두 개의 유압 실린더가 같은 주에 같은 공장에서 출고되었습니다. 둘 다 보어가 63mm였고, 둘 다 거울면으로 호닝되었으며, 둘 다 같은 상자에서 나온 70 Shore A NBR 로드 씰로 조립되었습니다. 하나는 14개월을 작동했고 와이퍼 부분도 여전히 건조했습니다. 다른 하나는 6주 만에 로드 씰에서 누유가 발생했는데, 실린더를 절개해 보니 보어는 완벽해 보이는 표면 조도를 가지고 있었지만 결이 스트로크 방향으로 곧게 이어져 있었습니다.
홈과 보어의 표면 조도는 씰 설계에서 가장 덜 명시되는 치수이며, 수명을 가장 자주 결정하는 요소입니다. 또한 숫자 하나로 가장 쉽게 속일 수 있는 항목이기도 합니다. Ra는 불량한 표면에서도 측정할 수 있으며 여전히 0.4µm로 읽힙니다.
Ra는 숫자이지 규격이 아니다
Ra는 샘플링 길이에 걸친 프로파일 편차의 산술 평균입니다. 이는 봉우리와 골을 하나의 수치로 평균화하는데, 이는 2µm 봉우리와 2µm 골을 가진 표면이 평평하면서 간간이 4µm 흠집이 있는 표면과 동일한 점수를 받는다는 뜻입니다. 씰은 평균에 관심이 없습니다. 씰이 관심을 갖는 것은 봉우리가 씰을 절단하는지, 그리고 골이 오일 측에서 공기 측까지 연속적인 경로를 형성하는지 여부입니다.
Ra 외에 이 중 어느 것이 일어나는지를 결정하는 세 가지 파라미터가 있습니다:
- Rz (프로파일의 최대 높이, 5개 샘플링 길이에 걸친 평균)는 봉우리에서 골까지의 깊이를 알려줍니다. Ra 0.4µm에 Rz 4µm인 표면은 고립된 깊은 골을 가지고 있습니다 — 누유 경로입니다. 동일한 Ra에 Rz 1.6µm인 표면은 균일합니다.
- Rmr (주어진 절단 깊이에서의 재료 비율)은 표면 중 얼마나 많은 부분이 하중을 지지하는지 알려줍니다. 플래토 호닝된 보어는 씰이 접촉하는 깊이에서 60-70%의 재료를 지지할 수 있으며, 날카롭게 선삭된 보어는 20-30%를 지지합니다.
- 결(Lay) 은 마크의 방향을 알려줍니다. 이것은 보고서상의 숫자가 아니며, 어느 거칠기 파라미터보다도 더 많은 고장을 결정합니다.
ISO 3601-2는 표면 조도를 주석이 아닌 글랜드 규격의 일부로 취급하며, 2025년 개정판은 사용자들이 Ra와 함께 재료 비율을 관리하도록 유도합니다. 이는 올바른 방향입니다: “Ra 0.4”라고만 적고 다른 것은 없는 도면은 공장이 나사산을 납품하도록 허용합니다.
용도별 수치
아래 표는 주요 씰 제조사들이 사용하는 값을 통합한 것입니다. 이들은 전체 부품이 아닌 밀봉면에 대한 목표치입니다.
| 밀봉면 | Ra 목표 | Rz / Rmax | 일반적 공정 | 비고 |
|---|---|---|---|---|
| 정적, 비맥동 (플랜지, 커버) | ≤ 1.6 µm | ≤ 6.3 µm | 정밀 밀링 또는 선삭 | 32 µin. 대부분의 개스킷 및 면 씰에 대한 기본값 |
| 정적, 맥동 또는 가스 사용 | ≤ 0.8 µm | ≤ 3.2 µm | 연삭 또는 정밀 보링 | 가스 및 저점도 유체는 오일이 찾지 못하는 누유 경로를 찾습니다 |
| 홈 바닥 및 측벽 | 1.6-3.2 µm | ≤ 6.3-12.5 µm | 선삭 또는 보링 | 헐거운 것은 괜찮습니다. 거친 측벽은 조립 시 링을 마모시킵니다 |
| 왕복 동적 (로드, 보어) | ≤ 0.4 µm | ≤ 1.6 µm | 호닝, 연삭 | 16 µin. 유압 글랜드에서 가장 중요한 단일 수치 |
| 동적 홈 바닥 | ≤ 1.6 µm | ≤ 6.3 µm | 선삭 | 압출 손상 및 설치 중 씰 롤링을 방지합니다 |
| 회전, 고압 | 0.2-0.4 µm | ≤ 1.6 µm | 연삭, 초정밀 가공 | 결은 원주 방향이어야 하며, 절대 축 방향이어서는 안 됩니다 |
| 진공 | ≤ 0.4 µm | ≤ 1.6 µm | 호닝 또는 래핑 | 누유 방향은 내향이며, 표면 결함이 압력보다 더 중요합니다 |
그 표 아래에 하나의 하한값이 있습니다: 동적 면에서 대략 Ra 0.1-0.15µm 이하로 내려가지 마십시오. 거울면으로 연마된 보어는 오일 막을 유지할 수 없으며, 씰은 첫 스트로크부터 경계 윤활로 작동합니다. 마모가 가속되고 마찰이 증가하며, 고장은 재료 문제처럼 보이지만 실제로는 마감 문제입니다.
두 가지 고장 모드, 하나의 숫자
누설 경로
1 MPa에서의 정적 시일은 그다지 큰 채널을 필요로 하지 않습니다. 보어에서 대기로 방사형으로 이어지는 결이 있는 Ra 2.5 µm의 홈 면을 생각해 보십시오. 압축 상태에서 고무는 대부분의 골을 채우지만, 인접한 두 흠집이 교차하고 둘 다 가장자리에 도달하는 곳에서는 연속적인 모세관이 생깁니다. 저압에서는 표면 장력이 이를 붙잡고 있지만, 0.05 MPa의 열 사이클링과 계면활성제가 포함된 유체에서는 스며 나옵니다.
이것이 바로 스며드는 플랜지 개스킷의 해결책이 종종 더 단단한 개스킷이나 더 많은 볼트 토크가 아니라, 선반 가공면에서 연삭 가공면으로 바꾸는 것인 이유입니다. 토크는 고무의 틈을 닫을 뿐, 강재의 채널을 닫지는 못합니다.
건조 스트로크
반대되는 고장입니다. Ra 0.05 µm로 마감된 로드는 베어링 레이스처럼 보이며 어떤 것도 잘 밀봉하지 못합니다. 로드 시일 립은 윤활을 유지하기 위해 약 1-3 µm 두께의 유막이 필요하며, 그 유막은 표면 조직에 담겨 있습니다. 조직을 제거하면 립은 건조하게 작동하고, 유리화되고, 경화되며, 결국 고정되어 로드를 따라가지 못하게 됩니다. 오일 소비가 줄어들어 개선처럼 보이지만, 기계가 작동 온도에 도달하면 시일이 새기 시작합니다.
우리는 이것을 시일 사양 없이 연마 선반을 갖춘 작업장에서 재작업된 실린더에서 가장 많이 봅니다. 보어는 아름답습니다. 시일은 8주 만에 고장 나고 보고서에는 “시일 재료 고장”이라고 적힙니다.”
마감이 어떻게 생성되는가, 그리고 왜 중요한가
| 공정 | 달성 Ra | 결(Lay) | 베어링 비율 | 적합한 용도 |
|---|---|---|---|---|
| 선반 가공(정삭 패스) | 0.8-3.2 µm | 원주 방향 또는 나선형 | 낮음, 20-35% | 홈 바닥, 정적 면, 비밀봉 표면 |
| 원통 연삭 | 0.1-0.8 µm | 원주 방향, 미세 | 중간, 40-55% | 로드 표면, 회전 샤프트 |
| 호닝 | 0.2-0.8 µm | 크로스 해치, 포함각 30-60° | 높음, 50-70% | 실린더 보어, 왕복 운동 부품 |
| 롤러 버니싱 | 0.05-0.4 µm | 원주 방향, 눌려 펴짐 | 매우 높음, 70-85% | 평탄도가 중요한 정적 면 |
| 볼라이징 | 0.1-0.4 µm | 원주 방향 | 높음 | 소형 보어, 관통 구멍 |
| EDM | 0.4-3.2 µm | 무작위, 재주조층 | 낮음 | 후가공 없이는 밀봉 면이 아님 |
호닝이 왕복 보어에 적합한 공정인 이유는 단 하나, 크로스 해치입니다. 두 흠집 집합 사이의 포함각은 보통 30-60°로, 스트로크 동안 보어에 오일을 유지하고 복귀 시 방출합니다. 단방향 호닝이나 연삭은 스트로크 방향으로 흠집을 만들어 펌프처럼 작동합니다. 둘 다 Ra 0.4 µm로 측정될 수 있습니다. 오일을 유지하는 것은 하나뿐입니다.
롤러 버니싱은 목록에서 가장 미세한 Ra를 생성하며, 동적 면에 가장 자주 과도하게 적용되는 공정입니다. 이는 피크를 절삭해 제거하는 대신 골로 눌러 펴서 베어링 비율을 높이고 오일 포켓을 닫습니다. 정적 면에서는 이것이 바로 원하는 바입니다. 로드에서는 측정값은 아름답지만 윤활은 잘 되지 않는 표면을 만듭니다.
작업장에서 실제로 측정되는 것
시일 그랜드의 입고 검사 대부분은 육안 검사와 캘리퍼입니다. 이는 잘못된 것을 잡아내고 올바른 것을 놓칩니다. 도면에서 마감이 중요하다면, 네 가지 세부 사항이 측정의 의미를 결정합니다:
- 컷오프 길이. 이송 속도 0.4 mm의 선반 가공면에서 0.8 mm 컷오프는 동일한 면에서 2.5 mm 컷오프와 다른 Ra를 반환합니다. 동일한 컷오프로 측정한 트레이스만 비교하고, 도면의 Ra 옆에 컷오프를 기재하십시오.
- 스타일러스와 스키드. 2 µm 스타일러스는 팁보다 좁은 골을 분해할 수 없습니다. 3 mm 보어를 가로지르는 스키드는 표면이 아니라 그 다리 구간의 평균을 측정합니다.
- 위치와 횟수. 보어 주위 120° 간격의 트레이스 세 개, 그리고 축 방향으로 하나. 호닝된 보어에서 단일 축 방향 트레이스는 크로스해치를 읽게 되고, 단일 원주 방향 트레이스는 전혀 다른 표면을 읽게 됩니다.
- 청결도와 온도. 표면의 유막은 스타일러스를 감쇠시켜 더 매끄럽게 읽히게 합니다. 측정 전에 용제로 닦아 건조시키고, 부품이 안정된 후 작업장 온도에서 측정하십시오.
프로파일로미터가 없는 생산 현장에서의 실용적인 지름길은 비교판과 캐스트입니다. 보어의 레플리카 캐스트를 절단하여 양호한 기준 샘플과 비교하면, 휴대용 게이지로는 절대 잡지 못하는 레이 결함을 찾아낼 수 있습니다. 스타일러스 장비의 일부 비용으로 가능하며 더 자주 사용됩니다.
과도한 사양 지정의 비용
표면 조도는 더 엄격한 것이 공짜도 아니고 항상 더 좋은 것도 아닌 몇 안 되는 사양 중 하나입니다. 면을 Ra 3.2 µm에서 1.6 µm로 옮기면 그 면의 가공 비용이 대략 30-50% 증가합니다. 1.6 µm에서 0.8 µm로 옮기면 보통 선삭에서 연삭으로 공정이 바뀌고 두 번째 셋업이 추가되기 때문에 비용이 두 배가 될 수 있습니다.
일괄 노트가 바로 비용이 새는 곳입니다. 200 mm 매니폴드에 “모든 표면 Ra 0.4”라고 적힌 도면은 씰이 닿지 않는 볼트 면, 장착 패드, 클리어런스 보어에까지 연삭 비용을 지불하게 합니다. 올바른 노트는 일반 공차를 명시하고 — 별도 지정이 없으면 Ra 3.2 µm — 밀봉 면에만 엄격한 값을 지정합니다. 10 × 10 mm 밀봉 랜드 하나 때문에 플랜지 전체를 연삭할 필요는 없습니다.
신규 제작보다 수리에서 이것이 더 중요한 이유
새 실린더는 OEM 공정으로 마감된 보어와 함께 도착하며, 이는 수천 개의 유닛에 걸쳐 검증되었기 때문에 보통 올바릅니다. 수리된 실린더는 사용 가능한 기계를 가진 사람이 마감합니다. 오버사이즈로 재보링하고 더 얇은 씰을 끼우거나, 로드를 용접 후 재가공하거나, 스코어 자국을 호닝으로 제거하는 모든 작업은 표면을 리셋하며, 그 어느 작업도 레이나 유막 유지 능력을 자동으로 복원하지 않습니다.
당사가 수리점에 씰을 공급할 때는 프로파일을 추천하기 전에 보어 마감과 로드 마감을 요청합니다. 날카로운 립을 가진 로드 씰은 넓은 접촉 밴드를 가진 립보다 거친 로드를 견딥니다. 단단한 스크레이퍼 엣지를 가진 와이퍼는 연성 표면을 파괴할 표면에서도 살아남습니다. 마감과 프로파일은 하나의 결정이며, 이를 둘로 취급하는 업체는 사양 대신 씰을 바꾸게 됩니다.
글랜드를 승인하기 전 현장 체크리스트
- 도면에 Ra와 Rz 모두 표기, 컷오프 길이와 면 이름 포함. Ra만으로는 사양이 아닙니다.
- 레이 방향 명시. 회전용은 원주 방향, 왕복 보어는 크로스해치, 정적 면은 랜덤 또는 방사형 없음.
- 동적 면에서 0.1-0.15 µm 미만의 하한 금지. 업체가 거울면을 납품하면, 그 위에 어떤 유막이 유지되어야 하는지 물으십시오.
- 배치당 한 번 재료 비율 확인 공정이 호닝이나 버니싱인 경우 밀봉 면에서.
- 엣지 브레이크 명시: 15-20° 리드인 챔퍼, 디버링, 챔퍼 표면은 보어보다 거칠지 않게.
- 다공성 및 도금 확인 경질 크롬 로드 표면에서. 크롬 노듈과 피트는 어떤 Ra 값으로도 설명되지 않는 누설 경로입니다.
- 양호한 기준 샘플 하나 보관 물리적 기준으로, 캐스트 또는 절단하여, 다음 논쟁이 30초 안에 정리되도록.
당사의 O-링 및 X-링 제품군 는 당사가 공개하는 글랜드 치수에서 이 값들에 맞춰 사양이 지정되며, 동일한 논리가 다음에도 적용됩니다: 로드 씰 프로파일, 여기서 립 형상과 로드 마감은 독립적으로 사양 지정되는 것이 아니라 서로 맞춰져야 합니다. 백업 링 가 그루브 측벽에 닿는 경우, 그 벽의 마감이 O-링의 밀봉뿐 아니라 링의 마모 방식을 좌우합니다.
씰 제조사 자체 설계 가이드의 참고 값은, Trelleborg의 sealing solutions 라이브러리 와 Hallite의 유압 씰 문서 둘 다 용도별 마감 표를 공개합니다. Balseal의 재료 페이지 는 컴파운드 변경이 고칠 수 없는 마감을 보상할 수 있는지가 문제일 때 유용합니다. 현장 고장에 대한 유통업체 노트는 Seal Sales 와 Darcoid 에서 카운터 측면에서 같은 내용을 다루며, 여기서는 마감이 보통 알려지지 않고 씰이 어쨌든 비난받습니다.
관련: 백업 링의 역할 그리고 압력에서 압출 갭과 표면 마감이 어떻게 상호작용하는지.