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Español ![O-Ring-Stocks [IT]](https://www.o-ring-stocks.eu/upload/578/logo-o-ring-stocks-global-new.png){kind=logo}
In occasione dell’Ascensione siamo chiusi giovedì 14 maggio e venerdì 15 maggio. Gli ordini effettuati in questi giorni saranno elaborati lunedì 18 maggio. Ci scusiamo per il disagio e vi ringraziamo per la comprensione.
La finitura superficiale degli O-ring è più spesso la causa delle perdite rispetto all’anello stesso. La scanalatura è corretta, l’O-ring è del materiale giusto, la compressione è stata calcolata: eppure perde. Nella maggior parte dei casi, la causa risiede nella finitura superficiale. Una sola scanalatura di tornitura, un graffio o un segno di lavorazione sulla superficie di tenuta è sufficiente a creare un percorso di perdita continuo lungo l’O-ring. Questo articolo tratta i valori normativi di rugosità per la finitura superficiale degli O-ring e cosa significano nella pratica per applicazioni statiche, dinamiche e pulsanti.
Un O-ring sigilla tramite contatto elastico con due superfici: il fondo della gola e la contro-superficie. La tenuta funziona finché la pressione di contatto dell’anello è superiore alla pressione di esercizio del fluido. Questa pressione di contatto è determinata dalla compressione, dalla durezza dell’anello e dalla qualità della superficie su cui l’anello appoggia.
Con pressioni di esercizio elevate, la pressione aiuta: spinge l’anello più saldamente contro la superficie e supera piccoli difetti superficiali. Con pressioni di esercizio basse, la pressione di contatto dell’anello è limitata e l’anello non è in grado di colmare piccoli picchi di rugosità. Proprio a basse pressioni, nel vuoto o nella tenuta dei gas, la qualità superficiale diventa quindi la variabile più critica del progetto. Una superficie di tenuta ben rettificata può compensare un piccolo errore geometrico nella gola. Una superficie di tenuta ruvida o danneggiata può vanificare una gola perfettamente dimensionata.
Quattro volte più severa: la superficie di tenuta nelle applicazioni dinamiche (Ra 0,4 µm) è quattro volte più severa rispetto a quella nelle applicazioni statiche (Ra 1,6 µm). Ogni corsa su una superficie ruvida usura l’anello.
Nelle tenute con O-ring ci sono tre superfici distinte, ciascuna con un proprio requisito di rugosità: la superficie di tenuta (la contro-superficie su cui l’anello sigilla), il fondo della gola (la superficie su cui l’anello appoggia nella gola) e i fianchi della gola (le pareti laterali della gola). I requisiti variano in base alla superficie e al tipo di tenuta.
La superficie di tenuta ha il requisito di rugosità più severo. È la superficie che è a diretto contatto con l’esterno dell’anello e lungo la quale il fluido viene sigillato. Nelle applicazioni statiche è richiesto Ra max. 1,6 µm. Nelle applicazioni dinamiche, in cui l’anello scorre su questa superficie a ogni corsa, il requisito è quattro volte più severo: Ra max. 0,4 µm. In caso di pressione pulsante, in cui i picchi di pressione spingono ciclicamente l’anello contro la superficie, si applica Ra max. 0,8 µm. Difetti come solchi di tornitura, graffi o cavità di ritiro sulla superficie di tenuta sono direttamente critici. Anche un sottile solco di tornitura in direzione radiale forma un percorso di perdita continuo lungo la circonferenza dell’anello.
Il fondo della gola ha un requisito meno severo rispetto alla superficie di tenuta, ma non deve certo essere considerato una superficie non critica. Nelle applicazioni statiche è sufficiente Ra max. 3,2 µm. Nelle applicazioni dinamiche è Ra max. 1,6 µm. Il fondo della gola è la superficie su cui l’anello appoggia quando non è sotto pressione. Un fondo della gola troppo ruvido non danneggia direttamente la parte inferiore dell’anello, ma a pressioni più elevate provoca un supporto irregolare, che porta a una compressione localmente eccessiva sui picchi di rugosità.
I fianchi della gola sono i meno critici delle tre superfici per la funzione di tenuta in sé. Nelle applicazioni statiche la norma è Ra max. 6,3 µm. Nelle applicazioni dinamiche, Ra max. 3,2 µm. Ma i fianchi della gola sono critici per il montaggio: spigoli vivi o bave nella transizione tra fianco e superficie di tenuta danneggiano l’anello durante l’inserimento. Controlla sempre i fianchi per verificare la presenza di bave dopo la lavorazione.
La tabella seguente mostra tutti i valori normativi di rugosità della specifica Anyseals per le tre superfici e i tre tipi di tenuta. Ra è la rugosità media, Rz l’altezza media dei picchi, Rmax l’altezza massima dei picchi.
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Superficie |
Dinamico Ra |
Dinamico Rz |
Dinamico Rmax |
Statico Ra |
Statico Rz |
Statico Rmax |
Pressione pulsante Ra |
|
Superficie di tenuta |
≤ 0,4 µm |
1,2 µm |
1,6 µm |
1,6 µm |
6,3 µm |
10 µm |
0,8 µm |
|
Fondo della gola |
≤ 1,6 µm |
3,2 µm |
6,3 µm |
3,2 µm |
10 µm |
12,5 µm |
1,6 µm |
|
Fianchi della gola |
≤ 3,2 µm |
6,3 µm |
10 µm |
6,3 µm |
12,5 µm |
16 µm |
3,2 µm |
Per l’uso quotidiano, il confronto compatto a livello di Ra è il più pratico:
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Superficie |
Statico Ra max. |
Dinamico Ra max. |
Pressione pulsante Ra max. |
|
Superficie di tenuta |
1,6 µm |
0,4 µm |
0,8 µm |
|
Fondo della gola |
3,2 µm |
1,6 µm |
1,6 µm |
|
Fianchi della gola |
6,3 µm |
3,2 µm |
3,2 µm |
Oltre alla rugosità, esistono forme specifiche di danneggiamento che portano sempre a problemi, indipendentemente dal fatto che il valore Ra rientri nella norma. La norma stabilisce esplicitamente che le superfici di tenuta devono essere prive dei seguenti difetti.
Graffi: graffi assiali o radiali sulla superficie di tenuta formano percorsi di perdita lungo l’anello. Anche un graffio sottilissimo è critico per i gas o a basse pressioni. I graffi sono la causa più comune di perdite nei sistemi appena assemblati.
Cavità di ritiro: piccole cavità nella superficie dovute a fusione o saldatura causano un’interruzione locale del contatto tra l’anello e la superficie. Visibili come piccoli crateri o bolle, talvolta solo con ingrandimento.
Tracce di lavorazione profonde: un avanzamento troppo elevato durante tornitura o fresatura lascia tracce spiraliformi o lineari che superano nettamente Rmax, anche se il Ra medio rientra nella norma. Per questo, misura sempre Rz o Rmax oltre a Ra.
Il solo Ra non è sufficiente come criterio di controllo. Una superficie può avere un basso valore di Ra e contenere comunque graffi profondi e isolati che superano nettamente Rmax. Per le superfici di tenuta è prassi standard misurare sia Ra sia Rz e, nelle applicazioni critiche, anche Rmax.
La misurazione deve essere eseguita nella direzione critica: per le superfici di tenuta cilindriche, la direzione assiale (parallela all’asse) è la più critica, perché i graffi in quella direzione scorrono parallelamente all’anello e possono formare un percorso di perdita continuo. Una misurazione in direzione radiale fornisce, sulle superfici cilindriche, un quadro diverso rispetto alla reale situazione di tenuta.
A ogni corsa, l’O-ring scorre sulla superficie di tenuta. Una superficie ruvida usura meccanicamente l’anello, un po’ di più a ogni movimento. Nelle applicazioni statiche questo non avviene: l’anello rimane fermo sulla superficie e può compensare piccoli picchi di rugosità tramite deformazione elastica.
Ra è la deviazione media del profilo di rugosità rispetto alla linea media: un valore medio sull’intera lunghezza di misurazione. Rz è l’altezza media dei cinque picchi più alti meno le cinque valli più profonde: per questo è più sensibile ai valori anomali. Rmax è il picco più alto misurato nel profilo. Per le tenute, Rmax è il parametro più critico, perché basta un solo graffio profondo per creare un percorso di perdita.
La causa più comune è che Rmax o Rz superino il limite previsto, anche se Ra rientra nei valori consentiti. Uno o pochi graffi profondi o segni di lavorazione possono creare un percorso di perdita senza che la rugosità media lo faccia notare. Misura quindi anche Rz e Rmax e controlla visivamente la superficie per verificare la presenza di graffi, cavità o tracce a spirale.
Nelle applicazioni statiche, i graffi leggeri possono talvolta essere eliminati mediante rettifica o lucidatura, a condizione che la precisione dimensionale resti conforme anche dopo la lavorazione. Nelle applicazioni dinamiche è quasi sempre necessaria una rilavorazione, perché il requisito è più severo. Dopo la rilavorazione, controlla sempre di nuovo le dimensioni e la rugosità. In caso di danni gravi, la sostituzione del componente è la scelta più sicura.
No. In uso dinamico, il fondo della gola può avere un Ra max. di 1,6 µm, quindi un requisito quattro volte meno severo rispetto alla superficie di tenuta. Il fondo della gola non è in contatto con la contro-superficie in movimento e non contribuisce direttamente all’usura dell’O-ring durante la corsa.
