CNC-gefreesde ventielstelen: materialen, toepassingen, ontwerp en bewerking

Vloeistoftransport is een belangrijk aspect van engineering en technologie. Of het nu gaat om olie en gas, chemische fabrieken, energiecentrales, waterleidingbedrijven of zelfs hydraulische systemen, een geoptimaliseerde vloeistofstroom is wenselijk. Omdat deze vloeistoffen chaotisch kunnen stromen, is een mechanisme nodig om hun stroming te reguleren. Klepstelen spelen hierbij een cruciale rol. Er bestaan ​​diverse typen, ontwerpen en materialen voor klepstelen. Laten we klepstelen eens nader bekijken.

Wat is een ventielsteel?

Een ventielstang is in principe een langwerpig onderdeel dat de actuator verbindt met het afdichtingselement in het ventiel. Afhankelijk van de feedback van de sensoren, brengen actuatoren beweging over op het afdichtingselement via de ventielstang. Deze feedbacklus met de ventielstang regelt de vloeistofstroom. Zelfs in handmatige systemen is een handwiel verbonden met de ventielstang om de afdichtingselementen te positioneren. Ventielstangen worden vaak verward met soortgelijke termen. De onderstaande tabellen vergelijken deze termen om ze van elkaar te onderscheiden.

Ventielstang versus ventiel

Ventielsteel versus bandventiel

Klepstang versus motorklepstang

Hoe werkt een ventielstang in een industriële klep?

Klepstelen zijn voor sommige leken misschien onopvallend. Maar hun werking is van enorm belang voor de vloeistofstroom. Ze sluiten in feite de feedbacklus af van de sensor naar de actuator naar het afsluitelement. Dit zorgt ervoor dat de vloeistofstroom het gewenste niveau bereikt. Tijdens de werking behouden klepstelen een dynamische afdichting om lekkage van vloeistoffen te voorkomen.

Overdrachtsbeweging

De primaire functie van een ventielstang is het overbrengen van beweging van de actuator naar het sluitmechanisme. Sensoren sturen een signaal naar de actuator. De actuator gebruikt vervolgens een pneumatisch, hydraulisch of mechanisch systeem om de ventielstang te bewegen. Bij handmatige bediening draait een operator aan een handwiel om de beweging over te brengen.

Klepstand wijzigen

De beweging die via de klepstelen wordt overgebracht, zorgt ervoor dat de positie van het afsluitmechanisme verandert. Afhankelijk van het klepontwerp kan het volgende gebeuren:

• Een poort kan worden opgetild.
• Een schijfvormige bol kan omhoog worden gebracht.
• Een bal kan worden gedraaid, of
• Een stekker kan worden omgedraaid

De vloeistofstroom kan dus volledig worden toegestaan, volledig worden beperkt of worden gereguleerd.

Dynamische afdichting behouden

Voor een efficiënte regeling van de vloeistofstroom moet de afdichting robuust zijn onder dynamische omstandigheden. Deze moet lekvrij blijven tijdens beweging. Door lekkages te voorkomen, kan de gewenste stroomsnelheid worden bereikt zonder verspilling. In industriële omgevingen kunnen lekkages leiden tot milieuschade, verspilling van grondstoffen, verontreiniging en/of schade aan apparatuur. Daarom worden zorgvuldig geselecteerde pakkingmaterialen, pakkingbussen en spindelafdichtingen gebruikt. De klepstelen kunnen voorzien zijn van PTFE-pakkingen, grafietpakkingen of balgafdichtingen.

Veelvoorkomende typen klepstelen voor industriële kleppen

Ventielstelen zijn er in verschillende soorten. Elk type heeft een specifieke functie. Of het nu gaat om compatibiliteit met krappe ruimtes, het snel sluiten of openen van ventielen, de verschillende typen ventielstelen helpen deze doelen te bereiken. De meest voorkomende typen zijn opgaande ventielstelen, niet-opgaande ventielstelen en draaiventielstelen.

Opstijgende ventielstelen

Een opgaande klepstang beweegt synchroon met de positie van het afsluitelement. Dit geeft de gebruiker een zichtbare indicatie van de doorstroomhoogte. Doordat het schroefdraadgedeelte buiten de behuizing kan worden gebracht, is onderhoud eenvoudiger. Opgaande klepstangen worden veel gebruikt in schuifafsluiters en globeafsluiters.

Niet-stijgende ventielstelen

Niet-stijgende klepstelen zijn verborgen in de klepbehuizing. De klepstelen blijven op een vaste hoogte. Dit ontwerp heeft zowel voordelen als beperkingen. De compactheid van niet-stijgende klepstelen maakt ze geschikt voor ruimtes met beperkte afmetingen. Ze worden doorgaans gebruikt in ondergrondse leidingen en waterdistributiesystemen. Doordat de klepstelen verborgen zijn, blijven ze beschermd tegen verontreinigingen en corrosieve chemicaliën. Ze geven de gebruiker echter geen zichtbare indicatie.

Draaiventielstelen

Draaiventielen werken met een draaiende beweging in plaats van een lineaire beweging. Dit geeft het ventiel een aan/uit-stand. Kogelkranen, vlinderkleppen en afsluitkleppen zijn vaak uitgerust met dit mechanisme. Het zorgt voor een snelle bediening. Het handwiel kan een kwartslag of een halve slag draaien.

Ventielstelen op maat en speciale uitvoering

Wanneer standaard klepstelen niet voldoen aan de operationele eisen van een proces, kunnen op maat gemaakte klepstelen nodig zijn. Zo kan de zuursynthese-industrie bijvoorbeeld gespecialiseerde materialen zoals Inconel of Hastelloy vereisen. In andere gevallen passen standaardafmetingen mogelijk niet bij de bestaande apparatuur. In dat geval kan een ontwerp op maat worden gebruikt. CNC-fabrikanten kunnen speciale schroefdraadprofielen, spiebanen, vertanding of actuatoraansluitingen vervaardigen.

Beste materialen voor CNC-gefreesde ventielstelen

Het vinden van de meest geschikte materialen voor ventielstelen blijft een uitdaging voor fabrikanten. Er moet een balans worden gevonden tussen kosten, duurzaamheid en prestaties. Veelgebruikte materialen voor ventielstelen zijn onder andere roestvrij staal, Inconel, Monel, nikkellegeringen en hooggelegeerd staal.

Ventielstelen van roestvrij staal

Klepspindels van roestvrij staal worden in veel toepassingen breed geaccepteerd. Ze zijn corrosiebestendig en behouden tegelijkertijd een goede oppervlakteafwerking. Veelgebruikte kwaliteiten zijn AISI 303, AISI 304, AISI 316/316L en 17-4 PH. AISI 304 is een veelgebruikte en gemakkelijk verkrijgbare kwaliteit die in de meeste standaard kleppindels wordt toegepast. AISI 303 biedt betere bewerkbaarheid, waardoor het mogelijk is complexe vormen te bewerken. AISI 316/316L is goed bestand tegen chloriden en zeewater. Klepspindels van 17-4 PH roestvrij staal worden gebruikt in hogedruktoepassingen.

Ventielstelen van gelegeerd staal

De prestaties van gelegeerd staal in omgevingen met hoge spanningen overtreffen die van roestvrij staal. Het wordt voornamelijk gebruikt in toepassingen zoals energieopwekking, hydraulische systemen en hogedrukventielen. Zo kan AISI 4140-staal een grote hoeveelheid trek- en vermoeiingsbelastingen weerstaan. AISI 4145 biedt een nog betere weerstand tegen mechanische belastingen. AISI 4340 heeft een goede taaiheid en slagvastheid.

Ventielstelen van nikkellegering en Inconel

Nikkellegeringen zijn veelbelovend in omgevingen die worden blootgesteld aan agressieve chemische aantasting en hoge temperaturen. Omdat nikkellegeringen duurder zijn dan roestvrij staal, worden ze alleen gebruikt wanneer roestvrijstalen ventielstelen niet aan de eisen voldoen.

Kleppenstelen van nikkellegeringen of Inconel zijn bestand tegen extreme temperaturen, hoge drukken, blootstelling aan zeewater, gebruik in omgevingen met zuur gas en agressieve chemische processen. Veelgebruikte kwaliteiten zijn Inconel 625, Inconel 718, Monel 400 en Hastelloy C-276.

Waar worden CNC-gefreesde ventielstelen gebruikt?

Ventielstelen die met CNC-bewerking worden vervaardigd , bieden een uitstekende maatnauwkeurigheid, precisie en herhaalbaarheid. CNC-fabrikanten kunnen een breed scala aan materialen verwerken. Ze kunnen diverse oppervlaktebehandelingen op ventielstelen uitvoeren voor specifieke toepassingen. Een ander groot voordeel is dat CNC-bewerking zich snel aanpast aan wijzigingen in ontwerpen.

Olie- en gasapparatuur

Veel olie- en gasinstallaties hebben kleppen en dus klepstelen nodig voor het transport van olie en gas. Deze vloeistoffen staan ​​vaak onder druk. In sommige toepassingen, zoals LNG-installaties, kunnen de omstandigheden cryogeen zijn. In andere toepassingen, zoals boorputkoppen, moeten de klepstelen bestand zijn tegen hoge temperaturen. Daarnaast kunnen klepstelen tijdens de transportfase worden blootgesteld aan schurende media en zuur gas. De gebruikte materialen moeten daarom robuust genoeg zijn om deze omstandigheden te weerstaan. Roestvrij staal 17-4 PH, AISI 4140, Inconel 718 en Monel 400 worden vaak gebruikt voor klepstelen in olie- en gasinstallaties.

Chemische verwerking

Chemische proceslijnen moeten zuren, basen en oplosmiddelen verwerken. Corrosie is een belangrijk aandachtspunt, maar hoge temperaturen en drukken verergeren de situatie vaak. Daarom worden corrosiebestendige materialen zoals 316L, Hastelloy C-276 en Inconel 625 voor deze toepassingen gebruikt. Aansluitvlakken moeten mogelijk nauwkeurig geslepen en gepolijst worden om een ​​lekvrije verbinding te garanderen.

Hydraulische en pneumatische systemen

Deze systemen omvatten cilinders, pompen, actuatoren en regelkleppen. Gangbare staalsoorten zoals AISI 303, 304 en 4140 zijn vaak voldoende voor de bedrijfsomstandigheden. Een goede balans tussen sterkte en bewerkbaarheid is essentieel voor een goede maakbaarheid en een langere levensduur. Warmtebehandeling kan worden toegepast om de taaiheid van de klepstelen te verbeteren.

Maritiem systeem

Maritieme systemen worden vaak blootgesteld aan zeewater, zoutnevel en vochtigheid. Voor klepstelen zijn kosteneffectieve opties onder andere roestvrij staal 316L. Voor agressieve omgevingen of specialistische toepassingen kunnen echter duplex roestvrij staal 2205, Monel 400 of Inconel 625 worden gebruikt. Hoogwaardige materialen in klepstelen verlengen de levensduur en vereisen weinig onderhoud.

Waarom gaan ventielstelen kapot?

Elk onderdeel heeft een beperkte levensduur. Dat geldt ook voor ventielstelen. Maar fabricagefouten, overmatige belasting en een ongeschikte materiaalkeuze verkorten de levensduur nog verder. Als deze tekortkomingen kunnen worden voorkomen, kan de levensduur van ventielstelen worden verlengd.

Overmatig koppel

Het belasten van ventielstelen boven hun ontwerplimieten kan zeker leiden tot defecten. Daarboven verergeren slechte bewerkingskwaliteit, een onjuiste steeldiameter, een slechte schroefdraadgeometrie of een onjuiste warmtebehandeling de situatie verder. Materialen van lage kwaliteit met een lagere torsiesterkte zullen naar verwachting onder bedrijfsomstandigheden bezwijken. Daarom is een goede kwaliteitscontrole van het ontwerp, de CNC-bewerking en het materiaal noodzakelijk om aan de operationele eisen te voldoen.

Slechte oppervlakteafwerking

Een slechte oppervlakteafwerking leidt tot een onjuiste passing, een slechte afdichting en slijtage van de klepstelen door wrijving. CNC-bewerking van lage kwaliteit kan defecten veroorzaken zoals bewerkingssporen, trillingen van het gereedschap, bramen en krassen. Deze fungeren als spanningsconcentratiepunten. Daardoor zijn deze gebieden waarschijnlijk de zwakke plekken van de klepstelen.

Corrosie en slijtage

Corrosie is een van de belangrijkste oorzaken van klepstelenfalen. Klepstelen komen vaak in aanraking met agressieve chemicaliën, zeewater, oliën, zuur gas, enzovoort. Deze chemisch reactieve omgeving maakt klepstelen gevoelig voor corrosie als er niet de juiste materialen worden gekozen. Sommige vloeistofstromen bevatten schurende deeltjes zoals zand. Deze kunnen gaten in beschermende coatings veroorzaken. Onjuiste afmetingen leiden tot overmatige wrijving tussen oppervlakken, waardoor de afmetingen dunner worden. Deze factoren dragen bij aan klepstelenfalen. Corrosiebestendige materialen en de juiste GD&T (Geometric Dimensioning and Tolerancing) kunnen dit probleem oplossen.

Vermoeidheid

Klepstelen ondergaan duizenden, zo niet miljoenen cycli gedurende hun levensduur. Slechte bewerkingskwaliteit genereert spanningsconcentraties die microbarsten veroorzaken. Een efficiënt onderdeelontwerp optimaliseert ontwerpkenmerken. Enkele voorbeelden hiervan zijn afgeronde hoeken, gladde oppervlakken, nauwkeurige concentriciteit en gecontroleerde warmtebehandeling. Op deze manier kan vermoeiingsbreuk worden voorkomen.

Belangrijkste ontwerpkenmerken van industriële ventielstelen

Industriële ventielstelen hebben een aantal ontwerpkenmerken die speciale aandacht vereisen. Als deze kenmerken efficiënt worden ontworpen, kan een goede werking van de ventielstelen worden verwacht. In dit artikel worden de steeldiameter, de schroefdraadgeometrie, het pakkingoppervlak en het aandrijfeinde besproken.

Stam Diameter

De diameter van de klepstang is een cruciale parameter bij het ontwerp van de klepstang. Hoe groter de dwarsdoorsnede van de klepstang, hoe groter de belasting die deze kan dragen. Een diameter die kleiner is dan de kritische waarde kan leiden tot verdraaiing of breuk van de klepstang onder torsie- of buigbelasting. Een te grote diameter kan de afmetingen van de klep onnodig vergroten. Daarom moet voor klepstangen een optimale diameter worden gekozen.

Geschroefde secties

De schroefdraadgedeelten van de ventielstelen zetten rotatiebeweging om in lineaire beweging. Een geoptimaliseerd schroefdraadprofiel, spoed en ingrijplengte zorgen voor een efficiënte overdracht van de belasting. CNC-bewerking garandeert een ongelooflijk goede en reproduceerbare nauwkeurigheid van de schroefdraadgeometrie.

Verpakkingsgebied voor steelafdichting

De klepstelen passeren het pakking- en afdichtingssysteem van de klep. Om de afdichtingsfunctie van dit pakkinggebied te garanderen, moeten de afmetingen zeer nauwkeurig zijn. Een glad oppervlak is vereist. Een gebrek aan concentriciteit veroorzaakt lekkage en slijtage van de afdichting. Daarom is een goede productiekwaliteit noodzakelijk.

Aandrijfeindgeometrie

Het aandrijfeinde verbindt de ventielstelen met het handwiel of de actuator. Ontwerpkenmerken zoals vierkante uiteinden, spiebanen, vertandingsuiteinden, schroefdraaduiteinden of dubbele D-profielen kunnen nodig zijn.

CNC-bewerkingsprocessen voor ventielstelen

CNC-draaien, frezen en boren zijn de basisprocessen die worden gebruikt bij de productie van ventielstelen. Idealiter zouden deze processen in één bewerking moeten plaatsvinden om uitlijningsfouten en maatafwijkingen te voorkomen. CNC-bewerkingscentra zijn vaak uitgerust met nabewerkingsopties zoals polijsten, nitreren, warmtebehandeling en verchromen.

CNC-draaien voor asprofielen

CNC-draaien is het belangrijkste proces bij de productie van ventielstelen. Belangrijke kenmerken zoals cilindrische vormen, getrapte secties, afdichtingsvlakken, schouders, afrondingen en schroefdraadprofielen worden door middel van CNC-draaien gecreëerd. De belangrijkste voordelen van CNC-draaien zijn een hoge concentriciteit en nauwe maattoleranties. Bovendien zorgt CNC-bewerking voor een uitstekende oppervlakteafwerking, waardoor de ventielstelen soepel bewegen.

CNC-frezen voor vlakken en sleuven

CNC-frezen is vooral nodig voor het maken van aandrijfeinden van ventielstelen. Kenmerken zoals vlakken, spiebanen, sleuven en vertanding kunnen in de aandrijfeinden worden aangebracht. Het belangrijkste doel is om koppel efficiënt over te brengen en slippen te voorkomen.

CNC-boren voor gaten

In ventielstelen zijn gaten nodig voor de montage, vergrendelingsmechanismen, pinnen en actuatoraansluitingen. Deze gaten kunnen radiaal of axiaal worden geboord, afhankelijk van het ontwerp. Moderne CNC-machines kunnen gaten boren met dezelfde instellingen als draaien en frezen. Hierdoor ontstaan ​​gaten op nauwkeurige locaties.

Kwaliteitscontrole van CNC-gefreesde ventielstelen

Kwaliteitscontrole van ventielstelen is cruciaal voor een soepele werking. Nauwkeurige afmetingen zorgen voor een goede passing. Het voldoen aan de geometrische parameters voorkomt overmatige torsie en slijtage van de ventielstelen. De juiste oppervlakte- en hardheidseigenschappen verlengen de levensduur van de ventielstelen.

Dimensionale inspectie

Dimensionale inspectie bevestigt de nauwkeurigheid van de afmetingen. Het controleert ook of de afmetingen binnen de gespecificeerde tolerantie vallen. Nauwkeurige en precieze afmetingen zorgen voor een goede passing van componenten. Voor dimensionale inspectie worden gereedschappen gebruikt zoals digitale schuifmaten, buitenmicrometers, schroefdraadmeters, hoogtemeters en CMM's.

Geometrische inspectie

Geometrische inspectie wordt uitgevoerd om geometrische parameters zoals rechtheid, rondheid, cilindriciteit, concentriciteit, coaxialiteit, slingering en loodrechtheid te controleren. Hiervoor worden gereedschappen zoals meetklokken, V-blokken en CMM's gebruikt.

Oppervlakte- en hardheidsinspectie

Oppervlakteruwheid wordt meestal gemeten met een profielmeter. Voor het inspecteren van de hardheid van klepstelen wordt doorgaans een Rockwell-hardheidsmeter of een Vickers-hardheidsmeter gebruikt. Visuele inspectie detecteert ook defecten zoals bramen, bewerkingssporen, krassen, deuken en scheuren.

Tuofa Machining Case: Op maat gemaakte, uiterst nauwkeurige industriële ventielstelen

Onze klant wilde 5 roestvrijstalen ventielstelen laten produceren voor industrieel gebruik. De ventielstelen moeten de juiste afmetingen en redelijke toleranties hebben. Bovendien is een glad oppervlak vereist.

Belangrijkste bewerkingsparameters:

• Totale lengte: 250 mm
• Diameter van de hoofdstengel: Ø20 mm
• Rechtheid: ≤0.02 mm/100 mm
• Uitloopnauwkeurigheid: ≤0.03 mm
• Draadtolerantie: 6 g

Tuofa gebruikte slijpen en afwerken om de oppervlaktekwaliteit van de ventielstelen te verbeteren. De oppervlakteafwerking van de afgewerkte ventielstelen is Ra 0.4 μm, en er waren geen krassen of bewerkingssporen op het oppervlak.

Resultaat

Tuofa optimaliseerde het bewerkingsplan en controleerde strikt de toleranties van het kritieke gebied. Tijdens de bewerkingsprocessen communiceerden we openlijk met onze klanten en bevestigden we de wijzigingen. Uiteindelijk voldeden de op maat gemaakte ventielstelen aan de eisen voor montage en stabiele werking.

Conclusie

Een ventielstang is een belangrijk onderdeel van ventielen. Ze helpen de vloeistofstroom te reguleren. Ventielstangen worden in talloze industrieën gebruikt, zoals de olie- en gasindustrie, chemische fabrieken, waterleidingbedrijven, hydraulische systemen, enzovoort. Elke industrie heeft zijn eigen operationele eisen. Daarom zijn ventielstangen verkrijgbaar in verschillende ontwerpen en materialen om aan de behoeften van deze industrieën te voldoen.

FAQ

Is een ventiel voor een autoband hetzelfde als een industrieel ventiel?

Nee, er is een groot verschil tussen beide. Ventielstelen voor autobanden worden gebruikt om banden met perslucht te vullen. Industriële ventielstelen daarentegen worden in kleppen gebruikt om de vloeistofstroom te regelen.

Kunt u een ventielstelen op maat maken voor industriële toepassingen?

Ja, met behulp van onze geavanceerde CNC-bewerkingscentra kunnen we ventielstelen op maat maken volgens uw ontwerpen.

Waarom is de oppervlakteafwerking belangrijk voor ventielstelen?

Polijsten vermindert wrijving en verbetert de afdichting. Corrosiebestendige coatings beschermen tegen corrosie. Warmtebehandeling of nitreren verhoogt de slijtvastheid.

Kan een gebroken ventielsteel gelast en hergebruikt worden?

Lassen en hergebruiken kunnen ongewenste defecten veroorzaken, zoals gaatjes, spanningsconcentraties, corrosieplekken met verschillende metalen, enzovoort.

Welke soorten ventielstelen worden gebruikt in industriële toepassingen?

Veelvoorkomende industriële ventielstelen zijn onder andere:

• Kogelklepstelen
• Schuifafsluiterstelen
• Vlinderklepstelen
• Bolventielstelen