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Nel mondo dell’assemblaggio, gli elementi di fissaggio filettati sono componenti che mantengono assieme strutture e macchine. Tuttavia, la semplice installazione di una vite non è sufficiente per garantire la tenuta e la sicurezza del prodotto finale. Come abbiamo visto nel nostro articolo, la forza di serraggio che viene generata in un elemento di fissaggio quando viene serrato è nota come precarico e corrisponde alla forza che tiene insieme le parti. L’elemento di fissaggio deve essere chiuso a un preciso livello di forza di serraggio che dipende dall’applicazione e dalle indicazioni del produttore.
Purtroppo misurare la forza di serraggio direttamente può essere difficile e richiedere diverso tempo, oltre a necessitare di strumentazioni avanzate che non sono utilizzabili in linee con alti volumi di produzione.
Esiste una relazione diretta tra la quantità di coppia applicata a un elemento di fissaggio e la forza di serraggio risultante e per questo è solitamente possibile ottenere un preciso livello di forza di serraggio misurando la coppia di serraggio applicata all’elemento e seguendo le specifiche del produttore. Concretamente, l’attrito e altri fattori ambientali rendono impossibile assicurare che la stessa coppia produca lo stesso identico livello di coppia di serraggio in giunti diversi e per questo differenti metodi di serraggio vengono utilizzati in base al tipo di applicazione.

Serraggio a controllo di coppia

Il metodo di serraggio più comune è a controllo di coppia. Questa tipologia è semplice da implementare, economicamente vantaggiosa e facile da apprendere. Le informazioni per l’installazione sono ampiamente disponibili, rendendolo un metodo riconosciuto e standardizzato per raggiungere il livello di tensione desiderato.
In linea generale, uno strumento a controllo di coppia si interrompe automaticamente una volta raggiunto il valore di coppia preimpostato; in relazione alla precisione e alla ripetibilità richieste sono disponibili diverse tecnologie con diversi prezzi. 
Puoi leggere qui un’overview delle tre principali tecnologie di avvitatori elettrici.

Se non ci sono variazioni tra i giunti nella relazione coppia-tensione, il metodo di controllo di coppia è la soluzione perfetta per ottenere il livello desiderato di forza di serraggio a ogni avvitatura. Tuttavia, come anticipato a inizio dell’articolo, diversi fattori tra cui l’attrito determinano imprecisione nel processo di serraggio. Meno del 20% della coppia applicata all’elemento di fissaggio genera il precarico. La coppia rimanente viene usata per superare l’attrito delle filettature e delle superfici di fissaggio.
Per applicazioni che richiedono maggiore precisione, il produttore deve fare ricorso a tecnologie di serraggio più avanzate.

Serraggio a controllo coppia-angolo

La strategia di controllo coppia-angolo utilizza sia la coppia sia l’angolo di rotazione per raggiungere il livello desiderato di precarico della vite. Dato che l’attrito può far aumentare la coppia più velocemente, ovvero dopo appena pochi gradi di rotazione della vite, monitorando l’angolo è possibile considerare i fattori che influenzano la relazione tra coppia e forza di serraggio per garantire un allungamento dell’elemento di fissaggio costante, con una conseguente maggiore ripetibilità della forza di serraggio applicata ai giunti.
Questo si può ottenere in due modi.

La modalità coppia con monitoraggio dell'angolo è simile al serraggio standard con controllo di coppia, con la differenza fondamentale di assicurare che l’angolo finale sia compreso tra i valori minimi e massimi preimpostati. Nel caso in cui si raggiunga la coppia desiderata, ma l’angolo si trovi al di fuori del range di valori preimpostati, l’operazione di serraggio darà come risultato un errore.

La seconda possibilità, ovvero la modalità ad angolo, dà priorità al raggiungimento dell’angolo preimpostato, mentre la coppia di serraggio viene monitorata.

Partendo dalla soglia di coppia preimpostata che idealmente corrisponde al punto di appoggio della vite (ovvero quando la testa della vite tocca il componente da fissare), lo strumento comincerà a misurare l’angolo di rotazione e interromperà il serraggio quando avrà raggiunto il numero di gradi desiderato.

In aggiunta, con gli avvitatori elettrici di Kolver PLUTO, MITO e NATO, l’operatore può anche impostare una coppia minima e massima. Se la coppia finale non rientra in questo range, quando si raggiunge l’angolo desiderato, l’operazione risulterà in un errore.

Infine, la modalità coppia-angolo fornisce dati e grafici importanti per il controllo qualità e per il miglioramento dei processi. Le misurazioni raccolte durante il processo di fissaggio possono essere analizzate per identificare tendenze, anomalie, potenziali problematiche, permettendo di intervenire nel processo di assemblaggio, migliorando la performance e riducendo il rischio di difetti.

Controllo dello snervamento e strategie di serraggio avanzate

Nonostante il controllo coppia-angolo sia indubbiamente più preciso se confrontato con il solo controllo di coppia, ha due carenze. L’angolo di rotazione deve iniziare dal punto di appoggio della vite, ovvero dove la testa della vite tocca la superficie. Se iniziamo a misurare l’angolo troppo tardi o troppo presto, altereremo inevitabilmente la forza di serraggio applicata. Inoltre, mano a mano che i rapporti lunghezza-diametro dei bulloni si riducono, per ogni grado di rotazione si genera un precarico maggiore, richiedendo di conseguenza una maggiore precisione.
In secondo luogo, i limiti della coppia di serraggio sono tipicamente considerati come dei parametri fissi che non considerano l’attrito incontrato prima del punto di appoggio della vite e i suoi effetti. In altre parole, la modalità coppia-angolo garantisce la coerenza dell’angolo e della coppia totale tra i vari giunti, ma non necessariamente garantisce una coppia di serraggio coerente tra i vari giunti. Ad esempio, due viti possono essere entrambe avvitate a 3 Nm e 2500 gradi di angolo, ma se la prima vite ha dovuto superare molto più attrito della seconda, il carico di serraggio a fine avvitatura sarà minore rispetto a quello della  seconda.
In applicazioni dove la sicurezza è fondamentale, come le industrie aerospaziali e automotive, ottenere un livello costante della forza di serraggio è cruciale e servono per questo delle strategie di serraggio più avanzate. In questi campi, la coppia di installazione specificata è tipicamente indicata come “coppia di serraggio superiore alla coppia prevalente” (in inglese torque above running)  e qui diventano essenziali strumenti di fissaggio intelligenti caratterizzati da tecniche di serraggio avanzate.

Una di queste tecniche punta a determinare dinamicamente la coppia prevalente e ad usarla per definire la coppia finale di installazione in modo che venga applicata una quantità costante di forza di serraggio da un giunto all’altro. La linea K-DUCER di avvitatori elettrici con trasduttore integrato rende questa strategia facile da realizzare.
Puoi approfondire questo argomento leggendo i nostri articoli sul bloccaggio della coppia prevalente e sulle strategie di coppia prevalente nell’assemblaggio. 
Questa tecnica può essere ulteriormente potenziata rilevando automaticamente il punto di appoggio della vite, a partire dal quale la coppia di serraggio comincia ad essere applicata. Questo è ideale nel caso di viti autofilettanti, come visto nel nostro articolo dedicato alle strategie multi-step.

Un’altra modalità per ottenere maggiore precisione e ripetibilità è il controllo del snervamento. Questa tecnica, diffusa nel mondo automotive, punta a stringere un elemento di fissaggio fino al suo limite di elasticità, massimizzando il potenziale di resistenza che è unico per ognuno di questi elementi. Questo si ottiene tipicamente raggiungendo la coppia di soglia e poi monitorando in tempo reale il gradiente di coppia, ovvero il tasso di variazione della coppia rispetto all’angolo, e completando il serraggio quando un certo gradiente viene raggiunto.
Il vantaggio principale dell’avvitatura a controllo del snervamento è un livello più alto nella forza di serraggio generato assieme a un precarico uniforme fornito da ogni operazione, anche quando si lavora con diversi livelli di attrito. Lo svantaggio è che è necessaria un’attrezzatura estremamente precisa per evitare serraggi eccessivi e rottura dell’elemento di fissaggio.

Conclusioni

Esistono diverse modalità di serraggio, ciascuno con i propri pro e contro.
Il serraggio con controllo di coppia è la soluzione più economica e diffusa e si basa sulla misurazione della coppia applicata all’elemento di fissaggio durante il serraggio in modo da ottenere un preciso livello di tenuta.
Il serraggio basato su coppia-angolo coinvolge invece sia la coppia sia l’angolo di rotazione dell’elemento di fissaggio con lo scopo di ottenere una misura più precisa e accurata della forza di serraggio generata.
La compensazione della coppia prevalente è il metodo che regola la coppia applicata durante il serraggio per compensare le variazioni di attrito e altri fattori che influenzano la relazione tra coppia e forza di serraggio.
Il serraggio basato sul controllo dello snervamento fa sì che l’elemento venga stretto fino a raggiungere un preciso livello di snervamento, in corrispondenza del quale si deforma plasticamente, indicando che il livello di serraggio desiderato è stato raggiunto, a prescindere da quanto attrito sia stato riscontrato.
Esistono delle strategie di serraggio aggiuntive in grado di evitare alcuni problemi che potrebbero verificarsi in ambito produttivo, come filettature incrociate, viti spanate, e scivolamento della punta.

In generale, la scelta della tecnica da adottare dovrebbe basarsi su una comprensione approfondita dei requisiti e dei vincoli dell’assemblaggio, su un’attenta valutazione dei costi, dei tempi e delle prestazioni che ciascun metodo comporta.