Un elemento filettato, come una vite o un bullone, serve per unire assieme due parti attraverso l'applicazione di una forza di serraggio che comprime le due parti l'una contro l'altra.
Quando viene installata, una vite si comporta in maniera simile a una molla allungata. Più viene serrata, maggiore sarà la trazione applicata al suo gambo, maggiore il suo allungamento e infine maggiore la forza di serraggio risultante.
Deformazione elastica e punto di snervamento
Abbiamo visto che quando si applica una trazione su un elemento di fissaggio questo si allunga.
Quando si svita, l’elemento ritorna alla sua lunghezza originale, come una molla. Questo fenomeno prende il nome di deformazione elastica.
In equilibrio, la forza di serraggio è uguale allo stress di trazione applicato al fissaggio.
Superata una certa quantità di forza applicata, l’elemento subisce un allungamento irreversibile e non tornerà più alla sua dimensione originale. Questo limite è chiamato punto di snervamento ed è definito come una deformazione permanente dello 0,2% della lunghezza originale.Applicare un carico oltre il punto di snervamento può determinare la sua rottura.
Figura 2: relazione tensione-deformazione di un fissaggio filettato.
La vite può quindi subire una deformazione elastica, una deformazione permanente o una completa rottura, a seconda della quantità di forza di trazione applicata.
Specifiche della forza di serraggio nei fissaggi filettati
La forza di serraggio dovrebbe essere uguale o superiore al carico massimo previsto che il giunto sperimenterà sul campo. Ciò garantisce che la vite non si allunghi oltre il suo punto di snervamento durante l'installazione, per evitare deformazione o rottura.
Tutti gli elementi di fissaggio filettati sono dotati di una classificazione secondo la normativa ISO che specifica la massima forza di serraggio che sono in grado di sostenere. Questa sarà sempre al di sotto del punto di snervamento in modo che l’elemento possa mantenere le sue proprietà quando viene svitato e riavvitato.
Tuttavia, nel mondo dell’assemblaggio, vengono fornite specifiche di coppia di serraggio, non di forza di serraggio. Vediamo perché.
Specifiche di coppia di serraggio
Per qualsiasi giunto filettato, esiste una relazione approssimativa tra la coppia applicata e la forza di serraggio risultante. Più coppia si applica ad un elemento di fissaggio e maggiore sarà la forza, o precarico, risultante. La forza di serraggio è estremamente difficile e poco pratica da misurare nel contesto di una linea di produzione, al contrario della coppia.
È importante notare come la relazione tra coppia e forza di serraggio è unica per ogni giunto specifico e dipende da una serie di fattori come i materiali di costruzione e le proprietà della vite (tra cui passo della filettatura, diametro, coppia prevalente).
Per aumentare la tenuta di una vite si possono utilizzare prodotti frenafiletti come Loctite che agiscono come adesivi aumentando l'attrito tra le parti. Di conseguenza la stessa coppia può generare una quantità diversa di forza di serraggio ed è compito dell'ingegnere di progettazione garantire che la specifica di coppia origini sempre una quantità sufficiente di forza di serraggio.
La tabella sottostante fornisce un esempio della relazione tra coppia applicata e forza di serraggio generata:
Un’alta precisione e una ripetibilità della coppia applicata possono limitare la variabilità della coppia di serraggio risultante.
Tuttavia, la variabilità della coppia prevalente causata da frenafiletti Loctite, inserti Helicoil, dadi autobloccanti o semplicemente dall'attrito e dalla variabilità tra diversi lotti di viti, può comportare differenze significative nella forza di serraggio generata da una determinata coppia.
Nel nostro prossimo articolo, mostreremo come è possibile eliminare l'effetto della coppia prevalente sulla forza di serraggio utilizzando la funzione di compensazione della coppia prevalente della serie K-DUCER di Kolver.