Alternativa a las varillas de cromo duro

Ya sea en equipos aeroespaciales o de movimiento de tierras, durante mucho tiempo ha sido una práctica estándar utilizar vástagos de pistón cromados duros en cilindros hidráulicos para evitar la corrosión y el desgaste. En los últimos años, las regulaciones ambientales más estrictas y la necesidad de una vida útil más prolongada han llevado al desarrollo de recubrimientos alternativos para vástagos de pistón. Pero, ¿cómo afectan estos nuevos tratamientos superficiales al rendimiento del sistema de sellado?¿Existe un recubrimiento ideal para todas las aplicaciones?

La fricción y el desgaste de los sistemas de sellado, especialmente los sellos del vástago del pistón, tienen un impacto crítico en la eficiencia y la vida útil de los cilindros hidráulicos. Siempre que la potencia de accionamiento de la bomba hidráulica sea suficiente, la fricción del sello tiene poco efecto sobre la eficiencia del sistema hidráulico. Los sellos del vástago del cilindro y los rascadores evitan la fuga de fluido del cilindro y la entrada de suciedad al sistema, incluso en condiciones ambientales adversas, como cuando se excava el lecho de un río.

Además de la llamada conveniencia, los factores ambientales también se están volviendo cada vez más importantes para los operadores de sistemas de energía fluidos modernos. En este caso, las características de fricción del sello del pistón y el sello del vástago del pistón son particularmente importantes. La alta fricción estática y dinámica no solo afecta negativamente al desgaste de los sellos y, por lo tanto, a la eficiencia de todo el sistema hidráulico, sino que también puede provocar un efecto de adherencia y deslizamiento perjudicial y altas fuerzas de separación después de descansos prolongados, lo que a veces se conoce como el efecto del lunes por la mañana.

Enchapado y Recubrimiento
La rugosidad de la superficie de los vástagos de pistón cromados duros varía gradualmente a lo largo de la vida útil del componente. Las superficies a menudo se vuelven más suaves con el tiempo, lo que evita que la superficie mantenga una película de aceite lubricante. El resultado es más fricción en el sello del vástago. También se pueden formar microfisuras, que desgastan la punta de cromo en la superficie del vástago del pistón y crean rayones más largos en la superficie de rodadura. Estos cambios tienen un efecto negativo en todo el sistema de fricción y pueden provocar fallas funcionales en los equipos hidráulicos.

La necesidad de un revestimiento del vástago del pistón que no cambie su rugosidad y estructura incluso después de un uso prolongado ha llevado al desarrollo de nuevas tecnologías. Parker-Prädifa ha probado exhaustivamente el efecto de estas cubiertas alternativas en el rendimiento de los sellos del vástago del pistón. Los resultados de las pruebas que se detallan en la página siguiente, junto con muchas otras pruebas relacionadas, muestran que el tratamiento o recubrimiento de la superficie del vástago del pistón puede tener un efecto significativo en el comportamiento de fricción, fugas y desgaste de los sellos del vástago del pistón.

Además de proporcionar lo que sin duda puede describirse como resultados positivos, se descubrió que una serie de recubrimientos de vástago de pistón alternativos, inicialmente compatibles con el sello, mostraban un mayor desgaste del sello y fallas prematuras debido a fugas después de ciclos de prueba prolongados.

en el banco de pruebas
Se probaron vástagos de pistón con los siguientes tipos de revestimientos en el laboratorio de física de Parker-Prädifa para comprender su efecto sobre la fricción, el desgaste y las fugas del vástago de pistón: • De diferentesRugosidad diferente del fabricante.
Vástago de pistón cromado duro,• Cromo duro con PTFEVástago galvanizado acabado, • con y sinAbrigo de focavástago de pistón revestido de cerámica,• Vástago nitrurado en baño de sal,• Vástago nitrurado por plasma (con y sin proceso de rectificado adicional),• Pistón recubierto de níquel electrolíticovástago de émbolo, • Vástago del pistón con recubrimiento compuesto por fusión,• Vástagos de pistón nitrurados y nitrocarburados, y• Vástago de pistón rociado HVOF.

Los recubrimientos HVOF (combustible de oxígeno de alta velocidad) se producen mezclando primero un gas combustible y oxígeno en interiores. La mezcla sale de la cámara a través de una boquilla y se enciende. El gas portador luego transporta la materia prima en polvo axialmente hacia la mezcla de gas encendido, distribuyendo así uniformemente las partículas fundidas en el vástago del pistón. La combinación de energía cinética y térmica hace que las partículas fundidas golpeen la barra, creando un recubrimiento con propiedades que no se pueden lograr con otros métodos, como el rociado de plasma.

El proceso HVOF produce revestimientos extremadamente densos con fuerzas de unión superiores a 10 000 psi. Una clara ventaja de HVOF incluye la capacidad de producir una rugosidad superficial muy baja. Esto generalmente da como resultado una finalización más rápida y fácil; por lo general, no es necesario. Los recubrimientos HVOF también producen reacciones químicas muy predecibles y uniformes.

Métodos de prueba y resultados
Las pruebas dinámicas de los sellos de vástago BS, OD, B3 y BS de Parker se realizan mediante pruebas exhaustivas de resistencia a fugas y fricción a corto y largo plazo en un banco de pruebas de sellos de vástago hidráulico de uso general que utiliza vástagos de pistón con diferentes recubrimientos. El OD es un sello amortiguador de PTFE unidireccional que ventila la presión del fluido atrapado de regreso al cilindro. Tiene una tapa de bronce llena de PTFE y un energizador de caucho de nitrilo y se considera un sello de baja fricción y larga vida útil.

Parámetros de prueba para la prueba de durabilidad DIN 7986

presión operativa 0 a 200 bar (según extensión o retracción)
Temperatura del aceite 65°C
período 500 km (1 millón de inversión de carga)
diámetro de la varilla 36mm
velocidad superficial 0,15 m/s
fluído corporal Aceite mineral HLP 46
Banco de pruebas de durabilidad basado en ISO 7986

El B3 es una copa en U asimétrica de poliuretano con un borde biselado como un cuchillo. Es resistente al desgaste, a la extrusión ya la deformación por compresión y no tiene labio de sellado auxiliar. BS es un sello de vástago asimétrico hecho de poliuretano para una larga vida útil y alta resistencia al aplastamiento. Cuenta con un labio de sellado afilado como un cuchillo y un labio auxiliar para mejorar el sellado y proporcionar un ajuste firme y estable.

En todos los casos, la superficie de la barra se analizó al principio y al final de la prueba y se registraron los cambios. Los parámetros de prueba se seleccionan de acuerdo con las normas de prueba internas e internacionales y las pruebas de durabilidad se llevan a cabo de acuerdo con DIN 7986.

Este gráfico ilustra la fuerza de fricción en comparación con un anillo en U estilo B3 en una tapa de varilla de repuesto. Con la excepción del vástago del pistón con recubrimiento duro rociado térmicamente (TSHC), todos los anillos en U probados tendieron a exhibir el mismo comportamiento de fuerza de fricción y niveles de fricción en las superficies de sellado del vástago del pistón con diferentes superposiciones. El vástago del pistón TSHC se rocía posteriormente, lo que da como resultado una estructura uniforme que afecta positivamente el comportamiento de fricción del sello de prueba. Incluso si el sistema hidráulico no está en funcionamiento durante mucho tiempo, la fricción de la superficie sigue siendo muy baja. Este comportamiento agresivo se considera e implementa en el diseño de los sistemas de cilindros de los sistemas de grúas portuarias, que frecuentemente entran en contacto con agua salada.

El gráfico muestra la fricción medida en un sello de vástago equipado con un anillo en U B3, con varios recubrimientos. Los valores se basan en una presión de 20 MPa y una temperatura de 60 °C.

Todos los recubrimientos exhibieron aproximadamente los mismos valores de rugosidad, con proporciones muy variables entre picos y valles en la superficie. En las pruebas de durabilidad, estas diferencias tuvieron un impacto significativo en el comportamiento de fuga del anillo en U. Después de un tiempo de ejecución muy corto, se encontró un aumento significativo de fugas en el vástago del pistón revestido de cerámica debido al desgaste severo del anillo en U. Como resultado, algunos ensayos tuvieron que detenerse antes de tiempo. También se notó un desgaste significativo de los sellos de prueba en el caso de los vástagos de pistón nitrurados y nitrocarburados. Sin embargo, la fuga solo se produjo en las varillas nitruradas.

El anillo de borde de sellado OD de tipo PTFE presenta una imagen similar, pero en este caso las diferencias entre los distintos sistemas tribológicos son más pronunciadas.

¿Ideal para enchapar o recubrir?
Los resultados de las pruebas muestran que no existe un enchapado o recubrimiento ideal para todos los escenarios de aplicación. Tanto el cromado duro estándar como las tecnologías alternativas han mostrado ventajas y desventajas en términos del efecto sobre el rendimiento operativo del sello del vástago del pistón.
Por lo tanto, para diseñar el sistema de sellado óptimo para una aplicación específica, todo el sistema de fricción (superficies de sellado del pistón, lubricantes y sellos) debe analizarse en detalle antes de su uso en el campo.

Thomas Papatheodorou es Gerente de Servicios Técnicos en Seal Group – Europa en Parker Hannifin en Bietigheim-Bissingen, Alemania. Para mayor información por favor visite bit.ly/OH52MC .

error: Content is protected !!