Come abbiamo visto in precedenza la coppia prevalente (running torque/prevailing torque) corrisponde alla coppia necessaria per superare l’attrito e/o qualsiasi altra caratteristica di bloccaggio in un'applicazione di fissaggio filettato che non produce alcun carico di serraggio o allungamento del bullone. In altre parole, la coppia prevalente è la coppia necessaria per posizionare la testa della vite sul componente da fissare, prima che inizi il serraggio vero e proprio.
Mentre la maggior parte delle indicazioni sulla coppia si riferiscono alla coppia totale applicata, includendo quindi la coppia prevalente, in certe applicazioni, soprattutto nei mondi aerospaziale e automobilistico, la variazione della coppia tra un giunto e l’altro è considerata rilevante e per questo necessita di una particolare strategia di serraggio. La coppia di chiusura richiesta per queste applicazioni è tipicamente indicata come la coppia al di sopra della coppia prevalente ed è proprio qui che diventano essenziali gli strumenti di serraggio intelligenti. Un avvitatore elettrico smart è in grado di misurare la coppia prevalente in tempo reale e aggiungerla alla coppia prefissata in maniera dinamica, assicurando che venga applicata una coppia di serraggio costante in tutti i giunti.
Nel nostro ultimo articolo, abbiamo parlato di come impostare il sistema K-DUCER per queste necessità.
Ci sono però situazioni dove accorrono altre variabili ed è necessaria una strategia multi-step.
Un caso comune è quello in cui abbiamo una coppia prevalente iniziale maggiore rispetto alla coppia di serraggio finale. Se questa fosse l’unica variabile, sarebbe sufficiente utilizzare la funzione di coppia prevalente del K-DUCER, impostare l’intervallo e la coppia minima e massima consentita, e assicurarsi infine che la coppia di serraggio desiderata sia raggiunta come previsto.
In alcuni casi però la coppia prevalente potrebbe arrivare rapidamente al picco per poi scendere notevolmente durante il rundown prima che la vite arrivi al punto di appoggio. In casi come questi, è frequente voler misurare dinamicamente la coppia prevalente per poi considerarla nel calcolo della coppia finale di chiusura, e una strategia multi-step diventa necessaria.
Questa situazione si verifica spesso nel caso di viti autofilettanti e autoperforanti, in cui l’avvitatore riscontra una coppia elevata in corrispondenza della foratura iniziale o della formazione della filettatura, per poi tornare a valori di coppia più standard finché la vite non è posizionata e il serraggio finale può iniziare.
Per gestire questa variabile aggiuntiva si rende necessario uno strumento intelligente che dovrà essere impostato per seguire più fasi per concludere l’avvitatura con successo.
Nel caso del K-DUCER, questo si può ottenere combinando la funzione di coppia prevalente con la funzione di massima potenza, che si trova nella seconda pagina del menu di coppia avanzata dell’interfaccia.
Attivando la funzione di massima potenza per l’intervallo iniziale, ad esempio per i primi 3.600 gradi, consentiremo all’avvitatore elettrico di lavorare con la coppia massima necessaria per superare il picco iniziale di resistenza, necessario per formare filettature o tagliare il materiale. Combinando questa funzione con quella della coppia prevalente in modalità di compensazione per la fase successiva, ad esempio da 3.600 e 9.000 gradi, l’avvitatore misurerà la coppia prevalente incontrata durante il secondo intervallo e la aggiungerà alla coppia target per calcolare la coppia totale da applicare all’elemento di fissaggio per concludere l’operazione di serraggio.
Per esempio, supponiamo che la nostra applicazione preveda un elemento di fissaggio con filettature che deve essere serrato a 3,8 Nm al di sopra della coppia prevalente (above running torque). Dopo aver condotto diversi test, analizziamo la curva di coppia-angolo e notiamo che la fase iniziale di formazione delle filettature raggiunge i 9 Nm per un angolo di circa 5.400 gradi, seguita da una coppia prevalente costante di circa 4,1 Nm per avvitare la vite fino al suo punto di appoggio, che avviene in modo piuttosto costante dopo circa 9000 gradi di angolo. Dal punto di appoggio, l’avvitatura può entrare nella fase finale del serraggio.
A questo punto siamo pronti per impostare il K-DUCER.
Per prima cosa andiamo nella schermata “coppia avanzata” e, nella seconda pagina, attiviamo la fase di potenza massima.
Questa impostazione indica che l’avvitatore può applicare tutta la coppia necessaria per un determinato intervallo di tempo o angolo, impostato in questo caso a 5.400 gradi, ovvero la durata che abbiamo misurato per la fase di filettatura. In alternativa, è possibile specificare un intervallo di tempo.
Torniamo a questo punto alla schermata delle impostazioni “coppia avanzata” e attiviamo la “coppia prevalente”. Poiché le nostre indicazioni ci dicono che la coppia target è “al di sopra della coppia prevalente”, dobbiamo lavorare in modalità compensazione. Come abbiamo visto negli articoli precedenti questa modalità non solo misurerà la coppia prevalente, ma la aggiungerà anche alla coppia target. La somma della coppia target con quella prevalente misurata determinerà la coppia totale di serraggio applicata all’elemento di fissaggio.
Dato che la coppia prevalente che abbiamo analizzato nel nostro grafico iniziale è tendenzialmente piatta, sceglieremo la modalità “media” e l’intervallo da 5.400 a 9.000 gradi. Possiamo anche settare i nostri estremi di coppia in 3,5 e 4,5 Nm.
Torniamo alla schermata iniziale e siamo pronti per serrare la nostra prima vite.
Come abbiamo visto nell’immagine qui sopra, la nostra operazione è andata a buon fine. Abbiamo misurato una coppia prevalente di 4 Nm e raggiunto la coppia target di 3,7 Nm. La coppia totale applicata è stata di 7,7 Nm, ovvero la somma tra la coppia prevalente e la coppia target.
Se osserviamo il grafico, noteremo che l’avvitatore ha superato la resistenza iniziale dovuta alla formazione delle filettature a circa 8,8 Nm prima di scendere a circa 4 Nm durante la fase di rundown e di posizionamento. Possiamo poi osservare che, dal punto di appoggio della vite, la curva inizia a risalire nuovamente durante la fase di serraggio fino alla coppia finale di chiusura di 7,7 Nm.
Dato che le viti autofilettanti creano la filettatura complementare spostando il materiale anziché tagliandolo, si crea un accoppiamento con delle forze di vincolo molto elevate che impediscono l’allentamento anche in presenza di vibrazioni forti e senza dover ricorrere a rondelle di sicurezza. Questa caratteristica le rende particolarmente adatte all’industria automobilistica, dove stanno diventando sempre più diffuse.
Le viti autoperforanti seguono una curva di coppia simile, con un picco durante la filettatura iniziale seguito da una coppia prevalente più bassa, ma con un profilo di coppia complessivamente più basso a causa del minore apporto di energia necessario per il taglio rispetto alla formazione delle filettature delle viti autofilettanti. Questo fattore le rende adatte a materiali in cui è necessario evitare forti sollecitazioni interne o quando si preferiscono utensili a coppia ridotta.
Altre strategie multi-step potrebbero servire quando si cerca di compensare il rilassamento del giunto, un fenomeno che si verifica, seppur con intensità diversa, in quasi tutti i giunti, poichè è praticamente impossibile che due superfici unite combacino perfettamente.
Per giunti progettati correttamente, il rilassamento è sufficientemente basso da poter essere tranquillamente ignorato (e una perdita del 5% è spesso già considerata). In altre situazioni, invece, l’operatore potrebbe aver bisogno di ridurre questo effetto, e spesso una semplice fase di downshift subito dopo la fase della coppia prevalente, ma prima della fase finale di serraggio, può aiutare a raggiungere questo obiettivo. Il downshift aggiungerà un ritardo di 50-100 ms prima dell’applicazione della coppia di chiusura, contrastando efficacemente gli effetti di rilassamento a breve termine del giunto.
Va considerato che in giunzioni in cui si utilizzano rondelle e guarnizioni, il rilassamento si verificherà probabilmente dopo un periodo di tempo più lungo e per questo sarà solitamente preferibile optare per una strategia di serraggio diversa. In queste situazioni si raccomanda di effettuare un'analisi di prova approfondita per cercare di quantificare il rilassamento nel tempo. Per i giunti critici, queste simulazioni diventano cruciali per determinare l'entità della perdita di precarico e le azioni correttive necessarie. Tratteremo questo argomento in modo approfondito in un prossimo articolo, ma il nuovo software K-GRAPH è molto utile in questa analisi.
A prescindere dell’applicazione e dalla necessità di una strategia semplice di coppia-angolo o di una strategia multi-step, gli avvitatori elettrici di precisione K-DUCER renderanno l'impostazione facile e intuitiva e garantiranno ripetibilità e precisione alla linea di produzione.