Длинномерные уплотнения

Длинномерные уплотнения – уплотнения различного сечения, длина окружности или наибольшей стороны превышает 1 метр. Для их изготовления на обычных прессах требуется больше, чем одна пресс-форма или перестыковка. Длина длинномерных профилей, изготавливаемых на червячных машинах, ничем, кроме объема бухты не ограничивается.

Длинномерные уплотнения используются для уплотнения как неподвижных, так и разъемных соединений. То есть для обеспечения возможности открытия и закрытия створок, крышек, дверей в процессе эксплуатации.

Сечение уплотнителей в зависимости от назначения может иметь любую конфигурацию. Чем ближе она к осесимметричной, тем выше качество профиля и больше вероятность получения стабильных размеров.

Технология изготовления длинномерных уплотнений.

Заготовки длинномерных уплотнений после резиносмесителя и/или вальцев поступают на червячную машину. Вулканизацию уплотнений осуществляют в прессах с использованием пресс-форм, котловым методом или одним из способов непрерывной вулканизации (например, токами высокой частоты). При котловом методе вулканизация осуществляется в вулканизационном котле с предварительной укладкой на противни.

Длинномерные уплотнения

На точность размеров уплотнения и, в первую очередь, профиля сечения влияют такие технологические факторы, как тип каучука, состав резиновой смеси, время ее вылежки, температура в червячной машине, температура головки машины, частота вращения червяка и др.

Важную роль играет усадка резиновой смеси. Усадка по длине сама по себе не существенна, т.к. изделие длинномерное, но она весьма значительно влияет на форму и размеры сечения (эластическое восстановление смеси может достигать 50% и меняться в зависимости от способа вулканизации профиля). Кроме того, качество длинномерных РТИ определяется суммарным сдвигом, которому подвергается материал в процессе переработки на различных стадиях. Включая приготовление резиновой смеси в резиносмесителе, вальцевание и экструзию профильных заготовок.

При изготовлении шприцованных профилей котловой или непрерывной вулканизацией приходится устанавливать большие допуски (мм), поэтому использование таких уплотнений ограничено «неответственными» областями: уплотнение дверей, окон, холодильников, автомобилей. При изготовлении длинномерных уплотнителей «ответственного» назначения допустимы только минимальные допуски (±0,1мм). К ним относятся уплотнения связанные с жизнеобеспечением людей и функционированием изделий. Поэтому такие изделия изготавливают на вулканизационных прессах.

Типы длинномерных уплотнений

Плоская прокладка.

Плоская прокладка – наиболее простой вид уплотнителя для неразъемных соединений. Сечение прокладки – прямоугольник. Соотношение ширины сечения и его высоты, характеризуемое коэффициентом формы, определяет ее работоспособность.

Герметизация соединения обычно обеспечивается обжатием прокладки на  25-35%. Чем тоньше прокладка, тем выше требования к качеству изготовления металла и резины.

длинномерное уплотнение плоского профиля

Длинномерные уплотнения больших зазоров.

Данный вид длинномерных уплотнителей используют в крупногабаритных соединениях. С периметром несколько метров или десятков метров, в которых имеются большие зазоры (до 6 мм). С учетом допуска на технологию обработки сопрягаемых поверхностей и изменения зазора при работе в результате воздействия эксплуатационных факторов в таких соединениях возможно изменение зазора по длине (до ±3 мм). Контактирующие поверхности при этом могут перемещаться в продольном или поперечном направлениях, а также под углом. Перепад давлений в основном действует с одной стороны уплотнителя, однако поскольку перепады возможны и с другой стороны, уплотнители должны быть двустороннего действия. При этом усилия поджатия подвижного элемента узла (крышки, двери, створки и т.п.), а, следовательно, и жесткость уплотнительного элемента должны быть небольшими, в том числе и при низких температурах.

длинномерные уплотнения широкого профиля

Традиционные уплотнители, работающие на сжатие, такие как прокладки и кольца круглого сечения (О-кольца), не подходят, так как, во-первых, они имеют высокую жесткость и требуют больших усилий поджатия, а, во-вторых, при деформациях 30±10% для зазоров 6±3 мм необходимо использовать уплотнители большого сечения, что связано со значительным расходом материала. Поэтому в таких соединениях используют полые уплотнители или уплотнители с сечением сложной конфигурации, имеющим уплотняющий ус.

При изготовлении экструзией полых уплотнителей из резин на основе силоксановых каучуков в червячной машине жесткость их заготовок в сыром виде мала, вследствие чего изменяется конфигурация и размеры сечения профиля при укладке на противень, а место стыка, замкнутого по периметру профиля имеет повышенную жесткость.

Длинномерные уплотнения больших зазоров изготавливают перестыковкой на нескольких пресс-формах и затем стыкуют по периметру. При этом возможны ступеньки, выступы, наплывы, закусы, разнотолщинность, большие выпрессовки (облой), а также заусенцы при обрезке облоя. К микродефектам можно отнести также царапины и надрезы при хранении, транспортировании и монтаже. Все эти дефекты могут служить концентраторами напряжения. Наличие их особенно чувствительно в усовых уплотнителях, так как ус – основной элемент конструкции, обеспечивающий герметизацию соединения.

Изготовление экструзией резинотканевых полых профилей невозможно.

Уплотнители со свободной заделкой.

Данные уплотнители могут иметь простую форму в виде ленты любой длины с утолщениями на концах, изготовленной формовым способом вперестыковку с окончательной стыковкой в челюстном прессе. При установке в узел уплотнительный элемент сгибают по сечению и фиксируют прижимными планками. В рабочем положении он принимает форму подковы. Для облегчения монтажа в узел при малых радиусах закругления по периметру уплотнительный элемент сразу изготавливают с сечением, соответствующим его рабочему положению в узле. Стыковка осуществляется в прямой пресс-форме. Заделка такого уплотнителя называется свободной.

По одному из вариантов конструкции внутрь полости, образованной уплотнительным элементом, можно вставлять пружину, выполненную в виде перфорированной по периферии стальной полосы толщиной 0,3-0,5 мм. Перфорация на пружине предотвращает потерю ее устойчивости и образование складок при изгибах по периметру уплотнителя. Жесткость пружины обеспечивает минимально необходимое контактное давление уплотнительному элементу, достаточное для герметизации соединения, и поскольку упругие свойства металла практически не зависят от температуры, это давление постоянно.

При закрытии крышки уплотнительный элемент посередине изгибается больше, чем на периферии вследствие его переменной толщины. Под действием воздуха, поступающего через отверстия в прижимной втулке внутрь полости, или пружины с перфорацией он упруго прижимается к контактной поверхности крышки, обеспечивая надежную герметизацию узла. Такие уплотнители могут быть работоспособны даже при температурах ниже температуры хрупкости резин на 60°С.

При конструировании свободной заделки уплотнителя рассчитывают предельные варианты размеров утолщения уплотнительного элемента и посадочного места (паза) под него в наихудших условиях. Так, расчет объемного сжатия и пересчёт на допустимое сжатие в наименьшем участке паза проводят для максимальных размеров паза и воздействий повышенных температур.

Особые требования, предъявляемые к прокладкам.

Первое требование – одинаковое по всей длине, соответствующее регламенту. Сжатие может быть обеспечено путем повышения уровня точности изготовления всех деталей, входящих в узел. Это лимитируется техническими (уровень прецизионности оборудования) и экономическими (стоимость повышения этого уровня) возможностями. Для выполнения второго требования – обеспечения жесткости и прочности уплотнительного узла – следует регулировать толщину прокладки.

Отсутствие соосности отверстий под винты приводит к разрушению прокладки при скоростях изменения температуры 10°С/мин из-за возникновения концентраторов напряжения в результате натяжения по периметру около винтов и дополнительного повышенного сжатия у ограничительной шайбы. Чем толще прокладка, тем лучше герметичность соединения.

С учетом особенности влияния температуры для длинномерных прокладок оптимальной является толщина 1,5-2 мм.

Влияние температуры на работоспособность длинномерных уплотнений.

Для работы в широком интервале температур длинномерные уплотнители должны обладать высокой прочностью, исключающей возможность разрушения при разных воздействиях: по месту закрепления при установке в уплотняемый узел; при выдавливании в зазор; различных деформациях (сжатие, растяжение, изгиб, сдвиг и их комбинации); при циклическом и других видах изменения теплового режима; вовремя действия концентраторов напряжений в контакте с металлической арматурой в пресс-формах и в уплотняемом узле; при разной толщине резинового элемента. Однако для работы в широком интервале температур можно использовать лишь резины на основе силоксановых каучуков, прочность которых невысока.

Некоторые виды уплотнителей, например, усовые, работающие на изгиб, могут герметизировать соединения с большими зазорами. Но контактное давление в них обеспечивается высокоэластическими свойствами резин, т.е. в ограниченном интервале температур. Поэтому разработан ряд конструкций, в которых упругие функции выполняют металлические пружинные элементы, на которые температура не влияет, а резина заполняет микродефекты сопрягаемых поверхностей.

Влияние низких температур.

Морозостойкость и герметичность прокладок следует определять на образцах в реальных условиях нагружения. А для тонких прокладок изменение жесткости при низких температурах не является лимитирующим.

Для усового уплотнителя герметичность улучшается при увеличении поджатия и перепада давлений, а также при уменьшении толщины уса. Однако влияние перепада давлений нестабильно: отмечаются пики негерметичности, которые связаны с потерей устойчивости уса. При увеличении перепада давлений, что приводит к разрушению уплотнения со стороны уса.

Герметичность вакуумных соединений при низкой температуре для уплотнителей типа подковы и ленты, выше герметичности усового уплотнителя на один-два порядка. Причем даже без применения пружинных элементов и теплого воздуха. Это может быть обусловленно тем, что герметичность соединений в условиях внешнего вакуума определяется диффузионной проницаемостью резинового уплотнителя, которая на порядок выше контактной негерметичности.

Циклическое изменение температуры.

Разрушения вызываются деформациями, связанными с термоупругими напряжениями. Которые возникаюь из-за разности коэффициентов линейного расширения резины и металла. Разрушение, прежде всего, происходит при жесткой фиксации уплотнителя в узле и при поджатии в сечении. Препятствующие установлению равновесного, без натяга, положения по периметру, а также при действии концентраторов напряжения, при объемном сжатии и остаточных напряжениях, возникающих при изготовлении и монтаже длинномерных уплотнителей.

Концентраторы напряжения в различных уплотнителях могут быть разными. В прокладках, например, при неравномерном растяжении по периметру в результате несоосности отверстий под винты. При выдавливании резины в зазоры между прижимными планками в прокладках и прижимных планках. В усовых уплотнителях – ступеньки и разнотолщинность по усу, возникающие при формовании в местах перестыковки. Переход от угловой части к прямой по периметру (ограничение продольных перемещений в углах) и т.п.

Общая рекомендация для всех конструкций сводится к: исключению растяжения по периметру; поджатию по заделке и сечению не более 25% (рекомендуется свободная заделка); исключению объемного сжатия, особенно в результате повышения температуры.

Интервал поджатия (20±5%) обусловлен допусками на уплотнитель и сопрягаемые детали узла. Для длинномерных уплотнителей соблюдение лимита допусков является проблемой. Однако для уплотнителей со свободной заделкой эта проблема отсутствует.

Разрушение длинномерных уплотнителей при циклическом изменении температуры может быть связано с изменениями упругих характеристик уплотнения. Так, увеличение числа циклов нагревание охлаждение приводит к линейному уменьшению действительной части динамического модуля сдвига. Использование таких данных лежит в основе метода прогнозирования долговечности уплотнителей.

Таким образом, только уплотнители со свободной заделкой сохраняют целостность при динамичном термоциклировании и обеспечивают герметичность. Обеспечиваемая ими герметичность на порядок выше, чем другими уплотнителями.

Больше полезных статей:

Производство резиновых смесей.

Уплотнительные резиновые кольца круглые.

Манжета армированная.

Определение твердости по Шору.

Больше новостей о группе компаний Гидросервис в наших группах в Facebookи ВКонтакте.