Apprenez comment la finition des brides affecte l’étanchéité avec les garnitures au bourrelet et d’autres joints en caoutchouc.
Les brides, ce sont des lèvres, des crêtes ou des jantes saillantes qui servent à relier les composants entre eux. Par exemple, quand vous ouvrez une portière de voiture, il y a une bride métallique où le panneau intérieur de la carrosserie, le quart de panneau extérieur et les structures du toit sont soudés ensemble.
Si vous ne voyez pas cette bride métallique, c’est probablement parce qu’une moulure en caoutchouc au bourrelet a été poussée directement dessus pour assurer l’étanchéité et l’isolation. Un joint de garniture au bourrelet se compose d’une section de retenue qui serre la bride et d’un bourrelet compressible qui s’aplatit lorsque la porte est fermée.
La texture de surface de la bride – c’est-à-dire, la finition de la bride – détermine à quel point la moulure du bourrelet s’adapte au métal et maintient une étanchéité au fil du temps. Une finition de bride trop lisse, trop rugueuse ou avec la mauvaise texture de surface peut provoquer une fuite immédiate du joint ou une défaillance progressive.
Cet article-ci d’Elasto Proxy examine comment la rugosité de la surface et les motifs d’usinage peuvent affecter la forme des bourrelets et d’autres types de joints en caoutchouc. Continuez à lire pour en savoir plus et contactez Elasto Proxy pour une fabrication de joints soutenue par plus de 35 ans d’expertise en étanchéité industrielle.
Comprendre les métriques de finition des brides
Les ingénieurs qui veulent comprendre comment la finition d’une bride interagit avec un joint en caoutchouc doivent aller au-delà de la propreté de la surface du métal. Il est important d’enlever toute saleté ou contaminant, mais il ne faut pas négliger non plus les micro-géométries de la bride.
Il y a trois indicateurs qui influencent la finition des brides :
- La moyenne de rugosité (Ra) est la moyenne mathématique des écarts de hauteur de surface mesurés sur la longueur d’un échantillon. Elle est généralement exprimée en micropouces (μin) ou micromètres (μin).
- La hauteur moyenne pic-vallée (Rz) est la distance moyenne entre le pic le plus élevé et la vallée la plus basse sur des longueurs d’échantillonnage adjacentes. Deux longueurs peuvent avoir le même Ra, mais une longueur avec des pics Rz élevés peut surcharger le caoutchouc mince.
- La couche de surface est le motif de surface prédominant créé par l’usinage ou la fabrication. Parmi les exemples, on retrouve les dentelures concentriques, les spirales continues et les lignes parallèles.
Comment les matériaux en caoutchouc interagissent-ils avec les imperfections de surface ?
Les joints en caoutchouc assurent l’étanchéité grâce à un procédé appelé déformation élastique. Lorsque des contraintes de compression sont appliquées au joint, le caoutchouc s’écoule dans les pics et vallées microscopiques (Ra) de la bride d’accouplement.
La capacité d’un joint à remplir ces petites vallées dépend de trois facteurs physiques :
- Duromètre (dureté) : Les élastomères plus tendres (30 à 50 Part A) s’adaptent facilement aux surfaces plus rugueuses sous des contraintes d’étanchéité plus faibles. Les élastomères plus durs (70 à 90 Shore A) nécessitent des charges de serrage plus élevées pour forcer le caoutchouc dans les micro-rainures de la bride.
- Contrainte de compression : Sans une contrainte initiale suffisante, le caoutchouc ne peut pas remplir complètement les rainures à la surface de la bride. Cela laisse des chemins de fuite pour les liquides ou les gaz.
- Épaisseur du joint : Les profilés en caoutchouc plus épais ou les matériaux de feuilles s’adaptent mieux aux brides avec une finition ondulée ou des irrégularités de surface.
Trop rugueux, trop lisses, et juste comme il faut.
Quelle est la bonne finition de bride alors ? Il s’agit de trouver un équilibre. Une finition de bride trop rugueuse ou trop lisse peut causer une défaillance du joint.
Brides trop rugueuses
Les brides ayant un Ra supérieur à 250 μin ou 6,3 μm peuvent causer les problèmes suivants :
- Micro-chemins de fuite : Si la rugosité de la surface dépasse la capacité du caoutchouc à se déformer sous charge, des canaux microscopiques restent ouverts sous la face du joint.
- Augmentateurs de contrainte localisés : Les pics élevés sur les surfaces usinées concentrent les charges de compression. Cela risque de cisailler le caoutchouc lors de l’installation ou de créer des déchirures localisées.
- Perméation et fluage : Une contrainte inégale sur une bride rugueuse accélère la relaxation localisée du boulon, ce qui amincit le joint.
Des brides trop lisses
Les brides ayant un Ra inférieur à 250 μin ou 6,3 μm peuvent causer les problèmes suivants :
- Extrusion et éclatement du joint : Le caoutchouc nécessite de la friction contre la face de la bride pour résister aux mouvements latéraux, ou à l’extrusion. Sous charge de compression, une bride à finition lisse comme un miroir peut faire glisser le caoutchouc latéralement, se déformer ou exploser complètement.
- Déficit de verrouillage par friction : Les rainures laissées par l’usinage aident à ancrer le caoutchouc à la bride. Sans ces micro-vallées, les joints en caoutchouc à faible dureté peuvent sortir du joint lors du torsion initiale.
La finition de la bride droite
La plupart des joints en caoutchouc fonctionnent mieux avec une finition de bride comprise entre 125 μin et 250 μin Ra (3,2 μm à 6,3 μm). Cela inclut l’EPDM massif, le NBR, le néoprène et le caoutchouc de silicone – des matériaux que l’Elasto Proxy fabrique couramment dans les sceaux et les joints.
Pour les matériaux en caoutchouc éponge plus tendre ou en silicone cellulaire, des finitions plus lisses peuvent être utilisées dans des boîtiers légers. Typiquement, la finition recommandée des brides varie de 63 μin à 125 μin Ra (3,2 μm à 6,3 μm). Elasto Proxy fabrique également des matériaux en caoutchouc éponge.
Couche de surface et types de dentelures : concentrique c. spirale continue
La rugosité moyenne est importante, mais la couche de surface et le type de dentelure le sont tout autant.
- Dentelures concentriques : Les rainures en cercle concentrique créent une série de barrières indépendantes sur la face de la bride. C’est la finition idéale pour la bride de confinement de fluides et de gaz, car une fuite devrait traverser chaque barrière individuelle pour s’échapper.
- Dentelures spirales continues : Ces rainures ressemblent à un disque vinyle et sont meilleures pour les joints métalliques ou semi-métalliques tendres que pour les joints en caoutchouc. C’est parce que si un joint en caoutchouc ne remplit pas complètement les rainures, il y a un risque de fuite continue.
- Finitions lisses ou non dentelées : Ces finitions sont courantes avec les boîtiers en tôle, les cadres en aluminium extrudé et les boîtiers moulés par injection en plastique. Cependant, ils nécessitent une rugosité de surface contrôlée pour maintenir une friction adéquate pour l’étanchéité.
Meilleures pratiques pour les ingénieurs en conception
Pour de meilleurs résultats, n’attendez pas à penser à l’étanchéité avant que vos brides métalliques soient usinées. Intégrez plutôt les lignes directrices suivantes dans votre processus de conception et d’approvisionnement.
- Spécifiez le Ra et la couche de surface sur vos dessins de brides : Ne laissez jamais la finition des brides comme “finition d’atelier standard”. Indiquez des plages Ra explicites et spécifiez une couche concentrique ou non directionnelle pour les applications critiques d’étanchéité.
- Comparez l’état du duromètre en caoutchouc à la bride : Choisissez un caoutchouc plus dur pour des surfaces lisses et usinées avec précision. Choisissez des profilés en caoutchouc ou en éponge à faible dureté pour des brides en fonte plus rugueuses ou anciennes.
- Tenez compte de la dilatation thermique et de l’exposition chimique : Les fluctuations de température et le contact chimique affectent le caoutchouc au fil du temps. Assurez-vous que la friction initiale à la face de la bride est suffisante pour retenir le joint tout au long de sa durée de vie.
- Considérez l’espacement des fixations et la rigidité des brides : Un joint où il y a des courbures entre les boulons présente une contrainte d’encastrement inégale. Même une finition de bride idéale ne peut pas compenser cette forte déflexion structurelle entre les fixations.
Collaborer avec Elasto Proxy pour des solutions d’étanchéité conçues
Obtenir un joint étanche nécessite d’évaluer l’ensemble du système d’étanchéité, du matériau en caoutchouc et de la géométrie du joint jusqu’au chargement des fixations et aux caractéristiques de la surface des brides. Chez Elasto Proxy, nous aidons nos clients à réussir avec l’étanchéité. Contactez-nous pour parler de vos conceptions de joints et pour découvrir les avantages d’une fabrication à valeur ajoutée.
