Изготовление резиновых колец: формование, стыковка или резка

Кольцо из каталога стоит копейки и лежит на складе, а кольцо нестандартного размера внезапно требует решения: делать форму, клеить шнур или искать другой способ. От выбора зависят срок, цена партии и то, будет ли кольцо работать в узле. У каждого из трёх путей есть границы по сечению, диаметру, тиражу и типу нагрузки, и выбор начинается с них, цена идёт следом.

Цена кольца по-разному зависит от диаметра у формы и у шнура

У стыкованного кольца основная работа приходится на стык: отрезать шнур, подготовить торцы, соединить и свулканизировать. Кольцо диаметром 150 мм и кольцо диаметром 600 мм требуют одного стыка, разница только в длине шнура. Поэтому цена стыкованного кольца с ростом диаметра растёт медленно, а на малых диаметрах, наоборот, получается дорогой и неточной: короткий отрезок трудно согнуть без складки.

У формового кольца всё обратно. Под маленькое кольцо в одной форме размещают несколько гнёзд, и за один цикл пресса выходит десяток колец. Кольцо диаметром 500–600 мм занимает всю плиту пресса, форма под него тяжёлая и дорогая, а за цикл получается одно кольцо. Отсюда первый ориентир для марок общего назначения: до 50 мм кольцо формуют или подбирают серийное, от 300 мм в неподвижном узле кольцо стыкуют, а в промежутке решает расход.

Для промежутка считают годовой расход, одной текущей заявки для решения мало. Пример: на каждом ремонте насоса меняют шесть колец диаметром 246 мм, ремонтов три в год. За три года уходит 54 кольца, и доля формы за 25 000 ₽ падает с 4 167 ₽ на кольцо в первой партии до 463 ₽ в среднем за срок. Сравнивать эту долю надо с разницей между ценой стыкованного и формового кольца, которую покажет КП на оба варианта. Формулу окупаемости оснастки для любой резиновой детали и пример с прототипом даёт обзор способов изготовления резиновых изделий, для кольца к ней добавляется только фактор диаметра.

Сколько стоит изготовить несколько резиновых колец

Несколько резиновых колец нестандартного размера дешевле всего изготовить без оснастки: стыковкой шнура для круглого сечения, резкой из пластины для плоского, нарезкой из трубки для квадратного. На малой партии сумма часто меньше порога, и к оплате идёт минимальный заказ 9 000 ₽ с НДС. Пресс-форма от 25 000 ₽ (ориентировочно, с НДС, точная цена в КП) оправдана, когда кольцо стоит в подвижном узле, меньше 50 мм по диаметру или расходуется десятками в год.

Формовое кольцо: облой, допуски и точность сечения

В пресс-форме резиновую смесь вулканизуют под давлением и температурой, и кольцо получается цельным, с одинаковыми свойствами по всей окружности. По линии разъёма формы остаётся облой: тонкий выступ резины, который срезают, шлифуют или удаляют охлаждением. В подвижных узлах линия облоя должна быть гладкой, иначе на штоке она работает как надрез.

Точность формового кольца задаёт сама форма. Для формовых резиновых изделий допуски назначают по классам ISO 3302-1, в чертеже указывают класс или конкретные отклонения. Если кольцо делают по стандартному ряду, допуски берут из размерного стандарта, например ISO 3601-1. Процесс, виды форм и режимы определяет формование резиновых деталей.

Формованием делают кольца круглого, квадратного, X-образного и фасонного сечения. Ограничение по размеру задаёт плита пресса: кольцо большого диаметра в обычную форму не помещается, и для него форму делают секционной или переходят на другие способы.

Стыковка шнура закрывает большие диаметры и малые партии

Кольцо из шнура собирают из отрезка нужной длины: концы срезают, совмещают и соединяют клеем или вулканизацией. Вулканизированный стык прочнее склеенного и выдерживает умеренное давление, склеенный подходит для крышек, люков и ёмкостей без избыточного давления. У колец из шнура склейка и вулканизация дают разный результат, и склеенное кольцо работает не везде.

Точность стыкованного кольца по диаметру определяется точностью отрезка. Ошибка в длине шнура делится на число π, когда пересчитывается в диаметр: лишние 10 мм шнура увеличивают диаметр кольца примерно на 3,2 мм. Для крышки люка это незаметно, а для кольца в радиальной канавке значит провисание или лишнее растяжение, поэтому длину отрезка задают по канавке: старое кольцо за годы могло вытянуться.

Для очень больших колец стыковка часто остаётся единственным разумным способом; для диаметров от полуметра и до нескольких метров есть свои технологии крупных уплотнительных колец. Концы шнура и рамок соединяют методом стыковки колец и рамок.

Резка из пластины даёт плоские кольца любого диаметра

Плоское кольцо с прямоугольным сечением, у которого толщина меньше ширины, вырезают из резиновой пластины. Для толщин 3–10 мм удобна гидроабразивная резка: струя не греет резину и даёт ровную кромку. Пример расчёта: кольцо 120 × 100 мм имеет внешний и внутренний контуры общей длиной около 0,69 м, и при цене реза от 35 до 170 ₽ за погонный метр рез обойдётся в 24–118 ₽ плюс материал (ориентировочно, с НДС, точная цена в КП).

Тонкие кольца из мягкой резины режут плоттером, а при тираже от нескольких сотен штук выгоднее вырубка штампом, который стоит ориентировочно от 6 000 ₽ с НДС и служит много циклов. Резину, силикон и PTFE лазером не режем: кромка обгорает и твердеет. На гидроабразивной резке ограничение одно: торцы получаются прямыми, а кольцо с круглым или фасонным сечением из пластины не вырезать.

Нарезка из трубки и точение для квадратных колец

Кольцо, у которого высота больше толщины доступных пластин, получают из трубки: заготовку надевают на оправку и режут поперёк на ломтики нужной высоты. Способ быстрый, но привязан к ассортименту трубок. Если трубки с нужной парой диаметров нет, её экструдируют под заказ или формуют толстостенную заготовку, а это снова оснастка, и выигрыш нарезки пропадает на партии меньше нескольких десятков колец.

Точение резины применяют для единичных колец сложного профиля, например при восстановлении снятого уплотнения без чертежа. Резину перед точением охлаждают, чтобы она не мялась под резцом. Точность при этом ниже, чем у формовки, а поверхность грубее, поэтому для подвижных узлов точёное кольцо служит временной заменой до изготовления формы.

Диаметр, сечение и нагрузка ограничивают каждый способ

Сводная таблица показывает, в каких условиях каждый способ даёт рабочее кольцо. Диапазоны диаметров даны как ориентир для марок общего назначения, конкретную границу задаёт размер пресса, оборудование и смесь. Цены оснастки ориентировочно, с НДС, точная цена в КП.

На схеме первый вопрос о сечении. Плоское кольцо режут из пластины, квадратное нарезают из трубки. Для круглого сечения смотрят на узел: подвижное соединение или диаметр меньше 30–50 мм ведут к формованию. Для неподвижного узла большого диаметра решает тираж: выше точки окупаемости формуют, ниже стыкуют шнур с вулканизацией.

Данные, по которым способ выбирают с первого раза

Способ изготовления выбирает изготовитель, но выбрать его без данных об узле нельзя: одно и то же кольцо 300 × 8 мм для крышки бака и для поршня делают по-разному. Для расчёта уплотнительных колец нестандартного размера нужен короткий набор сведений.

• размеры кольца: внутренний диаметр и сечение, или размеры канавки, или образец;
• профиль сечения: круглое, квадратное, прямоугольное, фасонное;
• узел: неподвижная крышка, люк, фланец, шток, поршень, вращение;
• давление и есть ли вакуум;
• среда и температура, чтобы выбрать смесь;
• количество сейчас и ожидаемый расход за год;
• допустим ли стык, если кольцо большое и нужно быстро.

Последний пункт часто решает срок. Если стык допустим, кольцо из шнура делают без оснастки, а если нет, к сроку партии добавляется изготовление формы. Профиль в узле и его пригодность под движение и давление проверяют при выборе кольцевого уплотнения.

Повторный заказ колец планируют вместе с оснасткой

Пресс-форма или штамп выставляются в КП отдельной строкой и принадлежат заказчику, поэтому второй заказ того же кольца обходится без затрат на оснастку. На кольцо заводят карточку: размеры, смесь, твёрдость, способ изготовления, ссылка на форму и даты прошлых партий. Повтор оформляют по карточке, без нового обмера и согласования, а по датам видно, когда ждать следующей потребности.

Если кольца нужны раз в год, но каждый раз срочно, разумно заказать партию на два-три ремонта сразу и хранить её в тёмном месте при комнатной температуре. Если узел новый и ресурс кольца неизвестен, сначала делают малую партию стыковкой или точением, проверяют кольцо в работе и только потом вкладываются в форму под проверенный размер и смесь.