1. Concluzie

Anelul O se spune în mod obișnuit «70 de grade, 80 de grade, 90 de grade», ceea ce se referă de obicei la 70 Shore A, 80 Shore A, 90 Shore A, adică duritatea cauciucului. Cu cât valoarea este mai mare, cu atât materialul este mai dur și mai rezistent la extrudare; însă, în același timp, forța de montare crește, conformitatea elastică scade și revenirea la temperaturi joase se deteriorează, de asemenea. Prin urmare, duritatea garniturii inelare (O-ring) nu este cu atât mai bună cu cât este mai mare.

Logica generală de selecție inginerescă este:

70A: prioritate implicită. Este potrivită pentru majoritatea etanșărilor statice, uleiuri convenționale, apă, sisteme pneumatice și scenarii generale de întreținere. Avantajul compoziției 70A constă într-o combinație relativ echilibrată între elasticitate, ușurința de montare, conformitatea față de suprafața de etanșare și aplicabilitatea generală.

80A: compromis intermediar. Când 70A prezintă un risc ușor vizibil de extrudare sub presiune, în condiții de joc excesiv în canelură sau de ușoară „mușcătură” a muchiilor, dar nu dorești, totuși, forța de montare excesivă, frecarea crescută și deteriorarea revenirii la temperaturi joase pe care le implică 90A, atunci se poate lua în considerare varianta 80A.

90A: prioritate dată rezistenței la extrudare. Este potrivit pentru sistemele hidraulice cu presiune ridicată și joc mare de extrudare sau pentru condiții în care s-au produs anterior fenomene de mușcare/extrudare/niblare; totuși, 90A nu trebuie înțeles simplu ca fiind «mai avansat», deoarece impune cerințe mai riguroase privind canelura, teșitura, lubrifierea la montare și etanșarea inițială la temperaturi scăzute.

Shore A este un sistem de testare a durității prin penetrare; ASTM D2240 explică clar că acest test măsoară adâncimea de penetrare a materialului sub presiune specificată și reprezintă un indicator empiric de control, nefiind echivalent direct cu o anumită performanță mecanică unică. Cu alte cuvinte, 90A nu înseamnă «rezistență la întindere cu 30 % mai mare decât 70A» — este doar o scară superioară de duritate.

2. Tabel de comparație între 70A, 80A și 90A

Această tabelă necesită o premisă suplimentară: comparația trebuie efectuată în cadrul aceluiași sistem de materiale. NBR 70A, FKM 70A, EPDM 70A și VMQ 70A nu oferă aceeași performanță — materialul determină compatibilitatea cu mediile, domeniul de temperaturi, deformarea permanentă la compresie și performanța la temperaturi scăzute; duritatea este doar unul dintre parametrii implicați.

3. De ce este 70A cel mai frecvent utilizat?

valoarea esențială a durității 70A este «echilibrul».

Un inel O nu se bazează pe principiul «cu cât este mai strâns, cu atât este mai sigur» pentru etanșare — se bazează pe deformarea prin compresie care apare după instalare, generând presiunea inițială de contact, iar etanșarea se consolidează ulterior sub acțiunea presiunii mediului. Materialul inelelor O Trelleborg oferă recomandări tipice privind compresia inițială: 6–20% pentru aplicații dinamice și 15–30% pentru aplicații statice. Aceasta arată că un inel O trebuie să poată fi comprimat în mod rezonabil, să se adapteze și să revină la forma inițială, fără a urmări exclusiv o duritate ridicată.

avantajele durității 70A includ:

Montare ușoară: Montajul manual, montajul în loturi și înlocuirea în timpul întreținerii sunt toate mai conveniente, nu provoacă ușor zgârieturi, răscrupături sau răsuciri datorită unei durități excesive.

Elasticitate și conformare bune: Mai tolerant la mici neregularități ale suprafeței, fluctuații ale dimensiunilor canalelor și neuniformitate a flanșelor.

Etanșare la presiune scăzută și la pornire mai fiabilă: Multe sisteme, în fazele de presiune scăzută, pornire și variație de temperatură, necesită ca inelul O să se bazeze pe propria sa revenire pentru a menține etanșarea; în acest sens, duritatea 70A este, în general, mai avantajoasă.

Revenire relativ mai bună la temperaturi scăzute: În cazul aceluiași material, o creștere a durității determină, în mod obișnuit, o scădere a elasticității la temperaturi scăzute; atunci când recuperarea elastică și variația deformării permanente trec printr-o tranziție în apropierea zonei de tranziție vitreo, efectul asupra capacității de etanșare a inelului O este deosebit de critic.

Prin urmare, cu excepția unor limitări explicite legate de presiune, extrudare, uzură sau structură, duritatea 70A reprezintă, de obicei, punctul de plecare standard în inginerie.

4. Când se alege duritatea 80A?

80A este o duritate de tranziție foarte valoroasă, dar adesea neglijată.

Aplicabil pentru alegerea durității 80A:

70A prezintă un risc ușor de extrudare la margini sub presiune; jocul în canelură este puțin mai mare, dar nu este încă neapărat necesar să se treacă la 90A sau la utilizarea unui inel de sprijin; presiunea sistemului este medie-spre-înaltă; feedback-ul clienților privind eșecul materialului 70A, descris ca „mușcătură, tăiere, formare de buruieni, extrudare în jocul de montaj”; se dorește menținerea unei anumite conformități la montaj, a elasticității și a unei reveniri reduse; montajul este prea dificil sau frecarea dinamică este uzurată.

Ghidul de proiectare Apple Rubber oferă un exemplu intuitiv: la o presiune de 1000 psi și cu un joc total de diametru de 0,016 in, punctul corespunzător durității 70 Shore A se află într-o zonă instabilă, necesitând o creștere a durității, adăugarea unui inel de sprijin sau reducerea jocului; în schimb, punctul corespunzător durității 80 Shore A, în aceeași diagramă, se află într-o zonă acceptabilă. Acest lucru arată că 80A nu este o „specificare rece”, ci un compromis ingineresc foarte practic între 70A și 90A.

5. Când să alegeți 90A?

obiectivul principal al compusului cu duritatea 90A nu este „etanșarea mai bună”, ci rezistența superioară la extrudare.

Sub presiune, garnitura inelară (O-ring) este împinsă către partea cu presiune scăzută. Dacă jocul de montare este prea mare sau presiunea prea ridicată, cauciucul poate fi comprimat în acest joc, formându-se deteriorări sub formă de mușcături, fisuri sau despicături, care duc, în cele din urmă, la scurgeri. Apple Rubber enumeră clar metodele obișnuite de prevenire a extrudării garniturilor inelare sub acțiunea presiunii: creșterea durității, utilizarea unui inel de sprijin (back-up ring), reducerea jocului de diametru și scăderea presiunii sistemului.

Aplicabil pentru alegerea compusului cu duritatea 90A:

Sisteme hidraulice de înaltă presiune; diferențe mari de presiune; perechi auxiliare cinematice cu joc de extrudare relativ mare; garnituri inelare cu secțiune transversală mică, supuse unei presiuni relativ ridicate; modul de defectare observat pe teren este clar extrudarea, mușcătura sau nibbling-ul, nu îmbătrânirea, dizolvarea sau deformarea plastică permanentă (compression set); dimensiunile canalului nu pot fi modificate, iar utilizarea unui inel de sprijin este incomodă; necesită utilizarea împreună cu un inel de sprijin pentru o fiabilitate crescută la presiuni și mai mari.

Dar costul compusului cu duritatea 90A este, de asemenea, evident:

Forța de asamblare crește semnificativ; este mai ușor de tăiat sau zgâriat în timpul asamblării; necesită o racordare (chafer) de introducere mai bună și lubrifiere; este mai sensibil la dimensiunea canelurii, rugozitatea suprafeței și cantitatea de comprimare; revenirea la temperaturi scăzute și marja inițială de etanșare scad; riscul de frecare, uzură și generare de căldură crește în cazul etanșărilor dinamice.

Materialul Trelleborg evidențiază faptul că cantitatea de comprimare a garniturii inelare O este influențată de presiunea inițială, materialul, duritatea, diametrul interior și secțiunea transversală, oferind curba de deflexie sub sarcină pentru comprimare a cauciucului NBR cu duritatea 70 Shore A comparativ cu cel NBR cu duritatea 90 Shore A; graficul arată clar că, cu cât duritatea este mai mare, cu atât sarcina de comprimare necesară este mai mare, adică forța de asamblare și rezistența la comprimare sunt mai mari.

6. Nu lăsați ca „presiunea” să determine în mod exclusiv duritatea

Mulți clienți întreabă: „la ce presiune se folosește duritatea 70? la ce presiune se folosește duritatea 90?"

Această întrebare nu poate fi răspunsă doar pe baza presiunii. Extrudarea unui inel O depinde, cel puțin, de: presiune sau diferențial de presiune; jocul de extrudare; dimensiunea secțiunii transversale a inelului O; structura canelurii; sistemul de material; duritate; etanșare statică sau etanșare dinamică; temperatură; prezența unui inel de sprijin; existența pulsării presiunii.

Materialul Apple Rubber indică în mod clar faptul că limita de extrudare a unui inel O este determinată împreună de jocul diametral sub presiune și de duritatea materialului; atunci când intersecția dintre presiune și joc se află într-o zonă nesigură, duritatea trebuie crescută, trebuie utilizat un inel de sprijin sau jocul trebuie redus.

Presiunea de lucru de referință a Trelleborg pentru aplicații generale Aneluri O reflectă, de asemenea, acest aspect: fără inel de sprijin, aplicațiile statice obișnuite au, în general, o presiune de funcționare de câțiva MPa până la aproximativ 10 MPa, în funcție de material, secțiunea transversală și jocul; după utilizarea unui inel de sprijin, capacitatea de rezistență la presiune poate fi semnificativ crescută; aplicațiile dinamice alternante fără inel de sprijin au o capacitate de rezistență la presiune mai limitată.

Astfel, o afirmație mai precisă este:

7. Procesul de selecție a durității

Pasul unu: selectați mai întâi materialul, apoi duritatea

Evaluați mai întâi mediul și temperatura:

Ulei mineral, ulei hidraulic: NBR, HNBR, FKM obișnuite. Apă caldă, abur, lichid pentru frâne, medii polare: EPDM obișnuit. Ulei la temperaturi înalte, combustibil, medii chimice: FKM, FFKM obișnuite. Temperaturi scăzute, aer, unele condiții speciale: se pot lua în considerare VMQ, FVMQ sau NBR/FKM special pentru temperaturi scăzute.

Materialul Trelleborg prezintă, de asemenea, domenii de temperatură diferite pentru diversele elastomere și o flexibilitate la temperaturi scăzute care variază semnificativ; de exemplu, FVMQ și VMQ au o flexibilitate superioară la temperaturi scăzute, în timp ce capacitatea la temperaturi scăzute a FKM, HNBR și NBR depinde încă de formula specifică.

Nu spuneți pur și simplu «Am nevoie de un inel O cu duritatea 70». Trebuie să specificați simultan și materialul.

Exemple corecte de formulare: inel O din NBR, duritate 70 Shore A; inel O din FKM, duritate 75 Shore A; inel O din EPDM, duritate 70 Shore A; inel O din HNBR, duritate 90 Shore A.

Pasul doi: Analizați presiunea și jocul de extrudare

Dacă presiunea este scăzută, jocul este mic, etanșarea este statică și nu există un risc evident de extrudare, dați prioritate durității 70A.

Dacă presiunea crește sau jocul este mai mare, luați în considerare, în primul rând:

Dimensiunile canalului sunt corecte? Se poate reduce jocul de extrudare? Se poate adăuga un inel de sprijin? Este necesară trecerea de la 70A la 80A? Este absolut necesară utilizarea durității 90A?

În condiții de presiune ridicată, utilizarea unui inel de sprijin este adesea mai stabilă decât simpla creștere a durității. În special, în cazul presiunii bidirecționale, trebuie luate în considerare inele de sprijin pe ambele părți, pentru a evita extrudarea cauzată de schimbarea direcției de montare sau a direcției presiunii.

Pasul trei: Analizați condițiile de asamblare

Dacă asamblarea la fața locului se face manual de către client, dacă canelura are muchii ascuțite, nu există lubrifiere, iar montarea necesită trecerea peste fileturi sau alezaje, riscul de 90A va crește semnificativ.

Puncte cheie de inspecție pentru asamblarea O-ring-urilor cu duritate ridicată: există o racordare înclinată (chamfer) de ghidare; au fost eliminate bavurile; este aplicată lubrifierea pentru asamblare; va trece peste muchii ascuțite, canale de pană, fileturi sau orificii de ulei; este necesară o mufă de asamblare; poate suferi răsucire, rostogolire sau întindere excesivă.

Materialul Trelleborg subliniază, de asemenea, faptul că o proiectare corectă a canelurii poate preveni deteriorarea etanșării și eșecul acesteia; poziția de asamblare a O-ring-ului necesită o racordare înclinată (chamfer) de ghidare și o racordare rotundă (fillet).

Pasul patru: Analizați etanșarea la temperaturi scăzute și la pornire

În condiții de temperatură scăzută, selecția durității trebuie să fie mai atentă.

La același material, 90A se reîntoarce de obicei mai lent la temperaturi scăzute. Pentru echipamentele care necesită pornire la rece, pornire la presiune scăzută, ciclare termică, staționare la temperatură scăzută și repornire, nu vă bazați doar pe duritatea la temperatura camerei. Reîntoarcerea insuficientă la temperaturi scăzute poate duce la o presiune de contact insuficientă, rezultând în scurgeri la rece.

Ordinea de prioritate pentru selecția la temperaturi scăzute ar trebui să fie: alegeți un material sau o formulă specială potrivită pentru temperaturi scăzute; asigurați o cantitate rațională de comprimare; controlați jocul din canelură; efectuați, dacă este necesar, verificări ale deformării permanente la temperaturi scăzute sau ale reîntoarcerii la temperaturi scăzute.

8. Recomandări tipice de selecție

Etanșare statică convențională

Etanșare statică pentru flanșe, capete de închidere, dopuri și corpuri de supape, presiune moderată, canelură standard, fără risc evident de extrudare:

Prioritate 70A. Motivul este asamblarea bună, elasticitatea bună, etanșarea inițială fiabilă la presiune scăzută și versatilitatea ridicată în ceea ce privește achiziții.

Pneumatic convențional

Presiunea sistemului pneumatic este de obicei scăzută, fiind mai concentrată pe frecare redusă, asamblare și revenire:

Prioritate 70A. Dacă este unul dinamic sigiliu Pneumatic , 90A adesea introduce riscuri inutile de frecare și uzură.

Hidraulic general

Presiune medie-scazută, canale adecvate, joc controlat:

70A sau 80A. Dacă apare o ușoară extrudare, pulsarea presiunii sau contactul cu marginea, se poate trece de la 70A la 80A sau se poate adăuga un inel de sprijin.

Hidraulic înalt presurizat

Presiune ridicată, diferență mare de presiune, cu joc de extrudare:

80A, 90A sau 70A/80A + inel de sprijin, specific pentru verificarea jocului de canelură. Dacă modul de defect este clar extrudare, valoarea 90A are sens; însă dacă defectul este cauzat de îmbătrânire, umflare, deformare plastică permanentă sau incompatibilitate cu mediul, trecerea la 90A nu rezolvă cauza fundamentală.

Etanșare la temperaturi scăzute

Temperaturi scăzute, pornire la rece, staționare pe termen lung la temperaturi scăzute:

Nu măriți în mod nechibzuit duritatea. Se recomandă în mod prioritar utilizarea unui material pentru temperaturi scăzute sau a unei formule pentru temperaturi scăzute; duritatea nu ar trebui, în general, să fie prea ridicată. Valoarea 70A este, de obicei, mai ușor de obținut pentru o conformare inițială și o revenire fiabile decât 90A.

Joc mare sau joc datorat uzurii

Dacă jocul de asamblare dintre piston, cilindru, tija supapei sau flanșă este relativ mare:

Mărirea durității este doar una dintre metode. O abordare mai eficientă constă, de obicei, în reducerea jocului, optimizarea canelurii, adăugarea unui inel de sprijin, iar apoi se poate lua în considerare utilizarea unei durități de 80A sau 90A.

9. Versiunea inginerului — Mantra de judecată

Poate evalua rapid, folosind următoarea logică:

Nu există un risc clar de extrudare; se utilizează în primul rând 70A.

70A prezintă o ușoară extrudare sau o rezervă insuficientă de presiune; se utilizează 80A.

Presiune ridicată, joc mare, eșec evident de înțepenire; se utilizează atunci 90A.

Temperatură scăzută, presiune scăzută, montare dificilă; frecția dinamică redusă nu poate fi rezolvată prin duritate; nu se trece ușor la 90A.

Duritatea nu poate rezolva incompatibilitatea materialelor, erorile de canelură și problemele de comprimare permanentă.

10. Ce trebuie să aibă în vedere departamentul de achiziții

Departamentul de achiziții nu ar trebui să plaseze comenzi doar pe baza expresiilor «70 de grade» sau «90 de grade». Se recomandă confirmarea minimă a următoarelor câmpuri:

Material: NBR, FKM, EPDM, HNBR, VMQ, FFKM etc.; Duritate: de exemplu, 70 Shore A, 80 Shore A, 90 Shore A; Standard dimensional: GB, ISO 3601, AS568 sau dimensiuni neconvenționale; Toleranță la duritate: de exemplu, 70±5 Shore A, conform desenului companiei sau specificației materialelor; Culoare: negru, maro, verde etc., dar culoarea nu poate înlocui confirmarea materialului; Condiții de utilizare: mediu, temperatură, presiune, etanșare statică/etanșare dinamică; Certificări: RoHS, REACH, FDA, UL, WRAS, rapoarte privind materialele etc.; Trasabilitate pe loturi: COC, COA, certificat de material, rapoarte de testare.

Puncte de risc la achiziție:

Nu se pot considera NBR 70A și FKM 70A ca substituenți echivalenți. Aceeași duritate, dar rezistența la ulei, rezistența la căldură, rezistența chimică, revenirea la temperaturi scăzute și prețul pot fi complet diferite.

Nu se poate presupune că 90A este neapărat mai bun doar pentru că este mai dur. 90A poate provoca dificultăți la montaj, scurgeri la presiune scăzută, revenire insuficientă la temperaturi scăzute sau frecare dinamică excesivă.

Când desenul clientului specifică «70», confirmați că se referă la duritatea Shore A. Notația standard ar trebui să fie «70 Shore A» sau «70 ShA».

În cazul unei defecțiuni, nu modificați doar duritatea. Dacă apar umflare, fisurare, îndurire sau deformare permanentă, cauza este, în majoritatea cazurilor, materialul, temperatura, mediul sau gradul de comprimare, nu duritatea.

11. Cum trebuie să răspundă personalul de vânzări întrebărilor frecvente ale clienților?

Clientul întreabă: «Care este diferența dintre 70 de grade și 90 de grade?»

Se poate răspunde astfel: 70A este mai generală, oferă o elasticitate și o ușurință mai bune la montare și este potrivită pentru majoritatea garniturilor convenționale; 90A este mai rigidă, oferă o rezistență superioară la extrudare și este potrivită pentru condiții de presiune ridicată sau cu jocuri mari. Totuși, forța necesară pentru montarea 90A este mai mare, iar revenirea la temperaturi scăzute și conformarea etanșării pot fi reduse, deci nu este întotdeauna valabil principiul «cu cât este mai mare, cu atât este mai bine»; în general, se recomandă utilizarea inițială a variantei 70A, dacă nu există un risc clar de scurgere la presiune ridicată.

Clientul întreabă: «Este presiunea ridicată neapărat necesară pentru a utiliza 90 de grade?»

Se poate răspunde astfel: nu neapărat. Etanșarea la presiune înaltă necesită analiza simultană a presiunii, a jocului din canelură, a dimensiunii secțiunii transversale și a prezenței unui inel de sprijin; duritatea 90A este mai rezistentă la extrudare, dar dacă jocul din canelură este prea mare, creșterea doar a durității nu este suficientă — de obicei este necesar totuși un inel de sprijin potrivit sau o optimizare a canelurii.

Clientul întreabă: „Etanșarea originală de 70 de grade a avut scurgeri; va funcționa dacă trecem la 90 de grade?“

Se poate răspunde astfel: trebuie mai întâi identificată cauza scurgerii. Dacă marginea garniturii O este extrudată sau strivită, trecerea la o duritate de 80A sau 90A ar putea fi eficientă, sau se poate adăuga un inel de sprijin. Dacă problema este legată de îmbătrânire, umflare, deformare plastică permanentă (compression set), fisurare sau revenire insuficientă la temperaturi scăzute, trecerea la duritatea 90A nu este neapărat eficientă și ar putea chiar agrava montajul și revenirea.

Clientul întreabă: „Este necesară duritatea de 80 de grade?“

Poate răspunde în acest mod: da, 80A este un compromis între 70A și 90A, potrivit pentru presiuni ușor mai mari decât cele convenționale, dar cu îngrijorări legate de extrudare; totuși, nu se dorește ca 90A să fie prea rigid și forța de asamblare prea mare; adesea, 80A este mai stabil decât trecerea directă la 90A.

12. Recomandare finală

Selectare convențională: 70 Shore A. Aceasta este duritatea standard pentru majoritatea garniturilor O, oferind un echilibru între etanșare, elasticitate, ușurința asamblării și cost.

Presiune crescută sau risc ridicat de extrudare: 80 Shore A. Aceasta reprezintă un compromis între etanșarea generală și etanșarea anti-extrudare.

Presiune ridicată, joc mare, eșec clar de etanșare prin extrudare: 90 Shore A. Totuși, trebuie verificate simultan: canelura, inelul de sprijin, teșitura, ungerea, revenirea la temperaturi scăzute și forța de asamblare.

Rezumat: 70A este responsabil pentru versatilitate și echilibru, 80A este responsabil pentru compromis și remediere, 90A este responsabil pentru rezistența la extrudare; cu cât duritatea este mai mare, cu atât rezistența la extrudare este mai puternică, dar elasticitatea, asamblarea și revenirea la temperaturi scăzute plătesc un preț corespunzător.