슬리퍼씰_적용설계, SLIPER SEAL DESIGN, 글리드링 GLID RING, 로드씰 ROD SEAL

<슬리퍼씰 원리>

슬리퍼 씰은 폴리머 링과 탄성고무 오링으로 조합된 운동용 레이디얼 씰입니다. 일반 산업용 유공압 시스템에서 주로 사용되는 슬리퍼 씰은, 고무 오링의 섬세한 탄성 작용으로 저압에서 효과적인 밀봉 성능을 발휘할 뿐 아니라 시스템 압력이 올라감에 따라 복원력도 상승하므로 허용 압력 이내에서 밀봉력을 유지할 수 있습니다.

탄성 고무는 시스템에 능동적(positive)인 밀봉력을 유지하고 폴리머의 마모와 저온 응축을 보상하며, 폴리머 링은 낮은 마찰 계수와 내마모성 및 자기 윤활성 등의 마찰 운동에 필요한 특성을 발휘합니다.

슬리퍼 씰은 하드웨어의 구조와 요구 환경에 따라 다양한 프로파일이 있습니다. 폴리머는 주로 PTFE 컴파운드로 제조되고 탄성 고무는 NRR, EPDM, FKM등의 표준 재질과 다양한 주문 사양으로 공급 가능합니다.

피스톤 씰

씰 접촉표면 조도

<피스톤 슬리퍼 씰>

씰의 성능과 수명은 하드웨어 접촉 표면 가공 상태에 크게 좌우됩니다. 특히 스코어(scores), 스크래치(scratches), 함몰(pores), 축방향, 원형 또는 나선 방향의 가공 마크가 있어서는 안되며 운동용은 고정용 대비 더 정밀한 조도를 요구합니다. 요구되는 표면 조도와 품질을 얻기 위하여 하드웨어의 표면 가공은 연삭만으로는 불충분할 수 있으므로 폴리싱 가공을 요합니다. 특히 씰 삽입 경로의 모서리는 라운딩(둥글게) 처리 해야합니다. 가공 spec.은 다음과 같습니다.

운동 마찰면 조도

고무 및 PTFE

Rz 1.0 μm / Ra 0.2 μm
80% < tp1 < 95%

폴리우레탄 고무

Rz 1.6 μm / Ra 0.4 μm
60% < tp1 < 80%

그루브 면/삽입부 리드인 챔퍼

Rz 10 μm / Ra 1.6 μm
60% < tp1 < 80%

[note] tp1은 5% 베어링에어리어(bearing area)로부터 0.25Rz 깊이에서의 bearing ratio임.

그루부 형상

<그루브 형상/삽입부단차>

하드웨어 설계시는 표면 조도/경도와 더불어 씰 직경/단면 사이즈 선정과 삽입부 리드인 챔퍼에 유의하여야 합니다.

* 피스톤 그루브: 벤딩이 발생하기 쉬운 30mm 이하의 보어 경 씰은 오픈그루브 사용을 권장
* 실린더 보어 삽입부: 230mm 이하의 보어 경 씰은 리드인 챔퍼(lead-in chamfer)의 구비를 권장
* 그루부는 디버링(deburring) 처리 되어야 합니다.

피스톤씰 장착 방법

<슬리퍼씰 장착>

오픈 그루브에 장착

오픈그루브(open groove)에 씰의 삽입은 비교적 간단하게 할 수 있습니다.
씰 장착 전에 반드시 그루브 표면 가공 상태를 확인하고 이물질이 없도록 청결하게 합니다.
씰을 피스톤 그루브에 장착한 후 보어에 삽입 시 상대 보어에 부드럽게 삽입되어 리사이징이 원활하게 되어야 하므로 보어의 씰 삽입부에 충분한 리드인 챔퍼나 단차를 주어야 합니다만, 공간 상 불가할 시는 별도의 리사이징 슬리브를 사용하여야 합니다.
* 리사이징(resizing): 그루브에 삽입 시 잡아당김이나 눌림 등으로 변형된 씰을 장착에 적합한 치수와 형상으로 축소 또는 형상을 복원하는 작업

클로우즈드 그루브에 장착

직경 100mm 이하, 씰 두께 1.6mm 이상의 클로우즈드 그루브의 씰은 조립 툴을 사용하여 장착하기를 권장합니다.

유압용 오일 중에서 섭씨 60℃까지 가열해 주면 부드러운 신장에 도움이 됩니다.

이보다 더 큰 직경의 씰은 대개 손으로 늘려도 무방합니다. 손 작업 시 한쪽으로 편중되거나 과도하게 늘어나지 않도록 주의를 요합니다.

삽입 시 씰이 지나가는 경로에 가이드 링 그루부 등이 있을 경우에는 삽입 맨드릴이 그루부를 덮도록 하거나 테이핑 처리를 해 줍니다.

실린더에 피스톤을 삽입하기 전에 버니싱 셀(burnishing shell)을 사용하여 늘어진 씰을 리사이징 해 주기를 권장합니다. 장착용 툴은 전통적으로 금속을 사용하여 왔지만 POM이나 Polyamide의 사용이 적절한 경우가 많습니다. 만일 실린더의 씰 삽입부에 리드인 챔퍼를 충분히 설치한 경우에는 실린더에 삽입함으로써 리사이징이 가능합니다.

로드 씰(Rod seals)

<슬리퍼 로드 씰 그루브 & 리드인 챔퍼>

로드씰 장착면 조도

운동용 씰 마찰면

고무 및 PTFE

Rz 1.0 μm / Ra 0.2 μm
80% < tp1 < 95%

폴리우레탄 고무

Rz 1.6 μm / Ra 0.4 μm
60% < tp1 < 80%

비운동용 씰 접촉면

Rz 6.3 μm / Ra 0.8 μm
60% < tp2 < 80%

씰 접촉면 이외 및 리드인 챔퍼 부

Rz 10 μm / Ra 1.6 μm

로드 씰 그루부 형상

하드웨어는 표면 조도/경도와 더불어 씰 직경/단면 사이즈 선정과 삽입부 리드인 챔퍼에 유의하여 설계해야 합니다.

* 보어 그루브: 벤딩이 발생하기 쉬운 로드 경 30mm 이하의 씰은 오픈 그루브 사용을 권장
* 로드 씰 삽입부: 리드인 챔퍼(lead-in chamfer)를 줄 것

로드 리드인 챔퍼 C = (D-d)/4

D: 보어 그루브 경
d: 로드 경

* 로드와 보어그루부의 모서리는 디버링(deburring) 처리 되어야 합니다.

로드씰 장착 방법

사전 점검 및 준비

씰 장착 전에 반드시 그루브 표면 가공 상태를 확인하고 이물질이 없도록 청결하게 합니다. 다음의 주요 체크 항목에 유의합니다.

로드 삽입부 리드인 챔퍼 가공 상태
표면 가공 상태(조도, 모서리부 디버링 등)
씰 삽입 경로 상에 있는 나사부는 슬리브로 덮거나 테이핑 처리
가공 칩, 이물질 제거
로드에 구리스(grease) 도포 시 삽입에 도움(단, 몰리브데늄, 황화아연 등 금속성 미포함 및 오링/자켓과의 재료 적합성 확인 후.)

오픈 그루브에 장착

오픈 그루브 장착 시, 씰은 큰 변형없이 그루브에 장착할 수 있습니다만 삽입 시 뒤틀림(twist) 발생이 않도록 주의합니다.
보어 그루브에 삽입 후, 로드에 충분한 챔퍼가 설치되어 있으면 로드 삽입으로 리사이징이 가능하지만 챔퍼가 없을 시는 리사이징 용 슬리브를 사용하여 로드 삽입 전에 리사이징 해주어야 합니다.

클로우즈드 그루브에 장착

<로드 씰 키드니 변형 용 메탈 핀>

<씰 변형(누름방향)>

우선 오링을 그루부에 삽입한 다음, 로드 씰을 조심스럽게 세 방향으로 눌러서 키드니(kidney) 형상으로 합니다. ☞ <씰 변형(누름방향)> 그림 참조. 이 때 변형 부위에 급격한 굴곡(꺾임)이 발생하지 않도록 유의하여야 합니다.
변형된 씰을 그루부에 안착시킨 다음 핀 툴을 사용하여 다시 원형 형상으로 리사이징합니다. <로드 씰 키드니 변형 용 메탈 핀> 그림과 같이 핀을 사용하면 안전하게 씰 링을 키드니 형태로 변형시킬 수 있으며 핀에 삽입된 그대로 그루브에 편리하게 장착할 수 있습니다.
핀을 뺀 후에 PTFE 씰 링을 눌러서 원형 형상을 복구해 줍니다.