Por que rosto levantado para peças combinadas?

Ao projetar peças mecânicas em uma montagem, às vezes as superfícies correspondentes são faces elevadas. Foi-me dito que é para fornecer um selo melhor. No entanto, para tubulações (flanges), parece ser o consenso que uma flange de face elevada não fornece nenhuma funcionalidade extra de vedação, mas tem mais a ver com o método de fabricação (forjado x fundido).

Minha pergunta não se aplica necessariamente apenas a flanges de tubulação, mas ao design de peças em geral. É desejável usar uma face levantada nas peças correspondentes e quando (sempre, às vezes, etc)?

Em geral, você aumentaria as superfícies correspondentes para facilitar a usinagem.

Levantar a superfície acima do material circundante significa que você não precisa se preocupar tanto com as ferramentas colidindo com as bordas do recurso, e é bastante intuitivo que deslizar uma superfície elevada seja uma operação mais simples do que usinar um bolso embutido e minimizar a quantidade do material que você precisa remover.

Da mesma forma, se você estiver usinando uma superfície elevada com um pouco de 'carne', poderá se concentrar no acabamento e no nivelamento da superfície sem se preocupar muito com a profundidade precisa do corte e terá algum material para trabalhar se precisar refazer uma peça durante a fabricação original ou manutenção / reparo em serviço.

Uma superfície elevada também significa que as dimensões gerais das peças correspondentes podem ser menos precisas, pois as peças levemente superdimensionadas se sobrepõem, em vez de interferir em qualquer coisa.

Em muitos casos, isso é feito por uma questão de precisão.

Como exemplo, um bloco de motor geralmente é fundido em areia. Todas as superfícies de contato no mestre de fundição são feitas de grandes dimensões, com a intenção de serem posteriormente fresadas até o tamanho final. Como a fresagem é uma ordem de magnitude mais precisa que a fundição, isso gera um resultado mais consistente - quando necessário - enquanto mantém o menor custo geral do processo de fundição.

As superfícies em um conjunto acoplado de duas partes que é necessário para fornecer vedação devem ser projetadas para que o selo atue como um selo. Embora isso pareça óbvio, parece ter escapado a muitos designers e designs que tentam confiar nas propriedades dos materiais de união são muito comuns. Embora esses projetos possam funcionar quando novos, "as propriedades do material de união" geralmente variam de tempo, e Murphy garante que, na maioria dos casos, a variação esteja em uma direção indesejável. (Uma exceção, em muitos casos, são as "borrachas de silicone". Se essas vedações inicialmente usam materiais adequados aos materiais das juntas, uma vida útil de mais de 20 anos não é incomum.)

No caso de vedação contra uma diferença de pressão, uma perspectiva simplista é que a força por área nas superfícies de vedação do material no tubo deve ser menor que a força por área exercida por todas as fontes de pressão de vedação. Essa frase pode parecer estranha, mas é escrita dessa maneira porque pode haver mais de uma fonte de pressão de vedação.

A fonte óbvia de pressão de vedação são os parafusos que retêm a junção.
Uma maneira óbvia de garantir que o parafuso "psi" (lbf / in ^ 2, Pa, ...) seja maximizado é minimizando a área, para que haja "mais pressão de giro" para uma determinada força de aperto.

Os flanges elevados permitem projetar áreas formais de vedação e minimizar a área.
Sem essas áreas elevadas, a vedação psi é reduzida.

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Outro meio menos óbvio e extremamente útil de exercer pressão de vedação é usar a pressão interna para criar suas próprias forças de vedação. Esse é o princípio usado pelos "O-rings", que usam o diferencial de pressão para deformar um anel flexível, de modo que o psi de vedação exceda o psi de vazamento da mesma fonte de pressão. Embora os O-rings possam ser facilmente projetados seguindo regras e tabelas padrão, eles envolvem, de fato, muita magia negra e inúmeros projetos de baixo custo que parecem empregar O-rings, na verdade, usam apenas anéis esmagados de material flexível. A diferença entre uma verdadeira vedação O-ring e um pouco de borracha esmagada é o design e a fabricação adequados e um gasto extra relativamente pequeno. A diferença no desempenho é incomparável.