Capítulo 1: O que é um O-Ring?
Um O-ring é um laço elástico redondo usado como vedação para aplicações estáticas e dinâmicas. Sua principal finalidade é servir como vedação entre estruturas como canos, tubos, pistões e cilindros. Os anéis de vedação são feitos de vários materiais dependendo de como serão usados e são altamente flexíveis. Quando colocados entre duas superfícies, bloqueiam o vazamento de líquidos ou gases.
Quando usado como vedação estática, um O-ring permanece estacionário para conter a pressão ou vedar o vácuo. A forma dinâmica do O-ring pode ser alternativa ou giratória. Os anéis de vedação são uma vedação autoenergizante que aplica pressão dentro de um tubo ou cano para formar uma vedação.
Capítulo 2: Como os O-Rings são feitos
A produção e fabricação de O-rings envolve o uso de extrusão ou injeção, compressão e moldagem por transferência. A parte de extrusão do processo é usada para moldar elastômeros para o processo de moldagem.
Selecionando o Molde
O molde para anéis de vedação possui duas metades. O material é comprimido entre as duas seções. A escolha do molde do O-ring depende do diâmetro desejado. Como o material se expande quando é comprimido, a largura da ranhura deve ser 1,5 vezes o seu diâmetro. Para anéis de vedação personalizados, novas ferramentas de molde são projetadas e produzidas por computador para caber em qualquer tamanho necessário. Os espaços em branco do anel de vedação são cortados em aço usando um torno.
Para a produção imediata de O-rings, a produção de O-rings emendados e vulcanizados pode ser usada e não envolve o uso de uma matriz usinada, mas é feita de cordão de elastômero extrudado.
Seleção de Materiais
A escolha do material correto para aplicação dos O-rings é importante para garantir seu bom desempenho. A compatibilidade química, a resistência à temperatura e diversos outros fatores determinam o tipo de material a ser escolhido, bem como sua aplicação.
Os anéis de vedação são feitos de vários tipos de elastômeros, sendo os mais típicos PTFE, nitrilo (Buna), neoprene, borracha EPDM, fluorocarbono (VitonTM) e silicone, sendo o silicone usado para aplicações de alta temperatura. O gráfico abaixo é uma pequena lista de alguns materiais de anéis de vedação e suas propriedades. Os elastômeros obtêm seu desempenho e características dos materiais que neles são misturados.
| Propriedades do anel de vedação | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Propriedades do anel de vedação | Nitrila | Viton | Etileno Propileno | Fluorossilicone | PTFE |
| Propriedade | |||||
| Resistência à tracção | Razoável-Bom | Bom-Excelente | Bom-Excelente | Bom-Excelente | Excelente |
| Propriedades elétricas | Pobre | Excelente | Excelente | Bom | Excelente |
| Resistência às intempéries | Bom | Bom | Excelente | Bom | Excelente |
| Resistência ao ozônio | Justo | Bom | Excelente | Excelente | Excelente (450 graus F) |
| Resistência ao calor | Bom (225 graus F) | Excelente (400 graus F) | Excelente (275 graus F) | Excelente (400 graus F) | Excelente (-100 grau F) |
| Resistência ao frio | Razoável-Bom (-40 grau F) | Regular (-25 grau F) | Bom (-70 grau F) | Regular (-20 grau F) | Excelente |
| Resistência ao vapor | Bom | Bom | Bom | Bom | Excelente |
| Resistência a lágrimas | Bom | Bom | Bom | Justo | Excelente |
| Resistência à abrasão | Bom | Bom | Bom | Bom | Excelente |
| Resistência ácida | Bom | Bom | Bom-Excelente | Bom | Excelente |
| Petróleo | Excelente | Excelente | Pobre | Excelente | Excelente |
| Resistência à chama | Pobre | Bom | Pobre | Bom | Excelente |
| Óleo vegetal | Bom | Excelente | Bom | Excelente | Excelente |
Extrusão
Durante o processo de extrusão, o elastômero é alimentado em uma extrusora que aquece o material e o força através de uma matriz. O processo produz as configurações desejadas para serem colocadas no molde em comprimentos de cordão. A matriz selecionada para o processo de extrusão é escolhida de acordo com o diâmetro do O-ring acabado.
Moldagem
Existem três processos de moldagem utilizados na produção de O-rings: compressão, transferência e injeção.
Compressão
A moldagem por compressão é usada quando há necessidade de anéis de vedação pequenos e não padronizados de alto volume. Na moldagem por compressão, o material extrudado é colocado na cavidade do molde e mantido em alta temperatura sob pressão, o que o força a assumir a forma do molde.
Transferir
A moldagem por transferência é um meio termo entre a moldagem por compressão e a moldagem por injeção. No processo de transferência, o material é forçado para dentro do molde, enquanto o molde é fechado, resultando em maiores tolerâncias dimensionais e menor impacto ambiental. Pressão uniforme é usada para preencher completamente o molde. O material para moldagem pode ser sólido e ser colocado no recipiente de transferência de onde é forçado para dentro do molde pré-aquecido.
Injeção
O processo de injeção envolve o pré-aquecimento do material, que é forçado sob pressão através de um bico de injeção. O material entra no molde fechado através de uma série de sprues. O material moldado é deixado esfriar e endurecer na configuração da cavidade do molde.
Pós-cura do molde
A cura pós-molde melhora as propriedades físicas e o desempenho do O-ring moldado. A pós-cura expõe o O-ring a temperaturas cada vez mais elevadas como forma de melhorar suas características. Auxilia no processo de reticulação e melhora a resistência à tração, a flexibilidade e a temperatura de distorção térmica acima do que aconteceria se fosse curado à temperatura ambiente.
Extrusões emendadas e vulcanizadas
Outro processo utilizado para a fabricação de cordão extrudado é a vulcanização emendada que não utiliza matriz para criar anéis de vedação. Os anéis de vedação vulcanizados emendados são feitos de cordão extrudado que é cortado e colado. Eles são usados para aplicações de vedação estática, produção rápida ou quando apenas alguns O-rings são necessários. Eles são feitos de uma ampla variedade de elastômeros e vêm em qualquer tamanho.
Para formar um O-ring emendado e vulcanizado, o cordão extrudado é cortado no comprimento adequado, após o qual as extremidades cortadas são unidas usando um agente de ligação. As extremidades coladas e unidas são colocadas em um molde de alta temperatura para formar uma ligação molecular na junta.
Os O-rings emendados e vulcanizados são apenas para uso estático e não devem entrar em contato com peças móveis. Eles não são recomendados para aplicações dinâmicas. Os O-rings emendados e vulcanizados são produzidos em pequenas quantidades e são ideais para pequenas tiragens de fabricação.
Acabamento
Depois que os O-rings forem moldados, eles terão excesso de material nas laterais onde os moldes se encontram. Esse material, conhecido como rebarba, deve ser removido para que o O-ring tenha formato e tamanho adequados. O flash pode ser removido usando três processos para dar ao O-ring seu formato perfeitamente redondo.
Tambor – Os O-rings são colocados em um tambor giratório rápido que contém pedras. À medida que o tambor gira, o excesso de material é removido esfregando-se nas pedras.
Polimento – Para anéis de vedação maiores que não podem ser colocados em um tambor, a rebarba é removida pela ação abrasiva de um amortecedor.
Criogênico - A rebarbação criogênica é um processo controlado por computador que usa gás nitrogênio para congelar os O-rings, fazendo com que o flash congele e posteriormente seja removido com areia. É um processo de limpeza seguro que remove rebarbas do diâmetro externo (OD) e do diâmetro interno (ID).
Cura
Depois que os anéis de vedação estiverem rebarbados, eles precisam ser curados. O tempo que os O-rings ficam no forno de cura depende do tipo de elastômero e pode variar de algumas horas a um dia. O objetivo desta etapa é estabilizar os O-rings acabados e eliminar quaisquer contaminantes do processo de produção.