1. Conclusione

O-ring l'espressione comunemente usata «70 gradi, 80 gradi, 90 gradi» si riferisce solitamente a 70 Shore A, 80 Shore A, 90 Shore A, ovvero alla durezza della gomma. Maggiore è il valore, maggiore è la durezza del materiale e quindi maggiore è la resistenza all'estrusione; tuttavia, contemporaneamente aumenta la forza di montaggio, diminuisce la conformità elastica e peggiora anche il rimbalzo a basse temperature. Pertanto, la durezza delle guarnizioni ad anello (O-ring) non è necessariamente migliore se più elevata.

La logica generale di selezione ingegneristica è:

70A: priorità predefinita. Adatto alla maggior parte delle tenute statiche, oli convenzionali, acqua, applicazioni pneumatiche e di manutenzione generale. Il vantaggio della durezza 70A risiede nella combinazione relativamente equilibrata di elasticità, facilità di montaggio, conformità alla superficie di tenuta e versatilità d’impiego.

80A: compromesso intermedio. Quando la durezza 70A comporta un leggero rischio di estrusione sotto pressione, un gioco eccessivo nella scanalatura o un lieve danneggiamento dei bordi, ma si desidera evitare contemporaneamente l’elevata forza di montaggio, l’attrito e la riduzione del rimbalzo a basse temperature tipici della durezza 90A, si può considerare la durezza 80A.

90A: priorità alla resistenza all’estrusione. Adatto per sistemi ad alta pressione, con grandi giochi di estrusione, sistemi idraulici o condizioni in cui in passato si sono verificati fenomeni di morsicatura/estrusione/mordicatura; tuttavia, la durezza 90A non deve essere semplicemente intesa come «più avanzata», poiché richiede maggiori requisiti in termini di scanalatura, smusso, lubrificazione durante il montaggio e tenuta iniziale a basse temperature.

La scala Shore A è un sistema di misura della durezza per indentazione; la norma ASTM D2240 chiarisce che questo test misura la profondità di indentazione di un materiale sottoposto a una pressione specificata e costituisce un indicatore empirico di controllo, non essendo pertanto assimilabile direttamente a una singola proprietà meccanica. In altri termini, la durezza 90A non significa «resistenza a trazione del 30% superiore rispetto alla 70A»: si tratta semplicemente di un grado di durezza più elevato.

2. Tabella comparativa tra 70A, 80A e 90A

Questa tabella richiede un'ulteriore premessa: il confronto deve avvenire nello stesso sistema materiale. NBR 70A, FKM 70A, EPDM 70A e VMQ 70A non offrono le stesse prestazioni — il materiale determina la compatibilità con i fluidi, l’intervallo di temperatura, il rilassamento sotto compressione e le prestazioni a basse temperature; la durezza è soltanto uno dei parametri che lo caratterizzano.

3. Perché il valore 70A è il più comune?

il valore 70A offre come principale vantaggio l’"equilibrio".

Una guarnizione ad anello O non si basa sul principio «più è compressa, più è affidabile» per garantire la tenuta: essa si basa invece sulla deformazione per compressione che si verifica dopo l’installazione, generando una pressione iniziale di contatto e rafforzando ulteriormente la tenuta sotto l’azione della pressione del mezzo. I materiali per anelli O Trelleborg forniscono le seguenti raccomandazioni tipiche per la compressione iniziale: 6–20% per applicazioni dinamiche, 15–30% per applicazioni statiche. Ciò dimostra che un anello O deve innanzitutto essere in grado di comprimersi in modo adeguato, adattarsi alla sede e ripristinare la propria forma, senza perseguire esclusivamente un’elevata durezza.

i vantaggi della durezza 70A includono:

Associazione facile: Montaggio manuale, montaggio in serie e sostituzione durante la manutenzione sono tutti più agevoli; non si verificano facilmente rigature, abrasioni o torsioni dovute a eccessiva durezza.

Buona elasticità e adattabilità: Maggiore tolleranza nei confronti di lievi irregolarità superficiali, variazioni dimensionali della scanalatura e non uniformità delle flange.

Tenuta a bassa pressione e all’avviamento più affidabile: Molti sistemi nelle fasi di bassa pressione, avviamento e variazione di temperatura richiedono che la guarnizione ad anello (O-ring) si affidi al proprio potere di rimbalzo per mantenere la tenuta; in generale, la durezza 70A risulta più vantaggiosa.

Rimbalzo a basse temperature relativamente migliore: A parità di materiale, all’aumentare della durezza, l’elasticità a basse temperature tende a peggiorare; quando il recupero elastico e la deformazione permanente per compressione variano in prossimità della zona di transizione vetrosa, l’effetto sulla capacità di tenuta dell’O-ring è particolarmente critico.

Pertanto, a meno che non vi siano limitazioni esplicite legate alla pressione, all’estrusione, all’usura o alla struttura, la durezza 70A costituisce generalmente il punto di partenza ingegneristico predefinito.

4. Quando scegliere la durezza 80A?

la durezza 80A rappresenta un valore intermedio molto utile, ma spesso trascurato.

Casi applicativi per la scelta della durezza 80A:

il 70A presenta un lieve rischio di estrusione ai bordi sotto pressione; il gioco del solco è leggermente maggiore, ma non è ancora necessariamente richiesto passare al 90A o all’impiego di un anello di supporto; la pressione del sistema è media-alta; il feedback dei clienti sul 70A riporta guasti descritti come «morsicatura, nibbling, formazione di bave, estrusione nel gioco»; si desidera comunque mantenere una certa conformità all’assemblaggio, elasticità e basso rimbalzo; l’assemblaggio risulta troppo difficoltoso oppure l’attrito dinamico è usurato.

La guida alla progettazione di Apple Rubber fornisce un esempio intuitivo: a una pressione di 1000 psi e con un gioco totale del diametro di 0,016 pollici, il punto corrispondente al 70 Shore A cade in una zona instabile, rendendo necessario aumentare la durezza, aggiungere un anello di supporto o ridurre il gioco; mentre, nello stesso diagramma, il punto corrispondente all’80 Shore A rientra in un intervallo accettabile. Ciò dimostra che l’80A non è una «specifica fredda», bensì un compromesso ingegneristico molto pratico tra il 70A e il 90A.

5. Quando scegliere il 90A?

l’obiettivo principale del 90A non è «sigillare meglio», ma resistere meglio all’estrusione.

Sottopressione, la guarnizione ad anello O viene spinta verso il lato a bassa pressione. Se il gioco di accoppiamento è eccessivo o la pressione troppo elevata, la gomma può essere compressa nel gioco, causando fenomeni di morditura (nibbling), crepe, fessurazioni e, in definitiva, perdite. Apple Rubber elenca chiaramente i metodi più comuni per prevenire l’estrusione delle guarnizioni ad anello O dovuta alla pressione: aumentare la durezza, utilizzare un anello di supporto (back-up ring), ridurre il gioco diametrale e abbassare la pressione del sistema.

Applicabile alla scelta della durezza 90A:

Idraulica ad alta pressione; elevata differenza di pressione; coppia ausiliaria cinematica con gioco di estrusione relativamente ampio; guarnizione ad anello O con sezione trasversale ridotta sottoposta a pressione relativamente elevata; modalità di guasto sul campo chiaramente riconducibile all’estrusione, alla morditura (biting) o alla morditura superficiale (nibbling), piuttosto che all’invecchiamento, alla dissoluzione o al cedimento per compressione (compression set); le dimensioni della scanalatura non possono essere modificate e l’impiego di un anello di supporto risulta scomodo; richiede l’uso combinato con un anello di supporto per garantire maggiore affidabilità alle pressioni ancora più elevate.

Tuttavia, il costo della durezza 90A è altrettanto evidente:

La forza di montaggio aumenta in modo significativo; l'anello O è più facilmente tagliato o graffiato durante il montaggio; richiede un raccordo di immissione migliore e una lubrificazione adeguata; è più sensibile alle dimensioni della scanalatura, alla rugosità superficiale e all’entità della compressione; la resilienza a basse temperature e il margine iniziale di tenuta diminuiscono; aumenta il rischio di attrito, usura e generazione di calore nelle guarnizioni dinamiche.

Il materiale Trelleborg evidenzia che l’entità della compressione dell’anello O è influenzata dalla pressione iniziale, dal materiale, dalla durezza, dal diametro interno e dal diametro della sezione trasversale, e fornisce la curva di compressione-carico per deflessione relativa all’NBR 70 Shore A rispetto all’NBR 90 Shore A; il grafico mostra chiaramente che maggiore è la durezza, maggiore è il carico di compressione richiesto, ovvero maggiore è la forza di montaggio e la resistenza alla compressione.

6. Non lasciare che la "pressione" determini esclusivamente la durezza

Molti clienti chiedono: "a quale pressione si utilizza il 70? A quale pressione si utilizza il 90?"

Questa domanda non può essere risposta considerando esclusivamente la pressione. L'estrusione di una guarnizione ad anello O dipende almeno dai seguenti fattori: pressione o differenziale di pressione; gioco di estrusione; dimensione della sezione trasversale dell'anello O; struttura della scanalatura; sistema materiale; durezza; tenuta statica o dinamica; temperatura; presenza di un anello di supporto; presenza di pulsazioni di pressione.

Il materiale di Apple Rubber chiarisce che il limite di estrusione di un anello O è determinato congiuntamente dal gioco diametrale sotto pressione e dalla durezza del materiale; quando l'intersezione tra pressione e gioco ricade in una zona non sicura, è necessario aumentare la durezza, utilizzare un anello di supporto oppure ridurre il gioco.

La pressione di lavoro di riferimento di Trelleborg per applicazioni generali O-rings riflette anche questo aspetto: senza anello di supporto, l’applicazione statica comune è generalmente compresa tra alcuni MPa e circa 10 MPa, a seconda del materiale, della sezione trasversale e del gioco; utilizzando un anello di supporto, la capacità di sopportare pressioni può essere notevolmente aumentata; nelle applicazioni dinamiche alternate, invece, la capacità di sopportare pressioni è più limitata in assenza di un anello di supporto.

Una formulazione più precisa è quindi:

7. Procedura di selezione della durezza

Passo uno: selezionare innanzitutto il materiale, quindi la durezza

Valutare innanzitutto il fluido e la temperatura:

Olio minerale, olio idraulico: NBR, HNBR e FKM sono comunemente impiegati. Acqua calda, vapore, liquido per freni e fluidi polari: EPDM è comunemente impiegato. Oli ad alta temperatura, carburanti e prodotti chimici: FKM e FFKM sono comunemente impiegati. Basse temperature, aria e alcune condizioni particolari: possono essere presi in considerazione VMQ, FVMQ oppure NBR/FKM specifici per basse temperature.

Anche il materiale di Trelleborg mostra che l'intervallo di temperatura e la flessibilità a basse temperature degli elastomeri differiscono notevolmente: ad esempio, FVMQ e VMQ presentano una migliore flessibilità a basse temperature, mentre le prestazioni a basse temperature di FKM, HNBR e NBR dipendono ancora dalla specifica formulazione.

Non limitarsi a dire "Mi serve un O-ring da 70 gradi". È necessario indicare contemporaneamente il materiale.

Esempi di espressioni corrette: O-ring in NBR 70 Shore A. O-ring in FKM 75 Shore A. O-ring in EPDM 70 Shore A. O-ring in HNBR 90 Shore A.

Passo due: valutare la pressione e il gioco di estrusione

Se la pressione è bassa, il gioco è ridotto e la tenuta è statica, senza rischio evidente di estrusione, privilegiare la durezza 70A.

Se la pressione aumenta o il gioco è più ampio, considerare innanzitutto:

Le dimensioni della scanalatura sono corrette? Il gioco di estrusione può essere ridotto? È possibile aggiungere un anello di supporto? È necessario passare da 70A a 80A? È indispensabile utilizzare 90A?

In condizioni di alta pressione, l'aggiunta di un anello di supporto è spesso più stabile rispetto al semplice aumento della durezza. In particolare, in caso di pressione bidirezionale, si dovrebbero prevedere anelli di supporto su entrambi i lati, evitando che un cambio di direzione di installazione o di pressione causi l’estrusione.

Fase tre: valutare le condizioni di montaggio

Se il montaggio in loco da parte del cliente avviene manualmente, se la scanalatura presenta spigoli vivi, se non è prevista lubrificazione, oppure se è necessario far passare l’O-ring su filettature o fori, il rischio di danneggiamento (classe 90A) aumenta in modo significativo.

Punti chiave di ispezione per il montaggio di O-ring ad alta durezza: è presente una smussatura di ingresso; sono stati eliminati i bava; è prevista lubrificazione per il montaggio; l’O-ring dovrà attraversare spigoli vivi, cave di chiavetta, filettature o fori di lubrificazione; è necessaria una guida di montaggio; potrebbe subire torsione, arrotolamento o sovratensione.

Anche i materiali Trelleborg sottolineano che una progettazione corretta della scanalatura può evitare danni alla guarnizione e malfunzionamenti della tenuta; la posizione di montaggio dell’O-ring richiede una smussatura di ingresso e uno smusso arrotondato.

Fase quattro: valutare la tenuta a basse temperature e all’avviamento

In condizioni di bassa temperatura, la scelta della durezza deve essere effettuata con maggiore cautela.

Con lo stesso materiale, la durezza 90A di solito presenta un rimbalzo più lento a basse temperature. Per le apparecchiature che richiedono avvio a freddo, avvio a bassa pressione, cicli termici, arresto prolungato a basse temperature e riavvio, non considerare esclusivamente la durezza a temperatura ambiente. Un rimbalzo insufficiente a basse temperature può causare una pressione di contatto inadeguata, con conseguente perdita a freddo.

L’ordine di priorità per la selezione a basse temperature deve essere il seguente: scegliere un materiale o una formulazione specifica adatta alle basse temperature; garantire un’appropriata quantità di compressione; controllare il gioco del canale; eseguire, se necessario, verifiche di deformazione permanente a basse temperature o di rimbalzo a basse temperature.

8. Raccomandazioni tipiche per la selezione

Guarnizione statica convenzionale

Guarnizione statica per flange, tappi di chiusura, tappi, corpo valvola; pressione moderata; canale standard; nessun evidente rischio di estrusione:

Priorità: 70A. Motivo: buona facilità di montaggio, buona elasticità, tenuta iniziale affidabile a bassa pressione e ampia disponibilità sul mercato.

Pneumatico convenzionale

La pressione del sistema pneumatico è solitamente non elevata, con maggiore attenzione rivolta a basso attrito, montaggio e rimbalzo:

Priorità: 70A. Se si tratta di un'applicazione dinamica sigillo Pneumatico , la durezza 90A spesso comporta rischi inutili di attrito e usura.

Idraulico generale

Pressione medio-bassa, scanalatura adeguata, gioco controllato:

70A o 80A. In caso di leggera estrusione, pulsazioni di pressione o morsicatura ai bordi, è possibile passare da 70A a 80A oppure aggiungere un anello di supporto.

Idraulico ad alta pressione

Alta pressione, elevata differenza di pressione, presenza di gioco per estrusione:

80A, 90A o 70A/80A + anello di supporto, specifico per verificare il gioco del solco. Se la modalità di guasto è chiaramente dovuta a estrusione, la durezza 90A ha un senso; tuttavia, se il guasto è causato da invecchiamento, rigonfiamento, deformazione permanente o incompatibilità con il mezzo, passare a 90A non risolve la causa radice.

Guarnizione per basse temperature

Basse temperature, avviamento a freddo, fermo prolungato a basse temperature:

Non aumentare ciecamente la durezza. Scegliere preferibilmente un materiale per basse temperature o una formulazione specifica per basse temperature; la durezza non dovrebbe generalmente essere troppo elevata. La durezza 70A consente di ottenere normalmente una conformità iniziale e un rimbalzo più affidabili rispetto alla 90A.

Gioco eccessivo o gioco dovuto all’usura

Se il gioco tra pistone, cilindro, stelo della valvola o flangia è piuttosto ampio:

L’aumento della durezza è solo uno dei metodi possibili. Un approccio migliore consiste generalmente nel ridurre il gioco, ottimizzare il solco, aggiungere un anello di supporto e, solo successivamente, valutare l’impiego di una durezza pari a 80A o 90A.

9. Versione dell'ingegnere — Mantra di giudizio

Può effettuare rapidamente una valutazione applicando la seguente logica:

Nessun rischio evidente di estrusione: utilizzare inizialmente 70A.

70A presenta una leggera estrusione o un margine di pressione insufficiente: utilizzare 80A.

Alta pressione, grande gioco, chiara mancanza di presa: utilizzare 90A.

Basse temperature, bassa pressione, montaggio difficoltoso: l’attrito dinamico ridotto non può essere risolto modificando la durezza; evitare di passare prematuramente a 90A.

La durezza non risolve problemi di incompatibilità dei materiali, errori di scanalatura o deformazione permanente per compressione.

10. Cosa deve considerare l’ufficio acquisti

L’ufficio acquisti non deve ordinare semplicemente in base a "70 gradi" o "90 gradi". Si raccomanda di verificare almeno i seguenti parametri:

Materiale: NBR, FKM, EPDM, HNBR, VMQ, FFKM ecc.; Durezza: ad es. 70 Shore A, 80 Shore A, 90 Shore A; Norma dimensionale: GB, ISO 3601, AS568 o dimensioni non standard; Tolleranza di durezza: ad es. 70±5 Shore A, secondo disegno aziendale o specifica del materiale; Colore: nero, marrone, verde ecc., ma il colore non può sostituire la conferma del materiale; Condizioni di impiego: fluido, temperatura, pressione, tenuta statica/tenuta dinamica; Certificazioni: RoHS, REACH, FDA, UL, WRAS, relazioni sui materiali ecc.; Tracciabilità del lotto: COC, COA, certificazione del materiale, relazioni di prova.

Punti critici relativi all’acquisto:

Non è possibile considerare NBR 70A e FKM 70A come sostituti equivalenti. Pur avendo la stessa durezza, la resistenza agli oli, la resistenza al calore, la resistenza chimica, il rimbalzo a basse temperature e il prezzo possono essere completamente diversi.

Non si deve ritenere che una durezza di 90A sia necessariamente migliore solo perché più elevata. Una durezza di 90A potrebbe causare difficoltà di montaggio, perdite a bassa pressione, insufficiente rimbalzo a basse temperature o attrito dinamico eccessivo.

Quando il disegno del cliente riporta "70", verificare che si tratti della durezza Shore A. La notazione standard deve essere "70 Shore A" o "70 ShA".

In caso di guasto, non modificare soltanto la durezza. Se si verificano gonfiore, crepe, indurimento o deformazione permanente, la causa è generalmente da ricercare nel materiale, nella temperatura, nel mezzo a contatto o nell’entità della compressione, e non nella durezza.

11. Come devono rispondere le vendite alle domande più frequenti dei clienti?

Il cliente chiede: "Qual è la differenza tra 70 e 90 gradi?"

Si può rispondere così: 70A è più versatile, offre maggiore elasticità e facilità di montaggio ed è adatto alla maggior parte delle guarnizioni convenzionali; 90A è più rigido e offre una migliore resistenza all’estrusione, risultando pertanto idoneo per condizioni di alta pressione o grandi giochi. Tuttavia, la forza di montaggio di 90A è maggiore e la capacità di rimbalzo a basse temperature e la conformità di tenuta possono diminuire; pertanto, non è vero che "più alto è meglio", e in assenza di un rischio chiaro di perdite ad alta pressione si raccomanda generalmente di utilizzare prima 70A.

Il cliente chiede: "L’alta pressione richiede necessariamente 90 gradi?"

Si può rispondere così: non necessariamente. La tenuta ad alta pressione richiede di valutare contemporaneamente la pressione, il gioco della scanalatura, le dimensioni della sezione trasversale e la presenza o meno di un anello di supporto; la durezza 90A offre una maggiore resistenza all’estrusione, ma se il gioco della scanalatura è eccessivo, fare affidamento esclusivamente su un aumento della durezza non è comunque affidabile — di norma è ancora necessario utilizzare un anello di supporto abbinato oppure ottimizzare la scanalatura.

Il cliente chiede: «La mia guarnizione originale da 70° ha ceduto: funzionerà passando a 90°?»

Si può rispondere così: occorre innanzitutto individuare la causa della perdita. Se il bordo della guarnizione a O è stato estruso o morsicato, passare a una durezza di 80A o 90A potrebbe risolvere il problema, oppure si può aggiungere un anello di supporto. Se invece il problema è dovuto all’invecchiamento, al rigonfiamento, al creep di compressione, alle fessurazioni o a un insufficiente recupero a basse temperature, il passaggio a 90A potrebbe non essere efficace e, anzi, peggiorare l’assemblaggio e il recupero elastico.

Il cliente chiede: «È davvero necessaria la durezza 80°?»

Può rispondere in questo modo: sì, 80A rappresenta un compromesso tra 70A e 90A, adatto a pressioni leggermente superiori rispetto alla norma; si è preoccupati dell’estrusione, ma allo stesso tempo non si desidera che la durezza 90A risulti eccessivamente elevata e la forza di montaggio troppo grande; spesso 80A offre una maggiore stabilità rispetto al passaggio diretto a 90A.

12. Raccomandazione finale

Selezione convenzionale: 70 Shore A. Questa è la durezza standard per la maggior parte delle guarnizioni toroidali (O-ring) e tiene conto di tenuta, elasticità, facilità di montaggio e costo.

Pressione o rischio di estrusione aumentati: 80 Shore A. Si tratta di un compromesso transitorio tra tenuta standard e tenuta anti-estrusione.

Alta pressione, gioco elevato, evidente fallimento per estrusione: 90 Shore A. Tuttavia, è necessario verificare contemporaneamente la scanalatura, l’anello di supporto, la smussatura, la lubrificazione, il rimbalzo a basse temperature e la forza di montaggio.

Riassunto: 70A è responsabile della versatilità e dell’equilibrio, 80A è responsabile del compromesso e della correzione, 90A è responsabile della resistenza all’estrusione; maggiore è la durezza, maggiore è la resistenza all’estrusione, ma elasticità, montaggio e rimbalzo a basse temperature subiscono un corrispondente svantaggio.