Comment obtenir des produits d'étanchéité ? De la conception à l'usinage

De nombreux composants qui nous entourent sont exposés aux agressions extérieures. Certains ne sont sensibles qu'à l'infiltration d'eau ou de poussière. D'autres, en revanche, sont bien plus vulnérables. Par exemple, les composants sous-marins doivent fonctionner en eau salée stagnante. D'autres secteurs, comme celui du pétrole et du gaz, peuvent nécessiter une protection encore plus rigoureuse. Les composants étanches sont dotés de caractéristiques permettant d'assurer une étanchéité parfaite tout en bloquant toute possibilité de fuite. Approfondissons ce sujet ici.   

Que sont les produits étanches en usinage CNC ?

En usinage CNC, il s'agit de composants dotés de joints ou de sièges usinés pour recevoir des produits d'étanchéité. Ils sont utilisés dans de nombreuses applications, telles que les boîtiers, les connecteurs, les corps de vannes, les couvercles de capteurs, les boîtiers de batteries et les équipements hydrauliques. L'étanchéité est assurée par l'assemblage complet, et non uniquement par la pièce usinée.

Produits imperméables vs produits d'étanchéité imperméables

Les deux solutions courantes pour se protéger des infiltrations d'eau, à savoir les produits d'étanchéité et les mastics d'étanchéité, sont souvent confondues. Les produits d'étanchéité comprennent les joints toriques et les joints d'étanchéité. Ils sont installés sur les surfaces de contact ou à l'intérieur des presse-étoupes. Leur installation peut nécessiter des logements usinés CNC. Les mastics d'étanchéité, quant à eux, sont des composés chimiques gélifiés appliqués entre les pièces. Les mastics silicone et polyuréthane en sont des exemples courants.

Indices de protection IP courants pour les produits étanches

L'indice de protection (IP) est défini par la Commission électrotechnique internationale (CEI). Dans le code IP, le premier chiffre indique la protection contre les corps solides, et le second, la protection contre les liquides. L'image ci-dessous explique la nomenclature de l'indice IP le plus courant : IP65.

Le tableau suivant présente quelques indices de protection IP.

Principales caractéristiques usinées CNC pour les produits étanches

Chaque fuite potentielle constitue un obstacle à la conception d'un produit étanche. Les liquides peuvent s'infiltrer par les joints de couvercle, les trous de fixation, les ouvertures de connecteurs, les filetages ou un joint poreux. Les plans doivent préciser la géométrie d'étanchéité, la compression, l'état de surface, la planéité, les tolérances et la charge d'assemblage.

Conception de gorge de joint torique

Il est important de noter que de nombreux produits étanches sont conçus et usinés avec une gorge pour joint torique afin d'empêcher les infiltrations d'eau. Les gorges pour joints toriques constituent l'un des dispositifs d'étanchéité les plus utiles sur les assemblages réutilisables usinés CNC. Elles peuvent être réalisées sur une surface plane soumise à une compression axiale ou autour d'un élément cylindrique soumis à une compression radiale.

Comment les rainures des joints toriques assurent l'étanchéité

Pour garantir une étanchéité optimale, la gorge du joint torique est généralement usinée par commande numérique (CNC). Une gorge de haute précision assure un ajustement parfait du joint torique.

Les joints toriques sont installés entre les surfaces de contact. Ils sont comprimés par la force générée lors du serrage des pièces. Grâce à leur étanchéité, ils empêchent les fuites de fluide. Le choix des matériaux dépend des conditions de fonctionnement. Des facteurs tels que la taille et la composition du joint torique, la pression, la température et les mouvements de service sont optimisés.

Exigences d'usinage CNC pour les rainures de joints toriques

Les paramètres d'usinage CNC nécessitent un contrôle qualité rigoureux. Il s'agit notamment de la largeur et de la profondeur des rainures, du rayon des angles, de la concentricité et de l'état de surface. Un usinage incorrect peut entraîner la dégradation des joints toriques. Des micro-passages d'eau peuvent se former au niveau des marques d'outil traversant la zone d'étanchéité. Le manuel des joints toriques de Parker fournit des recommandations pour la conception des rainures. Ces recommandations sont utiles, mais les valeurs exactes doivent être déterminées en fonction des informations fournies par le fournisseur de joints choisi.

Surface d'étanchéité du joint

L'étanchéité des joints est une caractéristique courante de l'usinage CNC. Les joints plats conviennent aux grands couvercles, aux profils irréguliers et aux boîtiers. Ils peuvent être fabriqués en silicone, EPDM, néoprène, PTFE ou composite de liège. Pour garantir l'étanchéité d'un joint, les pièces en contact doivent présenter des surfaces d'étanchéité et des dispositifs de maintien adaptés.

Comment les surfaces des joints empêchent-elles l'eau ?

Lors du serrage, un joint se comprime entre les deux surfaces de contact. Cette compression comble les petites irrégularités de surface et forme une ceinture de compression continue autour de la zone à protéger. L'espacement des boulons est important afin que l'assemblage exerce une pression uniforme.

Usinage CNC des surfaces d'étanchéité pour joints

L'usinage CNC permet de créer avec une grande précision des surfaces d'étanchéité, des gorges pour joints, des épaulements de positionnement et des trous de fixation sur les pièces à assembler. Ces éléments positionnent le joint et contrôlent sa compression, contribuant ainsi à former un joint continu autour de l'assemblage.

Structures d'étanchéité filetées

Pourquoi les fonctionnalités multithreadées sont-elles importantes ?

Un filetage standard offre généralement un jeu hélicoïdal permettant l'écoulement de l'eau. Il assure une fixation solide des composants, mais n'est pas nécessairement étanche. En revanche, les filetages coniques assurent un ajustement serré entre les filets. Ils sont conçus pour être étanches à la pression. L'utilisation d'un produit d'étanchéité ou d'un joint d'étanchéité adapté peut néanmoins s'avérer nécessaire.

Usinage CNC pour filetages

Les machinistes contrôlent le diamètre primitif, la profondeur, la conicité, le pas, le chanfrein d'entrée et la position. Le taraudage des trous permet de réaliser les filetages internes. Le contrôle d'ajustement est effectué à l'aide de calibres de filetage. Un test d'étanchéité doit être inclus dans le plan d'inspection.

Autres modèles pour une étanchéité optimale

Un joint étagé limite les infiltrations d'eau à l'intérieur du boîtier. Un rebord surélevé empêche les projections directes sur le joint et facilite la mise en place du couvercle. Un labyrinthe, avec ses courbes multiples, ralentit les entrées d'eau. Ces éléments contribuent à la protection contre les dommages, mais ne remplacent pas nécessairement l'étanchéité requise pour une protection optimale contre l'immersion. Des canaux d'évacuation, un larmier, des évents dissimulés, des trous de fixation borgnes et des fixations isolées permettent également de limiter les risques de fuites.

Matériaux courants pour les produits étanches usinés CNC

Les caractéristiques des matériaux, telles que la résistance à la corrosion, la rigidité, le poids, le transfert thermique, la compatibilité chimique et le coût d'usinage, sont prises en compte lors du choix. L'objectif principal est d'assurer une étanchéité optimale.

Alliages d'aluminium

L'aluminium 6061 est couramment utilisé dans les produits d'étanchéité grâce à sa légèreté, sa résistance spécifique élevée, sa bonne usinabilité et sa conductivité thermique. Il est idéal pour les boîtiers de commande, les équipements de communication, les boîtiers de batteries et les capteurs extérieurs. L'aluminium résiste à la corrosion. Pour une utilisation en électronique, une isolation ou une mise à la terre peut être nécessaire. L'aluminium peut être anodisé ou peint pour obtenir différents aspects.

Acier Inoxydable

L'acier inoxydable convient aux environnements humides. L'acier inoxydable 304, largement disponible, est le plus couramment utilisé. L'acier inoxydable 316 est principalement utilisé dans les applications marines telles que les plateformes offshore ou les navires.

Laiton pour pièces étanches

Le laiton est idéal pour les produits d'étanchéité usinés CNC. Son usinabilité élevée garantit une précision extrême. De plus, sa surface lisse assure une excellente étanchéité.

Plastique

Les matériaux plastiques couramment utilisés pour l'étanchéité comprennent le POM, le PEEK, le nylon, le polycarbonate et le PTFE. Leurs propriétés varient en termes de résistance chimique, d'isolation, de frottement et de tenue à la température. Les produits d'étanchéité en plastique peuvent être utilisés pour les prototypes, les boîtiers de faible volume, les pièces isolantes et les équipements de manipulation de produits chimiques. Il convient toutefois de spécifier les tolérances de gonflement dues à l'absorption d'humidité.

Applications des pièces étanches usinées

Les produits d'étanchéité servent à protéger les systèmes électriques, à contrôler les liquides, à résister au lavage, etc. La conception du boîtier étanche dépend de l'application. Tous les ports, fixations, joints de couvercle, évents, câbles et ouvertures de service doivent être identifiés lors de la revue de conception.

Systèmes de contrôle hydraulique et fluidique

Les systèmes hydrauliques et de contrôle des fluides nécessitent un usinage de haute précision pour intégrer les éléments d'étanchéité. Parmi ces éléments, on trouve notamment les alésages, les presse-étoupes, les joints d'étanchéité et les filetages. Ces composants sont présents dans les corps de vannes, les collecteurs, les carters de pompes et les adaptateurs filetés.

Marine Equipment

Les équipements marins sont souvent exposés à l'eau de mer, à une forte humidité et aux chlorures. Les matériaux ordinaires ont tendance à se corroder très rapidement. C'est pourquoi on utilise de l'aluminium anodisé de haute qualité, de l'acier inoxydable 316 ou des plastiques pour les capteurs marins, les boîtiers de navigation et les instruments sous-marins. Des mesures de protection telles que des rebords surélevés, des joints toriques, des fixations résistantes à la corrosion et l'isolation des métaux dissemblables sont mises en œuvre.

Systèmes de véhicules électriques

Les véhicules électriques nécessitent des produits d'étanchéité pour les unités de surveillance de la batterie, le boîtier de l'onduleur, les composants de charge, les boîtiers de capteurs, etc. Des éléments tels que des couvercles à joints, des connecteurs étanches, des obturateurs et des passages de drainage contribuent à empêcher les infiltrations de liquide. Ainsi, les conditions néfastes comme les vibrations, les variations de température, les projections d'eau et le lavage à haute pression sont évitées.

Équipement de machinerie industrielle

Les machines industrielles manipulent souvent de l'eau, des produits chimiques, des aliments, du pétrole, du gaz, etc. Nombre d'entre elles nécessitent une protection contre les environnements extérieurs difficiles. C'est pourquoi l'usinage CNC intègre des éléments tels que des faces d'étanchéité, des gorges pour joints toriques, des presse-étoupes, etc., dans les boîtiers.

Le traitement de surface est-il important pour les produits étanches ?

Oui, les produits étanches usinés CNC bénéficient d'un traitement de surface qui améliore leur durabilité et leur fonctionnalité. Ce traitement renforce leur résistance à la corrosion et prolonge leur durée de vie. Cependant, un traitement de surface ne saurait rendre étanche un composant mal conçu ! Une géométrie d'étanchéité optimale, un usinage précis, des joints adaptés et un assemblage correct sont autant d'éléments essentiels à la fiabilité.

Traitements de surface courants pour les produits étanches

Anodisation

L'anodisation forme une couche protectrice d'oxyde d'aluminium sur les produits d'étanchéité en aluminium. Elle augmente la dureté, réduit le frottement de surface et améliore la résistance à la corrosion. Elle apporte à la fois fonctionnalité et esthétique. De nombreuses couleurs et nuances embellissent les produits d'étanchéité tels que les boîtiers électroniques, les boîtiers pour véhicules électriques, les corps de capteurs, les boîtiers de commande, etc. L'anodisation doit être spécifiée dès les premières étapes de la conception. Les usineurs prévoient une marge pour l'épaisseur supplémentaire de la couche d'anodisation.

Passivation

Les produits d'étanchéité en acier inoxydable sont généralement passivés après usinage. Les résidus de fer laissés en surface par les outils de coupe peuvent provoquer des taches s'ils ne sont pas passivés. La passivation renforce également la couche passive protectrice de l'acier inoxydable. Avant la passivation, toutes les pièces doivent être parfaitement nettoyées. Toute trace d'huile, de copeaux ou de produits chimiques résiduels altérera la qualité de la passivation.

Nickel Placage

Le nickelage confère aux produits d'étanchéité en laiton ou en acier une couleur gris argenté brillante. Il améliore leur aspect, leur dureté, leur résistance à l'usure et à la corrosion. Le nickelage chimique est recommandé pour les pièces complexes usinées CNC. L'épaisseur de nickelage souhaitée doit être précisée dès le départ. Une couche de nickelage mal contrôlée peut altérer l'ajustement du filetage, le diamètre du trou ou les dimensions d'étanchéité.

Le tableau suivant présente les substrats de traitement courants, leurs avantages et les principales considérations.

Comment inspecter les pièces usinées CNC pour vérifier leur étanchéité

Le contrôle des pièces usinées CNC vérifie la géométrie, les dimensions, les tolérances et la qualité de surface. Il valide les spécifications des produits d'étanchéité. Un rapport dimensionnel ne remplace pas un test d'étanchéité. Par conséquent, un test d'étanchéité doit être réalisé en complément du rapport dimensionnel.

Vérifiez la longueur et la profondeur du filetage.

Le contrôle s'effectue à l'aide de calibres de filetage étalonnés (bouchons ou bagues). La profondeur du filetage peut être vérifiée avec une jauge de profondeur, un micromètre ou une machine à mesurer tridimensionnelle (MMT).

Vérifier la qualité de la surface

L'inspection visuelle est la première étape. Examinez minutieusement les zones d'étanchéité sous un bon éclairage et à l'aide d'un grossissement. Les bavures, les bosses et les rayures peuvent endommager un joint. Un profilomètre permet de mesurer la rugosité de surface des produits d'étanchéité. La planéité peut être évaluée à l'aide d'une machine à mesurer tridimensionnelle (MMT) ou d'un marbre de contrôle.

Vérifiez le diamètre et la position du trou

Le diamètre des trous est contrôlé à l'aide de calibres à broches, de comparateurs d'alésage et de micromètres. La précision du positionnement et du diamètre des trous garantit la précision de l'alignement des fixations, du chargement du couvercle, de l'ajustement du connecteur et de la compression du joint. Il convient toutefois de spécifier les conditions d'essai, notamment la pression, la durée, la température, la profondeur d'immersion et les limites admissibles de réussite/échec.

Avantages des produits étanches usinés CNC sur mesure 

L'usinage sur mesure permet une maîtrise totale de la géométrie d'étanchéité, des interfaces, des matériaux et des exigences d'inspection. Il est possible de réaliser des pièces parfaitement étanches et des ajustements serrés. La flexibilité de conception et la haute précision sont les principaux atouts de la fabrication CNC.

Conception flexible et étanche

L'usinage CNC offre une grande flexibilité de conception. Les dimensions et l'emplacement des éléments peuvent être facilement modifiés dans le logiciel de CAO. Un haut degré de personnalisation est possible pour la fabrication de produits d'étanchéité. Un seul boîtier peut intégrer des presse-étoupes, des orifices de connexion, des bossages de fixation, des canaux de drainage et des couvercles encastrés.

Sélection de matériaux variés

Le choix des matériaux dépend des applications. En général, les clients optent pour des produits étanches sur mesure, car le marché ne propose que des matériaux standard adaptés aux produits visés. Cependant, l'usinage CNC permet de travailler une large gamme de métaux et de plastiques techniques aux propriétés mécaniques variées. Il est particulièrement adapté aux projets de fabrication en petites séries et à forte mixité. Ainsi, le service d'usinage CNC de Tuofa propose l'évaluation de plusieurs matériaux pour un même projet. En pratique, le choix des matériaux peut également être influencé par les finitions de surface souhaitées.

Une plus grande précision

L'usinage CNC permet un contrôle précis des paramètres critiques d'étanchéité et d'assemblage, tels que la planéité de la surface d'étanchéité, la largeur et la profondeur des rainures, la géométrie du filetage, le diamètre des trous de fixation et le positionnement exact. En préservant les relations requises entre ces paramètres, l'usinage CNC garantit une étanchéité constante, un ajustement précis et un assemblage fiable.

Production de prototypes ou de petites séries

L'usinage CNC permet de s'affranchir des coûts élevés liés à l'outillage de moulage. Grâce à sa commande numérique par ordinateur, il est possible de produire des prototypes même en petites séries. Le programme d'usinage est paramétrable une seule fois et l'usinage se lance automatiquement. En phase de développement initial, le prototypage rapide CNC et la production en petites séries constituent une solution rentable.

Comment choisir un fabricant de machines CNC pour produits étanches 

Un fournisseur compétent sait que l'étanchéité est assurée par le système d'étanchéité. Lors de votre commande, fournissez au fabricant votre plan, votre fichier CAO, l'indice de protection IP souhaité, le matériau, la finition, les informations relatives aux joints, la quantité et les critères de contrôle.

Expérience avec les composants étanches et d'étanchéité 

Nous recherchons des spécialistes du travail sur les gorges de joints toriques, les faces de joints, les corps de vannes, les boîtiers et les ports filetés. Une expérience dans la fabrication de ces éléments est un atout. Tuofa propose des services d'usinage CNC sur mesure depuis plus de 20 ans et possède une solide expérience dans la fabrication de pièces complexes et de haute précision.

Capacité d'analyse DFM professionnelle

Les fournisseurs disposant des outils et du personnel nécessaires pour réaliser une analyse de fabricabilité (DFM) peuvent concevoir des produits d'étanchéité de qualité professionnelle. Ils examinent des paramètres tels que l'accessibilité des outils, le rayon des angles, l'épaisseur des parois et la géométrie des rainures. Les conseils en matière de DFM ne concernent généralement pas le développement complet du produit, mais visent plutôt à optimiser une conception existante. Tuofa a aidé de nombreux clients à optimiser leurs plans afin d'améliorer la fabricabilité des pièces et de réduire les coûts d'usinage.

Capacité d'usinage stable

Un fournisseur fiable doit garantir une qualité constante. Ses installations doivent disposer d'une capacité d'usinage stable. Tuofa est équipée de nombreuses machines de pointe, notamment une machine d'usinage 5 axes. La qualité et les délais de livraison sont garantis. Depuis plus de 20 ans, nous livrons nos produits dans les délais impartis et nous maintenons un haut niveau de satisfaction client.

Conclusion

L'infiltration d'eau est un problème majeur pour de nombreux produits dans divers secteurs industriels. Les concepteurs s'efforcent de rendre leurs produits étanches. Les machinistes veillent à la précision des sièges et des presse-étoupes pour une étanchéité optimale. L'étanchéité des produits est régie par l'indice de protection IP.

QFP

Pourquoi les pièces usinées étanches fuient-elles ?

Les causes courantes incluent:

• joints toriques endommagés
• mauvais état de surface
• faces de joint déformées
• chargement inégal des boulons
• connexions lâches
• étanchéité de filetage incorrecte
• distorsion thermique

Quels sont les matériaux les plus adaptés aux pièces étanches usinées CNC ?

Les matériaux généralement utilisés comprennent l'aluminium, l'acier inoxydable, le laiton, le POM, le PEEK et d'autres plastiques techniques.

L'aluminium est-il un bon matériau pour les boîtiers étanches ?

Oui. L'aluminium est très facile à usiner. Il est naturellement résistant à la corrosion. L'anodisation permet d'obtenir une protection de surface supplémentaire.

L'usinage CNC peut-il atteindre un niveau d'étanchéité IP67 ou IP68 ?

Oui, l'usinage CNC est un excellent moyen de créer les rainures, la surface d'étanchéité, les filetages et les interfaces nécessaires pour un boîtier IP67 ou IP68.