Конструкция канавки для уплотнительного кольца в соответствии со стандартом ISO 3601-2:2025: что покупателям следует проверить.
Практическое руководство по допускам сжатия, заполнения сальника, растяжения, зазора и производственным допускам для гидравлических и пневматических уплотнений.
Новый стандарт вновь возвращает аппаратную часть в обсуждение.
Третье издание стандарта ISO 3601-2 доступно с ноября 2025 года. Новая версия представляет собой подробную спецификацию размеров корпусов уплотнительных колец для гидравлических и пневматических систем. В системах могут присутствовать или отсутствовать опорные кольца.
Новая версия этого стандарта, 3601-2, заменит издание 2016 года. Помимо перечисления различных технических деталей, в ней также упоминаются два наиболее распространенных метода выбора уплотнительного кольца:
Выбор крепежных элементов и других компонентов, которые хорошо сочетаются с уплотнительным кольцом (или конкретным уплотнительным кольцом).
Выбор уплотнительного кольца, соответствующего размеру и форме уже изготовленного отверстия и стержня.
Это звучит как проблема с чертежом, но она также меняет ход переговоров о покупке. Покупатель может одобрить состав резины, твердость и размер уплотнительного кольца, и все равно получить уплотнение, которое будет протекать после сборки. Деталь может быть правильной. А вот пространство вокруг нее может быть неподходящим. Конструкция канавки уплотнительного кольца определяет, насколько сильно сжимается поперечное сечение, есть ли у резины место для расширения и насколько легко давление может вдавить ее в зазор.
Старая проблема с клапаном по-прежнему актуальна.
В отчете НАСА о клапанах ракет-носителей «Сатурн» описывалась чрезмерная утечка через уплотнительное кольцо поршня. Расследование показало, что проблема заключалась в расположении канавок, а не просто в дефектном куске резины. Небольшие подшипники из ПТФЭ с обеих сторон уплотнительного кольца могли проворачиваться во время работы клапана. Инженеры изменили конструкцию, установив один более крупный подшипник, и проблема с утечкой была устранена.
Иногда, даже если рассматриваемое оборудование выглядит современным, механизм поломки все равно напоминает то, что мы наблюдали на более старых моделях или машинах. Что касается наших уплотнений, они начинают двигаться только тогда, когда это физически позволяет окружающая среда — путь открывается из-за ослабления, какая-то деталь отсоединяется и т. д. Скручивание обычно вызвано трением и боковой нагрузкой. Через некоторое время уплотнение деформируется из-за этого скручивания, пока поломка не станет неизбежной. Пройдет некоторое время, прежде чем новое уплотнительное кольцо выйдет из строя, если, допустим, уплотнение только повреждено, а не порвано. Но если не провести тщательный ремонт, простая заплатка в долгосрочной перспективе не поможет.
Для нового проекта лучше задать не только вопрос: «Какое уплотнительное кольцо нам нужно?». Поинтересуйтесь, с чем будет сталкиваться уплотнительное кольцо после сборки деталей: минимальная и максимальная глубина канавки, направление давления, движение, температура, жидкость, качество поверхности и реальный зазор экструзии под нагрузкой. Разработка качественного уплотнительного кольца начинается с этих условий, а не только с размеров, указанных в каталоге.
Необходимо проверить сжатие в пределах обоих допустимых отклонений.
Сжатие уплотнительного кольца означает уменьшение его поперечного сечения после установки. В простом осевом торцевом уплотнении это приблизительно выражается формулой: сжатие (%) = (поперечное сечение уплотнительного кольца - глубина сальника) / поперечное сечение уплотнительного кольца x 100. Радиальные конструкции требуют точной формы отверстия, штока и канавки, но принцип тот же: резина должна быть сжата в достаточной степени для обеспечения герметизации и одновременно предотвращения повреждения материала.
В справочнике по уплотнительным кольцам компании Parker указано, что максимальное рекомендуемое сжатие уплотнительного кольца для большинства эластомеров в статическом режиме работы составляет 30%. Максимальное сжатие для динамического режима обычно составляет 16%, хотя для меньших поперечных сечений может потребоваться большее сжатие.
Приведенные значения относятся к вашему проекту, а не к ограничениям, которые устанавливаются автоматически. Трение, нагрев, твердость EPDM, давление и скорость могут изменить фактические целевые параметры.
Номинальное значение может вводить в заблуждение. Возьмем поперечное сечение 2,62 мм с глубиной канавки 2,10 мм. Номинальное сжатие уплотнительного кольца составляет 19,8%. Теперь предположим, что поперечное сечение изменяется на +/-0,08 мм, а глубина — на +/-0,05 мм. При низком сжатии резина толщиной 2,54 мм в канавке 2,15 мм обеспечивает сжатие около 15,4%. При высоком сжатии резина толщиной 2,70 мм в канавке 2,05 мм обеспечивает сжатие около 24,1%. В номинальном чертеже ничего не изменилось, однако диапазон параметров сборки увеличился почти на девять процентных пунктов.
Заполнение сальника оставляет достаточно места для того, чтобы резина вела себя как резина.
Если уплотнительное кольцо сжать, то весь объем уплотнительного материала, безусловно, не будет потерян или удален вовсе. Дело в том, что площадь поперечного сечения уплотнительного кольца просто расширится в стороны, покрывая тем самым окружающее пространство.
Кроме того, объем уплотнительного кольца также подвергается расширению из-за таких факторов, как повышение температуры или прямой контакт с жидкой средой. Степень заполнения сальника уплотнительным кольцом выражается в виде отношения объема, занимаемого резиновым уплотнительным элементом, к объему канавок в металлическом корпусе или детали, предназначенной для уплотнительного кольца.
Обычно это обозначается как %.
В справочнике компании Parker указано, что во многих областях применения используется заполнение сальника уплотнительными кольцами на 60–85%, при этом 75% считается оптимальным значением, а наличие не менее 10% пустого пространства считается необходимым. Неиспользуемое пространство не пропадает зря. Оно предназначено для компенсации изменения размеров, термического расширения, набухания под воздействием жидкости и изменения формы, вызванного сжатием.
Узкая канавка может выглядеть привлекательно, поскольку она надежно удерживает уплотнительное кольцо во время сборки. Однако под воздействием горячего масла расширяющемуся составу некуда двигаться. Трение возрастает, резина сжимается, и выдавливание уплотнительного кольца может начаться на краю зазора. Слишком широкая канавка создает другую проблему в условиях динамической эксплуатации: уплотнение имеет больше свободы для перекатывания или перемещения.
Растяжение изменяет больше параметров, чем внутренний диаметр.
В процессе установки поршневые канавки обычно растягивают уплотнительное кольцо. Небольшое растяжение обеспечивает надежную фиксацию кольца, но при этом уменьшается поперечное сечение, а следовательно, и прижимная сила кольца. Это изменение легко пропустить, если на чертеже указан только свободный внутренний диаметр.
По словам Паркера, растяжение деталей машины при сборке более чем на 5% может быть причиной внутренних напряжений, которые увеличивают износ. В руководстве также указывается, что иногда можно использовать большее растяжение, если ожидаемый срок службы короче. Причина этого — компромисс в инженерных решениях, а не способ подогнать деталь большего размера.
Если вы собираетесь тестировать оборудование методом сборки, необходимо привлекать производителей и подобных им организаций. В идеальный день чистый стол с правильно установленным кольцом будет выглядеть совершенно нормально. Но проблема может возникнуть на заточенном входном отверстии, где происходит первая обрезка, возможно, при прохождении через отверстие или даже при деформации очень квалифицированным рабочим. Все эти признаки утечки резинового уплотнения могут появиться, если последняя проверка размеров будет проведена вовремя, без задержек и дефектов.
Давление определяет зазор.
При сжатии уплотнительного кольца не происходит потери всего объема уплотняющего материала. Скорее, его поперечное сечение просто расширяется в стороны и занимает все углубление. Кроме того, существуют определенные температурные факторы и контакт со средой, которые могут даже увеличить объем уплотнительного кольца. Давление в системе O-System заставляет уплотнительное кольцо смещаться в сторону с более низким давлением. Однако, если зазор между двумя сопрягаемыми металлическими частями достаточно велик, эластомер проникает в этот зазор. Повторное сжатие немного обрезает конец, что приводит к типичному виду сломанного или поврежденного уплотнительного кольца, характерному для экструзии.
Надежный зазор зависит не только от давления. Важны твердость материала, температура, циклические изменения давления и характер расширения крепежных элементов под нагрузкой. Материал с твердостью 90 по Шору А обычно лучше сопротивляется выдавливанию, чем аналогичный материал с твердостью 70 по Шору А, но одной твердости недостаточно для устранения ослабления крепежа. Жесткость при низких температурах и размягчение при высоких температурах также влияют на результат.
В ситуациях, когда давление и зазор не могут регулироваться исключительно уплотнительным кольцом, вступают в действие опорные кольца. Более того, расположение опорного кольца должно соответствовать направлению давления. В нормальных условиях односторонняя система давления поддерживает сторону низкого давления; тогда как переменное давление может потребовать поддержки с обеих сторон. Помимо выполнения функции опоры, эти дополнительные кольцеобразные детали также занимают часть ширины канавки, поэтому общую конструкцию сальника с уплотнительным кольцом необходимо переделать, а не просто добавить опорные кольца в существующее пространство.
Отделка, углы и заделки определяют, что будет происходить во время сборки.
Даже технически правильная канавка может повредить уплотнение при установке. Резьба, поперечно просверленные отверстия, канавки для стопорных колец и острые выступы могут срезать или зачистить поверхность. Фаска или монтажная втулка обеспечивают контролируемый путь для резины. Удаление заусенцев необходимо указать и проверить; «удаление заусенцев» на чертеже само по себе не является измеримым состоянием кромки.
Обработка поверхности выполняет две функции. Уплотнительная поверхность должна быть достаточно гладкой, чтобы избежать путей утечки и быстрого износа, в то время как динамическая поверхность должна быть совместима со смазкой. Полированная на вид деталь не является автоматически правильной. Следы от направленной обработки могут способствовать прокачке жидкости, а глубокая царапина, пересекающая контактную полосу, может свести на нет даже самую надежную конструкцию канавки для уплотнительного кольца.
При утверждении образца осмотрите уплотнение после сборки и снятия. Полезными доказательствами являются блестящие плоские поверхности, спиральные следы, надрезы в одной из положений часов или фрагменты резины в смазке. Они говорят о качестве установки больше, чем фотография нетронутого уплотнительного кольца на белом столе.
Что покупатель должен указать в запросе предложений (RFQ)
Код размера и название материала недостаточны для критичного уплотнения. Приложите чертеж канавки или чертеж сопрягаемой детали вместе с указанием рабочего давления, направления давления, диапазона температур, рабочей среды, способа перемещения, скорости или частоты хода, ожидаемого срока службы и способа сборки. Укажите, является ли уплотнение торцевым, штоковым или поршневым.
Для проверки размеров следует указать допуски на поперечное сечение и внутренний диаметр уплотнительного кольца, допуски на глубину и ширину канавки, допуск на отверстие или шток, радиусы углов, геометрию захода, качество поверхности и максимальный зазор. Если оборудование уже изготовлено, фактические измеренные детали будут более полезны, чем старый номинальный чертеж.
При повторных заказах сохраняйте неизменными утвержденный состав, идентификацию полости, план контроля и метод измерения размеров. Если конструкция канавки для уплотнительного кольца изменяется, рассматривайте это как техническое изменение. Изменение глубины на 0,05 мм может быть незначительным для токаря и существенным для уплотнения, особенно на малом поперечном сечении.
Как Ида поддерживает обзор
Компания Dalian Yida Precision Rubber Products Co., Ltd. поставляет стандартные и изготовленные на заказ уплотнительные кольца, прокладки и формованные резиновые уплотнения. Для новых запросов наша команда может изучить чертеж уплотнения вместе с условиями эксплуатации и доступными размерами корпуса. В случае, если крепежные элементы заказчика уже установлены, обсуждение сосредоточено на размере, составе, твердости и допуске, соответствующих существующему пазу. В случае, если крепежные элементы еще не установлены, в ходе анализа могут быть выявлены условия сжатия, растяжения и заполнения, которые необходимо подтвердить перед изготовлением оснастки.
Контроль производства начинается с утвержденной версии. Идентификация материала, контроль состава партии, настройки пресс-формы, размеры, твердость и визуальные критерии могут быть связаны с планом контроля. Для деталей с жесткими ограничениями по поперечному сечению необходимо согласовать метод измерения и время выдержки, поскольку мягкая резина может деформироваться под чрезмерным усилием.
Компания Yida не предоставляет расчеты, указанные в каталоге, в качестве гарантии срока службы. Окончательная пригодность зависит от оборудования заказчика, рабочей среды, давления, температуры, движения и результатов испытаний. Мы можем сделать предположения очевидными на раннем этапе, обеспечить стабильные прецизионные резиновые уплотнения в соответствии с утвержденными спецификациями и поддержать оценку образцов с помощью четких производственных записей.
Пожалуйста, сообщите мне размер или чертеж уплотнительного кольца; размеры канавки; информацию о среде, давлении, температуре, количестве, применимом стандарте и т. д. Если мы проведем краткую техническую проверку перед тем, как сделать предложение, это будет очень полезно для вас и предотвратит необходимость длительного расследования проблемы утечки после сборки. В отрасли часто встречается ситуация, когда расследование проблем с утечками обходится дорого и занимает много времени, а иногда приходится разбирать всю сборку для устранения проблемы.
