저마찰 공압 실린더 씰을 지정하는 방법

1 bar로 공급되는 32 mm 보어 공압 실린더는 이론 추력이 약 80 N입니다. 로드와 가이드 마찰을 빼고, 부하를 빼고, 3미터 튜브와 두 개의 피팅을 통해 손실되는 압력을 빼면, 피스톤을 움직일 수 있는 여유는 흔히 25 N 미만입니다. 이제 그 글랜드에 15 N의 정지 마찰을 가진 씰을 넣으면 실린더는 안정적으로 움직이지 않습니다. 이는 실린더가 용량 부족이어서가 아니라, 시험 조건이 명시되지 않은 마찰 계수만 나열된 카탈로그 페이지에서 씰을 선택했기 때문입니다.

저마찰 공압 씰링은 재료 문제이기 이전에 힘 예산 문제입니다. 효과적인 사양서는 실린더가 감당할 수 있는 정지 힘, 그것을 측정해야 하는 속도와 압력, 그리고 허용할 수 없는 누설을 명시합니다. 나머지 — 프로파일, 컴파운드, 표면 조도 — 는 이 세 가지 수치에서 따라옵니다.

힘 예산부터 시작하십시오

공칭 공급 압력이 아니라 실린더가 움직이기 시작해야 하는 최소 압력을 택하십시오. 6 bar로 운전되는 기계에서 임계 사례는 보통 셋업 중 0.5-1 bar로 미세 전진해야 하는 실린더이거나, 동시에 모두 행정하여 매니폴드 압력을 떨어뜨리는 네 개의 액추에이터 중 하나입니다.

0.5 bar에서 32 mm 보어의 수치를 계산해 보십시오:

• 이론 추력: 804 mm² × 0.05 MPa = 40 N.
• 가이드 및 로드 베어링 마찰: 정렬이 양호할 때 5-10 N, 부하가 실린더 자체에 의해 가이드되는 경우 더 큽니다.
• 복귀 스프링(단동식인 경우): 추력의 10-20%.
• 씰 저항에 남는 것: 10-25 N이며, 이것이 피스톤 씰과 로드 씰 모두에 대한 전체 예산입니다.

표준 실린더는 단순히 정지에서 벗어나는 데 대략 300-600 mbar가 필요하며, 이 보어에서는 24-48 N의 씰 마찰입니다. 부드럽게 움직이는 실린더는 10-100 mbar, 즉 0.8-8 N이 필요합니다. 그 차이는 마케팅이 아닙니다. 1 bar에서 위치 결정하는 실린더와 정지(stall)하는 실린더의 차이입니다.

네 가지 씰 개념과 각각의 저항 비용

프로파일은 접촉 압력이 어떻게 생성되는지를 결정합니다. 엘라스토머 립은 간섭과 공기 압력에 의존하고, PTFE 요소는 스프링 또는 엘라스토머 에너자이저에 의존하며, 일체형 씰-가이드 설계는 하나의 부품 번호를 더 엄격한 공차와 맞바꿉니다. 주요 제조사의 공개된 공압 씰 제품군 은 동일한 네 가지 계열을 따르므로, 마모된 부품의 상호 참조가 비교적 간단합니다.

단접촉 프로파일은 이미 4-6 bar로 운전되며 더 빠른 응답만 필요한 기계에 가장 흔한 업그레이드입니다. 컴파운드를 바꾸지 않고 슬라이딩 면적을 줄이므로, 일반적으로 PTFE 전환보다 비용이 적게 들고 피스톤 그루브를 변경할 필요가 없습니다.

간섭과 접촉 폭이 정지 힘을 결정합니다

마찰력은 대략 접촉 압력과 접촉 면적의 곱에, 계면에 남아 있는 윤활제로 인한 필름 전단 항을 더한 값입니다. 공압 씰에서 접촉 압력은 반경 방향 간섭 — 씰의 자유 외경이 보어를 초과하는 양 — 에서 발생합니다.

과도한 간섭은 애프터마켓 공압 씰에서 우리가 보는 가장 흔한 공장 결함입니다. 공칭보다 0.15 mm 크게 성형된 씰은 완벽하게 밀봉되지만 실린더가 끈적하게 느껴지게 합니다. 같은 씰이 공칭 치수이면 부드럽게 느껴지고 0.2 bar에서 약간 새어 나올 수 있습니다. 어느 거동도 치수 보고서에 자유 상태 직경과 측정 기준 보어가 포함되지 않는 한 보고서에 나타나지 않습니다.

세 가지 실용 규칙:

1. 그루브와 보어 치수만이 아니라 자유 상태 반경 방향 간섭을 요청하십시오. 저항을 결정하는 수치입니다.
2. 실린더가 저압으로 운전될 때는 간섭을 범위의 하한에, 보어 표면 조도가 거칠거나 공기가 습할 때는 상한에 두십시오.
3. 마모된 보어를 과대 치수 씰로 보상하지 마십시오. 일주일의 밀봉과 한 달의 스틱-슬립을 얻을 뿐입니다.

보어 및 로드 표면 조도: 아무도 감사하지 않는 배수 인자

표면 조도는 마찰과 누설을 모두 변화시키며, 서로 반대 방향으로 변화시킵니다. 너무 거칠면 씰이 마모되고 윤활 필름이 끊어지며 실린더가 누설됩니다. 너무 매끄러우면 표면이 필름을 전혀 유지할 수 없어 정지 마찰이 상승하고 씰이 저속에서 채터링합니다.

ISO 15552는 장착 치수를 규정할 뿐 보어 마감은 규정하지 않으므로, 동일하게 볼트 체결되는 두 실린더라도 밀봉 성능은 크게 다를 수 있습니다. 씰 유통업체의 기술 자료실 은 실린더 카탈로그에서 흔히 빠뜨리는 상대면 권장 사항을 수집하고 있어 이 경우 유용합니다. 고객이 동일한 실린더 모델인데 한 기계에서는 씰이 작동하고 다른 기계에서는 작동하지 않는다고 보고하면, 가장 먼저 측정할 것은 보어이며, 두 번째는 호닝 공구가 흔히 낮은 지점을 남기는 포트 교차 구멍 부위의 보어 진원도입니다.

윤활: 무유 공기는 무그리스가 아니다

거의 모든 공압 씰은 그리스 막과 함께 조립된 후 오일이 없는 공기로 작동합니다. 이 초기 충전량은 청정 시스템에서 씰 수명 동안 유지되는 것으로 예상되며, 이는 조립 그리스의 선택이 컴파운드만큼이나 중요하다는 것을 의미합니다. 이동하거나 산화되는 그리스는 수십만 사이클 이내에 립을 건조하게 만들며, 아노다이징된 보어에서의 건조 운전은 광택이 나고 누설되는 씰로 이어지는 가장 빠른 경로입니다.

나중에 에어라인 윤활제를 추가하는 것은 일종의 약속입니다. 일단 오일이 도입되면 지속적으로 유지해야 합니다. 오일에 팽윤된 씰은 윤활기가 건조해지면 수축하여 누설되기 때문입니다. 씰 재고 판매업체 들은 이러한 패턴의 여파를 정기적으로 목격합니다. 2년 동안 건조하게 운전된 실린더가 “해결책'으로서 윤활기를 장착한 후 3개월 뒤에 누설된 사례입니다. 식품, 제약 및 반도체 라인에서는 무유 운전이 필수이며, 올바른 답은 건조 상태로 운전되는 저마찰 엘라스토머가 아니라 윤활제 보유 립 형상을 갖춘 PTFE 기반 요소입니다.

경도는 여기서 부차적인 수단입니다. 90 Shore A NBR 씰은 동일한 간섭에서 변형이 적어 분리력을 약간 줄일 수 있지만, 거친 보어에서는 밀봉 성능도 떨어집니다. 실제로는 듀로미터 경도 를 5포인트 변경하는 것이 접촉 폭을 0.2 mm 변경하는 것보다 마찰에 미치는 영향이 적습니다.

속도는 방정식의 나머지 절반이며, 하한이 존재합니다. 대략 5 mm/s 이하에서는 대부분의 엘라스토머 립 실린더가 점착과 미끄러짐을 반복하며, 최소 안정 속도는 보어 크기에 따라 달라집니다: SMC 는 선정된 저속 실린더를 0.5 mm/s로 규정하지만, 16 mm 이하의 보어에는 1 mm/s를 적용합니다. 12 mm 보어에서 1 mm/s의 부드러운 운동이 필요한 경우, 어떤 컴파운드 변경으로도 이를 달성할 수 없으며 실린더 구조를 변경해야 합니다.

실제 실린더에서 분리력을 측정하는 방법

카탈로그의 마찰 수치는 스크리닝 데이터일 뿐 합격 기준이 아닙니다. 실제 실린더에서, 실제 공기 공급으로, 기계가 사용할 압력에서 측정하십시오.

1. 가능하면 실제 부하를 부착한 상태로, 설치된 대로 실린더를 수직 또는 수평으로 장착하십시오.
2. FRL 유닛이 아닌 실린더 포트에 압력 게이지와 정밀 레귤레이터를 장착하십시오.
3. 압력을 0에서 천천히 올리면서 로드가 처음 움직이는 압력을 기록하십시오. 그것이 분리력입니다.
4. 정지 상태에서 10분 유지 후, 그다음 1,000 사이클 후에 반복하십시오. 스틱슬립은 유지 시간에 따라 분리력 수치가 상승하는 것으로 나타납니다.
5. 그다음 운전 마찰을 측정하십시오. 일정 속도로 행정하고 두 챔버 간의 압력 차이를 기록하십시오.
6. 양방향 모두 시험하십시오. 전진과 후진은 유효 면적이 다르고 씰 거동도 흔히 다릅니다.

저마찰 회로의 유용한 합격 목표는 작동 보어에서 분리력 100 mbar 미만, 그리고 행정 전체에서 운전 마찰이 ±20% 이내로 안정적인 것입니다. 유지 시간에 따라 분리력이 상승하지만 운전 마찰은 일정하게 유지된다면 윤활 또는 컴파운드 문제입니다. 둘 다 상승한다면 먼저 보어 마감과 정렬을 확인하십시오.

사양서 작성

당사가 접수하는 대부분의 공압 씰 사양서에는 경도, 색상, 실린더 모델만 나열되어 있습니다. 이는 부품 견적을 내기에는 충분하지만 거동을 보장하기에는 부족합니다. 아래 표는 세컨드 소스 검토를 견뎌내는 버전입니다.

이 중 두 항목은 구매 발주서에서 흔치 않으며, 둘 다 논쟁할 가치가 있습니다. 기동력은 기계가 실제로 어떻게 작동하는지를 반영하는 유일한 합격 기준이며, 공기 품질은 조립 시 사용한 그리스가 3년 후에도 남아 있을지를 결정합니다. 이 두 수치 중 어느 것도 논의할 수 없는 공급업체는 씰을 파는 것이 아니라 부품을 파는 것입니다.

씰과 가이드가 하중을 분담하는 실린더에서는 가이드 링 선택이 씰만큼 마찰에 영향을 미칩니다. 마모되었거나 치수가 부족한 웨어 밴드는 피스톤이 기울어지게 하여 립 한쪽에 하중이 걸리고 국부 접촉 압력이 두 배가 됩니다. 마찬가지로 로드 와이퍼가 먼지를 통과시키면 피스톤 씰은 어떤 컴파운드도 견디도록 설계되지 않은 연마성 이물질을 견뎌야 하는 상황이 됩니다. 이에 대한 저희 씰 고장 패턴 설명에서 시각적 징후를 다룹니다.

사양 체크리스트

공압 씰 도면을 승인하기 전에 다음 항목을 점검하십시오. 각 항목은 저희가 한 번 이상 목격한 현장 고장에 대응합니다.

1. 최저 기동 압력을 명시하십시오, 공칭 공급 압력이 아닙니다. 기계가 0.5 bar에서 움직여야 한다면, 그 씰은 0.5 bar 씰입니다.
2. 힘을 마찰로 환산하십시오. 가용 추력을 씰 개수(피스톤 씰 + 로드 씰)로 나누고, 그 결과가 가이드 항력과 부하에 대한 여유를 남기는지 확인하십시오.
3. 프로파일을 명시하십시오, 재질만이 아닙니다. 단접촉 립과 표준 립은 같은 컴파운드를 사용하지만 다르게 거동합니다.
4. 자유 상태 간섭을 규정하십시오 그리고 홈 깊이 및 보어 직경과 함께 검사 성적서에 이를 요구하십시오.
5. 표면 조도를 기재하십시오 보어와 로드에 대해, 그리고 진원도도 포함하십시오. 거칠기만 규정하면 타원형 보어가 통과될 수 있습니다.
6. 공기 품질 등급을 정의하십시오 그리고 시스템이 무급유인지 서면으로 결정하십시오. 나중에 윤활기를 추가하면 씰 선택이 무효가 됩니다.
7. 기동 시험을 요구하십시오 초도품 및 1,000 사이클 후에, 유지 시간을 명시하여 실시하십시오.
8. 가이드를 점검하십시오 씰을 탓하기 전에. 측면 하중과 보어 타원도는 씰 마찰 및 씰 누설로 나타납니다.

저희가 해결을 요청받는 저마찰 문제의 대부분은 컴파운드 문제가 아니라 사양 문제로 밝혀집니다. 공압 씰 제품군 은 PU, NBR, 충전 PTFE 재질의 립 씰, 피스톤 씰 및 완전한 키트를 포함하며, 홈 치수는 일반적인 ISO 15552 시리즈와 호환됩니다. 실린더 모델과 힘 예산을 보내주시면 금형을 제작하기 전에 어떤 프로파일이 적합한지 알려드릴 수 있습니다. 동일 실린더 내부의 정적 밀봉(포트 씰, 쿠션 씰, 엔드캡 O링)에는 70 Shore A NBR 재질의 표준 O링 또는 X링 이 일반적으로 정답이며, 단 홈이 압력에 맞게 설계되어야 합니다.