare:
- Olio minerale idraulico
- Fluidi idraulici sintetici
- Fluidi acqua-glicole
- Fluidi resistenti al fuoco a base di esteri di fosfato
- Olio idraulico biodegradabile
- Altri fluidi speciali
Un materiale di tenuta adatto per olio minerale potrebbe non essere adatto per fluidi acqua-glicole o esteri di fosfato.
Quando il materiale e il fluido sono incompatibili, il segno potrebbe gonfiarsi, restringersi, ammorbidire, indurire, perdere resistenza o sviluppare crepe superficiali.
La degradazione dell'olio, la contaminazione e l'esaurimento degli additivi possono anche modificare le prestazioni della tenuta nel tempo.
Pertanto, il marchio esatto del fluido idraulico, la denominazione del prodotto, il grado di viscosità e il tipo di fluido dovrebbero essere forniti durante la selezione della tenuta. Descrivere il fluido semplicemente come “olio idraulico standard” potrebbe non fornire informazioni sufficienti.
Ispeziona il pistone, il foro, la guida e il montaggio
Anche il materiale di tenuta corretto può guastarsi rapidamente se i componenti del cilindro circostante sono danneggiati.
Asta del pistone dovrebbe essere controllato per:
- Graffi
- Corrosione
- Corrosione
- Danni alla cromatura
- Ruvidezza superficiale errata
- Piegatura
Il foro del cilindro dovrebbe essere ispezionato anche per segni, corrosione, usura dimensionale e difetti superficiali.
Disallineamento, carico laterale, perni usurati, boccole danneggiate e anelli di guida usurati possono creare un contatto irregolare della tenuta. Questo aumenta l'attrito, il calore locale e l'usura unilaterale.
Prima di installare nuovi parafiamma ad alta temperatura, ispezionare la stecca, il foro del cilindro, gli anelli di usura, i bush di guida, i punti di montaggio e l'allineamento del cilindro.
In caso contrario, i parafiamma di ricambio potrebbero iniziare a perdere nuovamente dopo solo un breve periodo di funzionamento.
Quali informazioni sono necessarie per la selezione della guarnizione?
Fornire al fornitore del cilindro o del parafiamma le seguenti informazioni:
| Fattore di selezione | Informazioni richieste |
|---|---|
| Temperatura | Temperatura ambiente, temperatura dell'olio continua e temperatura picco |
| Pressione | Pressione normale, pressione picco e contropressione di ritorno |
| Fluidi idraulici | Marca, designazione del prodotto, grado di viscosità e tipo di fluido |
| Movimento | Velocità di estensione e ritrazione, frequenza del ciclo e tempo di funzionamento giornaliero |
| Dimensioni del cilindro | Foro, diametro della stecca, corsa e orientamento di montaggio |
| Carico | Forza di spinta, forza di trazione, carico laterale e carico d'impatto |
| Ambiente | Polvere, acqua, spruzzi di sale, sostanze chimiche e esposizione esterna |
| Sintomi di guasto | Perdita esterna, perdita interna, deriva, estrusione o usura rapida |
Dati operativi accurati aiutano il fornitore a selezionare il materiale del parafiamma, il profilo, l'energizzatore, gli anelli di supporto e i componenti di guida per l'intera applicazione.
Conclusione
La selezione dei parafiamma per un cilindro idraulico ad alta temperatura richiede più della semplice comparazione delle valutazioni di temperatura massima.
Il processo corretto inizia con le effettive temperature dell'olio continuo e picco. Devono quindi essere considerate la pressione, il tipo di fluido, la velocità, la frequenza del ciclo, i margini di estrusione, la condizione della superficie della stecca, il foro del cilindro, la guida, la contaminazione e l'allineamento del montaggio.
Il poliuretano, l'NBR, l'HNBR, l'FKM e il PTFE hanno ciascuno applicazioni adatte, ma nessun singolo materiale è corretto per ogni cilindro ad alta temperatura.
Il sigillo dovrebbe sempre essere selezionato come parte di un sistema completo di sigillatura, guida, lubrificazione e gestione termica.
AiSoar Hydraulics fornisce soluzioni personalizzate per cilindri idraulici e sigillatura per applicazioni industriali ad alta temperatura, carico pesante, ciclo rapido e impegnative.
