О компанииПродукцияСервисИнформацияКонтактыFAQВакансии

Оптимизация процесса обработки поверхности вала для получения максимальной производительности уплотнения. 

Шероховатость вала и следы обработки это не все параметры которые должны быть отслежены для обеспечения герметичности уплотнения.

Радиальные манжетные уплотнения используются в ряде оборудования применяемого для передачи механической мощности.  Уплотнения продлевают технический ресурс и повышают производительность моторов, зубчатых передач и других устройств путем удержания смазки и исключения её загрязнения. В независимости от того изготовлены уплонения из резины или пластика, для их правильной установки и последующего поддержания ими контролируемого слоя масляной пленки, который должен составлять приблизительно 0.25 микрон, необходимо выполнять определенную обработку поверхности вала.
Угол хода играет значительную роль в утечках

Если поверхность вала слишком гладкая, может наблюдаться отсутствие «карманов», или выступов для сохранения смазывающей пленки, что впоследствии может вызвать разрушение кромки уплотнения и преждевременные утечки. Если же поверхность вала слишком неровная, металлические пики выступают над поверхностью маслянной пленки, вызывая сильный износ и краткий ресурс уплотнения. Долгие годы Ассоциация производителей каучука (RMA), выпускала производственные стандарты, рекомендующие конечную обработку вала до шероховатости Ra от 10 до 20 микродюймов и величину угла хода не более  0,05 градусов.

Штрихи обработки очень известный фактор утечек. Это спиральные канавки образуемые в процессе исходных вращательные процессов, и если они расположены с внешней стороны посадочного гнезда, они могут вызывать утечки которые преодолеют способность уплотнения удерживать масло.   Наличие Штрихов обработки может быть подтверждено простыми, но эффективными натурными или лабораторными испытаниями. Согласно формуле 1:
формула: угол хода
И все же, инженеры и технические специалисты заметили, что утечки могут возникать, даже когда необходимые параметры соблюдены. Это говорит о том, что соблюдение шероховатости и угла следа обработки само по себе недостаточно для обеспечения герметичности уплотнения. Так, Ассоциация производителей каучука организовала рабочую группу по определению других факторов влияющих на утечки.

Шероховатость поверхности

Рабочая группа обнаружила, что фокусировка внимания на точном соблюдении параметра шероховатости не окажет влияния на уменьшение утечек через уплотнение. Так, например, Ra не описывает профиль поверхности, потому что методика расчета данного параметра усредняет микро отклонения профиля располагающиеся выше и ниже относительно средней линии. Поэтому, различные валы с одинаковым Ra могут иметь различные профили и в каждом конкретном случае данное уплотнение будет реагировать по-своему (Рисунок 1).

Различные валы с одинаковым Ra могут иметь различные профили, и в каждом конкретном случае данное уплотнение будет реагировать по-своему
Рисунок 1: Различные валы с одинаковым Ra могут иметь различные профили, и в каждом конкретном случае данное уплотнение будет реагировать по-своему

На начальных этапах изучения, были так же установлены другие параметры, оказывающие негативное влияние на герметичность. Например, овальность и огранка могут стать результатом динамических биений, которые делают прилегание кромки уплотнения к валу не герметичным, особенно при высоких скоростях и низких температурах. Поэтому, рекомендации по овальности и огранке (Рисунок 2) были добавлены к следам обработки и вибрациям при шлифовании в исходный список рекомендаций.
Овальность и огранка
Рисунок 2: Овальность и огранка так же влияют на герметичность
Методы производства вала

Они включили различные методы, используемые на последней стадии обработки применимо к контактной поверхности уплотнения, включая врезное шлифование, бумажное шлифование, в холоднотянутом состоянии, чистовое обкатывание роликом/ алмазная полировка и  обточка керамическим инструментом на высокоскоростном станке. Тридцать шесть тестовых валов было произведено с использованием стали SAE 1045 с твердостью по Роквеллу Rc 30. Диаметр вала 76 мм. Условия испытаний следующие:

  • Время испытания 96-часов при частоте 2,160 об/мин
  • Цикл периодичностью 20 часов через 4 часа
  • Масло SAE 30 на оси вращения
  • Температура в маслосборнике 66º
  • Биение в пределах 0,125 мм
  • Несоосность вала и отверстия 0,25мм
  • Критерии несоотвествия: утечки выше нормы
Было исследовано 94  усеченных обычных манжетных уплотнения из нитрилового каучука, 37 из которых потерпели неудачу (39%)

В следующих тестах, было использовано 110 одиночных уплотнений из нитрилового каучука, но в них появлялись двунаправленных гидродинамические волновые скачки уплотнения в точке контакта. Тестовое время колебалось от 96 до 1,000 часов. Сбои отсутствовали. Общее время испытаний 204 уплотнений составило 17265 часов.

Оценка поверхности вала

Современные устройства для анализа поверхности типа игл, используют цифровые технологии при обработке данных, обрабатывает данные необходимые для оценки различных свойств повехности вала. Игла должна точно отслеживать контур гладкой поверхности металла. В результате, была использована игла с алмазным наконечником с радиусом в 5 микродюймов установленная под углом 90 градусов. Гаусовский фильтр М-1 перемещает широкоизлучатель по волновой траектории на основе проанализированной формы профиля.

Исследуемая длина или срез имеют решающее значение для точных показаний. Прибор может снять семь показаний с поверхности, но только для пяти средних сегментов они окажутся полезными. Если же сделать исследуемую длину очень большой, точная текстура исследуемой поверхности может остаться скрытой. Более того, оценке слишком больших длин может препятствовать геометрия вала. Как результат, предыдущий стандарт 0.8 мм был уменьшен до 0.25 мм. Это не представляет проблем, так как вся зона для кромок радиальных манжетных уплотнений обычно составляет от 0.25 до 0.5 мм

Параметры последней стадии обработки

Несколько параметров конечной обработки вала характеризуют профиль. Например, асимметрия или Rsk является мерой симметрии профиля поверхности относительно средней линии. Она показывает, имеет ли поверхность более высокие пики или крутые впадины по сравнению со средней линией.

Обширные лабораторные работы и итерационные тестирования статистически коррелировали различные параметры для эксплуатационных характеристик уплотнений. Были выявлены три параметра, связанные с поверхностью.

Среднее арифметическое или Ra, также известный как среднее отклонение высоты шероховатости от средней линии, является полезным проводником для общей шероховатости поверхности. Это среднее значение отфильтрованного профиля шероховатости определяется по отклонениям относительно средней линии в пределах оценочной длины. В новой длине среза(0,25-мм), есть 99% линейной корреляции между Ra и предыдущим среднеквадратическим значением шероховатости.

Средняя высота шероховатости (Rz DIN) является средним арифметическим максимальных высот неровностей, измеряемых для каждой из пяти последовательных длин среза по всей длине оценки. Мера Rz DIN дает представление о высоких пиках шероховатости и наличие карманов для смазки под уплотнительной кромкой.

Средний пик высоты (Rpm) является средним арифметическим значением одиночных пиков выше средней линии для каждой из пяти последовательных длин среза вдоль всей длины оценки. Данная величина предостерегает от очень высоких пиков шероховатости, потому что высота таких пиков может превышать толщину смазочной пленки, работа на поверхности выше максимального значения может привести к абразивному износу кромки уплотнения.

Текстурные различия между валами схожих шероховатостей являются измеримыми и актуальными для эксплуатационных характеристик уплотнений. Эти параметры служат основой для текущих рекомендаций по завершающей обработке вала  от Ассоциации производителей каучука. Параметрическая модель показала, что была достигнута высокая корреляция по отношению к проанализированным результатам испытаний для обычного усеченного манжетного радиального уплотнения. Однако, параметры должны быть достигнуты одновременно, чтобы обеспечить оптимальные эксплуатационных характеристик уплотнений вала. Более полное описание результатов исследовательской группы может быть найдено в периодическом издании RMA OS1-1.

ИТОГИ

Наряду с Ra, дополнительные параметры, такие как Rz DIN и Rpm обеспечивают пригодные для работы показатели, характеризующие структуру поверхности вала, в отношении к работоспособности радиального манжетного уплотнения. Эти параметры могут быть оценены с использованием доступных электронных считывающих машин. Параметрическая модель имела 97% точности корреляции в исследуемых валах.

Контроль утечек любым радиальным манжетным уплотнением имеет негативное влияние, если на валу наблюдается профиль шероховатости, превышающий рекомендуемые пределы. Гидродинамические уплотнения менее чувствительны и к следам обработки и к конечной шероховатости. Из 110 тестируемых гидродинамических уплотнений ни одно не получило отказ. В сравнении с 39% отказов в случае радиальных манжетных уплотнений. Однако, гидродинамические уплотнения нельзя рассматривать в качестве замены для обеспечения рекомендуемых параметров поверхности вала.

Следы обработки оказывают большое влияние на утечки смазывающей жидкости и не должны быть недооценены. Угол следа обработки должен находиться в пределах от 0 до 0.05 градусов. Натурные и лабораторные испытания подтвердят присутствие следов обработки.

Хотя и существует множество методов конечной обработки вала, включая методы исследованные Ассоциацией производителей каучука (RMA), эффективных при производстве поверхностных структур в рамках рекомендаций, следует соблюдать осторожность, потому что они обладают как преимуществами, так и недостатками. Некоторые методы могут быть полезны для уменьшения следов обработки, в то время как другие могут устранить серьезные недостатки конечной стадии обработки. Если следовать методам RMA, врезное шлифование,  является лучшим процессом окончательной обработки вала.
идет загрузка изображения
О компанииПродукцияСервисИнформацияКонтактыFAQВакансии