Как выбрать гидроизоляционные материалы? От проектирования до обработки.

Многочисленные окружающие нас компоненты подвержены воздействию внешней среды. Некоторые компоненты повреждаются только при попадании воды или грязи. Другие находятся в гораздо более уязвимом положении. Например, подводные компоненты должны работать в стоячей соленой воде. В некоторых других отраслях, таких как нефтегазовая, может потребоваться более строгая защита. Компоненты, изготовленные с учетом требований водонепроницаемости, имеют конструктивные особенности, позволяющие устанавливать уплотнения, блокируя при этом все пути утечки. Давайте подробнее рассмотрим эту тему здесь.   

Что представляют собой водонепроницаемые изделия в станках с ЧПУ?

В станках с ЧПУ это компоненты с обработанными сальниками или посадочными местами для размещения гидроизоляционных материалов. Они используются в самых разных областях, таких как корпуса, корпуса разъемов, корпуса клапанов, крышки датчиков, корпуса батарей и гидравлическое оборудование. Гидроизоляция обеспечивается за счет всей сборки, а не только обработанного корпуса.

Водонепроницаемые изделия против водонепроницаемых герметиков

Два распространенных способа защиты от проникновения воды, а именно гидроизоляционные материалы и водонепроницаемые герметики, часто путают. К гидроизоляционным материалам относятся уплотнительные кольца и прокладки. Они устанавливаются на сопрягаемые поверхности или внутри сальников. Для их установки могут потребоваться детали, изготовленные на станках с ЧПУ. С другой стороны, водонепроницаемые герметики представляют собой гелеобразные химические соединения, наносимые между деталями. Распространенными примерами являются силиконовые и полиуретановые герметики.

Стандартные степени защиты IP для водонепроницаемых изделий

Степень защиты от проникновения влаги и пыли определяется Международной электротехнической комиссией. В коде IP первая цифра обозначает защиту от твердых частиц, а вторая — от жидкостей. На рисунке ниже показана номенклатура наиболее распространенного класса защиты IP, а именно IP65.

В таблице ниже приведены некоторые значения IP-рейтинга.

Основные характеристики изделий, изготовленных на станках с ЧПУ, для водонепроницаемой продукции.

Каждая потенциальная протечка представляет собой препятствие при проектировании водонепроницаемого изделия. Жидкости могут просачиваться через стыки крышек, отверстия для крепежных элементов, отверстия соединителей, резьбу или пористый уплотнитель. На чертежах следует указывать геометрию уплотнения, степень сжатия, качество поверхности, плоскостность, допуски и нагрузку при сборке.

Конструкция канавки для уплотнительного кольца

Важно отметить, что многие водонепроницаемые изделия проектируются и изготавливаются с канавками для уплотнительных колец, предотвращающими проникновение воды. Наиболее практичными уплотнительными элементами в многоразовых узлах, изготовленных на станках с ЧПУ, являются канавки для уплотнительных колец. Они могут быть выполнены в виде плоской поверхности, подверженной осевому сжатию, или вокруг цилиндрической детали, подверженной радиальному сжатию.

Как канавки из уплотнительных колец обеспечивают водонепроницаемое уплотнение

Для обеспечения надежной водонепроницаемости канавка для уплотнительного кольца в водонепроницаемом изделии обычно обрабатывается на станках с ЧПУ. Высокоточная канавка для уплотнительного кольца обеспечивает плотное соединение кольца.

Уплотнительные кольца устанавливаются между сопрягаемыми поверхностями. Они сжимаются под действием сжимающего напряжения, возникающего при затягивании компонентов фитинга. Благодаря плотной посадке, уплотнительные кольца герметизируют пути утечки жидкости. В зависимости от условий эксплуатации выбираются соответствующие материалы. Оптимизируются такие факторы, как размер уплотнительного кольца, состав материала, давление, температура и режим работы.

Требования к обработке на станках с ЧПУ для создания канавок под уплотнительные кольца.

Параметры обработки на станках с ЧПУ требуют тщательного контроля качества. К ним относятся ширина канавки, глубина, радиус скругления углов, концентричность и чистота поверхности. При неправильной обработке уплотнительные кольца могут изнашиваться. Микроскопические каналы для воды могут образовываться в местах следов инструмента, проходящих по пути уплотнения. В справочнике Parker по уплотнительным кольцам приведены рекомендации по проектированию канавок. Это полезные руководства, но фактические значения следует основывать на информации от выбранного вами поставщика уплотнений.

Уплотнительная поверхность прокладки

Уплотнительная поверхность прокладки также является одним из распространенных элементов, обрабатываемых на станках с ЧПУ для гидроизоляции. Плоские прокладки могут использоваться для больших крышек и профилей неправильной формы, а также для корпусов. Они могут быть изготовлены из силикона, EPDM, неопрена, PTFE или пробкового композита. Для обеспечения водонепроницаемости с помощью прокладки, сопрягаемые детали должны иметь правильно спроектированные уплотнительные поверхности и элементы, обеспечивающие фиксацию прокладки.

Как уплотнительные поверхности предотвращают попадание воды?

При затягивании прокладка сжимается между двумя сопрягаемыми поверхностями. Это сжатие заполняет мелкие неровности поверхности. Оно образует непрерывный компрессионный пояс вокруг защищаемой области. Расстояние между болтами важно, поскольку соединение должно оказывать равномерное давление.

Обработка уплотнительных поверхностей для прокладок на станках с ЧПУ.

Обработка на станках с ЧПУ позволяет с высокой точностью создавать уплотнительные площадки, канавки для прокладок, направляющие выступы и отверстия для крепежных элементов на сопрягаемых деталях. Эти элементы позиционируют прокладку и контролируют ее сжатие, способствуя формированию сплошного уплотнения по всему соединению.

Резьбовые уплотнительные конструкции

Почему важны многопоточные функции?

Стандартная резьба обычно обеспечивает зазор для протекания воды. Она надежно соединяет компоненты, но не обязательно обеспечивает герметичность. С другой стороны, коническая резьба обеспечивает посадку с натягом между соответствующими витками. Она предназначена для работы под давлением. В этом случае может потребоваться использование соответствующего герметика или уплотнительного элемента для резьбы.

Обработка резьбы на станках с ЧПУ

Токари контролируют диаметр шага резьбы, глубину, конусность, шаг резьбы, входную фаску и положение. Нарезание резьбы производится в отверстиях для создания внутренней резьбы. Проверка посадки выполняется с помощью резьбовых калибров. Проверка на герметичность должна быть включена в план контроля.

Другие конструкции, обеспечивающие водонепроницаемость.

Ступенчатый шов затрудняет попадание воды внутрь корпуса. Приподнятый бортик предотвращает прямое попадание брызг на прокладку и облегчает установку крышки. Лабиринт имеет несколько изгибов, замедляющих проникновение воды. Это может помочь защитить от повреждений, но не обязательно заменяет герметизацию, необходимую для защиты от погружения. Дренажные каналы, капельники, скрытые вентиляционные отверстия, глухие отверстия для крепежных элементов и отдельные крепежные элементы также могут ограничить потенциальную протечку.

Типичные материалы для водонепроницаемых изделий, изготавливаемых на станках с ЧПУ.

При выборе материала учитываются такие характеристики, как коррозионная стойкость, жесткость, вес, теплопередача, химическая совместимость и стоимость обработки. Ключевым моментом при этом выборе является обеспечение водонепроницаемости.

Алюминиевые сплавы

Алюминий 6061 широко используется в гидроизоляционных материалах благодаря своему малому весу, высокой удельной прочности, хорошей обрабатываемости и теплопроводности. Он идеально подходит для корпусов управления, коммуникационного оборудования, батарейных отсеков и корпусов датчиков, используемых на открытом воздухе. Алюминий устойчив к коррозии. Если он предназначен для использования в электронике, может потребоваться изоляция или заземление. Алюминий может быть анодирован или окрашен для создания различных внешних эффектов.

Нержавеющая сталь

Нержавеющая сталь подходит для использования в условиях повышенной влажности. Наиболее распространенной является марка нержавеющей стали 304. Нержавеющая сталь марки 316 в основном используется в морских приложениях, таких как морские платформы или суда.

Латунь для водонепроницаемых деталей

Латунь идеально подходит для изготовления гидроизоляционных материалов на станках с ЧПУ. Она обладает высокой обрабатываемостью, что обеспечивает исключительную точность. Латунь обычно имеет гладкую поверхность, которая дополняет герметизирующие свойства гидроизоляционных материалов.

пластик

К распространенным пластиковым материалам для гидроизоляционных материалов относятся ПОМ, ПЭЭК, нейлон, поликарбонат и ПТФЭ. Их свойства различаются по химической стойкости, изоляционным характеристикам, трению и температуре. Пластиковые гидроизоляционные материалы могут использоваться для прототипов, корпусов малого объема, изоляционных деталей и в оборудовании для работы с химическими веществами. Однако необходимо указывать допуски на набухание из-за поглощения влаги.

Применение обработанных водонепроницаемых деталей

Гидроизоляционные материалы используются для защиты электрических систем, контроля жидкостей, защиты от промывки и т.д. Конструкция водонепроницаемого корпуса зависит от области применения. Все порты, крепежные элементы, стыки крышек, вентиляционные отверстия, кабели и сервисные отверстия должны быть идентифицированы в ходе проверки проекта.

Гидравлические и гидравлические системы управления

Для гидравлических и гидравлических систем управления требуется высокоточная механическая обработка, позволяющая учитывать особенности гидроизоляционных материалов. Примерами таких элементов являются отверстия, уплотнительные кольца, торцевые уплотнения и резьба труб. Они используются в корпусах клапанов, коллекторах, корпусах насосов и резьбовых переходниках.

Морское оборудование

Морское оборудование часто подвергается воздействию морской воды, высокой влажности и хлоридов. Обычные материалы склонны к очень быстрой коррозии. Поэтому для морских датчиков, корпусов навигационных систем и подводных приборов используются высококачественный анодированный алюминий, нержавеющая сталь марки 316 или пластмассы. Принимаются защитные меры, такие как приподнятые бортики, уплотнительные кольца, коррозионностойкие крепежные элементы и изоляция разнородных металлов.

Системы электромобилей

Для электромобилей необходимы гидроизоляционные материалы для блоков мониторинга батарей, корпусов инверторов, компонентов зарядки, корпусов датчиков и т.д. Такие элементы, как герметичные крышки, разъемы, заглушки и дренажные каналы, помогают предотвратить попадание жидкости. Таким образом, предотвращаются негативные воздействия, такие как вибрация, перепады температур, брызги с дороги и мойка под давлением.

Промышленное машинное оборудование

Промышленное оборудование часто работает с водой, химикатами, продуктами питания, маслом, газом и т. д. Многим машинам необходима защита от суровых условий окружающей среды. Поэтому при обработке на станках с ЧПУ в корпусах используются такие элементы, как уплотнительные поверхности, канавки для уплотнительных колец, кабельные сальники и т. д.

Важна ли обработка поверхности для водонепроницаемых изделий?

Да, водонепроницаемые изделия, изготовленные на станках с ЧПУ, благодаря обработке поверхности повышают свою прочность и функциональность. Это улучшает их способность отталкивать коррозию и продлевает срок службы. Но обработка поверхности не сделает водонепроницаемым плохо спроектированный компонент! Правильная геометрия уплотнения, качественная обработка, подходящие прокладки и правильная сборка — все это имеет решающее значение для надежности.

Типичные методы обработки поверхности водонепроницаемых изделий

анодирование

Анодирование образует защитный слой оксида алюминия на алюминиевых гидроизоляционных материалах. Оно повышает твердость, снижает трение поверхности и улучшает коррозионную стойкость. Это добавляет как функциональность, так и эстетику. Многие цвета и оттенки украшают гидроизоляционные материалы, такие как корпуса электроники, корпуса электромобилей, корпуса датчиков, блоки управления и т. д. Однако анодирование следует предусмотреть на ранней стадии проектирования. Механики должны предусмотреть дополнительное пространство для увеличения толщины анодированного слоя.

пассивация

Изделия из нержавеющей стали для гидроизоляции обычно пассивируются после механической обработки. Остатки железа на поверхности, оставшиеся после обработки режущими инструментами, могут привести к образованию пятен, если их не пассивировать. Пассивация также укрепляет защитный пассивный слой нержавеющей стали. Перед пассивацией все детали должны быть тщательно очищены. Любые остатки масла, стружки или химических веществ повлияют на качество пассивации.

Никелирование

Никелирование покрывает гидроизоляционные материалы из латуни или стали блестящим серебристо-серым цветом. Оно улучшает внешний вид, твердость, износостойкость и коррозионную стойкость. Для сложных деталей, изготовленных на станках с ЧПУ, может быть выбрано химическое никелирование. Желаемая толщина покрытия должна быть задана на раннем этапе. Неконтролируемый слой покрытия может изменить посадку резьбы, диаметр отверстия или размеры уплотнения.

В таблице ниже представлены распространенные субстраты лечения, преимущества и основные аспекты, которые следует учитывать.

Как проверить водонепроницаемость деталей, изготовленных на станках с ЧПУ.

Проверка деталей, изготовленных на станках с ЧПУ, подтверждает геометрию, размеры, допуски и качество поверхности. Она подтверждает соответствие техническим характеристикам гидроизоляционных материалов. Отчет о размерах не заменяет испытание на проникновение влаги. Поэтому, помимо отчета о размерах, необходимо провести испытание на проникновение влаги.

Проверьте посадку и глубину резьбы.

Проверка проводится с помощью калиброванных резьбовых пробок или кольцевых калибров. Глубину резьбы можно проверить с помощью глубиномера, микрометра или координатно-измерительной машины.

Проверьте качество поверхности.

Визуальный осмотр является первым этапом проверки в этом отношении. Тщательно осмотрите герметизирующие участки при хорошем освещении и увеличении. Заусенцы, вмятины и царапины могут повредить уплотнение. Для измерения шероховатости поверхности гидроизоляционных материалов используется профилометр. Плоскостность можно оценить с помощью координатно-измерительной машины или поверочной плиты.

Проверьте диаметр и положение отверстия.

Отверстия проверяются с помощью штифтовых калибров, нутромеров и микрометрических винтовых калибров. Точное положение и диаметр отверстия обеспечивают точность выравнивания крепежных элементов, нагрузки на крышку, посадки соединителя и сжатия прокладки. Однако необходимо указать условия испытаний. К ним относятся давление, время, температура, глубина погружения и допустимый предел для прохождения/непрохождения испытания.

Преимущества водонепроницаемых изделий, изготовленных на заказ с помощью станков с ЧПУ. 

Изготовление деталей на заказ позволяет полностью контролировать геометрию уплотнения, интерфейсы, материал и требования к контролю качества. Можно создавать герметичные размеры и посадки с натягом. Гибкость конструкции и высокая точность — ключевые преимущества производства на станках с ЧПУ.

Гибкая водонепроницаемая конструкция

Обработка на станках с ЧПУ обеспечивает большую гибкость в проектировании. Размеры и расположение элементов можно легко изменять в САПР. Высокий уровень индивидуализации возможен при производстве гидроизоляционных изделий. Можно изготовить единый корпус, включающий в себя уплотнительные кольца, отверстия для соединителей, монтажные выступы, дренажные каналы и утопленные крышки.

Выбор различных материалов

Выбор материалов зависит от области применения. Как правило, клиенты выбирают водонепроницаемые изделия, изготовленные на заказ, поскольку на рынке представлены только стандартные материалы для этих целей. Однако станки с ЧПУ позволяют обрабатывать широкий спектр металлов и конструкционных пластмасс с различными механическими свойствами. Станки с ЧПУ поддерживают проекты с широким ассортиментом продукции и малыми объемами производства. Поэтому в рамках одного проекта компания Tuofa предоставляет услуги по обработке на станках с ЧПУ для оценки нескольких материалов. На практике выбор материалов также может зависеть от желаемой степени обработки поверхности.

Более высокая точность

Обработка на станках с ЧПУ позволяет точно контролировать критически важные параметры уплотнения и сборки, включая плоскостность уплотнительной поверхности, ширину и глубину канавки, геометрию резьбы, диаметр монтажного отверстия и точное положение. Поддерживая необходимые соотношения между этими параметрами, обработка на станках с ЧПУ помогает обеспечить стабильное уплотнение, правильную посадку и надежную сборку.

Прототипирование или мелкосерийное производство

При использовании станков с ЧПУ нет необходимости платить за дорогостоящие формовочные инструменты. Прототипы можно изготавливать даже небольшими партиями, поскольку станки с ЧПУ — это станки с числовым программным управлением. Программу обработки можно задать один раз, и обработка начнется автоматически. На ранних этапах разработки продукта быстрое прототипирование и мелкосерийное производство с использованием станков с ЧПУ являются экономически выгодным выбором.

Как выбрать производителя станков с ЧПУ для водонепроницаемой продукции 

Компетентный поставщик должен понимать, что водонепроницаемость обеспечивается «водонепроницаемой системой». По крайней мере, при оформлении заказа предоставьте производителю свой чертеж, файл САПР, желаемый класс защиты IP, материал, отделку, информацию о уплотнениях, количество и критерии контроля качества.

Опыт работы с водонепроницаемыми и герметизирующими компонентами. 

Требуется эксперт в обработке канавок для уплотнительных колец, поверхностей прокладок, корпусов клапанов, кожухов и резьбовых соединений. Опыт изготовления этих элементов является преимуществом. Компания Tuofa много лет (более 20 лет) предоставляет услуги по изготовлению деталей на станках с ЧПУ, обладая большим опытом в изготовлении сложных и высокоточных деталей.

Профессиональные возможности анализа DFM (проектирование, изготовление, производство)

Поставщики, оснащенные инструментами и персоналом, способным проводить анализ DFM (проектирование для производства), могут профессионально создавать гидроизоляционные материалы. Они анализируют такие параметры, как: доступ инструмента, радиус скругления углов, толщина стенок и геометрия пазов. Консультации по DFM обычно не касаются всей разработки продукта, а скорее выступают в качестве улучшения существующей конструкции. Компания Tuofa неоднократно помогала клиентам оптимизировать чертежи для повышения технологичности изготовления деталей и снижения затрат на механическую обработку.

Стабильная производительность обработки

Правильный поставщик должен обеспечивать стабильное качество. Предприятие должно обладать стабильными производственными мощностями. Компания Tuofa оснащена множеством современных станков, таких как 5-осевой обрабатывающий станок. Качество и сроки поставки гарантированы. Мы производим и поставляем продукцию в срок уже более 20 лет и поддерживаем высокий уровень удовлетворенности клиентов.

Заключение

Проникновение воды является проблемой для различных изделий во многих отраслях промышленности. Конструкторы стремятся обеспечить защиту своей продукции от проникновения воды. Механики принимают меры предосторожности для точного изготовления седел и сальников для правильной установки уплотнений. Водонепроницаемые изделия регулируются системой степени защиты IP.

FAQ

Почему водонепроницаемые детали, изготовленные механическим способом, протекают?

Общие причины включают в себя:

• поврежденные уплотнительные кольца
• плохая обработка поверхности
• деформированные поверхности прокладок
• неравномерная нагрузка на болты
• свободные соединения
• ненадлежащая герметизация резьбы
• тепловое искажение

Какие материалы лучше всего подходят для водонепроницаемых деталей, изготовленных на станках с ЧПУ?

В качестве материалов обычно используются алюминий, нержавеющая сталь, латунь, полиоксиметилен (POM), полиэфиркетон (PEEK) и другие конструкционные пластмассы.

Подходит ли алюминий для водонепроницаемых корпусов?

Да. Алюминий обладает высокой обрабатываемостью. Он по своей природе устойчив к коррозии. Дополнительную защиту поверхности можно обеспечить с помощью анодирования.

Может ли обработка на станках с ЧПУ обеспечить водонепроницаемость по стандарту IP67 или IP68?

Да, обработка на станках с ЧПУ — отличный способ создания необходимых канавок, уплотнительной поверхности, резьбы и интерфейсов для корпусов со степенью защиты IP67 или IP68.