Lorsqu'un cylindre hydraulique commence à fuir, à dériver ou à avoir une durée de vie des joints plus courte à des températures élevées, la première réaction est souvent de remplacer les joints standard par des joints en FKM ou PTFE.
Cependant, la sélection des joints pour un cylindre hydraulique haute température n'est pas simplement une question de choix du matériau ayant la plus haute classification de température.
Les joints cylindriques doivent résister à la température, à la pression, à la vitesse de mouvement, au liquide hydraulique, aux jeux d'extrusion, à l'état de la tige de piston, à la contamination et au chargement latéral en même temps. Si l'un de ces facteurs est négligé, même un joint haute température peut ramollir, s'extruder, s'user rapidement ou recommencer à fuir.
Confirmer la température de fonctionnement réelle
Avant de sélectionner un matériau d'étanchéité, distinguez plusieurs températures différentes :
- Température ambiante estivale
- Température normale de l'huile hydraulique
- Température de l'huile stable pendant un fonctionnement continu
- Température de pointe à court terme lors de chocs de pression ou de cycles rapides
- Température de contact locale autour de la lèvre d'étanchéité
Par exemple, la température ambiante autour d'une machine peut être de seulement 40°C, tandis que l'huile hydraulique devient significativement plus chaude après plusieurs heures d'opération.
Les joints de tige et de piston génèrent également de la chaleur par friction lors de mouvements de va-et-vient rapides. La température directement à la lèvre d'étanchéité peut donc être plus élevée que la température de l'huile mesurée dans le réservoir.
La température maximale indiquée dans un catalogue de joints est normalement basée sur des conditions d'essai spécifiques. Cela ne signifie pas que le joint peut fonctionner en continu à sa température, pression et vitesse maximales en même temps.
Une marge de sécurité appropriée doit toujours être conservée pour un fonctionnement continu à haute température.
Sélectionnez le matériau d'étanchéité pour l'application complète
Différents matériaux d'étanchéité offrent différentes combinaisons de résistance à la température, de résistance à l'usure, d'élasticité, de friction et de compatibilité avec les fluides.
Polyuréthane
Les joints en polyuréthane offrent une bonne résistance à l'usure, une résistance mécanique et une résistance à l'extrusion. Ils sont largement utilisés pour les joints de tige, les joints de piston et les essuie-glaces dans les cylindres hydrauliques mobiles et industriels.
Cependant, toutes les classes de polyuréthane ne sont pas adaptées à une utilisation continue à haute température. Certains matériaux en polyuréthane hydrauliques avancés peuvent fonctionner à des températures d'environ 110°C, selon le composé et la conception du joint.
Lorsqu'il est utilisé de manière continue à proximité de sa limite de température, le polyuréthane peut ramollir, perdre son élasticité ou s'extraire dans les claires du composant.
Caoutchouc Nitrile
Le NBR est couramment utilisé pour les joints toriques, les joints statiques et les éléments d'activation. Il offre généralement une bonne compatibilité avec les fluides hydrauliques à base d'huile minérale et est relativement économique.
De nombreux composés standard de NBR sont utilisés à des températures allant jusqu'à environ 100°C, bien que la limite réelle dépende de la formulation et des conditions d'utilisation.
Une exposition prolongée au-delà de la plage de température appropriée peut entraîner un durcissement, des fissures, un rétrécissement ou un décalage de compression.
Le NBR est généralement mieux adapté aux applications hydrauliques standard qu'aux équipements à température élevée continue.
Caoutchouc Nitrile Hydrogéné
L'HNBR offre une meilleure résistance à la chaleur, résistance au vieillissement et performances mécaniques par rapport au NBR standard.
Selon le composé et la structure du joint, certains composants en HNBR peuvent être adaptés à des températures d'environ 150°C.
L'HNBR peut donc fournir une option intermédiaire entre le NBR et le FKM. Cependant, la compatibilité avec le fluide hydraulique exact et les additifs doit toujours être confirmée.
Caoutchouc Fluorocarboné
Le FKM est fréquemment utilisé pour les joints toriques à haute température, les joints statiques et les éléments d'activation dans les assemblages de joints en PTFE.
Certains composés de FKM peuvent fonctionner à des températures approchant 200°C et offrent une bonne résistance à la chaleur et au vieillissement.
Cependant, le FKM n'est pas automatiquement le meilleur choix pour chaque cylindre à haute température. La flexibilité à basse température, la résistance à l'usure dynamique, la compatibilité avec les fluides hydrauliques et la formulation du composé doivent également être prises en compte.
Remplacer un joint NBR par du FKM ne corrigera pas les jeux excessifs, les dommages aux tiges, la contamination ou le désalignement du cylindre.
PTFE
Le PTFE offre une faible friction, une large capacité de température et une bonne compatibilité avec de nombreux fluides hydrauliques. Il est souvent utilisé dans les joints de piston et de tige pour des applications à haute température, à grande vitesse ou à faible friction.
Cependant, le PTFE n'a pas la même élasticité que les matériaux en caoutchouc. Il nécessite normalement un energiseur en NBR, HNBR, FKM ou autre élastomère pour maintenir la pression de contact.
La capacité de température de l'assemblage de joint complet dépend donc de chaque matériau dans la combinaison, pas seulement de l'anneau glissant en PTFE.
Traitez les joints cylindriques comme un système complet
Un cylindre hydraulique contient normalement plusieurs composants d'étanchéité et de guidage :
- Joint de tige
- Joint de piston
- Joints statiques
- Racloir
- Porter des bagues
- Anneaux de renfort là où c'est nécessaire
Chaque composant remplit une fonction différente.
Le joint de tige contrôle les fuites externes. Le joint de piston sépare les chambres du cylindre. Les joints statiques empêchent les fuites entre les composants assemblés. Le balai limite la pénétration de poussière et d'humidité. Les anneaux d'usure supportent les charges latérales et évitent le contact direct métal contre métal.
Si seul le joint de tige est amélioré tandis que le joint de piston, les joints toriques, le balai ou les éléments energisants restent inadaptés à la température, le cylindre peut encore développer des fuites internes, des fuites externes ou une défaillance prématurée du joint.
Tous les matériaux d'étanchéité et de guidage doivent donc être examinés comme un système.
Prenez en compte le risque de pression et d'extrusion
De nombreux composés de caoutchouc et de polyuréthane deviennent plus mous à mesure que la température augmente.
Sous haute pression de travail ou en cas de pics de pression, le matériau d’étanchéité assoupli peut être forcé dans le jeu entre le piston, le diamètre du cylindre, la tige, le manchon de guidage ou la rainure de joint.
Cela peut provoquer :
- Extrusion de joint
- Bords coupés
- Déchirure
- Déformation permanente
- Fuite soudaine
Pour les cylindres haute température et haute pression, vérifiez :
- Pression de travail normale
- Pression maximale et pression de pointe
- Contre-pression du retour
- Dimensions de la rainure du joint
- Dégagement d'extrusion entre le piston et le cylindre
- Dégagement entre la tige et le guide
- Exigences en matière de joints de backup
- Résistance à l'extrusion du joint
Le matériau du joint, la conception de la rainure, les tolérances des composants et la structure de support doivent être considérés ensemble.
Installer un matériau à haute température sans contrôler l'écart d'extrusion peut toujours entraîner une défaillance rapide.
Considérez la vitesse du cylindre et la fréquence des cycles
La vitesse du cylindre et la fréquence des cycles affectent directement la température du joint.
Un mouvement de va-et-vient rapide génère des frictions autour du joint de tige, du joint de piston et des bagues d'usure. Un cycle fréquent réduit également le temps disponible pour que le cylindre libère de la chaleur.
Un joint peut supporter une température statique élevée mais se comporter mal sous des conditions dynamiques à grande vitesse.
Lorsque la haute température, la haute pression et la grande vitesse se produisent ensemble, la limite opérationnelle pratique du joint devient généralement plus basse.
Les cylindres à cycle rapide peuvent nécessiter :
- Conceptions de joints à faible friction
- Rugosité de surface de tige appropriée
- Films de lubrification stables
- Dégagements de guide corrects
- Dissipation de chaleur suffisante
- Dimensionnement adéquat des ports et des tuyaux
Augmenter la dureté du joint seul peut augmenter la friction et générer de la chaleur supplémentaire.
Confirmez la compatibilité avec le liquide hydraulique
La haute température accélère les réactions chimiques entre l'huile hydraulique et les matériaux d'étanchéité.
Le système peut utiliser :
- Huile hydraulique minérale
- Fluide hydraulique synthétique
- Fluide eau-glycol
- Fluide résistant au feu à base d'esters de phosphate
- Huile hydraulique biodégradable
- Autres fluides spéciaux
Un matériau d'étanchéité adapté à l'huile minérale peut ne pas convenir au fluide eau-glycol ou à l'esther de phosphate.
Lorsque le matériau et le fluide ne sont pas compatibles, le joint peut gonfler, rétrécir, ramollir, durcir, perdre en résistance ou développer des fissures sur la surface.
La dégradation de l'huile, la contamination et l'épuisement des additifs peuvent également modifier les performances du joint au fil du temps.
Il convient donc de fournir la marque de fluide hydraulique exact, la désignation du produit, la classe de viscosité et le type de fluide lors de la sélection du joint. Décrire le fluide uniquement comme “huile hydraulique standard” peut ne pas fournir suffisamment d'informations.
Inspectez la tige, le diamètre, le guidage et le montage
Même le bon matériau de joint peut échouer rapidement si les composants environnants du cylindre sont endommagés.
La tige de piston doit être vérifiée pour :
- Rayures
- Corrosion
- Corrosion
- Dommages à la chromage
- Rugosité de surface incorrecte
- Déformation
Le trou du cylindre doit également être inspecté pour des rayures, de la corrosion, une usure dimensionnelle et des défauts de surface.
Le désalignement, le chargement latéral, les broches usées, les bagues endommagées et les anneaux de guidage usés peuvent créer un contact inégal avec le joint. Cela augmente le frottement, la chaleur locale et l'usure unilatérale.
Avant d'installer de nouveaux joints haute température, inspectez la tige, le cylindre, les anneaux d'usure, les douilles de guidage, les points de montage et l'alignement du cylindre.
Sinon, les joints de remplacement pourraient commencer à fuir à nouveau après une courte période d'exploitation.
Quelles informations sont nécessaires pour la sélection des joints ?
Fournissez au fabricant de cylindre ou de joints les informations suivantes :
| Facteur de sélection | Informations requises |
|---|---|
| Température | Température ambiante, température d'huile continue et température de pointe |
| Pression | Pression normale, pression de pointe et contre-pression de retour |
| Fluide hydraulique | Marque, désignation du produit, grade de viscosité et type de fluide |
| Mouvement | Vitesse d'extension et de rétraction, fréquence de cycle et temps de fonctionnement quotidien |
| Dimensions du cylindre | Alésage, diamètre de tige, course et orientation de montage |
| Charge | Force de poussée, force de traction, charge latérale et charge d'impact |
| Environnement | Poussière, eau, brouillard salin, produits chimiques et exposition extérieure |
| Symptômes de défaillance | Fuite externe, fuite interne, dérive, extrusion ou usure rapide |
Des données de fonctionnement précises aident le fournisseur à sélectionner le matériau, le profil, le système de mise sous pression, les anneaux de protection et les composants de guidage appropriés pour l'application complète.
Conclusion
La sélection de joints pour un cylindre hydraulique haute température nécessite plus que la comparaison des températures maximales.
Le bon processus commence par les températures d'huile continue et de pointe réelles. La pression, le type de fluide, la vitesse, la fréquence de cycle, les jeux d'extrusion, l'état de surface de la tige, le alésage du cylindre, le guidage, la contamination et l'alignement de montage doivent ensuite être pris en compte.
Le polyuréthane, le NBR, le HNBR, le FKM et le PTFE ont chacun des applications appropriées, mais aucun matériau unique n'est adapté à chaque cylindre haute température.
Le joint doit toujours être sélectionné dans le cadre d'un système complet d'étanchéité, de guidage, de lubrification et de gestion thermique.
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