Rainure pour joint torique - Conception

Les quatre conditions limites en un seul aperçu

Le tableau ci-dessous montre l’essentiel de chaque sujet côte à côte : quelle est l’exigence, quelle est l’erreur la plus fréquente et quelle en est la conséquence. Le reste de cet article développe davantage chaque sujet.

Les quatre conditions limites sont toutes aussi déterminantes. Une étanchéité qui réussit sur trois des quatre mais échoue sur une, fuit.

Conception de gorge : la gorge rectangulaire comme base

Pour pratiquement toutes les étanchéités par joint torique, la gorge rectangulaire est la forme recommandée et la plus utilisée. La norme autorise que les flancs de gorge soient inclinés jusqu’à 5 degrés pour des raisons de fabrication. Au-delà de 5 degrés, la largeur effective de la gorge varie en fonction de la profondeur, de sorte que le joint n’est plus soutenu de manière uniforme. En pratique, cela se produit lors de l’usure de l’outil de fraisage : une gorge légèrement conique est rarement visible lors d’une inspection visuelle, mais elle est mesurable avec un appareil de mesure de profil.

Outre la forme de la gorge, les rayons d’arrondi r1 (fond de gorge) et r2 (angles supérieurs) sont déterminants pour la durée de vie du joint. Un rayon trop vif concentre la contrainte dans le caoutchouc sur une petite surface, ce qui entraîne une initiation de fissure à des pressions plus élevées ou sous charge pulsée. Ces rayons ne sont pas toujours programmés séparément lors d’opérations de fraisage simples, ce qui constitue l’erreur de conception la plus fréquente dans la fabrication des gorges.

Plus d’informations sur la conception de gorge, les types de gorge et la finition sans bavures : Conception de gorge pour joint torique : conception, géométrie et règles d’exécution.

État de surface : quatre fois plus strict en mouvement

Le bon état de surface est décisif pour une étanchéité fiable. Les surfaces d’étanchéité doivent être exemptes de dommages tels que rayures, retassures et profondes traces d’usinage. Une seule rainure de tournage sur la surface d’étanchéité suffit à créer un chemin de fuite continu le long du joint, surtout à basse pression où la force de contact du joint est limitée.

Les étanchéités dynamiques imposent des exigences plus élevées aux surfaces que les statiques. La surface d’étanchéité dans les applications dynamiques exige un Ra max. 0,4 µm, soit quatre fois plus strict que les 1,6 µm en statique. À chaque course, le joint glisse sur la surface : une surface rugueuse use le caoutchouc mécaniquement, un peu à chaque mouvement, jusqu’à ce que le joint n’ait plus une force d’étanchéité suffisante.

Attention : Ra seul est insuffisant comme critère de contrôle. Une surface peut avoir une faible rugosité moyenne tout en contenant une rayure profonde et isolée qui dépasse fortement Rmax. Pour les applications critiques, mesurez toujours aussi Rz et Rmax en plus de Ra.

Plus d’informations sur les méthodes de mesure, les formes de dégradation et les règles d’exécution : État de surface pour les étanchéités par joints toriques.

Chanfreins : l’étape la plus souvent oubliée du processus

Les joints toriques sont conçus avec une surépaisseur par rapport à l’espace de montage. Ils sont comprimés entre les pièces de machine lors du montage. Pour éviter les dommages, comme le cisaillement du joint lorsqu’il glisse sur une arête, des chanfreins adaptés doivent être prévus sur les composants. Sans chanfrein, le joint développe des microfissures internes invisibles après montage, mais qui se transforment en fuite sous pression.

L’angle du chanfrein est de 15 à 20 degrés. La longueur z dépend du diamètre de section et figure dans chaque tableau dimensionnel. Le chanfrein doit en outre être réalisé sans bavures : une bavure à la transition entre le chanfrein et le bord de la gorge a le même effet qu’une absence de chanfrein.

Le chanfrein ajoute quelques secondes à l’usinage. Le supprimer coûte ensuite des heures à rechercher la fuite.

Valeurs normatives de z par diamètre de section, règles d’exécution et montage sur filetage : Chanfreins lors du montage d’un joint torique : angle, longueur et exécution.

Dimensions du jeu : l’extrusion est irréversible

La largeur du jeu entre les pièces de machine à étancher doit être maintenue faible en fonction de l’application. Si les jeux sont trop importants, il existe un risque d’extrusion dans le jeu : le caoutchouc du joint torique est pressé dans le jeu du côté basse pression et détruit. Le joint est alors irréversiblement endommagé. La largeur maximale admissible du jeu dépend de la pression de service, de la dureté du joint et du type d’étanchéité.

Pour les matériaux silicone, les dimensions du jeu doivent être divisées par deux par rapport aux valeurs du tableau. Le silicone a une résistance à la traction plus faible que le NBR ou le FKM et s’extrude donc avec des jeux plus larges. Dans les applications avec des jeux plus importants ou des pressions plus élevées, des bagues anti-extrusion sont recommandées du côté basse pression de la gorge.

Tableaux complets, effet de température au-dessus de 70 °C et recommandations de bagues anti-extrusion : Dimensions de jeu pour les étanchéités par joints toriques.

Comment les quatre conditions limites interagissent

Les quatre sujets ne sont pas des listes de contrôle distinctes que l’on peut cocher indépendamment. Ils interagissent entre eux. Une compression plus élevée (profondeur de gorge plus faible) augmente la pression de contact du joint et le rend moins sensible aux petits défauts de surface, mais augmente en même temps le risque d’extrusion si le jeu est trop large. Un joint plus dur tolère un jeu plus important, mais impose des exigences plus élevées à la surface d’étanchéité à basse pression. Une surface plus soignée peut compenser une légère erreur géométrique dans la gorge, mais ne compense jamais un chanfrein manquant.

En pratique, cela signifie que les quatre conditions limites doivent être évaluées ensemble, et non l’une après l’autre. L’ordre que nous recommandons : commencez par la géométrie de gorge et la compression associée, déterminez ensuite l’exigence de jeu à la pression de service et à la dureté, fixez ensuite l’exigence de rugosité selon le type d’étanchéité, et assurez-vous enfin que le chanfrein a été réalisé avant le premier montage.

Ordre de conception : géométrie de gorge et compression → largeur du jeu et dureté → qualité de surface → chanfrein. Dans cet ordre, et non l’inverse.

Liste de contrôle pour de nouvelles gorges

Les quatre sujets se traduisent par huit points de contrôle concrets que vous pouvez passer en revue pour chaque nouvelle gorge ou après chaque révision.

• Profondeur de gorge t mesurée avec une jauge de profondeur, dans la tolérance ?
• Largeur de gorge b1 mesurée au pied à coulisse ou avec un pion de mesure, dans la tolérance ?
• Flancs de gorge inclinés de 5 degrés maximum (à contrôler en cas d’usure de l’outil) ?
• Rayon de fond r1 et rayon d’angle r2 correctement réalisés selon le tableau dimensionnel ?
• Toutes les arêtes et transitions réalisées sans bavures ?
• Ra de la surface d’étanchéité mesuré et conforme à la norme du type d’étanchéité ?
• Chanfrein réalisé avec le bon angle (15-20°) et la longueur z issue du tableau ?
• Largeur du jeu calculée pour le cas d’ajustement le plus défavorable et vérifiée par rapport aux valeurs de jeu ?