¿Por qué cara levantada para piezas de acoplamiento?

Al diseñar piezas mecánicas en un ensamblaje, a veces las superficies de acoplamiento son caras elevadas. Me han dicho que es para proporcionar un mejor sello. Sin embargo, para las tuberías (bridas), parece ser el consenso de que una brida de cara elevada no proporciona ninguna funcionalidad adicional de sellado, pero tiene más que ver con el método de fabricación (forjado vs fundido).

Mi pregunta no necesariamente se aplica solo a las bridas de las tuberías, sino al diseño de piezas en general. ¿Es deseable usar una cara elevada en las piezas de acoplamiento y cuándo (siempre, a veces, etc.)?

En general, elevaría las superficies de acoplamiento para facilitar su mecanización.

Tener la superficie elevada sobre el material circundante significa que no tiene que preocuparse tanto por las herramientas que colisionan con los bordes de la característica y es bastante intuitivo que rozar una superficie elevada es una operación más simple que mecanizar una cavidad empotrada y minimiza la cantidad de material que necesita eliminar.

Del mismo modo, si está mecanizando una superficie elevada con un poco de 'carne', puede concentrarse en el acabado de la superficie y la planitud sin preocuparse demasiado por la profundidad de corte precisa y tiene algo de material para trabajar si necesita volver a trabajar una parte durante la fabricación original o el mantenimiento / reparación en servicio.

Una superficie elevada también significa que las dimensiones generales de las piezas de acoplamiento pueden ser menos precisas ya que las piezas ligeramente sobredimensionadas se superpondrán en lugar de interferir con algo.

En muchos casos, se hace por razones de precisión.

Como ejemplo, un bloque de motor a menudo está fundido en arena. Todas las superficies de acoplamiento en el maestro de fundición se hacen de gran tamaño, con la intención de que luego se muelen hasta su tamaño final. Dado que el fresado es de órdenes de magnitud más precisos que el moldeo, esto produce un resultado más consistente, donde sea necesario , al tiempo que mantiene el menor costo total del proceso de moldeo.

Las superficies en un conjunto acoplado de dos partes que se requiere para proporcionar sellado deben diseñarse de manera que el sello actúe como un sello. Si bien eso suena obvio, parece haber escapado a demasiados diseñadores y los diseños que intentan confiar en las propiedades de los materiales de unión son demasiado comunes. Si bien dichos diseños pueden funcionar cuando son nuevos, las "propiedades del material de unión" a menudo varían en el tiempo, y Murphy asegura que, en la mayoría de los casos, la variación es en una dirección indeseable. (Una excepción, en muchos casos, son los "cauchos de silicona". Si estos sellan inicialmente y usan materiales que coinciden adecuadamente con los materiales unidos, no son infrecuentes las vidas de más de 20 años).

En el caso de sellado contra una diferencia de presión, una perspectiva simplista es que la fuerza por área en las superficies de sellado del material en la tubería debe ser menor que la fuerza por área ejercida por todas las fuentes de presión de sellado. Esa oración puede sonar extraña pero está escrita de esa manera porque puede haber más de una fuente de presión de sellado.

La fuente obvia de presión de sellado son los pernos que retienen la unión.
Una forma obvia de garantizar que se maximice el "psi" de atornillado (lbf / in ^ 2, Pa, ...) es minimizando el área para que haya "más presión para dar la vuelta" para una fuerza de atornillado dada.

Las bridas elevadas permiten diseñar áreas de sellado formales y minimizar el área.
Sin tales áreas elevadas, el sellado psi se reduce.

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Otro medio menos obvio y extremadamente útil de ejercer presión de sellado es usar la presión interna para crear sus propias fuerzas de sellado. Este es el principio utilizado por las "juntas tóricas" que utilizan la presión diferencial para deformar un anillo flexible de tal manera que el psi de sellado exceda el psi de fuga de la misma fuente de presión. Si bien las juntas tóricas se pueden diseñar fácilmente siguiendo reglas y tablas estándar, de hecho implican magia muy negra, y numerosos diseños de bajo costo que parecen emplear juntas tóricas en realidad solo usan anillos aplastados de material flexible. La diferencia entre un verdadero sello de junta tórica y un poco de goma aplastada es el diseño y la fabricación adecuados y un desembolso de $ extra relativamente pequeño. La diferencia en el rendimiento es incomparable.