தயாரிப்பு வடிவமைப்பு — ஸ்டேட்டிக் சீல் வடிவமைப்பு

முத்திரை வடிவமைப்பின் முக்கிய நோக்கம், கட்டமைப்பு, துல்லியம், பொருள் மற்றும் பிற காரணிகளின் ஒருங்கிணைந்த விளைவுகள் மூலம், தயாரிப்பு அதன் முழு சேவை ஆயுள் முழுவதும் அனைத்து கசிவு பாதைகளையும் தடுக்க வேண்டும் என்பதை உறுதிப்படுத்துவதாகும்.

நீங்கள் முத்திரையை புதிதாக இருக்கும் போது மட்டுமே சரிபார்த்து, முத்திரை வளையத்தின் துல்லியம், பாகங்களின் துல்லியம் அல்லது முத்திரை வயதான பின் எவ்வாறு செயல்படும் என்பதைப் புறக்கணித்தால், பின்னர் கசிவுகள் எளிதில் ஏற்படலாம். இந்தக் காரணிகளை வடிவமைப்பின் தொடக்கத்திலேயே கவனத்தில் கொள்ள வேண்டும்.

பொதுவாக கிடைக்கும் தகவல்களின்படி, முத்திரைகளை ஸ்டேட்டிக் முத்திரைகள் மற்றும் டைனமிக் முத்திரைகள் என இரண்டாகப் பிரிக்கலாம் (இது செயல்பாட்டின் போது முத்திரை மற்றும் பாகங்களுக்கு இடையே சார்பு இயக்கம் உள்ளதா அல்லது இல்லையா என்பதைப் பொறுத்தது). இவற்றின் வடிவமைப்பு மையம் மிகவும் வேறுபட்டதாகும். இந்தக் கட்டுரை ஸ்டேட்டிக் முத்திரைகளைப் பற்றியது மட்டுமே.

உள்ளடக்கம்

1. முத்திரையிடுதலின் கோட்பாடு மற்றும் தோல்வி வடிவங்கள்

2. முத்திரை வளைய கட்டமைப்பு வடிவமைப்பு

1. வெவ்வேறு நிலைகளில் தோல்வி வடிவங்கள்

2. LMC-க்கு கீழான தொடர்பு அழுத்தம் மற்றும் தொடர்பு நீளம்

3. MMC-க்கு கீழான நிரப்பு விகிதம் மற்றும் உள்ளூர் வலிமை

3. முத்திரை வளையங்களின் வானிலை எதிர்ப்புத்தன்மை

1. செயல்பாட்டு சுருக்கம் வரையறை

2. சுருக்கம் தொகை (சுருக்க விகிதம்), வெப்பநிலை மற்றும் வயதாகும் நேரம் ஆகியவற்றுடன் சுருக்கம் தொகை எவ்வாறு தொடர்புடையது

3. வயதாகும் பின் விரைவான மதிப்பீட்டு முறை

4. இந்தக் கட்டுரையின் எல்லைகள் மற்றும் எதிர்கால தலைப்புகள்

1. முத்திரையிடுதலின் கோட்பாடு மற்றும் தோல்வி வடிவங்கள்

ஒரு தயாரிப்பு ஒரு சீல் (முடிச்சு வளையம்) தொடர்பு மேற்பரப்பில் அழுத்தப்படுவதால் வாயு அல்லது திரவம் அதன் வழியாக கடந்து செல்வதைத் தடுக்கிறது.

கசிவு பாதையின் கண்ணோட்டத்தில், சீல் தோல்விக்கு இரண்டு முக்கிய வடிவங்கள் உள்ளன:

• இடைமுக கசிவு: முடிச்சு வளையம் மற்றும் தொடர்பு மேற்பரப்புக்கு இடையே போதுமான பொருத்தம் இல்லாதபோது ஏற்படுகிறது. திரவம் இடைமுகத்தின் வழியாக அல்லது இடைவெளியின் வழியாக ஓடுகிறது.

• பொருளின் ஊடுருளல்: வாயு அல்லது திரவ மூலக்கூறுகள் ரப்பர் அல்லது பிளாஸ்டிக் பொருளின் மூலக்கூறு மட்டத்தில் அதன் வழியாக கடந்து செல்கின்றன.

உண்மையான பொறியியல் பயன்பாடுகளில், நேர்மறை அழுத்த குமிழி சோதனை பெரிய இடைமுக கசிவுகளை எளிதில் கண்டறிகிறது. நீரில் நனைத்த பின் மின்காப்பு தோல்வி என்பது முழு தயாரிப்பு அமைப்பு மட்டத்தில் கசிவு ஏற்படுகிறதா என்பதை மதிப்பிட சிறந்தது.

முக்கிய குறிப்பு: சோதனை முடிவுகள் உங்களுக்கு துல்லியமான தோல்வி வழிமுறையை தானாகவே கூறுவதில்லை. உதாரணமாக, ஒரு பொருள் நேர அழுத்தத்தின் கீழ் எந்த குமிழிகளையும் காட்டாதிருக்கலாம், ஆனால் எதிர் அழுத்தத்தின் கீழ் மின்காப்பு தோல்வியடையலாம். இது அது பொருளின் ஊடுபுகுதல் (பெர்மியேஷன்) என்பதை நிரூபிப்பதில்லை — இது இன்னும் இணைப்பு இடத்தில் கசிவு, முத்திரை வளையத்தில் உள்ள உள்ளூர் குறைபாடுகள் அல்லது வேறு ஏதேனும் கசிவு பாதையாக இருக்கலாம்.

2. முத்திரை வளைய கட்டமைப்பு வடிவமைப்பு

பொது வடிவமைப்பு வழிகாட்டிகள் அனைத்தும் முத்திரை வளையத்தை வடிவமைக்கும்போது செறிவு அளவு, குழியில் நிரப்புதல், நீட்சி/பொருத்துதல் நிலை, மேற்பரப்பு முறையாக்கம் மற்றும் துல்லிய அனுமதிகள் ஆகியவற்றை ஒன்றாக ஆராய வேண்டும் என்று வலியுறுத்துகின்றன. மிகக் குறைந்த செறிவு என்பது மோசமான தொடர்பைக் குறிக்கிறது; மிக அதிக செறிவு என்பது நிரந்தர வடிவ மாற்றத்தை விரைவுபடுத்தலாம், பொருத்துதல் விசையை மிகையாக்கலாம் அல்லது உள்ளூர் சேதத்தை ஏற்படுத்தலாம்.

பொறியியல் வடிவமைப்புக்காக, நீட்சி, பொருத்துதல் போன்ற நிலைகளில் முத்திரை வளையத்தை இறுதிப் பகுப்பாய்வு (FEA) மூலம் இயக்க நிலையில் அனுகூலப்படுத்தி, முக்கிய எண்களைக் கொண்டு நம்பகத்தன்மையை மதிப்பீடு செய்யலாம். முக்கிய மதிப்பாய்வு உருப்படிகள் கீழே கொடுக்கப்பட்டுள்ளன.

குறிப்பு: இந்த எண்கள் கசிவை நேரடியாக அளவிடுவது அல்ல, பொறியியல் மாற்றுக் குறியீடுகள் ஆகும்.

1. வெவ்வேறு நிலைகளில் தோல்வி வடிவங்கள்

கட்டமைப்பு மதிப்பாய்வின் போது, முதலில் வெவ்வேறு அளவு கலவைகள் மற்றும் கூட்டு நிலைகளுக்கு ஏற்றவாறு தெளிவான தோல்வி முறைகள் தோன்றுகின்றனவா என்பதைச் சரிபார்க்கவும், உதாரணமாக:

• சீல் உதடு சுருங்குதல்

• சுருள்தல் அல்லது பிடித்தல்

• உள்ளூர் வெளியேற்றம்

• தெளிவான சாதாரணமற்ற வலு மையமாக்கம்

இந்த படியானது, சீல் இன்னும் சாதாரண செயல்பாட்டு நிலையில் உள்ளதா என்பதை உங்களுக்குத் தெரிவிக்கிறது. பெயரளவு செறிவு விகிதம் சரியாகத் தோன்றினாலும், சீல் உதடு அதிகபட்ச கூட்டு நிலையில் சுருங்கியோ அல்லது மடிந்தோ போனால், நம்பகத்தன்மை இன்னும் குறையலாம்.

2. LMC (குறைந்த பொருள் நிலை) கீழ் தொடர்பு அழுத்தம் மற்றும் தொடர்பு நீளம்

நிலையான சீல்களுக்கு, LMC (சீல் வளையத்தின் அளவு தன்மை குறைந்த அளவில், குழியின் இடைவெளி தன்மை அதிகபட்ச அளவில்) பெரும்பாலும் மிகவும் பலவீனமான நேரமாகும், ஏனெனில் இந்த கலவை தொடர்பு அழுத்தத்தையும் தொடர்பு நீளத்தையும் எளிதில் குறைக்கிறது.

கனெக்டர் பகுதியில், சிலிகான் ரப்பருக்கு முதல் வடிவமைப்பில் நேர்மறையான அழுத்தம் >500 kPa மற்றும் தொடர்பு நீளம் >0.6 mm என இலக்கு வைத்து வடிவமைக்க வேண்டும். இது ஒரு குறிப்பு மதிப்பு ஆகும், இது 125°C ல் 1008 மணி நேரத்திற்குப் பிறகு 28 kPa காற்று-சீல் தன்மையை (தோராயமாக 3 மீ நீர் ஆழத்திற்கு சமம்) உறுதிப்படுத்தும்.

கூடுதல் குறிப்புகள்:

① தேவைப்பட்டால், விசையின் கீழ் இணைக்கப்படும் பாகங்களின் வடிவ மாற்றத்தையும் கவனத்தில் கொள்ள வேண்டும்.

② தொடர்பு அழுத்தம் மற்றும் நீளம் ஆகியவை மேக்ரோ-அளவிலான சோதனைகள்; சிறு அளவில் (மைக்ரோ-அளவில்), மேற்பரப்பு முடுக்கத்தால் உருவாகும் கசிவு வழிகளைப் பற்றியும் நீங்கள் சிந்திக்க வேண்டும்.

3. நிரப்பு விகிதம் மற்றும் MMC (அதிகபட்ச பொருள் நிலை) கீழ் உள்ள உள்ளூர் வடிவ மாற்ற அழுத்தம்

MMC கீழ், சீல் வளையம் அதிகமாக அழுத்தப்படுவதற்கான வாய்ப்பு அதிகம். கவனிக்க வேண்டியவை:

• குறுக்கு வெட்டு நிரப்பு விகிதம் மிக அதிகமாக உள்ளதா (100% ஐ விட குறைவாகவே இருக்க வேண்டும்).

• உள்ளூர் வடிவ மாற்ற அழுத்தம் பொருளால் தாங்கக்கூடிய அளவை விட அதிகமாக உள்ளதா (ரப்பரின் இழுவிசை வலிமையை விட குறைவாகவே இருக்க வேண்டும்) மற்றும் அது சிதைவு போக்கைக் காட்டுகிறதா.

• எக்ஸ்ட்ரூஷன் (வெளியே தள்ளப்படுதல்) ஏற்படும் அபாயம் உள்ளதா.

3. முத்திரை வளையங்களின் வானிலை எதிர்ப்புத்தன்மை

முன்னர் பகுதி புதிய நிலையில் உள்ள சீல் வளையத்தின் செயல்திறனை விளக்கியது, மேலும் FEA அதற்கான மிகவும் துல்லியமான முடிவுகளை வழங்க முடியும்.

ஆனால், ரப்பர் பொருட்கள் நிரந்தர செறிவு இழப்பு (compression set), வலிமை தளர்வு (stress relaxation), வெப்ப முதுமை (thermal aging) மற்றும் நேரத்துடன் பண்புகளில் குறைவு ஆகியவற்றை எதிர்கொள்கின்றன; எனவே, சீலிங் இடைமுகம் படிப்படியாக தனது மூல தொடர்பு விசையை இழக்கிறது.

தொடக்க சோதனைகளை வெற்றிகரமாக கடந்து செல்வது அது வாழ்நாளின் முடிவிலும் நம்பகமாக இருக்கும் என்பதை உறுதிப்படுத்துவதில்லை. வடிவமைப்பின் தொடக்கத்திலேயே முதுமை காரணிகளை கவனத்தில் கொள்ள வேண்டும்.

1. செயல்பாட்டு சுருக்கம் வரையறை

செறிவு இழப்பு (Compression set) என்பது, ரப்பர் நீண்ட காலமாக செறிவுக்கு உட்பட்ட பின்னர் அதன் நெகிழ்வுத்தன்மையை எவ்வளவு நன்றாக பராமரிக்கிறது என்பதை மதிப்பீடு செய்வதற்கான முக்கிய குறியீடாகும்.

இதன் பொருள், சீல் வளையம் நீண்ட காலமாக செறிவுக்கு உட்பட்டு முதுமையடைந்த பின்னர், அதன் மீது செலுத்தப்பட்ட அழுத்தத்தை நீக்கிய பின்னரும் அது தனது மூல வடிவத்திற்கு முழுமையாக திரும்ப முடியாது என்பதாகும். செறிவு இழப்பு அதிகமாக இருந்தால், அதன் மீட்சி திரும்பும் திறன் குறைவாக இருக்கும், மேலும் வாழ்நாளின் முடிவில் சீலிங் தொடர்பு திறனை இழப்பதற்கான அபாயம் அதிகரிக்கும்.

(இக்கட்டுரையில் இங்கு செறிவு இழப்பு (compression set) ஐ விளக்கும் ஒரு படம் காட்டப்பட்டுள்ளது.)

(கட்டுரையில் சீல் வளையத்தின் செயல்திறன் சோதனைக்கான தரமான தொழில்துறை சோதனை கருவி காட்டப்பட்டுள்ளது — இரண்டு தகடுகளுக்கு இடையில் வைக்கப்பட்ட தரமான அளவிலான ரப்பர் துண்டு.)

2. சுருக்கம் தொகை (சுருக்க விகிதம்), வெப்பநிலை மற்றும் வயதாகும் நேரம் ஆகியவற்றுடன் சுருக்கம் தொகை எவ்வாறு தொடர்புடையது

தரமாக (Qualitatively), மூன்று முக்கிய காரணிகள் அழுத்தம் (செயல்பாட்டு விகிதம்), வெப்பநிலை மற்றும் நேரம் ஆகும்.

(கட்டுரையில் VMQ சிலிகான் ரப்பரின் செயல்பாட்டு விகிதத்தை எதிரொளிக்கும் வரைபடம் காட்டப்பட்டுள்ளது. VMQ க்கு, மிகக் குறைவான அல்லது மிக அதிகமான செயல்பாடு நீண்டகால செயல்திறனுக்கு ஏற்றதாக இருக்காது.)

(குறிப்பு: செயல்பாடு மிகவும் குறைவாக இருக்கும்போது, "சதவீத" செயல்பாட்டு மதிப்பு மிக அதிகமாகத் தோன்றலாம்.)

(கட்டுரையில் வெவ்வேறு வெப்பநிலைகளில் வயதாக்கப்பட்ட பின் செயல்பாட்டு மதிப்புகளைக் காட்டும் வரைபடங்கள் உள்ளன — அதிக வெப்பநிலை மீட்சித்தன்மையை மோசமாக்குகிறது.)

(கட்டுரையில் வெவ்வேறு வெப்பநிலைகளில் வெவ்வேறு சீல் பொருட்களின் தோராயமான பயன்பாட்டு ஆயுள் காட்டப்பட்டுள்ளது — மட்டும் குறிப்பிற்காக.)

(கட்டுரையில் NBR ரப்பரின் செயல்பாட்டு மதிப்பு மற்றும் வயதாக்க நேரம் ஆகியவற்றை ஒப்பிடும் வரைபடம் காட்டப்பட்டுள்ளது.)

3. வயதாகும் பின் விரைவான மதிப்பீட்டு முறை

பொறியியல் பயன்பாட்டில், வயதான செறிவு இழப்பு (compression set) மதிப்பை ஆரம்ப வடிவமைப்பில் மீண்டும் செருகி, நீங்கள் போதுமான பாதுகாப்பு எல்லையைக் கொண்டுள்ளீர்களா என்பதை விரைவாகச் சரிபார்த்து, வாழ்நாளின் இறுதியில் தோல்வியின் அபாயத்தை மதிப்பீடு செய்யலாம்.

எடுத்துக்காட்டு: ஆரம்ப வடிவமைப்பின் செறிவு வீதம் 10% ஆக இருந்தாலும், 125°C ல் 1008 மணி நேரம் வயதாகும் பிறகு செறிவு இழப்பு 17% ஆக மாறினால், வயதாகும் பிறகு அடைப்பு (seal) தோல்வியடைவதற்கான வாய்ப்பு மிக அதிகம். நீங்கள் ஆரம்ப செறிவு வீதத்தை அதிகரிக்க வேண்டும் அல்லது சிறந்த செறிவு இழப்பு செயல்திறனைக் கொண்ட ரப்பரைத் தேர்ந்தெடுக்க வேண்டும்.

குறிப்பு: இந்த முறை விரைவான சரிபார்வைகளுக்கு அல்லது போக்குகளை மதிப்பீடு செய்வதற்கு ஏற்றது; இது இறுதி கசிவு வீதத்தை நேரடியாக முன்கூட்டியே கணிப்பதற்கு பயன்படாது.

4. இந்தக் கட்டுரையின் எல்லைகள் மற்றும் எதிர்கால தலைப்புகள்

இந்தக் கட்டுரை அடைப்பு வடிவமைப்புக்கான தரமுள்ள (qualitative) கட்டமைப்பை வழங்குகிறது, ஆனால் பரப்பு முனைவு (surface roughness) மற்றும் அடைப்பு இடையேயான தொடர்பு, குறைந்த வெப்பநிலையின் அடைப்பு செயல்திறன் மீது ஏற்படும் தாக்கம், கசிவு வீதத்தை அளவிடும் அளவுகோல் முறைகள், மற்றும் வெப்பநிலை-வயதாகும் பொருத்துதல் மாதிரிகளை (temperature-aging fitting models) உருவாக்குதல் போன்ற பல தலைப்புகள் இன்னும் இக்கட்டுரையில் கவனிக்கப்படவில்லை.

விடுவிடைகள்

[1] பார்க்கர் ஹானிஃபின் கார்ப்பரேஷன். பார்க்கர் O-ரிங் கையேடு: ORD 5700[M]. க்ளீவ்லாண்ட், OH: பார்க்கர் ஹானிஃபின் கார்ப்பரேஷன், 2021.

[2] கியான் ய் ஹ், சியாவோ ஹ் ஜி, நியே ம் ஹ், மற்றும் பலர். டிரான்ஸ்ஃபார்மர் எண்ணெயில் கீழ் சுருக்க வடிவ முறையில் நைட்ரைல் ரப்பரின் ஆயுள் முன்கூட்டியே கணித்தல் [C]// 2016 ஆம் ஆண்டு 5வது அன்தர்நேஷனல் கான்ஃபரன்ஸ் ஆன் மெசர்மென்ட், இன்ஸ்ட்ருமென்டேஷன் அண்ட் ஆட்டோமேஷன் (ICMIA 2016) நிகழ்வு நிரல். பாரிஸ்: அட்லாண்டிஸ் பிரஸ், 2016: 189–194. DOI: 10.2991/icmia-16.2016.35.