编辑玛丽·c·甘农,高级编辑
LSR(液体硅橡胶)o形圈在各种大批量生产应用中使用越来越多,特别是在生命科学领域。
o形密封圈是最常用的密封圈,广泛应用于航空发动机、化工生产线、拖拉机液压系统和水下井下工具等领域。它们占据了全球垫圈和密封件市场的很大一部分,根据全球行业分析*,到2020年将达到458亿美元。
规范者和用户更喜欢o形环,因为它们的圆形轮廓允许在静态和中等动态负载条件下几乎普遍用于轴向或径向密封布置。它们的基本几何形状使其在许多材料的注射成型或压缩成型过程中相对简单的制造。
然而,o形圈的简单形状掩盖了这种普通橡胶圈背后的材料和生产技术。为了确保长寿命和完整性,o形环必须与系统要求完美匹配。这可能涉及抵抗极端温度、高压和侵略性接触介质。它们还可能需要为自动化装配和动态环境提供低摩擦特性。
特瑞堡LSR组件产品线总监Ursula Nollenberger表示:“为应用程序指定最佳o形环需要对系统要求的精确理解,以及对材料性能的具体和可靠的知识。“与在这些领域具有专业知识的o形圈供应商合作,可以为其材料提供测试结果,这对于确保设备或制造工艺的性能至关重要。”
生命科学促进经济增长
在一些要求更高的领域,例如生命科学,LSR的经验尤为重要。全球行业分析师表示,包括医疗行业在内的一些领域的复杂应用将带来制造和设计挑战
“我们已经看到了这一趋势,我们应对的方法之一是重新定义简单o形环的生产精度;将其提升到一个新的水平,用于最困难的应用,特别是在医疗设备中。”
与任何o形圈应用一样,必须考虑产品的预期功能,配合组件,装配考虑因素,操作条件和预期使用寿命等等。然而,Nollenberger说,在生命科学领域,由于典型的灭菌手段无法到达医疗设备中的死空间,导致不必要的细菌生长,这可能会带来巨大的问题。
她说:“作为LSR部件的设计师和制造商,无论是o形环还是其他几何形状,我们面临的挑战和机遇不仅仅是提供标准的o形环,而是与客户一起开发解决方案,当我们观察其基本形状和截面时,它可能仍然是一个o形环,但最终是一个定制的工程解决方案。”“在这里,根据应用的不同,除了材料的选择之外,重点还将放在o形圈与配套组件的表面光洁度、表面摩擦行为和表面能量等方面。我们越来越多地看到一个完全集成的解决方案的趋势,而不是简单地使用o形环的概念,但我们提供的双组件解决方案可以绝对保证不存在因设计或o形环在组件内可能不一致的放置而导致的死区。”
它是如何工作的
为了应对这些挑战,特瑞堡密封解决方案现在有四个工厂,专门为医疗、汽车和各种工业领域的用户提供LSR注塑。Nollenberger表示,LSR在大批量应用中的需求正在增长,特别是在需要复杂零件几何形状和高一致性精度的应用中。而且,她补充说,LSR的优势在于它是一种极其纯净的材料,非常适合于生命科学。
瑞士Stein am Rhein工厂总经理Jarno Burkhardt表示:“传统的o型弹性体密封圈生产是通过注塑或压缩成型,通常需要通过机械、切割或冲孔或低温工艺来脱壳。这些次要工艺步骤引入了工艺可变性和制造风险,以及额外的直接和潜在的间接成本。
Burkhardt总结道:“在o形圈的LSR液体注射成型工艺中,零件的成型没有闪边,浇口或溢流很容易与功能部件分离,因此不需要二次精加工操作。”
大多数o形环由丁腈橡胶(NBR)和三元乙丙橡胶(乙丙二烯亚甲基)制成。然而,LSR最大的优势在于,由于原材料的低粘度,它可以被注塑成比这些材料更复杂的形状——比任何其他弹性体都容易得多。
关键好处
注射成型LSR o形圈的主要优势是:
•减少废料
•不需要二次处理步骤,以消除闪光和浪费
•消除所有与二次过程相关的质量风险,以及相关的过程和检验成本
o形圈直接出模的连续高尺寸稳定性和精度
•产品的完全可追溯性,不仅是批次,而且是腔
此外,LSR可覆盖-40至250°C(-40至480°F)的广泛温度谱,并对一系列流体和化学品具有良好的耐化学性。Nollenberger表示,与任何弹性体一样,它的抗压能力有限,但这主要取决于特定的设计和应用条件。
大批量生产
Nollenberger表示,与传统的橡胶成型相比,LSR生产的关键在于原材料需要使用高端模具。因此,工具更加昂贵。然而,由于这些高端设计,LSR工装寿命更长,通常可以保证持续100万次拍摄。
这就是为什么LSR需要大批量生产,因为不值得为小批量更改模具。
Trelleborg密封解决方案已将该工艺用于1.4 x 1.1毫米的微型组件,该组件每年为医疗设备生产数百万个。这些零件是通过直接向多腔工具的每个腔中注入LSR材料来制造的。然后,o形环被一个特别设计的机械抓手从腔中取出。由于零件太小无法雕刻,为了可追溯性,o形圈采用空腔装入容器。
生产微型o形环的工艺发展面临许多挑战。其中之一是研发出一种机械手,可以处理每个重量小于0.0093克的零件;这种部件又小又轻,人手都无法轻易操作。
另一个挑战是o形环的电荷。这导致它们从夹持器中释放出来后到处飞。它们像羽毛一样重,在后期制作时无法将它们放在指定的容器中。为了解决这个问题,工程师们开发了一种所谓的“离子发生器”,可以在零件从模具进入容器的过程中卸载零件。
实施该工艺可减少30%以上的材料消耗,而且直接生产就达到了零缺陷质量水平。这些微型o形环目前是在多达32腔的工具上生产的。
Burkhardt说:“LSR技术团队的下一个目标是将空腔数量增加一倍,达到64个,不仅适用于o形环,还适用于创新医疗设备的其他定制微型部件。”
LSR的未来
LSR技术正在广泛发展,其中高科技生命科学应用处于领先地位——用于自身免疫性疾病、血液疾病和激素缺乏等慢性疾病的自我用药。同样,在健康和安全审查严格的领域,如食品加工和饮用水,LSR可以看到未来的应用。
在汽车领域,随着越来越多的电子功能被整合,对超清洁和集成LSR组件的需求也在增长。
“此外,对LSR需求的增长也与城市化、人口和社会变化有关,因为越来越多的富裕人群对电子产品和其他生活方式产品和消耗品的购买力更强,”Nollenberger说。“对于特瑞堡来说,这意味着我们将继续推进工具、流程和自动化技术,让我们做两件事:第一,生产更小的部件,低到微米甚至纳克;第二,生产更复杂的两种或更多部件,LSR是其中一个部件。”
引用:
*全球行业分析师,www.StrategyR.com
†RubberWorld www.rubberworld.com/RWmarket_report.asp ? id = 746
Trelleborg密封解决方案
www.tss.trelleborg.com
了下:设计世界文章,医疗,机械,O型环,海豹
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