Una guida tecnica basata su un caso reale di usura della guarnizione di un cilindro idraulico
L’usura prematura delle guarnizioni è uno dei problemi più importanti da analizzare quando un cilindro idraulico inizia a perdere prestazioni dopo un numero relativamente ridotto di cicli.
Un cilindro idraulico può normalmente lavorare per un numero molto elevato di cicli quando il sistema di tenuta, i materiali, i giochi, la lubrificazione e le condizioni operative sono correttamente dimensionati. Quando invece una guarnizione del pistone diventa visibilmente più sottile dopo soltanto alcune migliaia di cicli, la soluzione corretta non consiste semplicemente nel sostituire la guarnizione.
La prima domanda dovrebbe essere:
Perché la guarnizione si è usurata così rapidamente?
Un caso tecnico relativo a un cilindro idraulico installato su uno stampo a due cavità rappresenta un esempio molto utile per comprendere come affrontare questo tipo di problema.
Nel caso analizzato, un cilindro aveva sviluppato un problema di bloccaggio dopo circa 7.200 cicli. Durante lo smontaggio, una delle guarnizioni è risultata significativamente più sottile rispetto alla guarnizione nuova di ricambio. Dopo la sostituzione del kit completo di tenuta, il problema di bloccaggio è stato risolto.
Tuttavia, il Technical Team Vega non ha considerato la sostituzione della guarnizione come la conclusione dell’indagine.
L’analisi tecnica ha considerato la possibilità di una compressione insufficiente della guarnizione del pistone, dovuta al rapporto dimensionale e alle tolleranze tra il corpo del cilindro e la sede della guarnizione nel pistone.
Questa è una lezione importante:
La sostituzione della guarnizione può ripristinare il funzionamento del cilindro, ma non necessariamente elimina la causa che ha provocato l’usura prematura.
1. Il caso tecnico reale
L’applicazione riguardava un cilindro idraulico installato su uno stampo a due cavità.
Il cliente aveva segnalato un problema di bloccaggio su uno dei due cilindri, identificato nella corrispondenza come CF 71MX60. È stato quindi fornito un kit di guarnizioni di ricambio.
Durante lo smontaggio del cilindro originale, una delle guarnizioni è risultata molto più sottile rispetto al componente nuovo di ricambio. Dopo l’installazione del nuovo kit di tenuta, il problema di bloccaggio è scomparso.
Lo stampo si trovava ancora nella fase di messa a punto.
Il cliente indicava circa:
- 100 ore di funzionamento;
- circa 7.200 cicli.
Il numero relativamente basso di cicli era uno degli elementi che rendevano l’usura della guarnizione anomala.
La corrispondenza tecnica indica infatti che, dopo circa 7.000 cicli, un’usura di questo tipo non doveva normalmente essere considerata normale.
2. Perché i 7.200 cicli sono importanti
Il numero di cicli è una delle prime informazioni da raccogliere quando si analizza un problema di usura di una guarnizione.
Una guarnizione che si deteriora progressivamente dopo un numero molto elevato di cicli può rappresentare una normale condizione di usura.
Una guarnizione che diventa significativamente più sottile dopo soltanto alcune migliaia di cicli richiede invece un’indagine diversa.
Le prime domande dovrebbero essere:
- Quanti cicli ha effettuato il cilindro?
- Quante ore di funzionamento?
- Il cilindro si trova ancora nella fase di messa a punto dello stampo?
- La guarnizione era già stata sostituita?
- Anche le altre guarnizioni presentano segni di usura?
- Il cilindro continua a funzionare correttamente?
- È presente una perdita di olio?
- Si verifica una perdita di pressione?
- È aumentato l’attrito?
- Il cilindro tende a bloccarsi o a rallentare?
In questo caso il cliente indicava circa 7.200 cicli e il problema era associato al bloccaggio del cilindro.
3. Il primo sintomo non era necessariamente la guarnizione
Un aspetto importante nella diagnosi dei cilindri idraulici è che il cliente può accorgersi inizialmente di un problema di funzionamento, e non direttamente di un problema della guarnizione.
Nel caso analizzato, il sintomo segnalato era un problema di bloccaggio di uno dei cilindri. La condizione della guarnizione è stata individuata soltanto dopo lo smontaggio.
La diagnosi non dovrebbe quindi iniziare dalla domanda:
“Quale guarnizione dobbiamo sostituire?”
La domanda corretta è:
“Che cosa è cambiato nel comportamento del cilindro?”
I sintomi possono comprendere:
- difficoltà di movimento;
- bloccaggio intermittente;
- movimento più lento;
- perdita di pressione;
- perdita esterna di olio;
- perdita interna;
- posizionamento non costante;
- aumento dell’attrito.
La guarnizione può essere quindi la conseguenza visibile di un problema che ha un’altra origine.
4. Come appariva la guarnizione danneggiata?
Il cliente aveva rilevato che una delle guarnizioni era molto più sottile rispetto alla guarnizione nuova di ricambio.
Questa è un’indicazione visiva importante.
Una guarnizione diventata significativamente più sottile può aver subito una notevole perdita di materiale o una deformazione.
Tuttavia, l’aspetto visivo da solo non consente di identificare con certezza la causa.
È necessario distinguere tra:
- usura;
- estrusione;
- deformazione;
- danno termico;
- degradazione chimica;
- danno meccanico;
- compressione non corretta;
- danneggiamento durante il montaggio.
Nel Case 154, l’analisi tecnica ha indicato la compressione della guarnizione e il rapporto dimensionale tra i componenti come possibile causa. Il documento non stabilisce però che questa fosse stata definitivamente dimostrata come l’unica causa.
Questa distinzione è importante nella comunicazione tecnica.
5. L’ipotesi principale: compressione insufficiente della guarnizione
L’osservazione tecnica più interessante del caso riguarda la possibilità di una compressione insufficiente della guarnizione del pistone.
Il Technical Team aveva già incontrato un caso simile e aveva individuato nelle dimensioni e nelle tolleranze di:
- corpo del cilindro;
- sede della guarnizione nel pistone;
una possibile causa della compressione insufficiente della guarnizione.
Questo è un principio fondamentale della tenuta idraulica.
Una guarnizione deve essere installata con il corretto rapporto dimensionale rispetto ai componenti che la circondano.
Se la compressione è corretta, la guarnizione può mantenere il contatto necessario con le superfici di tenuta.
Se la compressione è insufficiente, il comportamento della guarnizione può non essere quello previsto.
6. Che cosa significa compressione della guarnizione?
La compressione indica la deformazione della guarnizione quando viene installata nella sua posizione di lavoro.
Nel sistema di tenuta del pistone, la guarnizione viene alloggiata nella relativa sede del pistone e lavora in relazione al diametro interno del corpo cilindro.
Il rapporto dimensionale tra:
guarnizione
- sede del pistone
- alesaggio del cilindro
determina la condizione effettiva di funzionamento della guarnizione.
Il calcolo preciso dipende dalla geometria e dal tipo di guarnizione.
Non è quindi corretto valutare una guarnizione semplicemente in base al suo diametro nominale.
È necessario considerare l’intero sistema di tenuta.
7. Perché le tolleranze sono importanti?
Il Case 154 evidenzia specificamente il rapporto tra dimensioni e tolleranze del corpo cilindro e della sede della guarnizione nel pistone.
Questo è un concetto fondamentale nella progettazione.
Supponiamo di avere un cilindro progettato con determinate dimensioni nominali.
I componenti reali saranno però sempre prodotti entro determinate tolleranze.
La compressione effettiva della guarnizione dipende quindi dalla combinazione di:
- dimensione reale dell’alesaggio;
- dimensione reale del pistone;
- geometria reale della sede;
- dimensioni reali della guarnizione.
La combinazione delle tolleranze può quindi produrre una condizione reale diversa da quella prevista soltanto sulla base delle quote nominali.
Per questo:
Le prestazioni della guarnizione devono essere valutate considerando l’intera catena dimensionale e non soltanto le quote nominali.
8. Le quote nominali non raccontano tutta la storia
Un errore comune consiste nel confrontare soltanto le dimensioni nominali.
Per esempio:
alesaggio nominale del cilindro
sede nominale del pistone
dimensioni nominali della guarnizione
e concludere che la compressione debba necessariamente essere corretta.
In realtà, i componenti possono trovarsi in punti diversi all’interno dei rispettivi campi di tolleranza.
Due cilindri apparentemente identici possono quindi presentare condizioni di lavoro differenti se il rapporto dimensionale è vicino a un limite critico.
È proprio per questo che le tolleranze sono così importanti nella progettazione dei sistemi di tenuta.
Il Technical Team, nel Case 154, ha individuato proprio nelle dimensioni e nelle tolleranze del corpo e della sede della guarnizione un possibile fattore.
9. Perché il problema potrebbe ripresentarsi?
Il Technical Team ha evidenziato un punto importante:
se la causa fosse effettivamente una compressione insufficiente, il problema potrebbe ripresentarsi in futuro.
Questa è la differenza tra:
Manutenzione correttiva
Sostituire la guarnizione danneggiata.
e:
Analisi della causa
Capire perché la guarnizione si è danneggiata.
La sostituzione risolve il problema immediato.
La modifica della condizione dimensionale o del sistema di tenuta può invece eliminare la possibile causa.
10. Perché è stata considerata una guarnizione speciale?
Poiché il Technical Team aveva già incontrato un problema simile, venne considerata la possibilità di chiedere al fornitore delle guarnizioni di produrre una guarnizione speciale con diametro esterno maggiorato.
L’obiettivo era aumentare la compressione della guarnizione.
Si tratta di una soluzione ingegneristica interessante.
In alcuni casi può essere possibile modificare la guarnizione per ottenere la corretta condizione di compressione senza modificare immediatamente l’intero cilindro.
Questa non deve però essere considerata una soluzione universale.
La geometria corretta della guarnizione dipende da:
- materiale;
- geometria della sede;
- diametro del cilindro;
- geometria del pistone;
- pressione;
- temperatura;
- velocità;
- fluido idraulico;
- movimento dinamico.
Qualsiasi modifica delle dimensioni della guarnizione deve quindi essere verificata tecnicamente.
11. Aumentare il diametro della guarnizione non significa semplicemente “ingrandirla”
Un diametro esterno maggiore può aumentare la compressione, ma il rapporto tra guarnizione e sede deve rimanere corretto.
Una guarnizione eccessivamente grande può provocare:
- aumento dell’attrito;
- aumento della forza necessaria al movimento;
- maggiore generazione di calore;
- usura accelerata;
- difficoltà di montaggio;
- estrusione;
- danneggiamento della guarnizione;
- peggioramento delle prestazioni del cilindro.
Per questo una guarnizione speciale deve essere sviluppata sulla base della geometria effettiva del sistema di tenuta e non semplicemente scegliendo una guarnizione commerciale più grande.
Nel Case 154, l’aumento del diametro esterno veniva considerato proprio per aumentare la compressione.
12. Compressione e attrito devono essere bilanciati
Una guarnizione idraulica deve avere un contatto sufficiente per garantire la tenuta.
Ma una maggiore compressione non significa automaticamente una maggiore affidabilità.
Esiste un equilibrio tra:
capacità di tenuta
e
attrito meccanico.
Se la compressione è troppo bassa:
- può aumentare la perdita di olio;
- la tenuta può diventare instabile;
- la guarnizione può comportarsi in modo anomalo;
- può verificarsi un’usura prematura.
Se la compressione è troppo elevata:
- aumenta l’attrito;
- può aumentare la temperatura;
- diminuisce l’efficienza del cilindro;
- può accelerare l’usura;
- può aumentare la forza necessaria per il movimento.
L’obiettivo non è quindi ottenere la massima compressione.
L’obiettivo è:
ottenere la corretta compressione per quello specifico sistema di tenuta e per quelle specifiche condizioni operative.
13. E l’altra guarnizione?
Il cliente aveva anche segnalato che un’altra guarnizione, più piccola, appariva in buone condizioni, senza segni visibili di usura. Il cliente osservava che questo componente sembrava avere una funzione più vicina a quella di una guida/elemento di attrito che a quella di una normale guarnizione di tenuta.
Questa osservazione è utile perché non tutti gli elementi di tenuta o guida presenti in un cilindro sono sottoposti alle stesse condizioni.
Componenti differenti possono svolgere funzioni differenti.
Un sistema di tenuta di un cilindro idraulico può comprendere, a seconda della configurazione:
- guarnizione del pistone;
- guarnizione dello stelo;
- raschiatore;
- elemento di guida;
- O-ring;
- elementi anti-estrusione.
La documentazione tecnica Vega descrive, per le proprie configurazioni, sistemi che possono comprendere guarnizioni in PTFE + bronzo, O-ring in FKM ed elementi di guida in Tufcot + tessuto di grafite, con funzioni differenti.
Per questo ogni componente dovrebbe essere analizzato separatamente durante una diagnosi.
14. Guarnizione ed elemento di guida non sono la stessa cosa
Un elemento di guida serve a controllare il movimento meccanico e a contribuire a mantenere il corretto allineamento dei componenti mobili.
Una guarnizione ha invece principalmente la funzione di controllare il passaggio del fluido idraulico.
Le due funzioni possono essere correlate in alcuni sistemi, ma non devono essere considerate automaticamente equivalenti.
Nel Case 154 il cliente aveva osservato proprio che la guarnizione più piccola sembrava avere maggiormente una funzione di guida/attrito.
Questo è un ulteriore motivo per cui, quando si analizza un cilindro smontato, è necessario identificare correttamente ogni componente.
15. Anche l’olio idraulico deve essere verificato
Al cliente era stato richiesto di fornire informazioni sull’olio idraulico utilizzato e il cliente aveva successivamente fornito una specifica relativa all’olio.
Questo deve essere considerato un passaggio normale nella diagnosi di un problema di tenuta.
Il fluido idraulico può influenzare:
- compatibilità con il materiale della guarnizione;
- rigonfiamento;
- restringimento;
- durezza;
- attrito;
- resistenza alla temperatura;
- stabilità a lungo termine.
Nel materiale del Case 154 disponibile non è però riportata la specifica completa dell’olio allegata dal cliente; pertanto non è corretto attribuire a quel fluido una viscosità o una composizione precisa sulla base del solo caso.
La procedura corretta è:
verificare sempre l’effettiva specifica del fluido idraulico rispetto al materiale della guarnizione e al campo operativo previsto per il cilindro.
16. La temperatura può accelerare l’usura
La temperatura è un altro fattore da verificare quando una guarnizione si usura prematuramente.
Una temperatura elevata può influenzare:
- durezza della guarnizione;
- elasticità;
- degradazione del materiale;
- attrito;
- caratteristiche del fluido;
- durata complessiva della tenuta.
Questo è particolarmente importante negli stampi a iniezione e pressofusione, dove i cilindri possono essere installati vicino a componenti molto caldi.
La documentazione Vega evidenzia che temperature elevate possono ridurre la durata delle guarnizioni dei cilindri e prevede soluzioni di raffreddamento integrate per applicazioni nelle quali la temperatura dello stampo può diventare critica.
Questo non significa che la temperatura sia stata identificata come causa del Case 154.
Significa che la temperatura deve far parte di una diagnosi completa dell’usura della guarnizione.
17. Perché il raffreddamento del cilindro può essere importante?
La tecnologia di raffreddamento integrato Vega è stata sviluppata proprio per le applicazioni nelle quali temperature elevate possono ridurre la durata delle guarnizioni.
In funzione della configurazione, il raffreddamento può essere realizzato attraverso soluzioni specifiche integrate nel cilindro.
L’obiettivo è ridurre la temperatura alla quale lavorano i componenti di tenuta.
Per applicazioni con temperature elevate dello stampo, il raffreddamento può quindi diventare un importante elemento di progettazione.
Anche in questo caso, però, è necessario distinguere questa considerazione generale dall’ipotesi specifica del Case 154.
Nel caso analizzato, la causa tecnica presa in considerazione era soprattutto la compressione insufficiente legata alle dimensioni e alle tolleranze.
18. Il cilindro del caso non era un cilindro Vega
È importante non perdere questo dettaglio quando il caso viene utilizzato come articolo tecnico.
La corrispondenza specifica chiarisce:
“These are Swedish cylinders (not Vega).”
Pertanto questo caso non deve essere presentato come un guasto di un cilindro Vega.
È invece un caso tecnico di riferimento che mostra un problema generale relativo alla tenuta dei cilindri idraulici e che il Technical Team aveva analizzato sulla base della propria esperienza.
Il valore del caso è quindi l’insegnamento tecnico:
L’usura prematura della guarnizione del pistone può essere collegata al rapporto dimensionale e alle tolleranze del sistema di tenuta.
19. Erano stati segnalati anche problemi precedenti
Il cliente aveva spiegato che, alla fine della costruzione dello stampo, il costruttore coreano aveva già segnalato problemi con i cilindri idraulici e che i cilindri erano stati successivamente sostituiti.
Tuttavia, il cliente non conosceva con precisione la ragione delle precedenti sostituzioni.
Questa informazione è molto interessante dal punto di vista diagnostico.
Se più cilindri presentano problemi simili nella stessa applicazione, è opportuno verificare se esiste una causa sistematica, anziché considerare ogni guasto come un evento isolato.
Le possibili cause sistematiche possono comprendere:
- condizioni operative comuni;
- stesso olio idraulico;
- stessa temperatura;
- stessa geometria di installazione;
- stessa specifica di tenuta;
- stesso problema dimensionale;
- stesso ambiente dello stampo.
Il Case 154 non dimostra quale di questi fattori, se presente, abbia causato i guasti precedenti.
20. Un solo cilindro guasto o più cilindri guasti?
Quando si guasta un solo cilindro, l’indagine deve concentrarsi attentamente su quel particolare componente.
Quando invece più cilindri presentano problemi simili, l’indagine deve estendersi all’applicazione.
Una domanda diagnostica molto utile è:
Il problema è limitato a un solo cilindro oppure segue uno schema ripetitivo?
Nel Case 154 erano stati menzionati precedenti problemi con cilindri installati sullo stesso stampo, anche se il cliente non conosceva la causa precisa delle precedenti sostituzioni.
La storia operativa diventa quindi un’informazione molto importante.
21. Come effettuare una corretta analisi del guasto
Quando un cilindro idraulico presenta un’usura prematura della guarnizione, il Technical Team dovrebbe idealmente raccogliere le seguenti informazioni.
Informazioni sul cilindro
- modello;
- alesaggio;
- corsa;
- codice/referenza;
- data di produzione;
- ore di funzionamento;
- numero di cicli.
Condizioni idrauliche
- pressione di esercizio;
- olio utilizzato;
- viscosità;
- temperatura dell’olio;
- portata;
- ciclo di lavoro.
Condizioni meccaniche
- allineamento;
- montaggio;
- carichi laterali;
- battute meccaniche;
- forze esterne.
Informazioni sulla guarnizione
- codice;
- materiale;
- dimensioni;
- sede;
- danni visibili;
- dimensioni dopo il funzionamento.
Informazioni sull’applicazione
- tipo di stampo;
- temperatura dello stampo;
- componenti circostanti;
- raffreddamento;
- precedenti guasti.
Queste informazioni permettono di passare da una semplice ipotesi a un’indagine basata su dati misurabili.
22. La guarnizione guasta non dovrebbe essere buttata immediatamente
Una guarnizione danneggiata rappresenta una fonte importante di informazioni.
Quando possibile, il componente originale dovrebbe essere conservato e analizzato prima di essere eliminato.
Nel Case 154 il cliente aveva confermato di avere ancora a disposizione la guarnizione originale per ulteriori verifiche.
È una buona pratica.
Il componente guasto può fornire informazioni su:
- direzione dell’usura;
- area di contatto;
- deformazione;
- danno localizzato;
- estrusione;
- effetti termici;
- condizioni della superficie.
Una fotografia è utile, ma le misurazioni dimensionali e l’ispezione fisica sono ancora più importanti.
23. Misurare la guarnizione usurata
L’ispezione visiva dovrebbe essere seguita, quando possibile, da una misurazione dimensionale.
Per una guarnizione del pistone possono essere misurati:
- diametro esterno;
- diametro interno;
- sezione;
- larghezza;
- deformazione;
- confronto con una guarnizione nuova.
Nel Case 154 il cliente aveva osservato una differenza significativa nello spessore della guarnizione usurata rispetto a quella nuova.
Questa osservazione è stata un elemento importante per l’indagine tecnica.
24. Confrontare la guarnizione usurata con una nuova
Uno dei metodi diagnostici più semplici ed efficaci consiste nel confrontare:
guarnizione usata
con
guarnizione nuova
nelle stesse condizioni di misurazione.
Il confronto dovrebbe comprendere:
- dimensioni;
- geometria;
- condizioni superficiali;
- eventuale deformazione.
Nel Case 154 il cliente aveva notato immediatamente una significativa differenza di spessore tra la guarnizione usurata e il ricambio.
Questa osservazione ha costituito un importante punto di partenza per l’analisi.
25. Controllare la sede della guarnizione
Se si sospetta una compressione insufficiente, la sede della guarnizione nel pistone diventa un elemento fondamentale da controllare.
Devono essere verificate:
- diametro della sede;
- larghezza;
- profondità;
- condizioni superficiali;
- concentricità;
- qualità della lavorazione;
- eventuali bave;
- eventuali danneggiamenti;
- tolleranze.
L’ipotesi tecnica del Case 154 fa riferimento proprio alle dimensioni e alle tolleranze della sede della guarnizione nel pistone.
Per questo sostituire semplicemente la guarnizione senza controllare la sede potrebbe lasciare irrisolta la causa del problema.
26. Controllare l’alesaggio del cilindro
Anche il corpo del cilindro dovrebbe essere controllato.
I parametri importanti comprendono:
- diametro dell’alesaggio;
- rotondità;
- finitura superficiale;
- usura;
- graffi;
- contaminazione;
- tolleranza dimensionale.
La guarnizione lavora dinamicamente rispetto alla superficie interna del cilindro.
Per questo corpo cilindro e gruppo pistone/guarnizione devono essere considerati come un unico sistema funzionale.
27. Controllare eventuali disallineamenti
L’usura della guarnizione non è necessariamente causata dalla guarnizione stessa.
Anche l’installazione meccanica può influenzarne la durata.
Carichi laterali o disallineamenti eccessivi possono modificare il modo in cui pistone e guarnizione lavorano rispetto all’alesaggio.
Durante una diagnosi è quindi opportuno verificare:
- fissaggio del cilindro;
- allineamento dello stelo;
- carichi esterni;
- forze laterali;
- condizioni degli elementi di guida;
- collegamento con i componenti dello stampo.
Il Case 154 non identifica il disallineamento come causa del problema specifico; deve quindi essere considerato soltanto come fattore generale di diagnosi, non come conclusione del caso.
28. Verificare pressione e ciclo di lavoro
Devono essere documentate anche le condizioni operative del cilindro.
I parametri importanti comprendono:
- pressione massima;
- pressione media;
- eventuali picchi;
- velocità di movimento;
- accelerazione;
- frequenza di funzionamento.
Una guarnizione che lavora ad alta pressione e alta velocità può essere sottoposta a condizioni molto diverse rispetto a una che lavora a bassa pressione e bassa velocità.
Per questo il numero di cicli da solo non è sufficiente.
Una descrizione più completa sarebbe:
7.200 cicli a quale pressione, velocità, temperatura e ciclo di lavoro?
29. L’importanza del fluido idraulico
Al cliente era stato chiesto esplicitamente quale olio idraulico fosse utilizzato.
Questa dovrebbe diventare una domanda standard in tutte le future analisi dei guasti delle guarnizioni.
Il Technical Team dovrebbe raccogliere:
- produttore dell’olio;
- prodotto;
- grado di viscosità;
- base del fluido;
- additivi;
- temperatura di esercizio;
- eventuali sostituzioni dell’olio;
- possibile contaminazione.
La documentazione tecnica Vega indica che la compatibilità del fluido deve essere verificata in funzione del modello di cilindro e della configurazione specifica.
Per questo non bisogna mai confermare la compatibilità di un olio semplicemente sulla base del fatto che sia “olio idraulico”.
30. Non tutte le guarnizioni sono compatibili con tutti gli oli
Il materiale della guarnizione deve essere scelto insieme al fluido e alle condizioni operative.
Le soluzioni di tenuta Vega comprendono, a seconda della configurazione:
- guarnizioni PTFE + bronzo;
- O-ring FKM;
- elementi di guida Tufcot + tessuto di grafite.
Materiali differenti hanno differenti caratteristiche di resistenza a:
- temperatura;
- esposizione chimica;
- attrito;
- pressione;
- fluidi idraulici.
Per questo una guarnizione che funziona correttamente in un’applicazione non deve essere automaticamente utilizzata in un’altra applicazione con condizioni diverse.
31. La durata della guarnizione è una proprietà dell’intero sistema
Un modo utile per ragionare sulla tenuta di un cilindro idraulico è:
Durata della guarnizione ≠ solo materiale della guarnizione
Piuttosto:
Durata della guarnizione = guarnizione + geometria + compressione + tolleranze + finitura superficiale + fluido + pressione + velocità + temperatura + installazione
Questo spiega perché la semplice sostituzione della guarnizione non risolve necessariamente un problema ricorrente.
Nel Case 154 il nuovo kit ha risolto il problema immediato di bloccaggio, ma il Technical Team ha continuato a valutare la possibile causa dimensionale perché il problema avrebbe potuto ripresentarsi.
32. Perché il kit di ricambio ha risolto il problema immediato?
Il nuovo kit di tenuta ha ripristinato il funzionamento del cilindro.
Questo fornisce un’importante indicazione diagnostica.
Dimostra che lo stato della tenuta originale era chiaramente collegato al problema di funzionamento.
Tuttavia, questo non dimostra da solo quale fosse la causa dell’usura.
La causa potrebbe essere collegata a:
- compressione della guarnizione;
- dimensioni;
- tolleranze;
- fluido;
- temperatura;
- condizioni meccaniche;
- altro fattore.
Nel Case 154 il Technical Team ha indicato specificamente la compressione insufficiente come possibile spiegazione.
33. Azione correttiva e analisi della causa sono due cose diverse
Questa distinzione dovrebbe essere utilizzata in ogni analisi di un guasto idraulico.
Azione correttiva
Sostituire la guarnizione danneggiata.
Analisi della causa
Determinare perché la guarnizione si è danneggiata.
Azione preventiva
Modificare progettazione, dimensioni, materiale, condizioni operative o manutenzione per evitare che il problema si ripresenti.
Un’indagine tecnica completa dovrebbe idealmente affrontare tutti e tre gli aspetti.
34. Quando è necessario modificare il sistema di tenuta?
Una guarnizione diversa dovrebbe essere presa in considerazione quando l’analisi dimostra che il sistema di tenuta originale non è adeguato alle condizioni operative reali.
Le possibili ragioni comprendono:
- compressione insufficiente;
- geometria della sede non corretta;
- materiale non adeguato;
- temperatura eccessiva;
- fluido incompatibile;
- velocità eccessiva;
- pressione eccessiva.
Nel Case 154 il Technical Team ha preso in considerazione una guarnizione speciale con diametro esterno maggiorato proprio per aumentare la compressione.
Si tratta quindi di una risposta tecnica mirata alla possibile causa individuata.
35. Procedura passo passo per la diagnosi
La seguente procedura può essere utilizzata quando una guarnizione del pistone si usura prematuramente.
Passo 1 — Registrare il sintomo
Identificare esattamente cosa ha osservato il cliente:
- perdita;
- bloccaggio;
- movimento lento;
- perdita di pressione;
- funzionamento irregolare.
Passo 2 — Registrare la storia di funzionamento
Raccogliere:
- ore;
- numero di cicli;
- pressione;
- velocità;
- temperatura.
Passo 3 — Conservare la guarnizione guasta
Non eliminarla immediatamente.
Passo 4 — Confrontarla con una guarnizione nuova
Controllare dimensioni, geometria e superficie.
Passo 5 — Controllare l’alesaggio
Verificare:
- diametro;
- superficie;
- usura;
- danneggiamenti.
Passo 6 — Controllare il pistone
Verificare:
- diametro;
- sede della guarnizione;
- dimensioni della sede;
- condizioni superficiali.
Passo 7 — Verificare le tolleranze
Analizzare il rapporto dimensionale effettivo tra:
- cilindro;
- pistone;
- sede;
- guarnizione.
Passo 8 — Verificare l’olio
Confermare la specifica esatta del fluido.
Passo 9 — Verificare la temperatura
Controllare la temperatura reale di esercizio e non soltanto quella ambiente.
Passo 10 — Verificare l’installazione
Controllare allineamento e carichi esterni.
Passo 11 — Determinare la causa probabile
Distinguere sempre tra evidenze confermate e ipotesi.
Passo 12 — Definire l’azione correttiva
Solo dopo aver identificato la probabile causa deve essere scelta una nuova guarnizione o una modifica progettuale.
36. Quali informazioni dovrebbe fornire il cliente?
Per i futuri casi, il Technical Team può utilizzare una checklist standard.
Modello cilindro:
Codice cilindro:
Numero di cicli:
Ore di funzionamento:
Pressione di esercizio:
Tipo di olio:
Temperatura dell’olio:
Temperatura dello stampo/ambiente:
Velocità del cilindro:
Foto della guarnizione:
Foto del cilindro:
Dimensioni della guarnizione usurata:
Dimensioni della guarnizione nuova:
Disegno pistone/sede:
Disegno cilindro:
Descrizione del problema:
Eventuali riparazioni precedenti:
Queste informazioni possono ridurre notevolmente il tempo necessario per identificare la causa.
37. Perché le fotografie sono utili, ma non sufficienti
Le fotografie possono evidenziare:
- deformazioni evidenti;
- tagli;
- crepe;
- usura;
- scolorimento;
- estrusione.
Ma una fotografia non può stabilire in modo affidabile:
- la compressione della guarnizione;
- le dimensioni della sede;
- le tolleranze;
- la durezza;
- la compatibilità del materiale.
Nel Case 154, dove la compressione insufficiente era una delle ipotesi principali, le misurazioni dimensionali sono particolarmente importanti.
38. Non bisogna accusare immediatamente il fornitore della guarnizione
Quando una guarnizione si usura prematuramente può essere facile concludere:
“La guarnizione è difettosa.”
Questa conclusione non dovrebbe essere raggiunta senza prove.
Il guasto può derivare dall’interazione tra:
- guarnizione;
- sede del pistone;
- alesaggio;
- fluido;
- temperatura;
- pressione;
- velocità.
Nel Case 154 il Technical Team non ha concluso immediatamente che la guarnizione fosse difettosa. Ha invece considerato il rapporto dimensionale e le tolleranze dei componenti circostanti.
Questo rappresenta un approccio ingegneristico molto più solido.
39. L’importanza della collaborazione con il fornitore
Il caso mostra anche l’importanza della collaborazione tra:
- produttore del cilindro;
- fornitore delle guarnizioni;
- costruttore dello stampo;
- utilizzatore finale.
Il Technical Team ha coinvolto il fornitore delle guarnizioni per valutare la possibilità di produrre una guarnizione speciale con diametro esterno maggiorato.
Questo tipo di collaborazione può essere molto utile quando una soluzione di tenuta standard è vicina alle prestazioni richieste ma necessita di una modifica dimensionale controllata.
40. Le guarnizioni devono essere progettate per l’applicazione
Un cilindro idraulico installato in uno stampo a iniezione può lavorare in condizioni molto diverse rispetto a un normale attuatore industriale.
L’applicazione può comprendere:
- elevata frequenza di ciclo;
- temperatura elevata dello stampo;
- pressione idraulica elevata;
- spazio di installazione ridotto;
- raffreddamento limitato;
- cicli produttivi prolungati.
La gamma Vega comprende cilindri specificamente sviluppati per applicazioni su stampi e soluzioni di tenuta e raffreddamento pensate per condizioni operative impegnative.
Il principio generale è quindi:
Il sistema di tenuta deve essere scelto in funzione dell’intera applicazione e non come componente isolato.
41. Manutenzione e sostituzione delle guarnizioni
Anche quando il sistema di tenuta è progettato correttamente, le guarnizioni sono componenti soggetti a usura e prima o poi possono richiedere manutenzione.
L’obiettivo non è necessariamente ottenere una durata infinita.
L’obiettivo è ottenere:
- durata prevedibile;
- usura controllata;
- funzionamento affidabile;
- manutenzione semplice;
- sostituzione rapida.
Vega dispone di strumenti dedicati alla manutenzione e alla sostituzione delle guarnizioni, compresi strumenti per le guarnizioni del pistone e dello stelo.
42. Che cosa può essere considerato un’usura normale?
Una guarnizione che modifica gradualmente le proprie condizioni dopo un lungo periodo di funzionamento non indica necessariamente un problema di progettazione.
Gli indicatori di una situazione anomala comprendono:
- durata insolitamente breve;
- perdita improvvisa di prestazioni;
- riduzione dimensionale significativa;
- pattern di usura anomalo;
- guasti ripetuti;
- guasto dopo soltanto alcune migliaia di cicli;
- guasti simili su più cilindri.
Nel Case 154, il funzionamento di circa 7.200 cicli, combinato con la significativa differenza di spessore della guarnizione, è stato considerato sufficientemente anomalo da giustificare un’ulteriore analisi tecnica.
43. La lezione più importante del caso
La lezione principale è:
Un’usura prematura della guarnizione del pistone deve essere analizzata come un problema dell’intero sistema di tenuta e non semplicemente come una guarnizione difettosa.
Nel Case 154 il Technical Team ha individuato una possibile relazione tra la compressione insufficiente della guarnizione e il rapporto dimensionale/tolleranze tra il corpo del cilindro e la sede della guarnizione nel pistone.
La sostituzione della guarnizione ha risolto il problema immediato, ma la possibilità di una recidiva rendeva necessario considerare anche la condizione dimensionale alla base dell’ipotesi.
Questo è esattamente il tipo di ragionamento tecnico che può evitare guasti ripetitivi.
44. Una matrice pratica per la diagnosi
| Osservazione | Area da verificare |
|---|---|
| Guarnizione molto più sottile rispetto alla nuova | Usura / compressione / attrito |
| Guasto dopo pochi cicli | Condizioni operative o dimensionali anomale |
| Cilindro che si blocca | Guarnizione, attrito, contaminazione o condizioni meccaniche |
| Il nuovo kit risolve temporaneamente il problema | La guarnizione contribuiva al guasto, ma la causa può rimanere |
| Più cilindri presentano lo stesso problema | Possibile causa sistematica dell’applicazione |
| Compressione della guarnizione apparentemente insufficiente | Sede del pistone / alesaggio / dimensioni della guarnizione |
| Danni termici sulla guarnizione | Temperatura / fluido / attrito |
| Degradazione chimica | Compatibilità con il fluido |
| Usura localizzata | Allineamento / geometria / contatto |
| Elemento di guida senza usura evidente | Il problema può essere concentrato sulla guarnizione primaria |
Questa tabella deve essere utilizzata come strumento di diagnosi, non come diagnosi definitiva senza ispezione.
45. Come rispondere meglio a una futura segnalazione del cliente
Quando un cliente comunica:
“La guarnizione del cilindro idraulico si è rotta dopo soltanto alcune migliaia di cicli.”
la prima risposta non dovrebbe essere semplicemente:
“Le mandiamo una nuova guarnizione.”
Una risposta tecnica più efficace potrebbe essere:
Possiamo certamente fornire un kit di tenuta di ricambio, ma poiché la durata indicata appare relativamente breve, vorremmo anche analizzare la causa dell’usura prematura. Vi chiediamo quindi di fornirci il riferimento del cilindro, il numero di cicli, la pressione di esercizio, la specifica dell’olio idraulico, la temperatura di funzionamento e alcune fotografie della guarnizione danneggiata. Se possibile, vi chiediamo inoltre di conservare la guarnizione originale per una verifica dimensionale.
Questo approccio tutela sia il cliente sia il produttore.
46. Conclusione
Il Case 154 rappresenta un ottimo esempio di perché l’usura prematura di una guarnizione di un cilindro idraulico debba essere trattata come un problema di ingegneria e non semplicemente come una richiesta di ricambi.
Il cliente aveva segnalato un problema di bloccaggio dopo circa 100 ore e 7.200 cicli. Dopo lo smontaggio, una delle guarnizioni risultava significativamente più sottile rispetto al ricambio e la sostituzione del kit aveva ripristinato il funzionamento del cilindro.
Il Technical Team ha però riconosciuto che un’usura di questo tipo dopo circa 7.000 cicli era anomala. Sulla base dell’esperienza con un caso simile, ha considerato come possibile causa una compressione insufficiente della guarnizione del pistone, dovuta al rapporto dimensionale e alle tolleranze tra il corpo del cilindro e la sede della guarnizione nel pistone.
La soluzione tecnica considerata consisteva nell’analizzare la geometria della tenuta e, se necessario, sviluppare una guarnizione speciale con diametro esterno maggiorato per aumentare la compressione.
Il caso ci lascia quindi una regola importante per tutte le future diagnosi:
Quando una guarnizione del pistone si usura prematuramente, non bisogna limitarsi a sostituirla. È necessario analizzare guarnizione, sede, alesaggio, tolleranze, fluido idraulico, temperatura, pressione, velocità e condizioni di installazione prima di definire un’azione correttiva definitiva.
E soprattutto:
Una nuova guarnizione può ripristinare il funzionamento del cilindro. Una corretta analisi della causa è ciò che impedisce al problema di ripresentarsi.
Riferimenti Vega utili
- Vega – Materiali e componenti dei cilindri idraulici — informazioni sui sistemi di tenuta, guarnizioni PTFE + bronzo, O-ring FKM ed elementi di guida.
- Vega – Supporto e manutenzione dei cilindri idraulici — informazioni su manutenzione, ricambi e supporto tecnico.
- Vega – Strumenti per la manutenzione delle guarnizioni — strumenti per rimozione, montaggio e calibrazione delle guarnizioni.
- Vega – Cilindri idraulici con sistema di raffreddamento integrato — informazioni sul rapporto tra temperature elevate, durata delle guarnizioni e raffreddamento del cilindro.
- Vega – Cilindri idraulici V450CM — esempio di cilindro con sistema di tenuta a cartuccia.
- Vega – Cilindri idraulici V400CL — esempio di cilindri idraulici per applicazioni su stampi.
