Les facteurs suivants jouent un rôle dans la conception appropriée d'un joint de piston : direction de la pression, vitesse, état de surface et lubrification.

Un joint de piston empêche la pression de s'écouler entre les côtés opposés d'un piston en mouvement. C'est une affirmation simple. En réalité, plusieurs facteurs contradictoires doivent être pris en compte par le joint. Il est essentiel qu'il empêche au maximum les fuites internes tout en maintenant un niveau de frottement acceptable. De plus, il doit résister à des conditions de surface variables et aux inversions de direction répétées, sans que sa gorge ne soit altérée ni déformée.

Des joints de piston spéciaux en caoutchouc sont utilisés lorsqu'aucun profil standard ne convient à la gorge, au matériau de l'alésage, au fluide de travail, à la vitesse ou à la procédure de montage. Le profil de joint optimal doit être déterminé en tenant compte de l'ensemble du cylindre. Les fiches techniques des matériaux ne permettent pas de prédire le comportement d'un joint en caoutchouc donné dans l'alésage de l'utilisateur.

La direction de la pression détermine le profil de base

Un joint simple effet est principalement actionné d'un seul côté. Un vérin double effet nécessite une commande bidirectionnelle, ce qui peut impliquer l'utilisation d'un profil symétrique ou d'une paire d'éléments d'étanchéité. La variation de pression peut décharger une lèvre et charger l'autre très rapidement.

Les joints d'étanchéité pour pistons hydrauliques sont fréquemment utilisés lorsque la pression est élevée et que des fluides incompressibles sont en service. Le jeu, combiné aux pics de pression, tend à repousser le caoutchouc vers l'espace d'extrusion. Selon la conception, un composé plus dur, une bague de support ou un profil limitant le déplacement du matériau en bordure peut s'avérer nécessaire.

Dans le cas des joints de piston pneumatiques, ils fonctionnent généralement à basse pression mais peuvent subir des cycles rapides avec une lubrification minimale. La force de rupture à sec, combinée à la nécessité de retenir le lubrifiant, peut s'avérer plus importante que la pression maximale admissible. L'air sec, la condensation et les pratiques de maintenance influent également sur l'usure.

Rainure et alésage créent une interface d'étanchéité

La rainure et l'alésage forment, d'une part, une surface d'étanchéité et, d'autre part, un système de fixation. La surface de l'alésage doit être telle qu'elle n'entaille pas les lèvres de l'élément d'étanchéité tout en assurant la formation d'un film d'huile ou de graisse stable. Une surface trop rugueuse peut rapidement accroître l'usure et les fuites. À l'inverse, une surface très lisse peut présenter des traces d'usinage directionnelles, comme des rayures ou de petites aspérités, susceptibles d'endommager gravement l'élément d'étanchéité.

Les conseils de conception de Parker pour l'étanchéité alternative des pistons indiquent que la finition de la surface de contact, la finition de la rainure et le chanfrein d'entrée sont des caractéristiques individuelles auxquelles il faut prêter attention.

Ce chanfrein d'entrée permet de protéger le bord d'étanchéité lors du montage.

Des transitions arrondies et nettes réduisent le risque de couper ou de tordre le joint.

L'étanchéité du joint papier est également influencée par l'espace d'extrusion formé par le piston, l'alésage et les paliers. Une charge latérale peut accroître l'écart d'un côté. Des bagues d'usure ou des guides peuvent être nécessaires pour maintenir le piston centré et éviter que le joint ne soit soumis à une contrainte mécanique.

Variation du frottement tout au long du mouvement

Le premier mouvement peut nécessiter plus de force que le glissement continu.

La différence mentionnée peut entraîner un phénomène de stick-slip à basse vitesse, ce qui influe sur la position. La charge de compression du joint à lèvres, l'état des surfaces, la lubrification, la pression et les matériaux sont les principaux facteurs affectant ce phénomène ; il convient donc de mesurer le frottement dans l'application prévue.

À haute pression, un joint performant en termes de frottement à basse pression peut se comporter différemment. C'est pourquoi les joints de piston en caoutchouc sur mesure doivent être testés dans des conditions extrêmes de pression et de température, ainsi qu'à différentes vitesses, et non pas seulement dans des conditions typiques.

Un exemple de puissance hydraulique publique

Parker présente le profil compact C2 en forme de coupelle en U, compatible avec les vérins hydrauliques et pneumatiques. La fiche technique indique différentes plages de pression pour les deux technologies et précise que les valeurs maximales dépendent de la section et du matériau. Il est également conseillé de veiller à ce que les surfaces soient exemptes d'arêtes vives lors de la mise en place.

Ce cas illustre qu'un profil unique est disponible pour deux fluides, mais que les restrictions et les recommandations d'installation diffèrent. Il s'agit d'un exemple fourni par un fournisseur open source, et non d'une solution proposée par Yida. Un alésage, un fluide ou un cycle sur mesure peut nécessiter une solution unique.

Le choix des matériaux suit la fluidité et le mouvement.

Le choix du matériau des joints de piston dépend d'abord du fluide hydraulique ou de l'air comprimé, puis prend en compte la température, la vitesse, la pression et l'usure. Le NBR est couramment utilisé avec les huiles minérales. Le FKM peut être envisagé pour les fluides à haute température ou agressifs, tandis que l'EPDM convient à certains fluides aqueux mais pas aux huiles minérales.

Le polyuréthane offre une excellente résistance à l'usure et à l'extrusion, mais sa flexibilité à basse température, son hydrolyse et sa compatibilité avec les fluides dépendent de sa qualité. Les profils en caoutchouc peuvent présenter différents coefficients de friction et de résilience. L'appellation « famille » ne remplace pas les données relatives à la composition du matériau.

Le choix du matériau du joint de piston doit tenir compte du lubrifiant de montage. Une graisse facilitant l'installation peut entraîner un gonflement de la lèvre ou modifier le comportement au desserrage après stockage. Les produits de nettoyage et les additifs pour fluides doivent également être pris en considération lorsqu'un contact est possible.

Les limites du catalogue ne correspondent pas à des évaluations simultanées.

Le catalogue de joints hydrauliques Trelleborg précise que les valeurs maximales de pression, de vitesse et de température indiquées ne sont pas nécessairement cumulables. Il s'agit d'une règle de conception importante. La chaleur générée par la vitesse peut réduire la marge de sécurité du matériau face à la pression et à l'exposition au fluide.

La norme ISO 7986 définit des méthodes d'essai normalisées pour les joints d'étanchéité utilisés dans les applications hydrauliques alternatives. Elle permet des essais comparables, mais les conditions d'essai normalisées ne couvrent pas toutes les surfaces d'alésage, tous les niveaux de contamination, toutes les charges latérales ni tous les cycles de service.

La norme ASTM D471 permet de comparer les modifications après exposition à un liquide, et la norme ASTM D412 permet de mesurer les propriétés de traction. Aucune de ces méthodes ne permet de prouver l'étanchéité ou l'usure des joints de piston hydrauliques à l'intérieur d'un cylindre en fonctionnement.

Séquence de test d'étanchéité terminée

Avant l'assemblage, inspectez les dimensions, l'état des lèvres, les bavures et les défauts de moulage. Vérifiez la largeur de la rainure, le diamètre d'alésage, l'entrée et les exigences de surface dans les limites de tolérance. Consignez la méthode d'installation et rejetez les outils ou les arêtes susceptibles de rayer la surface d'étanchéité.

Mesurer la force de déclenchement et la force de fonctionnement aux pressions et vitesses requises. Pour les joints de piston pneumatiques, inclure les conditions de lubrification avec et sans lubrification spécifiée, le cas échéant. Pour les systèmes hydrauliques, inclure les inversions de pression, les temps de maintien et les pics de pression justifiés.

Enregistrez les fuites internes sur toute la plage de fonctionnement. Actionnez le vérin à une course, une fréquence, une température et une charge latérale représentatives. N'ajoutez de contaminants que lorsque le test permet de reproduire l'environnement prévu de manière sûre et constante.

Après chaque cycle, répétez les mesures d'étanchéité et de frottement. Inspectez le polissage des lèvres, les coupures, l'extrusion, le roulage et les déformations permanentes. L'étanchéité du cylindre dynamique doit satisfaire aux critères fonctionnels convenus avant le test, et non pas simplement paraître acceptable après démontage.

Détails de l'application nécessaires avant l'outillage

Fournir les schémas d'alésage et de rainure, le sens de la pression, le fluide, la température, la course, la vitesse, la cadence de cycle et la durée de vie prévue. Ajouter l'espace d'extrusion, la charge latérale, les spécifications de surface, le lubrifiant, le chemin d'assemblage ainsi que les fuites et frottements admissibles.

Dalian Yida Precision Rubber Products Co., Ltd. développe des composants en élastomère moulé pour des applications définies par le client. Yida peut analyser la faisabilité de la fabrication, les options de composés, la géométrie des lèvres et les dimensions critiques pour les projets d'étanchéité hydrauliques et pneumatiques.

Pour garantir l'étanchéité d'un piston, le concepteur doit adapter le profil du joint au cylindre. Le joint subira ensuite un mouvement représentatif afin de tester sa résistance. Cette méthode offre de meilleurs résultats que de simplement choisir les joints qui semblent convenir en termes de pression ou de dureté.