Sedi degli O-Ring

La tenuta ad O-Ring è basata sull'interazione tra un anello di materiale elastico e cedevole, e superfici idealmente indeformabili che lo comprimono. La sede che ospita l'O-Ring è parte integrante del sistema di tenuta e le sue caratteristiche hanno grande influenza sull'efficienza del sistema. La finitura superficiale della sede dell'O-Ring e di tutte le superfici che con esso vengono a contatto è un fattore importante per la capacità di tenuta e per la durata della sua vita. La qualità di una superficie dipende dal tipo di lavorazione e dal grado di finitura con cui questa viene eseguita. I sistemi a tenuta dinamica devono presentare livelli di precisione e finitura maggiore rispetto a quelli a tenuta statica in quanto lo sfregamento tra le parti accelera il degrado dell'O-Ring. L'osservazione di un profilo reale mostra la presenza di due tipi differenti di imperfezione superficiale: abbiamo un'imperfezione "ondulatoria" (figura 4.1 – curva a) legata all'imprecisione degli organi meccanici di lavorazione, e un'imperfezione definita come "rugosità" (figura 4.1 – curva b) causata dagli utensili che intervengono a diretto contatto con la superficie. La superficie a contatto con l'O-Ring presenta quindi delle irregolarità date dalla somma delle imperfezioni sopra descritte (figura 4.1 – curva c).

La nostra esperienza nel campo degli O-Ring ci ha portato ad individuare i parametri di lavorazione consigliabili per garantire buone prestazioni di tenuta e sufficiente durata. Nei paragrafi successivi riportiamo le tabelle in cui sono indicati i valori di tolleranza consigliata per limitare l'effetto negativo delle ondulazioni e i valori massimi della rugosità Ra, in applicazioni di tenuta statica e tenuta dinamica, consigliati per le superfici di tenuta e per quelle di appoggio. Il parametro Ra indica la rugosità e viene ottenuto come valore medio di rugosità, considerandone il valore assoluto, lungo un tratto di lunghezza definita L (figura 4.2). In pratica la normativa di riferimento fissa i valori del tratto di misura L in base alle dimensioni del particolare e ne misura la rugosità media Ra come segue:

Ra = (1 / L) x %∫ y dx

dove y è misurata perpendicolarmente al profilo medio della superficie nel tratto di lunghezza L.

In realtà il valore di Ra può non essere indicativo della qualità di tenuta in quanto reppresente la rugosità attraverso una media di valori assoluti, portando a risultati uguali anche in casi in cui l'effetto finale può essere molto diverso. Infatti in figura 4.3 e in figura 4.4 sono rappresentate due superfici che presentano, se calcolato, lo stesso valore di Ra, ma ai fini della tenuta il comportamento può essere molto diverso. È per questo che nell'indicare i valori di Ra abbiamo imposto come discriminante un valore di superficie portante almeno pari al 50% della superficie teorica.

Come ultima considerazione sulla rugosità possiamo aggiungere che la presenza di solchi come quelli di figura 4.3, può avere un effetto benefico in caso di tenuta dinamica, perché mantiene una certa quantità di fluido che può fungere da lubrificante diminuendo l'attrito tra l'O-Ring e le superfici.