¿Cómo afecta la dureza del anillo de sellado al efecto de sellado?

Tiene un impacto significativo en el efecto de sellado, que se manifiesta principalmente en aspectos como el rendimiento del sellado, la resistencia a la presión, la resistencia al desgaste, la compatibilidad de instalación y la vida útil. A continuación, se presenta un análisis detallado de la influencia de la dureza en el efecto de sellado desde diferentes perspectivas:

I. Rendimiento de sellado: equilibrio entre dureza y presión de contacto en la superficie de sellado

Anillo de sellado de baja dureza:

Ventajas: Alta flexibilidad, capaz de adherirse mejor a las irregularidades microscópicas de la superficie de sellado y formar una línea de sellado continua, adecuada para bajas presiones o situaciones con alta rugosidad superficial.

Desventajas: Una dureza demasiado baja puede provocar que el anillo de sellado se comprima y deforme bajo la presión del medio, incluso entrando en el espacio de acoplamiento, lo que provoca fugas.

Caso: En un equipo de procesamiento de alimentos, se utilizó un anillo de sellado de caucho de silicona 60 Shore A, ya que la dureza era moderada y sellaba eficazmente los líquidos con partículas, pero era necesario reemplazarlo periódicamente para evitar el desgaste.

Anillo de sellado de alta dureza:

Ventajas: Fuerte resistencia a la extrusión, adecuado para condiciones de alta presión, capaz de mantener la presión en la superficie de sellado y reducir el riesgo de fugas.

Desventajas: Una dureza excesivamente alta puede provocar una presión de contacto excesiva en la superficie de sellado, acelerando el desgaste o no adaptándose a la deformación de la superficie de sellado debido a una elasticidad insuficiente.

Caso: En un equipo de exploración de aguas profundas, se utilizó un anillo de sellado de caucho fluorado 90 Shore A, capaz de soportar una presión de agua de 30 MPa, pero que requería un mecanizado preciso de las ranuras para evitar daños en la instalación.

II. Resistencia a la presión: Relación entre la dureza y el rendimiento antiextrusión

Condiciones de alta presión:

Los anillos de sellado de alta dureza (como 85-90 Shore A) pueden resistir eficazmente la presión media y evitar ser empujados hacia el espacio de acoplamiento.

Datos de apoyo: Los experimentos muestran que un anillo de sellado NBR 70 Shore A tiene tres veces más volumen de extrusión a una presión de 20 MPa que un producto similar con 90 Shore A.

Solución de optimización: para el sellado de alta presión, a menudo se utiliza una estructura de "anillo de sellado de alta dureza + anillo de retención", donde el anillo de retención puede compartir la presión, lo que reduce el riesgo de extrusión del anillo de sellado.

Condiciones de baja presión:

Los anillos de sellado de baja dureza (como 60-70 Shore A) pueden proporcionar suficiente presión de contacto en la superficie de sellado a baja presión y reducir la dificultad de instalación.

Caso: En purificadores de agua domésticos, un anillo de sellado de EPDM 65 Shore A logró una estanqueidad prolongada a una presión de 0,5 MPa.

III. Resistencia al desgaste: correlación entre la dureza y la vida útil del sellado dinámico

Sellado dinámico (movimiento repetitivo/giratorio):

Baja velocidad y baja presión: los anillos de sellado con alta dureza (como 70-80 Shore A, como HNBR) pueden equilibrar la resistencia al desgaste y el rendimiento del sellado con coeficientes de fricción bajos.

Alta velocidad y alta presión: se requieren anillos de sellado de alta dureza (como poliuretano PU, ≥ 85 Shore A) y se deben combinar medidas de lubricación para reducir el desgaste.

Comparación de datos: En el sellado de pistones de cilindros hidráulicos, un anillo de sellado de PU de 85 Shore A tiene una vida útil dos veces más larga que un anillo de sellado de NBR de 70 Shore A.

Mecanismo de desgaste:

Dureza demasiado baja: la superficie del anillo de sellado es propensa a rayarse, lo que provoca desprendimiento de partículas y acelera el desgaste.

Dureza demasiado alta: el coeficiente de fricción aumenta, pudiendo provocar desgaste adhesivo o grietas por fatiga.

Dirección de optimización: mediante tratamiento de superficie (como recubrimiento, pulverización) o modificación del material (como agregar disulfuro de molibdeno) para reducir el coeficiente de fricción.

IV. Compatibilidad de instalación: Adaptación de la dureza y el diseño de la ranura

Dificultad de instalación:

Los anillos de sellado de baja dureza son propensos a deformarse. Durante la instalación, es necesario controlar la tasa de compresión (generalmente entre el 15 % y el 30 %) para evitar un estiramiento o distorsión excesivos.

Los anillos de sellado de alta dureza tienen una alta resistencia a la instalación y requieren el uso de herramientas especializadas y garantizar la precisión de las dimensiones de la ranura (como una desviación de ancho de ≤ 0,1 mm).

Diseño de ranura:

Sellado estático: el ancho de la ranura es 0,1 - 0,3 mm mayor que el diámetro del anillo de sellado, lo que garantiza una tasa de deformación razonable después de la compresión.

Sellado dinámico: para ranuras de movimiento alternativo, se debe considerar la expansión térmica y, para ranuras de movimiento rotacional, se deben evitar las esquinas afiladas para prevenir la concentración de tensión.

Caso: Una bomba hidráulica de aviación utiliza anillos de sellado de doble dureza (capa interna 90 Shore A, capa externa 70 Shore A), con la capa interna resistiendo la extrusión y la capa externa adaptándose a la deformación de la ranura.

V. Vida útil: efecto sinérgico de la dureza y los factores ambientales

Influencia de la temperatura: A altas temperaturas, los anillos de sellado de baja dureza tienden a ablandarse, lo que provoca fallas en el sellado; los anillos de sellado de alta dureza pueden volverse frágiles debido al envejecimiento térmico.

Solución: El caucho fluorado (FKM) puede mantener una dureza de 80 Shore A a 200 ℃ , lo que lo hace adecuado para condiciones de alta temperatura.

Corrosión de los medios:

Para entornos con ácidos fuertes y bases fuertes, se deben seleccionar anillos de sellado de alta dureza resistentes a la corrosión química (como FFKM).

Caso: En un equipo de fabricación de semiconductores, se utilizó un anillo de sellado FFKM de 90 Shore A y duró más de 5 años en un entorno de ácido fluorhídrico.

Vida de fatiga:

En el sellado dinámico, la dureza debe equilibrarse entre el rendimiento antifatiga y la resistencia al desgaste.

Datos experimentales: Después de 1 millón de movimientos alternativos, la profundidad de la grieta por fatiga del anillo de sellado de 80 Shore A fue un 40% menor que la del producto similar con dureza de 90 Shore A.

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