بلوک شیر هیدرولیک برنجی ماشین‌کاری شده با CNC سفارشی

منیفولدهای هیدرولیک برنجی به عنوان «مرکز کنترل جریان روغن» در سیستم‌های هیدرولیک عمل می‌کنند و عملکرد آن‌ها به شدت به خواص مواد و طراحی ساختاری بستگی دارد. در ادامه، توضیحات دقیقی از پنج بعد اصلی ارائه می‌شود:

مقاومت مکانیکی برنج (مقاومت کششی تقریباً 300-500 مگاپاسکال، مقاومت تسلیم تقریباً 150-300 مگاپاسکال) تعیین می‌کند که حد بالایی سازگاری با فشار آن کمتر از منیفولدهای فولادی/چدنی است. محدوده و ویژگی‌های اصلی سازگاری به شرح زیر است:

• فشار کاری نرمال: اکثر منیفولدهای هیدرولیک برنجی در سیستم‌های فشار متوسط و کم 10-25 مگاپاسکال، مانند ایستگاه‌های هیدرولیک کوچک و مدارهای کنترلی تجهیزات ترکیبی پنوماتیک-هیدرولیک، استفاده می‌شوند و می‌توانند به طور پایدار فشار روغن مداوم را بدون تغییر شکل یا ترک خوردن تحمل کنند.
• محدودیت حد بالایی فشار: تعداد کمی از منیفولدهای برنجی که تحت پردازش تقویت‌شده (مانند کوئنچ و تمپرینگ، بهینه‌سازی ضخامت دیواره) قرار گرفته‌اند، می‌توانند در کوتاه‌مدت فشار 30-35 مگاپاسکال را تحمل کنند، اما استفاده طولانی‌مدت مستعد تغییر شکل‌های جزئی در مسیرهای داخلی روغن به دلیل خستگی مواد است، که در نتیجه بر دقت کنترل جریان روغن تأثیر می‌گذارد. بنابراین، آن‌ها برای سیستم‌های هیدرولیک فشار بالا (35 مگاپاسکال) (مانند مدارهای اصلی ماشین‌آلات ساختمانی بزرگ و دستگاه‌های قالب‌گیری تزریقی فشار بالا) توصیه نمی‌شوند.
• منطق سازگاری با فشار: برنج نسبت به فولاد انعطاف‌پذیری بهتری دارد. تحت فشارهای متوسط و کم، می‌تواند خطاهای ماشین‌کاری (مانند شکاف‌های آب‌بندی در رابط‌های مسیر روغن) را از طریق تغییر شکل‌های جزئی جبران کند و قابلیت اطمینان آب‌بندی را بهبود بخشد. با این حال، تحت فشار بالا، تغییر شکل پلاستیکی بیش از حد خواهد بود که به ساختار آب‌بندی آسیب می‌رساند. این دلیل اصلی «موقعیت‌یابی فشار متوسط و کم» است.

بر اساس خواص مواد برنج، سناریوهای کاربردی آن به شدت در سیستم‌های هیدرولیک فشار متوسط و کم متمرکز شده‌اند که نیاز به «سبک‌وزن، مقاومت در برابر خوردگی و آلودگی کم» دارند. سناریوهای معمولی عبارتند از:

• مدارهای کنترلی تجهیزات هیدرولیک کوچک مانند سیلندرهای هیدرولیک کوچک (مانند بالابردن تخت‌های پزشکی، گیره‌های کوچک) و گروه‌های شیر که از پمپ‌های هیدرولیک کوچک پشتیبانی می‌کنند. ماهیت سبک‌وزن منیفولدهای برنجی (چگالی تقریباً 8.5 گرم بر سانتی‌متر مکعب، 15٪ سبک‌تر از فولاد) می‌تواند وزن کلی تجهیزات را کاهش دهد و دقت ماشین‌کاری مسیرهای داخلی روغن آسان است، که برای کنترل دقیق جریان روغن کوچک (20 لیتر در دقیقه) مناسب است.
• محیط‌هایی با خوردگی خفیف مانند سیستم‌های هیدرولیک کمکی تجهیزات دریایی (مانند دستگاه‌های بالابر کوچک روی عرشه کشتی) و ایستگاه‌های هیدرولیک ماشین‌آلات فرآوری مواد غذایی (مانند درایوهای هیدرولیک تجهیزات مخلوط‌کننده سس). مقاومت در برابر خوردگی برنج می‌تواند در برابر خوردگی خفیف ناشی از مه آب دریا و باقیمانده‌های مواد اولیه غذایی مقاومت کند و از مسدود شدن مسیرهای روغن به دلیل زنگ‌زدگی منیفولدها جلوگیری کند.
• سیستم‌های ترکیبی پنوماتیک-هیدرولیک فشار کم مانند مدارهای هیدرولیک تقویت‌کننده پنوماتیک (که برای مهر زدن قطعات کار کوچک استفاده می‌شود). منیفولدهای برنجی می‌توانند همزمان با هوای فشرده (فشار کم) و روغن هیدرولیک (فشار متوسط) سازگار شوند و مستعد زنگ‌زدگی به دلیل اختلاط گاز و مایع نیستند.
• سناریوهای کنترل هیدرولیک دقیق مانند منیفولدهای کمکی شیرهای سروو هیدرولیک (که برای کنترل ریز تغذیه ابزارآلات استفاده می‌شود). مقاومت برش کم برنج، امکان پردازش مسیرهای روغن با دقت بالا (تلرانس دیافراگم ±0.01 میلی‌متر) را فراهم می‌کند و پایداری جریان روغن را تضمین می‌کند.

برنج خالص دارای سختی کم (سختی برینل HB60-80) است و نسبت به فولاد (HB200+) یا چدن (HB150+) مقاومت کمتری در برابر سایش دارد. برای بهبود مقاومت در برابر سایش، عملیات سطحی لازم است. عملکرد واقعی به شرح زیر است:

• حالت بدون عملیات: در سیستم‌های هیدرولیک تمیز با سرعت جریان روغن کم (1 متر بر ثانیه) و بدون ناخالصی‌های جامد، می‌توان مقاومت در برابر سایش کوتاه‌مدت را حفظ کرد (عمر مفید حدود 1-2 سال)؛ اگر جریان روغن حاوی ناخالصی‌ها (مانند زباله‌های فلزی) باشد، به راحتی باعث سایش روی دیواره داخلی مسیر روغن می‌شود که منجر به نشتی داخلی می‌شود.
• پس از عملیات سطحی: از طریق «آبکاری کروم سخت» (سختی سطح HV800+)، «عملیات نیتریدینگ» (سختی سطح HV500+) یا «پوشش PVD» (مانند پوشش TiN، سختی HV2000+)، مقاومت در برابر سایش را می‌توان 3-5 برابر بهبود داد و می‌توان آن را با سناریوهایی با سرعت جریان روغن 3 متر بر ثانیه و سایش متوسط (مانند مدارهای کنترلی موتورهای هیدرولیک کوچک) سازگار کرد.
• محدودیت‌های مقاومت در برابر سایش: حتی پس از عملیات سطحی، منیفولدهای برنجی هنوز هم برای سناریوهای سایش بالا مناسب نیستند، مانند سیستم‌های فشار بالا و جریان زیاد (نیروی شستشوی جریان روغن قوی) و سناریوهایی که روغن هیدرولیک حاوی تعداد زیادی ذرات جامد است (مانند سیستم‌های هیدرولیک ماشین‌آلات معدن). در غیر این صورت، پوشش سطح به راحتی جدا می‌شود که منجر به خرابی سریع منیفولد می‌شود.

مقاومت در برابر خوردگی برنج (آلیاژ مس و روی، محتوای روی 30٪-40٪) ناشی از تشکیل آسان یک «فیلم غیرفعال‌کننده» (اکسید مس یا کربنات مس پایه) بر روی سطح آن است که می‌تواند فرسایش متوسط را جدا کند. عملکرد خاص به شرح زیر است:

• مقاومت در برابر خوردگی روغن هیدرولیک پایه آب: در روغن هیدرولیک و امولسیون‌های معمولاً استفاده شده بر پایه آب-گلیکول، منیفولدهای برنجی هیچ پدیده خوردگی ندارند، که برای سیستم‌های هیدرولیکی که نیاز به پیشگیری از آتش‌سوزی دارند (مانند تجهیزات کمکی نیروگاه‌ها) مناسب است.
• مقاومت در برابر خوردگی در برابر محیط‌های شیمیایی ملایم: می‌تواند در برابر اسیدهای ضعیف (مانند فاضلاب صنعتی با pH 5-8)، قلیاهای ضعیف (مانند محلول هیدروکسید سدیم با غلظت 5٪) و حلال‌های آلی (مانند آنتی‌اکسیدان‌ها و بازدارنده‌های زنگ‌زدگی در روغن هیدرولیک) مقاومت کند و مستعد خوردگی شیمیایی نیست.
• مقاومت در برابر خوردگی در برابر محیط دریایی: در اتمسفر دریایی حاوی اسپری نمک، سرعت خوردگی برنج حدود 0.01-0.03 میلی‌متر در سال است (بسیار کمتر از فولاد که 0.1-0.3 میلی‌متر در سال است)، که برای تجهیزات دریایی یا هیدرولیک کوچک در کشتی‌ها مناسب است.
• نقاط ضعف مقاومت در برابر خوردگی: در برابر محیط‌های اکسیدکننده قوی (مانند اسید نیتریک غلیظ، اسید کرومیک) و محیط‌های حاوی آمونیاک/سیانید مقاوم نیست و «خوردگی دزینک‌زدایی» رخ خواهد داد (روی ترجیحاً خورده می‌شود که منجر به یک ساختار متخلخل و شل در سطح منیفولد می‌شود). بنابراین، باید از چنین سناریوهای کاربردی اجتناب شود.

برنج نماینده «ماشین‌کاری آسان» در مواد فلزی است. ماشین‌کاری آن کم است و برای تولید انبوه منیفولدها با ساختارهای پیچیده مناسب است. مزایای اصلی به شرح زیر است:

• ماشین‌کاری در برش: برنج مقاومت برش کمی دارد (حدود 60٪ فولاد) و به راحتی توسط فرآیندهای فرز، سوراخ‌کاری، خسته‌کننده، قلاویز و سایر فرآیندها پردازش می‌شود. علاوه بر این، زبری سطح ماشین‌کاری آسان است (تا Ra0.8-1.6 میکرومتر)، مناسب برای ماشین‌کاری سوراخ‌های نصب سطح (مانند سوراخ‌های رزوه شده، سوراخ‌های موقعیت‌یابی) منیفولدها و مسیرهای داخلی روغن پیچیده (مانند مسیرهای روغن متقاطع، سوراخ‌های کور). راندمان ماشین‌کاری 30٪-50٪ بیشتر از منیفولدهای فولادی است.
• ماشین‌کاری ریخته‌گری: برنج دارای نقطه ذوب کم (حدود 900-950 درجه سانتی‌گراد، کمتر از 1538 درجه سانتی‌گراد فولاد) و سیالیت خوبی است. می‌توان آن را با فرآیندهای ریخته‌گری ماسه‌ای و دایکست به شکل نزدیک به خالص منیفولد (کاهش حجم ماشین‌کاری بعدی) تبدیل کرد، به ویژه برای تولید انبوه منیفولدهای کوچک و متوسط (وزن 5 کیلوگرم) مناسب است.
• ماشین‌کاری شکل‌دهی: برنج دارای انعطاف‌پذیری خوبی است و می‌تواند با فرآیندهای آهنگری و اکستروژن به ساختارهای خاص (مانند منیفولدهای قوس‌دار، منیفولدهای یکپارچه) تبدیل شود تا چگالی مواد را افزایش دهد (کاهش منافذ داخلی)، به طوری که نیازهای فضاهای نصب خاص را برآورده کند.
• هزینه ماشین‌کاری: با توجه به راندمان ماشین‌کاری بالا و سایش کم ابزار (برنج فقط 1/3 سایش ابزار فولاد را دارد)، هزینه ماشین‌کاری منیفولدهای برنجی 20٪-40٪ کمتر از منیفولدهای فولادی با همان مشخصات است، که برای کنترل هزینه تجهیزات هیدرولیک کوچک و متوسط مناسب است.

به طور خلاصه، مزایای اصلی منیفولدهای هیدرولیک برنجی «مقاومت در برابر خوردگی خوب، ماشین‌کاری آسان و سبک‌وزن» است و محدودیت‌های اصلی «مقاومت کم در برابر فشار و مقاومت ضعیف در برابر سایش» است. بنابراین، سناریوهای کاربردی آن‌ها به شدت بر سیستم‌های هیدرولیک کوچک با فشار متوسط و کم، سایش کم و نیازهای خوردگی خفیف متمرکز شده‌اند و در چنین سناریوهایی جایگزین‌های باکیفیتی برای منیفولدهای فولادی/چدنی هستند.