Come determinare la coppia corretta quando si avvita su materiali plastici
Abbiamo già trattato i principi di base degli elementi di fissaggio filettati. Ricapitolando:
- Gli elementi di fissaggio possono essere considerati come delle molle che si allungano quando si applica la coppia oltre il punto di appoggio;
- Maggiore è la coppia applicata, maggiori saranno l’allungamento della vite e la forza di serraggio sulla parte;
- Se la tensione (forza di serraggio) raggiunge il punto di snervamento dell'elemento di fissaggio, questo si deformerà permanentemente; continuare ad applicare coppia porterà alla rottura.
Generalmente, quando si assemblano parti rigide (soprattutto metalliche), si cerca di ottenere la massima forza di serraggio possibile dalla vite, evitando però di raggiungere il punto di snervamento.
In questi casi, è conveniente usare il carico specificato (o carico di prova) dell’elemento di fissaggio come forza di serraggio target. Il carico di prova, fornito dal produttore, corrisponde tipicamente al 75% della resistenza allo snervamento, offrendo un margine di sicurezza rispetto al punto di snervamento o rottura.
Tuttavia, ciò presuppone che la parte da assemblare sia più forte dell’elemento di fissaggio stesso.
Cosa succede se invece si sta serrando su materiali plastici e non su metallo?
La plastica è più debole del metallo, quindi non resisterà alla stessa forza di serraggio. Che si tratti di una vite tagliente o di una vite formante, ci sarà una coppia limite oltre la quale i filetti di plastica si spoglieranno. Questo limite è legato alla resistenza della plastica e sarà il fattore determinante per la forza di serraggio massima che si può ottenere.
Pertanto, il valore di coppia target per un giunto plastico sarà solitamente molto inferiore al punto di rottura della vite. Per esempio, un grafico coppia vs angolo per la stessa vite serrata su plastica e su metallo potrebbe apparire così:
Considerazioni aggiuntive
I materiali plastici possono subire un fenomeno chiamato rilassamento degli sforzi, quando sottoposti ad un certo livello di tensione meccanica, che comporta una caduta di tensione a deformazione costante. Questo può manifestarsi nel tempo, anche a forze di serraggio relativamente basse, spesso raggiungibili con viti autofilettanti.
Se la tensione applicata dai filetti della vite non è sufficiente per spogliare la plastica ma è sufficiente per causare rilassamento, la forza di serraggio si ridurrà col tempo e il giunto potrebbe non reggere.
Nota bene: la plastica non è l'unico materiale soggetto al rilassamento dello sforzo, ma è molto più impattato da questo fenomeno rispetto ai materiali metallici.
Un altro fattore da considerare è la coppia prevalente. La formazione del filetto richiede una certa coppia, la quale non contribuirà alla forza di serraggio, essendo applicata prima che la vite arrivi al punto d'appoggio. Per tenere conto di tutto ciò, il sistema K-Ducer offre una modalità di compensazione della coppia prevalente, come illustrato in questo nostro articolo.
Velocità di avvitatura
Quando si forma un filetto su plastica, è importante prestare attenzione alla velocità di avvitatura. Un serraggio troppo veloce può surriscaldare la plastica e alterarne le proprietà. D’altro canto, alcuni materiali plastici e viti speciali potrebbero richiedere una velocità minima per ottenere prestazioni ottimali. In assenza di specifiche, una velocità di 300 RPM è un buon punto di partenza.
Qual è, quindi, la coppia corretta per l'avvitatura su plastica?
Il primo passo è condurre uno studio di coppia di serraggio a rottura (vedasi la nostra guida sugli studi torque to failure). Una volta ottenuti i dati da più prove (almeno 10 per significatività statistica), possiamo facilmente tracciare le curve sul K-Graph e annotare i seguenti valori di coppia:
- Coppia fino al punto di appoggio (coppia prevalente)
- Punto approssimativo di rottura
Il target di coppia si troverà tra questi due valori.
In assenza di altre specifiche, il target di coppia dovrebbe essere il più basso tra i seguenti valori:
- 3 volte la coppia al punto di appoggio
- Il punto intermedio tra la coppia di appoggio e quella di rottura
Per la massima coerenza, selezionare una coppia di serraggio target e utilizzare la funzione di compensazione della coppia prevalente del K-Ducer.
Nota bene: se si riavvita su filetti già formati, è necessario ridurre la coppia target, poiché la coppia prevalente sarà inferiore.
Questo è un altro motivo per utilizzare la funzione del K-DUCER di compensazione della coppia prevalente, che regolerà automaticamente la coppia finale in base alla coppia prevalente trovata.
Si può anche impostare un valore minimo di coppia prevalente per far sì che se il valore incontrato è troppo basso, si generi un errore NOK.
Quando si riavvita una vite formante, è importante ruotare la vite in senso antiorario finché non si sente che “scatta” nel filetto esistente, per poi procedere a un quarto di giro. Facendo così, ci si assicurerà che la vite segua il filetto esistente anzichè formarne uno nuovo.
Dalla teoria alla pratica
Un esempio reale con una vite formante #4 serrata in un foro pilota di nylon:
Dopo aver condotto uno studio di coppia a rottura, vediamo che il punto di appoggio è intorno a 0,30 Nm e quello di rottura a circa 2,30 Nm.
Seguendo le suddette regole pratiche:
- Tre volte la coppia di appoggio: 3 x 0,30 = 0,90 Nm
- Punto intermedio: (2,30 - 0,30) / 2 = 1,00 Nm
Quindi, dovremmo utilizzare 0,90 Nm come target.
E se dovessimo riavvitare sullo stesso filetto? O tener conto della coppia prevalente?
Sempice: basta utiizzare la funzione di compensazione della coppia prevalente del K-DUCER!
Nell'apposita schermata, abbassiamo il target a 0,70 Nm, con una finestra di coppia di 1200-1800 gradi e limiti di coppia prevalente di 0,00 e 0,50 Nm.
Se invece volessimo generare un errore nel caso di riavvitatura, basterà aumentare il target di coppia prevalente ad un valore maggiore di quello che si incontra nella fase di riavvitatura.
Ad esempio, se sappiamo che in riavvitatura la coppia prevalente tende ad essere sui 0,20 Nm, impostando il limite minimo a 0,30 Nm impediremo che siano consentite le operazioni di riavvitatura.
A questo punto, eseguiamo alcuni test: nei grafici sottostanti, la traccia blu rappresenta la vite serrata in un foro pilota nuovo e inutilizzato con un obiettivo di coppia statica di 1 Nm. Le altre tracce colorate rappresentanole riavvitature sullo stesso foro. Ovviamente la coppia prevalente era inferiore, ma grazie alla funzione di compensazione dinamica della coppia prevalente, il K-DUCER ha regolato automaticamente la coppia finale, mantenendo la forza di serraggio costante fra le varie avvitature.
Se avessimo serrato tutte le viti a 1 Nm statico, la forza di serraggio durante le operazioni di riavvitatura sarebbe stata molto più alta, portando potenzialmente la plastica nella zona di rilassamento dello sforzo e alla spogliatura dei filetti.
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