1. Заключение

О-кольцо часто упоминаемые «70 градусов, 80 градусов, 90 градусов» обычно относятся к твёрдости по Шору А: 70 Shore A, 80 Shore A, 90 Shore A — то есть к твёрдости резины. Чем выше значение, тем твёрже материал и тем выше его сопротивление выдавливанию; однако одновременно возрастает усилие при сборке, снижается эластичность прилегания к уплотняемой поверхности, а также ухудшается отскок при низких температурах. Таким образом, твёрдость уплотнительных колец не всегда должна быть как можно выше.

Общая инженерная логика выбора следующая:

70A: значение по умолчанию. Подходит для большинства статических уплотнений, стандартных масел, воды, пневматических систем и общих случаев технического обслуживания. Преимущество 70A — относительно сбалансированное сочетание эластичности, удобства сборки, прилегания к уплотняемой поверхности и универсальности применения.

80A: промежуточный компромисс. Если при давлении 70A демонстрирует слегка выраженный риск выдавливания, например, из-за зазора в канавке или незначительного защемления кромки, но при этом вы не хотите чрезмерного усилия при сборке, повышенного трения и ухудшения отскока при низких температурах, характерных для 90A, следует рассмотреть вариант 80A.

90A: приоритет — сопротивление выдавливанию. Подходит для систем высокого давления, больших зазоров при экструзии, гидравлических систем или условий, при которых ранее уже происходили явления прикусывания/экструзии/надкусывания; однако 90A не следует просто понимать как «более продвинутый» вариант, поскольку он предъявляет повышенные требования к канавке, фаске, смазке при сборке и начальному уплотнению при низких температурах.

Твёрдость по Шору А — это система измерения твёрдости методом вдавливания; стандарт ASTM D2240 чётко поясняет, что данный метод измеряет глубину вдавливания материала под заданными условиями и относится к эмпирическому контрольному показателю, который нельзя напрямую отождествлять с какой-либо одной механической характеристикой. Другими словами, 90A — это не «на 30 % большая прочность на разрыв по сравнению с 70A» — это просто более высокая ступень твёрдости.

2. Сравнительная таблица: 70A, 80A, 90A

Для этой таблицы необходимо добавить одно условие: сравнение должно проводиться в рамках одной и той же системы материалов. NBR 70A, FKM 70A, EPDM 70A и VMQ 70A обладают разными эксплуатационными характеристиками — совместимость с рабочей средой, диапазон рабочих температур, остаточная деформация после сжатия и низкотемпературные свойства определяются материалом; твёрдость по Шору А — лишь один из параметров.

3. Почему наиболее распространённой является твёрдость 70A?

основное преимущество твёрдости 70A — «баланс».

О-кольцо не полагается на "прижатие крепче более надежно" для герметизации оно полагается на компрессионную деформацию после установки для создания первоначального контактного давления, а затем еще больше укрепляет герметизацию под действием давления среды. Материал О-кольца Trelleborg дает типичные рекомендации по начальному сжатию: динамическое нанесение 620%, статическое нанесение 1530%. Это показывает, что O-кольцо должно сначала уметь разумно сжиматься, соответствовать и отскакивать, а не только добиваться высокой твердости.

преимущества 70А включают:

Легкая сборка: Ручная сборка, сборка партий, замена технического обслуживания - все это более удобно, не легко вызывает забивание, царапины или извращение из-за чрезмерной твердости.

Хорошая эластичность и соответствие: Более терпимо к незначительной шероховатости поверхности, колебаниям размеров канавки, неравномерности фланца.

Низкое давление и уплотнение запуска более надежны: Многие системы на этапах низкого давления, запуска и изменения температуры требуют, чтобы уплотнительное кольцо типа O-образное relied на собственную эластичность для обеспечения герметичности; в этом случае твёрдость 70 A, как правило, является более предпочтительной.

Относительно лучшая эластичность при низких температурах: При одинаковом материале с увеличением твёрдости эластичность при низких температурах, как правило, ухудшается; когда эластичное восстановление и изменение остаточной деформации происходят вблизи зоны стеклования, влияние на герметизирующую способность O-образного кольца особенно критично.

Поэтому, если отсутствуют чёткие ограничения по давлению, выдавливанию, износу или конструкции, твёрдость 70 A обычно принимается в качестве исходной инженерной точки отсчёта.

4. Когда следует выбирать твёрдость 80 A?

твёрдость 80 A представляет собой весьма ценную промежуточную величину, однако её часто недооценивают.

Случаи, когда рекомендуется выбирать твёрдость 80 A:

у материала 70A существует небольшой риск выдавливания по краю под давлением; зазор в канавке несколько больше, однако пока еще не обязательно переходить на твердость 90A или использовать упорное кольцо; рабочее давление в системе среднее — высокое; по отзывам заказчиков, у материала 70A наблюдаются отказы, описываемые как «укус, надкусывание, образование заусенцев, выдавливание в зазор»; при этом сохраняется потребность в определенной степени удобства сборки, эластичности и низком восстановлении формы; сборка слишком затруднена либо динамическое трение приводит к износу.

В руководстве по проектированию компании Apple Rubber приведён наглядный пример: при давлении 1000 psi и суммарном зазоре по диаметру 0,016 дюйма точка для твердости 70 по Шору А попадает в нестабильную зону, что требует повышения твердости, добавления упорного кольца или уменьшения зазора; в то же время точка для твердости 80 по Шору А при тех же условиях на том же графике находится в допустимом диапазоне. Это показывает, что 80A — это не «холодная спецификация», а вполне практичный инженерный компромисс между 70A и 90A.

5. Когда следует выбирать твердость 90A?

основная цель материала с твердостью 90A — не «обеспечить лучшее уплотнение», а лучше противостоять выдавливанию.

Под давлением уплотнительное кольцо типа O-образное кольцо смещается в сторону области низкого давления. Если зазор между сопрягаемыми поверхностями слишком велик или давление слишком высокое, резина может быть выдавлена в этот зазор, что приводит к образованию заусенцев, трещин, разрывов и, в конечном итоге, к утечкам. Компания Apple Rubber четко перечисляет распространенные методы предотвращения выдавливания O-образных колец под действием давления: повышение твердости, использование опорного кольца, уменьшение зазора по диаметру, снижение давления в системе.

Применимо при выборе материала твердостью 90A:

Гидравлические системы высокого давления; большие перепады давления; кинематические вспомогательные пары с относительно большим зазором, способствующим выдавливанию; O-образные кольца малого поперечного сечения, работающие при относительно высоком давлении; на месте зафиксирована явная неисправность, связанная с выдавливанием, защемлением, образованием заусенцев, а не со старением, растворением или остаточной деформацией; габариты канавки изменить невозможно, а установка опорного кольца затруднена; требуется совместное применение с опорным кольцом для обеспечения еще большей надежности при высоком давлении.

Однако стоимость материала твердостью 90A также очевидна:

Сила сборки заметно возрастает; уплотнительное кольцо легче повреждается (режется или царапается) в процессе сборки; требуется более совершенная фаска для облегчения монтажа и смазка; повышенная чувствительность к размерам канавки, шероховатости поверхности и величине сжатия; снижение восстановления при низких температурах и запаса начальной герметичности; возрастает риск трения, износа и образования тепла в динамических уплотнениях.

Материалы компании Trelleborg показывают, что величина сжатия уплотнительного кольца зависит от начального давления, материала, твёрдости по Шору А, внутреннего диаметра и поперечного сечения; приведён график зависимости сжатия от нагрузки для NBR 70 Shore A и NBR 90 Shore A; на графике чётко видно: чем выше твёрдость, тем выше нагрузка, требуемая для сжатия, т.е. выше сила сборки и сопротивление сжатию.

6. Не позволяйте «давлению» единолично определять твёрдость

Многие заказчики задают вопрос: «при каком давлении применяется 70? при каком давлении применяется 90?»

На этот вопрос нельзя ответить, опираясь только на давление. Выдавливание уплотнительного кольца типа O-образного сечения зависит как минимум от следующих факторов: давления или перепада давления; зазора, при котором возможно выдавливание; размера поперечного сечения O-образного кольца; конструкции канавки; материальной системы; твёрдости; статического или динамического уплотнения; температуры; наличия упорного кольца; наличия пульсаций давления.

В материалах компании Apple Rubber чётко указано, что предел выдавливания O-образного кольца определяется совместно диаметральным зазором под действием давления и твёрдостью материала; если точка пересечения значений давления и зазора попадает в небезопасную зону, необходимо повысить твёрдость материала, использовать упорное кольцо или уменьшить зазор.

Рабочее давление по справочным данным компании Trelleborg для общего применения О-кольца также отражает этот момент: без резервного кольца, обычное статическое применение обычно составляет от нескольких МПа до примерно 10 МПа, в зависимости от материала, поперечного сечения и просвета; после использования резервного кольца, несущая способность давления может быть значительно повышена; динами

Так что более точное утверждение:

- Семь. Процесс отбора твердости

Шаг первый: сначала выберите материал, затем твердость

Сначала судите о среде и температуре:

Минеральное масло, гидравлическое масло: обычный НБР, HNBR, FKM. Горячая вода, пар, тормозная жидкость, полярные среды: обычная EPDM. Масло высокой температуры, топливо, химические среды: обычные FKM, FFKM. Низкая температура, воздух, часть особых условий: может рассматриваться VMQ, FVMQ или NBR/FKM для низких температур.

Материалы Trelleborg также демонстрируют значительные различия в температурных диапазонах и гибкости при низких температурах для различных эластомеров: например, FVMQ и VMQ обладают лучшей гибкостью при низких температурах, тогда как низкотемпературные характеристики FKM, HNBR и NBR зависят от конкретного состава.

Не следует просто говорить: «Мне нужное уплотнительное кольцо с твёрдостью по Шору А 70». Необходимо одновременно указывать материал.

Примеры корректных формулировок: уплотнительное кольцо из NBR с твёрдостью 70 по Шору А. Уплотнительное кольцо из FKM с твёрдостью 75 по Шору А. Уплотнительное кольцо из EPDM с твёрдостью 70 по Шору А. Уплотнительное кольцо из HNBR с твёрдостью 90 по Шору А.

Этап второй: оценка давления и зазора для экструзии

При низком давлении, малом зазоре и статическом уплотнении, когда риск экструзии неочевиден, предпочтительно использовать твёрдость 70A.

Если давление возрастает или зазор увеличивается, в первую очередь необходимо рассмотреть следующие вопросы:

Правильно ли выбраны размеры канавки? Можно ли уменьшить зазор для экструзии? Возможно ли установить опорное кольцо? Необходимо ли перейти от твёрдости 70A к 80A? Обязательно ли использовать твёрдость 90A?

При высоком давлении использование уплотнительного кольца с опорным кольцом зачастую обеспечивает большую стабильность, чем простое повышение твёрдости. Особенно при двустороннем давлении следует устанавливать опорные кольца с обеих сторон, чтобы избежать выдавливания при изменении направления монтажа или направления давления.

Этап три: оценка условий сборки

Если на объекте заказчика сборка выполняется вручную, в канавке присутствуют острые кромки, отсутствует смазка, требуется прохождение резьбы или отверстий, риск повреждения уплотнительного кольца твёрдостью 90 А значительно возрастает.

Ключевые контрольные точки при монтаже уплотнительных колец высокой твёрдости: наличие фаски для облегчения монтажа; удаление заусенцев; наличие смазки при монтаже; возможность пересечения острых кромок, шпоночных пазов, резьбы и масляных отверстий; необходимость использования монтажной втулки; риск перекручивания, заворачивания или чрезмерного растяжения.

Материалы Trelleborg также подчёркивают, что правильный расчёт канавки позволяет предотвратить повреждение уплотнения и его отказ; на месте монтажа уплотнительного кольца должна быть предусмотрена фаска для облегчения монтажа и скругление.

Этап четыре: оценка герметичности при низких температурах и при запуске

При низких температурах выбор твердости следует осуществлять с повышенной осторожностью.

При одинаковом материале твердость 90A, как правило, восстанавливает форму медленнее при низких температурах. Для оборудования, требующего холодного пуска, пуска при низком давлении, циклического изменения температуры, длительного пребывания при низкой температуре и последующего перезапуска, недостаточно ориентироваться только на твердость при комнатной температуре. Недостаточное восстановление формы при низких температурах может привести к недостаточному контактному давлению и, как следствие, к утечке при низких температурах.

Приоритетный порядок выбора материалов для эксплуатации при низких температурах: выбрать материал или специальную композицию, подходящую для низкотемпературных условий; обеспечить разумную величину сжатия; контролировать зазор в канавке; при необходимости проводить испытания на остаточную деформацию при низких температурах или на восстановление формы при низких температурах.

8. Типовые рекомендации по выбору

Традиционные статические уплотнения

Фланцевые соединения, торцевые крышки, пробки, корпуса клапанов — статические уплотнения при умеренном давлении, стандартные канавки, отсутствие явного риска выдавливания:

Предпочтительно 70A. Обоснование: удобство сборки, хорошая эластичность, надежное начальное уплотнение при низком давлении, высокая доступность на рынке.

Классическая пневматическая

Давление в пневматической системе обычно невысокое; основное внимание уделяется низкому коэффициенту трения, удобству сборки и отскоку:

Предпочтительно 70A. Если это динамическое применение пневматическое уплотнение , то твёрдость 90A зачастую создаёт излишний риск трения и износа.

Общего назначения гидравлическая

Среднее–низкое давление, рациональная канавка, контролируемый зазор:

70A или 80A. При незначительном выдавливании, пульсациях давления или подрезании кромок допустимо повысить твёрдость с 70A до 80A либо добавить упорное кольцо.

Высоконапорная гидравлическая

Высокое давление, большой перепад давления, наличие зазора для выдавливания:

80A, 90A или 70A/80A + упорное кольцо, специфично для проверки зазора в канавке. Если причина отказа — явная экструзия, то твёрдость 90A имеет смысл; однако если отказ вызван старением, набуханием, остаточной деформацией или несовместимостью с рабочей средой, повышение твёрдости до 90A не устраняет первопричину.

Уплотнение для низких температур

Низкие температуры, холодный пуск, длительное простаивание при низких температурах:

Не следует слепо повышать твёрдость. Предпочтительно выбирать материал или формулу, предназначенные для низких температур; твёрдость, как правило, не должна быть слишком высокой. Твёрдость 70A обычно обеспечивает более надёжное начальное прилегание и восстановление формы по сравнению с 90A.

Большой зазор или износный зазор

Если зазор между поршнем, цилиндром, штоком клапана или фланцевым соединением относительно велик:

Повышение твёрдости — лишь один из возможных способов. Более предпочтительным решением обычно является: уменьшение зазора, оптимизация канавки, установка упорного кольца, а затем уже рассмотрение вариантов с твёрдостью 80A или 90A.

9. Версия инженера — Мантра оценки

Позволяет быстро принять решение, используя следующую логику:

Отсутствует чёткий риск выдавливания — в первую очередь используйте 70A.

при незначительном выдавливании при использовании 70A или недостаточном запасе по давлению применяйте 80A.

Высокое давление, большой зазор, явный отказ из-за защемления — применяйте 90A.

Низкая температура, низкое давление, затруднённая сборка: динамическое низкое трение невозможно устранить изменением твёрдости; не спешите сразу переходить к 90A.

Твёрдость не решает проблемы несовместимости материалов, погрешности канавки и деформации сжатия.

10. На что должен обратить внимание отдел закупок

Отдел закупок не должен просто заказывать материалы по обозначениям «70 градусов», «90 градусов». Рекомендуется как минимум подтвердить следующие параметры:

Материал: NBR, FKM, EPDM, HNBR, VMQ, FFKM и др.; Твердость: например, 70 по Шору А, 80 по Шору А, 90 по Шору А; Стандарты размеров: GB, ISO 3601, AS568 или нестандартные размеры; Допуск по твердости: например, 70±5 по Шору А, в соответствии с чертежом компании или техническими требованиями к материалу; Цвет: черный, коричневый, зеленый и др., однако цвет не может заменять подтверждение материала; Условия эксплуатации: рабочая среда, температура, давление, статическое уплотнение/динамическое уплотнение; Сертификация: RoHS, REACH, FDA, UL, WRAS, отчеты по материалам и др.; Отслеживаемость партии: сертификат соответствия (COC), сертификат анализа (COA), сертификат на материал, отчеты об испытаниях.

Риски при закупке:

Нельзя считать NBR 70A и FKM 70A взаимозаменяемыми материалами эквивалентного класса. При одинаковой твердости их стойкость к маслам, термостойкость, химическая стойкость, низкотемпературная эластичность и цена могут существенно различаться.

Нельзя считать материал 90A автоматически лучшим только из-за большей твердости. Материал 90A может вызывать трудности при сборке, протечки при низком давлении, недостаточную низкотемпературную эластичность или чрезмерное динамическое трение.

Если в чертеже заказчика указано «70», уточните, что имеется в виду твёрдость по Шору А. Стандартное обозначение должно быть «70 по Шору А» или «70 ShA».

При возникновении отказа не следует изменять только твёрдость. Если наблюдаются набухание, растрескивание, упрочнение или остаточная деформация, причина, как правило, кроется в материале, температуре, среде эксплуатации или величине сжатия, а не в твёрдости.

11. Каким образом отдел продаж должен отвечать на наиболее часто задаваемые вопросы клиентов?

Клиент спрашивает: «В чём разница между 70 и 90 градусами?»

Можно ответить следующим образом: 70А — более универсальный вариант, обладает лучшей эластичностью и удобством при сборке, подходит для большинства стандартных уплотнений; 90А — более твёрдый материал, лучше сопротивляется выдавливанию и применяется при высоком давлении или больших зазорах. Однако при использовании 90А усилие при сборке возрастает, а восстановление формы при низких температурах и соответствие формы уплотнения поверхности могут ухудшиться, поэтому «чем выше — тем лучше» не всегда верно; в общем случае рекомендуется сначала использовать 70А, если отсутствует чётко определённый риск утечки при высоком давлении.

Клиент спрашивает: «Обязательно ли при высоком давлении применять 90 градусов?»

Можно ответить так: не обязательно. Для герметизации при высоком давлении необходимо одновременно учитывать давление, зазор в канавке, размер поперечного сечения и наличие упорного кольца; твёрдость 90 A обеспечивает большую стойкость к выдавливанию, однако если зазор в канавке слишком велик, то повышение твёрдости само по себе является ненадёжным решением — как правило, всё равно требуется соответствующее упорное кольцо или оптимизированная канавка.

Клиент спрашивает: «У моего исходного уплотнительного кольца твёрдостью 70° возникла утечка; поможет ли переход на твёрдость 90°?»

Можно ответить так: сначала необходимо определить причину утечки. Если кромка уплотнительного кольца выдавлена или повреждена, повышение твёрдости до 80 A или 90 A может помочь, либо можно добавить упорное кольцо. Если же причина — старение, набухание, остаточная деформация, растрескивание или недостаточное восстановление при низких температурах, переход на твёрдость 90 A необязательно даст эффект и даже может ухудшить сборку и восстановление.

Клиент спрашивает: «Обязательно ли использовать твёрдость 80°?»

Можно ответить следующим образом: да, твердость 80 по Шору А представляет собой компромисс между 70 и 90 по Шору А, подходит для условий слегка повышенного давления по сравнению с обычными, при этом возникает обеспокоенность выдавливанием, но в то же время не хочется, чтобы твердость 90 по Шору А была слишком высокой и усилие при сборке — чрезмерным; зачастую твердость 80 по Шору А обеспечивает большую стабильность по сравнению с прямым переходом к 90 по Шору А.

12. Окончательная рекомендация

Обычный выбор: 70 по Шору А. Это стандартная твердость для большинства уплотнительных колец, учитывающая герметичность, эластичность, удобство сборки и стоимость.

Повышенное давление или риск выдавливания: 80 по Шору А. Это компромиссный переход от общего уплотнения к уплотнению, устойчивому к выдавливанию.

Высокое давление, большой зазор, явные признаки разрушения из-за выдавливания: 90 по Шору А. Однако одновременно необходимо проверить паз, упорное кольцо, фаску, смазку, восстановление эластичности при низких температурах и усилие при сборке.

Краткое описание: твердость 70A обеспечивает универсальность и баланс, твердость 80A — компромисс и коррекцию, твердость 90A — сопротивление экструзии; чем выше твердость, тем выше сопротивление экструзии, однако эластичность, удобство сборки и отскок при низких температурах ухудшаются пропорционально.