Blocchi di valvole idrauliche in ottone lavorati a CNC su misura

I collettori idraulici in ottone fungono da "hub di controllo del flusso dell'olio" nei sistemi idraulici e le loro prestazioni dipendono fortemente dalle proprietà dei materiali e dal design strutturale. Di seguito è riportata una spiegazione dettagliata da cinque dimensioni chiave:

La resistenza meccanica dell'ottone (resistenza alla trazione di circa 300-500 MPa, limite di snervamento di circa 150-300 MPa) determina che il suo limite superiore di adattamento alla pressione è inferiore a quello dei collettori in acciaio/ghisa. La gamma e le caratteristiche principali di adattamento sono le seguenti:

• Pressione di esercizio normale: La maggior parte dei collettori idraulici in ottone viene utilizzata in sistemi a media e bassa pressione di 10-25 MPa, come piccole stazioni idrauliche e circuiti di controllo di apparecchiature composite pneumatiche-idrauliche, e può sopportare stabilmente la pressione continua dell'olio senza deformazioni o rotture.
• Limitazione del limite superiore di pressione: Alcuni collettori in ottone che hanno subito una lavorazione rinforzata (come tempra e rinvenimento, ottimizzazione dello spessore della parete) possono sopportare una pressione di 30-35 MPa a breve termine, ma l'uso a lungo termine è soggetto a micro-deformazioni dei passaggi dell'olio interni a causa dell'affaticamento del materiale, influenzando così la precisione del controllo del flusso dell'olio. Pertanto, non sono raccomandati per sistemi idraulici ad alta pressione (＞35 MPa) (come i circuiti principali di grandi macchine edili e macchine per stampaggio a iniezione ad alta pressione).
• Logica di adattamento alla pressione: L'ottone ha una plasticità migliore dell'acciaio. A medie e basse pressioni, può compensare gli errori di lavorazione (come le fessure di tenuta alle interfacce dei passaggi dell'olio) attraverso una leggera deformazione, migliorando l'affidabilità della tenuta. Tuttavia, ad alta pressione, la deformazione plastica sarà eccessiva, il che danneggerà invece la struttura di tenuta. Questo è il motivo principale del suo "posizionamento a media e bassa pressione".

In base alle proprietà dei materiali dell'ottone, i suoi scenari applicativi sono altamente concentrati in sistemi idraulici a media e bassa pressione che richiedono "leggerezza, resistenza alla corrosione e bassa contaminazione". Gli scenari tipici includono:

• Circuiti di controllo di piccole apparecchiature idrauliche Come piccoli cilindri idraulici (come sollevamento di letti medicali, bloccaggio di piccoli dispositivi) e gruppi di valvole a supporto di micro pompe idrauliche. La natura leggera dei collettori in ottone (densità di circa 8,5 g/cm³, 15% più leggero dell'acciaio) può ridurre il peso complessivo dell'apparecchiatura e la precisione di lavorazione dei passaggi dell'olio interni è facile da controllare, adatta per il controllo fine di piccoli flussi di olio (＜20 L/min).
• Ambienti con leggera corrosione Come sistemi idraulici ausiliari di apparecchiature marine (come piccoli dispositivi di sollevamento sui ponti delle navi) e stazioni idrauliche di macchinari per la lavorazione degli alimenti (come azionamenti idraulici di apparecchiature per la miscelazione di salse). La resistenza alla corrosione dell'ottone può resistere alla leggera corrosione della nebbia salina e dei residui di materie prime alimentari, evitando l'intasamento dei passaggi dell'olio a causa della ruggine dei collettori.
• Sistemi compositi pneumatici-idraulici a bassa pressione Come circuiti idraulici di potenziamento pneumatici (utilizzati per la stampaggio di piccoli pezzi). I collettori in ottone possono essere adattati sia all'aria compressa (bassa pressione) che all'olio idraulico (media pressione) contemporaneamente e non sono soggetti a ruggine a causa della miscelazione gas-liquido.
• Scenari di controllo idraulico di precisione Come collettori ausiliari di servovalvole idrauliche (utilizzati per il controllo di micro-alimentazione delle macchine utensili). La bassa resistenza al taglio dell'ottone gli consente di lavorare passaggi dell'olio ad alta precisione (tolleranza di apertura ±0,01 mm), garantendo la stabilità del flusso dell'olio.

L'ottone puro ha una bassa durezza (durezza Brinell HB60-80) ed è meno resistente all'usura dell'acciaio (HB200+) o della ghisa (HB150+). È necessario un trattamento superficiale per migliorare la resistenza all'usura. Le prestazioni effettive sono le seguenti:

• Stato non trattato: In sistemi idraulici puliti con bassa velocità del flusso dell'olio (＜1 m/s) e nessuna impurità solida, è possibile mantenere la resistenza all'usura a breve termine (la durata è di circa 1-2 anni); se il flusso dell'olio contiene impurità (come detriti metallici), è facile causare usura sulla parete interna del passaggio dell'olio, con conseguente perdita interna.
• Dopo il trattamento superficiale: Attraverso "cromatura dura" (durezza superficiale HV800+), "trattamento di nitrurazione" (durezza superficiale HV500+) o "rivestimento PVD" (come rivestimento TiN, durezza HV2000+), la resistenza all'usura può essere migliorata di 3-5 volte e può essere adattata a scenari con velocità del flusso dell'olio ≤3 m/s e usura moderata (come circuiti di controllo di piccoli motori idraulici).
• Limitazioni della resistenza all'usura: Anche dopo il trattamento superficiale, i collettori in ottone sono ancora non adatti a scenari ad alta usura, come sistemi ad alta pressione e ad alto flusso (forte forza di erosione del flusso dell'olio) e scenari in cui l'olio idraulico contiene un gran numero di particelle solide (come sistemi idraulici di macchinari minerari). In caso contrario, il rivestimento superficiale è facile da staccare, portando a un rapido guasto del collettore.

La resistenza alla corrosione dell'ottone (lega rame-zinco, contenuto di zinco 30%-40%) deriva dalla facile formazione di un "film di passivazione" (ossido rameoso o carbonato basico di rame) sulla sua superficie, che può isolare l'erosione media. Le prestazioni specifiche sono le seguenti:

• Resistenza alla corrosione all'olio idraulico a base d'acqua: Negli oli idraulici a base di acqua-glicole e emulsione comunemente usati, i collettori in ottone non presentano fenomeni di corrosione, adatti per sistemi idraulici che richiedono la prevenzione degli incendi (come le apparecchiature ausiliarie delle centrali elettriche).
• Resistenza alla corrosione a mezzi chimici delicati: Può resistere ad acidi deboli (come acque reflue industriali con pH 5-8), alcali deboli (come soluzione di idrossido di sodio con concentrazione ＜5%) e solventi organici (come antiossidanti e inibitori della ruggine nell'olio idraulico) e non è soggetto a corrosione chimica.
• Resistenza alla corrosione all'ambiente marino: Nell'atmosfera marina contenente spruzzi salini, la velocità di corrosione dell'ottone è di circa 0,01-0,03 mm/anno (molto inferiore a quella dell'acciaio, che è di 0,1-0,3 mm/anno), adatta per apparecchiature idrauliche offshore o di piccole dimensioni sulle navi.
• Svantaggi della resistenza alla corrosione: Non è resistente a mezzi ossidanti forti (come acido nitrico concentrato, acido cromico) e mezzi contenenti ammoniaca/cianuro e si verificherà "corrosione da dezincatura" (lo zinco viene corroso preferenzialmente, con conseguente struttura porosa e sciolta sulla superficie del collettore). Pertanto, tali scenari applicativi dovrebbero essere evitati.

L'ottone è un rappresentante della "facilità di lavorazione" nei materiali metallici. La sua lavorabilità è bassa ed è adatta alla produzione di massa di collettori con strutture complesse. I vantaggi principali sono i seguenti:

• Lavorabilità nel taglio: L'ottone ha una bassa resistenza al taglio (circa il 60% dell'acciaio) ed è facile da lavorare mediante fresatura, foratura, alesatura, maschiatura e altri processi. Inoltre, la rugosità superficiale di lavorazione è facile da controllare (fino a Ra0,8-1,6 μm), adatta per la lavorazione di fori di montaggio superficiali (come fori filettati, fori di posizionamento) dei collettori e passaggi dell'olio interni complessi (come passaggi dell'olio trasversali, fori ciechi). L'efficienza di lavorazione è superiore del 30%-50% rispetto a quella dei collettori in acciaio.
• Lavorabilità della fusione: L'ottone ha un basso punto di fusione (circa 900-950 °C, inferiore a 1538 °C dell'acciaio) e una buona fluidità. Può essere trasformato in grezzi di collettori a forma quasi netta mediante processi di colata in sabbia e pressofusione (riducendo il volume di lavorazione successivo), particolarmente adatto per la produzione di massa di collettori di piccole e medie dimensioni (peso ＜5 kg).
• Lavorabilità della formatura: L'ottone ha una buona plasticità e può essere trasformato in strutture a forma speciale (come collettori ad arco, collettori integrati) mediante processi di forgiatura ed estrusione per migliorare la densità del materiale (ridurre i pori interni), in modo da soddisfare le esigenze di spazi di installazione speciali.
• Costo di lavorazione: A causa dell'elevata efficienza di lavorazione e della bassa usura degli utensili (l'ottone ha solo 1/3 dell'usura degli utensili dell'acciaio), il costo di lavorazione dei collettori in ottone è inferiore del 20%-40% rispetto a quello dei collettori in acciaio della stessa specifica, adatto per il controllo dei costi di piccole e medie apparecchiature idrauliche.

In sintesi, i principali vantaggi dei collettori idraulici in ottone sono "buona resistenza alla corrosione, facile lavorazione e leggerezza" e le principali limitazioni sono "bassa resistenza alla pressione e debole resistenza all'usura". Pertanto, i loro scenari applicativi sono altamente focalizzati su piccoli sistemi idraulici con requisiti di media e bassa pressione, bassa usura e corrosione lieve e sono valide alternative ai collettori in acciaio/ghisa in tali scenari.