Scanalatura per O-ring - Statica - Compressione assiale

Che cos’è la compressione assiale statica?

Nella compressione assiale statica, la sezione dell’O-ring viene compressa nella direzione assiale, quindi perpendicolarmente all’asse centrale dell’anello. Pensate a un coperchio serrato su un alloggiamento oppure a una flangia imbullonata su una controflangia. L’anello si trova in una gola anulare in una delle superfici piane contrapposte. Non c’è movimento relativo: l’anello deve solo resistere sotto pressione. Eppure esiste un punto critico che nelle applicazioni assiali statiche va più spesso storto rispetto a quelle radiali: la direzione della pressione. Il fatto che la sovrapressione si trovi all’interno o all’esterno della costruzione determina su quale lato della gola l’anello deve appoggiarsi. Se posizionate l’anello sul lato sbagliato, la pressione lo spinge proprio lontano dalla superficie di tenuta.

Direzione della pressione: la differenza tra interno ed esterno

Questo è il punto più critico nelle applicazioni assiali. Esistono esattamente due situazioni e la geometria della gola è la stessa per entrambe. Ciò che cambia è dove l’anello deve stare nella gola e quanta compressione o espansione si verifica. Se usate la configurazione sbagliata per la vostra direzione di pressione, la pressione lavora attivamente contro la tenuta e il sistema perde al primo aumento di pressione. Controllate sempre la direzione della pressione prima del montaggio.

Sovrapressione all’interno

L’O-ring deve appoggiarsi contro il diametro esterno della gola. La pressione interna spinge l’anello verso l’esterno e la parete esterna della gola assorbe quella forza. In questo scenario, l’anello viene compresso in direzione assiale di circa l’1% fino a un massimo del 3%. Questo valore è volutamente limitato: la pressione aiuta la tenuta, quindi non è necessaria un’elevata precarica di montaggio.

Pressione lungo l’esterno

L’O-ring deve appoggiarsi contro il diametro interno della gola. La pressione esterna comprime l’anello verso l’interno. Qui l’anello può espandersi leggermente, fino a un massimo del 6% del diametro della sezione. Attenzione: non si tratta di compressione ma di espansione. Il sei per cento è un limite massimo assoluto. Oltre questo valore, l’allungamento della gomma aumenta fino al punto in cui si formano cricche da fatica, soprattutto in caso di uso prolungato o di temperature elevate.

Regola pratica: pressione interna = anello verso l’esterno, 1-3% di compressione. Pressione esterna = anello verso l’interno, max. 6% di espansione.

I parametri della gola per la compressione assiale

La gola per la compressione assiale ha meno parametri rispetto alla gola radiale: non esiste una lunghezza dello smusso z, perché durante il montaggio l’anello non viene posizionato sopra uno spigolo vivo. L’anello viene semplicemente appoggiato nella gola piana. Cinque parametri definiscono completamente la gola: diametro della sezione (d2), profondità della gola (t), larghezza della gola (b) e i due raggi di raccordo (r1 e r2). Tutti e cinque dipendono direttamente da d2.

d2: diametro della sezione

Il punto di partenza per l’intero calcolo della gola. Nella compressione assiale, i diametri della sezione più comuni sono gli stessi delle applicazioni radiali: 1,78 mm, 2,62 mm, 3,53 mm e 5,33 mm per le costruzioni standard. Il diametro della sezione determina quanta gomma è presente nella gola e quindi influisce direttamente sulla forza di contatto sulla superficie di tenuta. Utilizzate sempre l’anello per cui la gola è stata dimensionata.

t: profondità della gola (tolleranza +0,05 mm)

La profondità della gola è leggermente inferiore al diametro della sezione, in modo che l’anello sporga leggermente sopra la superficie e venga compresso durante il montaggio. La tolleranza è solo positiva: la gola può essere leggermente più profonda, ma mai più bassa. Una gola troppo bassa provoca una compressione eccessiva e può danneggiare l’anello o la superficie contrapposta. Una gola troppo profonda dà una precarica insufficiente e perde già a bassa pressione.

b: larghezza della gola (tolleranza +0,25 mm)

La larghezza della gola determina quanto spazio ha l’anello per deformarsi in direzione assiale quando le superfici vengono tirate una contro l’altra. Nella compressione assiale, la larghezza è calcolata in modo più ampio rispetto alla compressione radiale, perché in questo caso la gomma fluisce in direzione radiale. Se è troppo stretta, genera un’eccessiva tensione laterale. Se è troppo larga, lascia spazio alla gomma per rotolare, il che porta a una tenuta irregolare.

r1 e r2: raggi di raccordo

Il raggio di fondo r1 aumenta da 0,3 mm per diametri di sezione piccoli fino a 1,5 mm per d2 = 15 mm. r2 rimane costante a 0,2 mm per quasi tutte le misure. Raggi troppo vivi generano concentrazioni locali di tensione nella gomma, soprattutto a pressioni di esercizio più elevate o sotto carico pulsante. Realizzate sempre i raggi come indicato nella tabella.

Finitura superficiale

Le superfici di tenuta nelle applicazioni assiali sono generalmente superfici piane, tornite o fresate. Sono relativamente facili da lavorare fino alla rugosità richiesta, ma nella pratica vengono ancora troppo spesso trattate come superfici costruttive invece che come superfici di tenuta. Il requisito di rugosità per la superficie di tenuta nelle applicazioni statiche è Ra max. 1,6 µm (Rz max. 6,3 µm). Il fondo della gola può avere Ra max. 3,2 µm. Una sola traccia di tornitura o un graffio in direzione radiale attraverso la superficie di tenuta è sufficiente a creare un percorso di perdita continuo lungo l’O-ring. Pulite sempre le superfici prima del montaggio e controllatele visivamente per verificare la presenza di graffi, bave o segni di lavorazione. In caso di dubbio, rilavoratele.

Tre errori che vediamo nei montaggi assiali

Le applicazioni assiali hanno una categoria di errori diversa rispetto a quelle radiali. Non ci sono spigoli vivi sul lato di inserimento, quindi il danneggiamento durante il montaggio è un rischio minore. Gli errori che vediamo hanno quasi sempre a che fare con la direzione della pressione o con la geometria della gola.

1. Anello sul lato sbagliato della gola. Con pressione interna, l’anello deve stare contro la parete esterna. Con pressione esterna, contro la parete interna. Se posizionate l’anello in modo errato, la pressione lo allontana dalla superficie di tenuta invece di spingerlo contro di essa.

2. Gola fresata troppo in profondità. Troppa profondità comporta troppo poca compressione. L’anello ha una precarica insufficiente e perde già a bassa pressione, prima che la pressione di esercizio possa aiutare la tenuta.

3. Percentuale di compressione fuori intervallo. Più del 3% di compressione con pressione interna, o più del 6% di espansione con pressione esterna, danneggia la gomma nel tempo. Controllate sempre la distanza di montaggio con la tabella.

Materiale e temperatura

La geometria della gola è indipendente dal materiale e vale allo stesso modo per NBR, EPDM e FKM. Ciò che cambia in base al materiale è l’idoneità rispetto al fluido, la temperatura di esercizio e la stabilità a lungo termine sotto pressione. NBR è la scelta standard per applicazioni idrauliche e meccaniche fino a +100 °C. EPDM viene utilizzato per acqua, vapore e applicazioni esterne. FKM è resistente a sostanze chimiche aggressive e a temperature fino a +200 °C. In caso di carico pulsante o ciclico, anche la resistenza alla fatica del materiale gioca un ruolo.

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