Шероховатость под уплотнение: какая нужна штоку, валу, канавке

Уплотнение работает в паре с металлом, и металл решает его ресурс не меньше, чем резина. Одна и та же манжета на штоке с Ra 0,2 мкм проходит сотни километров, а на штоке с забоинами изнашивается за смену, и замена уплотнения без проверки поверхности ничего не исправит.

Ra, Rz и Rmax описывают разные стороны одной поверхности

В России параметры шероховатости задаёт ГОСТ 2789-73 «Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики», он действует (изменение № 2 введено с 1 октября 2017 года, действие на территории РФ восстановлено приказом Росстандарта от 09.04.2026 № 339-ст) (карточка на normacs.info, проверено 22.10.2026). Стандарт даёт высотные параметры Ra, Rz, Rmax, шаговые S и Sm и относительную опорную длину профиля tp. Международные ISO 4287, ISO 4288 и ISO 1302, на которые ссылаются импортные чертежи и каталоги, в конце 2021 года заменены серией ISO 21920: обозначение на чертеже теперь в ISO 21920-1 (вместо ISO 1302), определения параметров в ISO 21920-2 (вместо ISO 4287), правила измерения в ISO 21920-3 (вместо ISO 4288) (обзор Digital Surf). Старые чертежи с ISO 4287 остаются читаемыми, большинство параметров перешло в новую серию без изменения смысла.

Для уплотнения одного Ra мало. Ra усредняет профиль, и две поверхности с одинаковым Ra 0,3 мкм могут вести себя противоположно: у одной острые пики, которые режут кромку, у другой плоские вершины с впадинами, где держится масло. Rz и Rmax показывают высоту самых крупных неровностей, а доля опорной поверхности (tp по ГОСТ, Rmr по ISO) говорит, сколько металла кромка встречает на заданной глубине. Поэтому в рекомендациях изготовителей уплотнений к Ra нередко добавляют долю опорной поверхности на заданной глубине сечения профиля.

Ориентиры Ra собраны по типу контакта

Источники ориентиров: глоссарий шероховатости dicht.de для штоков, справочник DIN 3760 на том же сайте и каталог Dichta для валов, таблица колец roymech.org для канавок, сравнение исполнений фланцев ГОСТ 33259 для торцов; проверено 22.10.2026. Это ориентир для уплотнений общего назначения: рекомендация изготовителя конкретного уплотнения имеет приоритет.

Шток гидроцилиндра работает в узком окне Ra

Подвижная манжета скользит по тонкой масляной плёнке, которую удерживают микровпадины штока. Если Ra падает ниже примерно 0,05 мкм, впадин почти нет: кромка снимает масло досуха, трение растёт, шток идёт рывками на малой скорости, а кромка греется. Если Ra выше 0,3–0,4 мкм, пики работают как наждак и срезают кромку за первые сотни ходов. Окно между этими границами узкое, и полировка «до блеска» уводит шток из него так же надёжно, как грубая шлифовка.

Влияние шероховатости на ресурс хорошо видно в ГОСТ 6678-72 на резиновые манжеты для пневматических устройств: при трущейся поверхности до Ra 1 мкм стандарт обещает ресурс не меньше 115 км пути трения, до Ra 0,32 мкм не меньше 175 км. Этот ресурс манжеты ГОСТ 6678 выдерживают только при установке и эксплуатации по приложению 1 стандарта. Для манжет из наполненного фторопласта окно сдвигается вниз, к Ra 0,05–0,2 мкм: PTFE не прирабатывается, как резина, и любой пик штока оставляет на нём борозду. Пакеты уплотнений штока из PTFE поэтому ставят только на шток с подтверждённым замером.

Вал под манжету шлифуют врезанием, без следа подачи

Армированная манжета на вращающемся валу работает при скорости несколько метров в секунду, и здесь важна не только величина неровностей, но и их направление. Ориентиры по DIN 3760, согласованному с ISO 6194-1: Ra 0,2–0,8 мкм, Rz 1–5 мкм, Rmax не больше 6,3 мкм, твёрдость не ниже 45 HRC, допуск вала h11 (справочник dicht.de). С ростом скорости требования к твёрдости растут: в каталогах изготовителей манжет встречается ориентир 55 HRC при 4 м/с и 60 HRC при 10 м/с. Отечественный ГОСТ 8752-79 требует Ra 0,63–0,32 мкм до 5 м/с и Ra 0,32–0,16 мкм свыше 5 м/с, твёрдость не ниже HRC 30 до 4 м/с и HRC 50 свыше 4 м/с.

Шлифование с продольной подачей оставляет на валу спираль, которая при вращении работает как винтовой насос. В одну сторону вращения она гонит масло наружу из-под кромки, и манжета течёт с первого часа, хотя по Ra вал в норме. Поэтому в чертеже вала под манжету кроме Ra пишут «врезное шлифование, без следов продольной подачи». Если на валу осталась канавка от старой кромки, которую цепляет ноготь, на него ставят ремонтную втулку или сдвигают манжету в сторону, чтобы кромка легла на неизношенный участок.

Канавка под кольцо делится на рабочие и нерабочие поверхности

У уплотнительного кольца рабочими считаются поверхности, к которым оно прижимается: дно канавки, шток или отверстие, торец крышки. По справочной таблице roymech для неподвижных соединений на них ориентир Ra 0,8 мкм, для подвижных Ra 0,4 мкм, а нерабочим поверхностям хватает Ra 1,6 мкм. Нижняя граница для неподвижного стыка не критична: поверхность Ra 0,4 мкм, сделанная под подвижный вариант, подойдёт и здесь, так что рабочее окно для неподвижного кольца можно считать 0,4–0,8 мкм. Для подвижного кольца есть и нижняя граница: глаже Ra 0,2 мкм кольцо своей кромкой стирает смазку, и поверхность остаётся сухой.

Газ и вакуум ужесточают требования к неподвижному стыку. Ориентир по-прежнему около Ra 0,8 мкм, но любая риска поперёк кольца, даже мелкая, становится каналом утечки. Поэтому торцы под кольцо в газовых и вакуумных узлах обрабатывают точением с концентрическими следами и проверяют на свет. Размеры самой канавки, от которых зависит сжатие кольца, считают отдельно, по правилам для канавки под уплотнительное кольцо.

Фланец под мягкую прокладку оставляют грубее

Плоской прокладке из паронита или резины нужна поверхность, в которую она вдавится и за которую удержится под давлением. Ориентир для большинства мягких прокладок на фланцах ГОСТ 33259-2015 — Ra 3,2 мкм, для исполнений L и M, где стоит тонкая прокладка, Ra 0,8 мкм; точное значение берут из чертежа фланца. Зеркальный фланец под паронит хуже: прокладку под давлением легче выдавить из стыка, чем с поверхности с кольцевыми рисками.

Опасны радиальные риски, которые идут от отверстия к наружному краю. Они получаются, когда фланец зачищают шлифовальной машинкой поперёк, и через каждую такую риску среда находит путь под прокладкой. Концентрические и спиральные следы от точения таких каналов не дают. Тип прокладки под каждое исполнение подбирают по уплотнительным поверхностям фланцев.

Шероховатость на чертеже записывают с параметром и направлением

Запись «Ra 0,2» без пояснений даёт ремонтной мастерской слишком много свободы. Для штока под манжету полная строка выглядит так: значение Ra с верхней и нижней границей (например, «Ra 0,1…0,3»), Rz или Rmax, доля опорной поверхности, если её задаёт изготовитель уплотнения, твёрдость и вид покрытия. Для вала под манжету добавляют «врезное шлифование, без следов продольной подачи», для торца под кольцо знак «кругообразное» направление неровностей по ГОСТ 2.309-73.

Пример: строка в технических требованиях на ремонт штока диаметром 50 мм. «Поверхность штока: хром твёрдый, толщина слоя по ТП ремонта, Ra 0,1…0,3 мкм, Rmax не более 2,5 мкм, без продольных рисок, забоин и сколов; протокол профилометра в трёх сечениях по длине хода». Числа здесь условные, их берут из рекомендации изготовителя манжеты, а сама структура строки годится для любого штока.

Какая шероховатость нужна штоку гидроцилиндра?

Шероховатость штока гидроцилиндра под манжету из резины или полиуретана обычно лежит в окне Ra 0,05–0,3 мкм, под манжету из PTFE в окне Ra 0,05–0,2 мкм. Слишком гладкий шток не держит масляную плёнку, и манжета работает всухую, слишком грубый срезает кромку. Кроме Ra проверяют отсутствие продольных рисок, твёрдость хромового слоя и долю опорной поверхности, если её требует изготовитель уплотнения.

Почему вал под манжету нельзя шлифовать с продольной подачей?

Вал под армированную манжету шлифуют врезным способом, потому что продольная подача оставляет на поверхности спиральный след. При вращении такая спираль работает как винтовой насос и в одном направлении выкачивает масло из-под кромки, хотя Ra вала остаётся в норме 0,2–0,8 мкм. Течь появляется сразу после пуска и не лечится заменой манжеты, исправляют только поверхность вала.

Восстановленный шток принимают по замеру, а не по блеску

Шток или вал после ремонта до установки новых уплотнений проходит приёмку, как партия деталей. Замер в узле делают только на остановленном цилиндре, со сброшенным до нуля давлением, опущенным рабочим органом и остывшим маслом. Порядок проверки:

1. Протокол профилометра: Ra и Rz в трёх сечениях по длине рабочего хода и в двух-трёх точках по окружности.
2. Осмотр под косым светом: продольные риски, забоины, сколы хрома, коррозионные точки.
3. Проверка ногтем: риска, которая цепляет ноготь, для подвижного уплотнения уже недопустима.
4. Твёрдость покрытия или основы, если её задаёт чертёж.
5. Диаметр и овальность микрометром в тех же сечениях, что и шероховатость.
6. Фото поверхности с линейкой для карточки узла.

Если хотя бы один пункт не прошёл, шток возвращают в ремонт: новая манжета на нём проработает меньше, чем старая. Для заказа уплотнений к восстановленному узлу полезно приложить этот протокол. По нему подбирают материал кромки: PTFE на шток с Ra 0,35 мкм ставить рискованно, а резина или полиуретан на нём будут работать нормально.

Данные о поверхности уточняют заказ уплотнений

В заявке на манжеты и сальники к размерам и среде стоит добавить три строки о металле: материал и покрытие штока или вала, фактическую шероховатость по протоколу и твёрдость. Для гидроцилиндров техники это ещё и условия, при которых шток работает: пыль, грязь, мороз, мойка. На уплотнения для гидроцилиндров спецтехники эти данные влияют напрямую: под забитый грязью шток подбирают другой грязесъёмник, а под шток с керамическим покрытием другую смесь кромки. Если протокола нет, это стоит прямо написать в заявке: материал тогда подбирают по среде и давлению, а состояние поверхности остаётся неподтверждённым допущением.