Necesitatea pentru Anelul O rugozitatea feței de etanșare nu poate fi exprimată doar printr-o singură valoare Ra — cel puțin trebuie controlate simultan: Ra/Rz sau Rmax, direcția liniilor de prelucrare, zgârieturile/șoldurile/petele de rugină, integritatea stratului de placare și mărimea teșiturii. ISO 3601-2:2025 subliniază clar faptul că rugozitatea suprafeței canalului pentru inelul O și a componentei pereche influențează în mod semnificativ performanța de etanșare, inclusiv cea dinamică, și cere ca fața de lucru de etanșare să fie liberă de zgârieturi, șolduri, dale, urme de sculă, filete și alte defecte; de asemenea, recomandă controlul raportului de material de suprafață Rmr, nu doar al lui Ra.

1. De ce cerințele privind rugozitatea pot provoca scurgeri

Etanșarea cu inel O se bazează pe precomprimare și pe presiunea mediului, care generează tensiune de contact pe suprafața metalică. Dacă suprafața de etanșare este prea rugoasă, vârfurile și depresiunile de pe suprafață vor forma canale microscopice de scurgere; dacă suprafața prezintă zgârieturi transversale, pori, exfoliere a stratului de placare sau urme de tăiere cu cuțit, inelul O nu va putea comprima complet aceste canale continue, chiar dacă dimensiunea și materialul sunt corespunzătoare.

Totuși, suprafața nu trebuie să fie neapărat cât mai netedă posibil. În special în etanșările dinamice alternative sau rotative, o finisare excesivă poate distruge capacitatea de stocare a peliculei de ulei lubrifiant, provocând frecare uscată, aderență și uzură accelerată. Documentul de proiectare al inelelor O ERIKS subliniază faptul că o suprafață de contact prea netedă în etanșările dinamice poate reduce retenția lubrifiantului și poate duce la uzură excesivă; în general, nu se recomandă ca rugozitatea Ra a suprafeței de contact pentru etanșări dinamice cu inel O să fie sub aproximativ 0,15 μm, deoarece suprafața necesită o capacitate microscopica de stocare a peliculei de ulei.

2. Intervalul recomandat de rugozitate, clasificat în funcție de condiția de funcționare

Tabelul de mai jos indică punctele obișnuite de proiectare inginerească. Unitatea de măsură este μm. Standardele și manualele diferite folosesc parametrii Rz, Rmax, Rt și alții, care nu pot fi înlocuiți direct unul cu altul; consultați clar standardul de măsurare aplicabil și parametrii înainte de utilizare.

3. Garnitură statică: accentul este pus pe «Poate rezista canalelor de scurgere?»

Nu există mișcare relativă de alunecare într-o etanșare statică; rugozitatea poate fi ușor mai mare decât în cazul etanșărilor dinamice, dar pentru etanșarea gazelor, a vidului, a lichidelor cu vâscozitate scăzută sau a fluidelor la presiune medie/înaltă, se recomandă o valoare Ra de 0,8 μm sau mai fină. Materialul O-ring al companiei COG specifică, de asemenea, următoarele valori pentru etanșarea statică în zona de etanșare: Ra 1,6/Rz 6,3, pentru etanșarea dinamică: Ra 0,4/Rz 1,6 și pentru calibrarea de intrare la montare: Ra 1,6/Rz 6,3.

Rugozitatea etanșării statice nu poate fi nici prea tolerantă. Dacă bavurile excesive — provocate de ștergere, tăiere sau încrucișare — împing inelul O către partea cu presiune scăzută, se va forma un canal de scurgere. Materialul ERIKS subliniază, de asemenea, importanța direcției prelucrării suprafeței: de exemplu, urmele de prelucrare care urmează traiectoria de strunjire a matriței pot permite etanșarea chiar și pe o suprafață mai aspră, dar zgârieturile cu muchii ascuțite care traversează inelul O vor crește semnificativ riscul de scurgere.

Logica de evaluare a etanșării statice nu este «Ra atinge valoarea cerută — sarcina este finalizată», ci: Ra/Rz atins + lipsa zgârieturilor transversale + lipsa bavurilor + stratul de placare intact + cantitatea de comprimare suficientă + canelura neîntreruptă.

4. Etanșare dinamică alternativă: accentul este pus pe „uzură, ungere și direcția prelucrării”

Într-o etanșare dinamică alternativă, inelul O rămâne în contact continuu de alunecare cu suprafața tijei, a pistonului sau a plunjerului, astfel încât suprafața de etanșare trebuie să fie suficient de netedă pentru a evita uzura, dar totuși să rețină un film subțire de ulei, pentru a preveni frecarea uscată. Manualul Parker specifică faptul că suprafața de contact a etanșărilor hidraulice alternative trebuie să aibă o rugozitate Ra = 0,4 și Rmax = 1,6; fundul și pereții canelurii au, de asemenea, Ra = 1,6 și Rz = 1,6.

Modurile obișnuite de cedare ale etanșărilor dinamice nu sunt legate de materialul inelului O în sine, ci de suprafața de alunecare, care poate prezenta: zgârieturi axiale lungi; urme elicoidale de rectificare sau de strunjire; fisurarea, exfolierea sau formarea de buruieni ridicate ale stratului de crom; urme de tăiere cu cuțit; intersecții nerefinate ale orificiilor; buruieni la marginile canelurii; o suprafață prea aspră, care provoacă uzură, sau prea lucioasă, care nu permite formarea unui film de ulei.

Pentru etanșările hidraulice alternative, se recomandă ca suprafețele de montare ale etanșărilor dinamice să fie realizate prin honuire, laminare, polizare și placare cu crom dur, iar calitatea finală a suprafeței, finisată ca o oglindă după polizare, trebuie confirmată. Materialul ERIKS subliniază, de asemenea, că calitatea prelucrării feței de contact dinamice influențează direct durata de viață a inelului O.

5. Condiția de rotație: Inelul O nu este, de obicei, alegerea ideală

Un inel O poate fi utilizat pentru etanșarea rotativă la viteză scăzută, pe durată scurtă și la sarcină ușoară, dar nu este o etanșare rotativă tipică pentru viteze ridicate. În condiții de rotație, diametrul interior al inelului O rămâne supus frecării radiale, iar căldura generată prin frecare nu se disipează ușor. Parker subliniază, de asemenea, în mod special efectul Gough-Joule: dacă diametrul interior al inelului O este mai mic decât diametrul suprafeței arborelui, încălzirea suplimentară determină o contracție, iar defectul se manifestă prin întărire superficială a inelului O, uzură, contracție și, în cele din urmă, scurgere. În practică, proiectarea ar trebui să utilizeze un inel O cu secțiune transversală relativ mai mare și să permită o rată de întindere a diametrului interior față de diametrul arborelui de aproximativ 1%–3%, reducând astfel compresia în canelură.

Cerințele privind suprafața inelului rotativ O sunt mai stricte la nivelul etanșării dinamice: rugozitatea feței arborelui (Ra) trebuie să fie între 0.2 și 0.4 μm, iar Rz/Rmax trebuie controlată la aproximativ 1.6 μm; de asemenea, trebuie evitată prezența unui canal de prelucrare radial de intrare pe arbore, deoarece acest tip de textură poate genera un efect de pompare prin aspirație, provocând scurgeri. În condiții de rotație continuă, viteză liniară ridicată, temperatură ridicată sau funcționare fără ungere, se recomandă în mod prioritar utilizarea unui etanșator rotativ specializat pentru arbore, a unui etanșator rotativ din PTFE, a unui inel X sau a unei structuri de etanșare rotativă specializate, nu a unui inel O obișnuit.

6. Ra nu este o condiție suficientă: trebuie analizate, de asemenea, Rz, Rmax, raportul de material și forma vârfurilor

Două suprafețe pot avea aceeași valoare Ra, dar una prezintă o formă de undă rotunjită, iar cealaltă are vârfuri și depresiuni ascuțite — această ultimă variantă poate tăia inelul O sau poate crea un canal de scurgere. Manualul Parker subliniază clar faptul că parametrii Rt și Ra, luați izolat, nu sunt suficienți pentru a evalua dacă suprafața de etanșare este adecvată; trebuie luate în considerare și alți parametri, cum ar fi Rp sau raportul dintre aria de contact și aria de rezistență la sarcină; standardul ISO 3601-2:2025 recomandă, de asemenea, ca raportul de material Rmr al suprafeței de contact de etanșare să se mențină între 50 % și 80 % în condiții specifice.

Prin urmare, desenul nu trebuie să conțină doar:

Ra 1,6

Aceasta nu este suficientă. O metodă mai bună de notare este:

Suprafață de contact de etanșare: Ra ≤ 0,4 μm, Rz ≤ 1,6 μm, măsurată conform ISO 21920; fără zgârieturi, bavuri, deformări, urme de sculă, exfoliere a stratului de placare; liniile de prelucrare nu trebuie să traverseze direcția de scurgere.

7. Zgârieturi, placare, bavuri și teșire: determinarea practică

Ranfuri: chiar dacă în ansamblu Ra îndeplinește cerințele, o singură zgârietură care traversează linia de etanșare poate genera, de asemenea, o scurgere. Pentru etanșările statice, se acordă atenție specială faptului dacă zgârieturile traversează direcția dintre presiunea înaltă și cea joasă; pentru etanșările dinamice, orice zgârietură liniară în direcție axială sau spirală trebuie considerată de risc ridicat.

Placare: straturile de crom dur, nichel chimic, oxid anodic și cele de acoperire trebuie să îndeplinească cerința privind rugozitatea în starea finală; desprinderea stratului metalic, porii, umflăturile și marginile ridicate reprezintă două probleme: una este formarea unui drum de scurgere, iar cealaltă este tăierea inelului O; în special, trebuie evitat ca limitele stratului de acoperire să cadă în zona de etanșare.

Bavuri: deschiderile canalelor, muchiile teșite, găurile de intersecție și gurile orificiilor de ulei trebuie toate deburbate și rotunjite. ISO 3601-2:2025 cere în mod clar ca zonele corespunzătoare canalelor pentru tijă sau dop activ să nu prezinte buruieni, iar muchia trebuie să fie rotunjită uniform; pe unele suprafețe se specifică, de asemenea, că urmele radiale ale sculelor nu trebuie să fie vizibile.

Teșire insuficientă: o-ring-ul se întinde, se comprimă și trece peste muchie în timpul montării; o racordare insuficientă nu provoacă tăiere, contuzii, răsucire sau fisurare parțială în timpul montării. Racordarea de intrare este de obicei realizată la 15°–20°, muchiile trebuie să fie netede și fără bavuri, iar lungimea racordării se determină în funcție de diametrul secțiunii transversale a O-ring-ului.

8. Notație sugerrată pentru desen

Etanșare statică, lichid general

Suprafața de contact pentru etanșare A: Ra ≤ 1,6 μm, Rz ≤ 6,3 μm; fără zgârieturi complete, bavuri, umflături, găuri de nisip sau exfoliere a stratului de placare.

Fundul/feța laterală a canalului B: Ra ≤ 1,6–3,2 μm, Rz ≤ 6,3–12,5 μm; deschiderea canalului este deburată.

Racordarea de intrare C: 15°–20°, Ra ≤ 1,6 μm, Rz ≤ 6,3 μm, netedă și fără bavuri.

Etanșare statică, gaz/lichid cu vâscozitate scăzută/etanșare cu pulsare/etanșare la presiune ridicată

Suprafața de contact pentru etanșare A: Ra ≤ 0,8 μm, Rz ≤ 3,2 μm; banda principală de etanșare nu trebuie să prezinte nicio defectă vizibilă sub formă de linie. Se mărește cerința Rmr sau înălțimea maximă a asperităților (Rp) atunci când este necesar și se efectuează verificarea prin test de etanșeitate.

Etanșare dinamică alternativă

Suprafața de contact glisant: Ra 0,2–0,4 μm, Rz ≤ 1,6 μm; nu mai mică de aproximativ Ra 0,1–0,15 μm; fără zgârieturi axiale, linii spirale, exfoliere a stratului de placare, urme de vibrație în formă de cuțit.

Fundul/lateralul canelurii: Ra ≤ 1,6 μm, Rz ≤ 6,3 μm.

Frezare la colț: 15°–20°, netedă și fără bavuri; găurile de intersecție trebuie rotunjite sau evitate în cursa de etanșare.

O-ring rotativ

Doar pentru condiții de viteză scăzută, durată scurtă și lubrifiere suficientă; suprafața arborelui: Ra 0,2–0,4 μm, Rz ≤ 1,6 μm; nu sunt permise linii de prelucrare spiralate de ghidare. O-ring-ul nu trebuie să depășească radial și să se întindă pe arbore; se recomandă în mod preferențial o structură de reducere a presiunii cu canelură montată exterior. Pentru funcționare continuă rotativă sau la viteză ridicată, se va trece la o garnitură rotativă specializată.

9. Comandă de investigație la fața locului

În cazul apariției unei scurgeri, nu se va înlocui imediat cu un O-ring mai rigid sau mai moale. Se recomandă verificarea conform acestei ordini:

Dacă rugozitatea suprafeței de etanșare Ra/Rz corespunde desenului; dacă există zgârieturi transversale, urme de sculă, pori de nisip sau deformări; dacă stratul de placare se desprinde, umflă, are pori sau acumulări la margini ridicate; dacă canalele de tăiere, racordările înclinată și găurile de intersecție au buruieni; dacă direcția liniei de prelucrare coincide cu direcția de scurgere sau formează un model de canal elicoidal; dacă unghiul de racordare pentru asamblare este suficient și dacă inelul O s-a tăiat; dacă gradul de comprimare este excesiv, supra-polizat sau lipsit de lubrifiere; dacă raportul de umplere al canalului, jocul și inelul de sprijin sunt compatibile.

Fraza cea mai critică: Suprafața de etanșare a inelului O nu este „Ra atinge valoarea specificată, gata”, ci „rugozitatea, forma conturului, direcția texturii, starea defectelor și calitatea racordării trebuie să îndeplinească toate împreună.”