In altre parole, la coppia prevalente è la coppia necessaria per superare l’attrito e/o qualsiasi altro ostacolo in un’applicazione di fissaggio che non produce carico di serraggio o allungamento del bullone.
Ancor più semplicemente, è la quantità di coppia necessaria per portare la testa di una vite in aderenza ma prima che si generi alcun precarico.
Questa coppia potrebbe servire per superare degli attriti espressamente voluti, ad esempio frenafiletti sulle viti, e progettati sul giunto bullonato, come la coppia prevalente descritta in un precedente articolo, ma anche interferenze non intenzionali causate dall’attrito che cambia inevitabilmente da una giunzione all’altra e da altri fattori ambientali. In definitiva, però, non si genera nessun precarico.
Ricordiamo che mentre le coppia di serraggio finale indica il valore di coppia raggiunto dall’avvitatura a prescindere da eventuali attriti od ostacoli incontrati durante l’operazione, la coppia effettiva che produce precarico, o tensione, nel giunto non include la coppia prevalente necessaria a superare questi attriti. Quindi se ad esempio un’operazione di avvitatura raggiunge una coppia finale di 5 Nm, con 1 Nm di coppia prevalente, la coppia effettiva che andrà generare carico di serraggio sarà uguale a 4 Nm (5 - 1).
Quando ci si appresta ad utilizzare un avvitatore può sorgere il dubbio se un valore di coppia previsto per un dato elemento di fissaggio includa o meno questa coppia prevalente.
Nelle applicazioni aerospaziali, la NASA richiede una documentazione tecnica che identifichi chiaramente quando la coppia di installazione si riferisce alla coppia totale di avvitatura o alla coppia superiore alla coppia prevalente.
Quando non è specificato esplicitamente “al di sopra della coppia prevalente” (“above running torque”, in inglese), come nella maggior parte delle applicazioni al di fuori del settore aerospaziale, si intende semplicemente la coppia finale visualizzata dallo strumento di misura o fissaggio comprensiva della coppia prevalente, ovvero della coppia necessaria a superare attriti e/o ostacoli.
In altre applicazioni, il valore di coppia indicato nelle specifiche si riferisce in genere alla coppia finale comprensiva della coppia di funzionamento.
Per applicazioni dove la coppia prevalente presenta variabilità di valori fra un giunto e l’altro, può essere importante basare i processi di fissaggio e di controllo qualità sul valore di coppia netto al di sopra della coppia prevalente.
Nelle applicazioni aerospaziali, dove appunto il controllo qualità rispetta standard estremamente severi, anche una piccola variazione nella coppia prevalente tra i giunti può essere considerata la causa di una differenza significativa del carico di serraggio. Per questo, spesso si preferisce incentrare il processo di avvitatura sulla coppia effettiva piuttosto che sulla coppia finale, dato che quest’ultima potrebbe includere delle quantità variabili di coppia prevalente e produrre differenti quantità di precarico sulle diverse giunzioni.
In applicazioni più semplici, invece, le variazioni di attrito tra i giunti sono considerate sufficientemente contenute da rendere accettabile l’utilizzo di un valore di coppia finale già comprensivo della coppia prevalente.
Tuttavia è spesso fondamentale convalidare questa ipotesi di bassa variabilità misurando la coppia prevalente durante ogni serraggio e registrando il suo valore per il controllo qualità, o addirittura interrompendo l’operazione se il valore rilevato non rientra nell’intervallo valido.
A prescindere dall’applicazione, K-DUCER rende la gestione della coppia di rotazione più semplice che mai.
La modalità a coppia prevalente, o coppia PV, può aiutare a misurare la quantità di coppia di funzionamento riscontrata durante il rundown e, se necessario, può compensarla dinamicamente aggiungendola alla coppia totale applicata al giunto.
Entriamo nel dettaglio di ciascuno di questi esempi, vedendo come impostare un sistema K-DUCER per ciascuna di queste applicazioni.
COPPIA PREVALENTE – COMPENSAZIONE
Consideriamo di trovarci in un’applicazione aerospaziale con una coppia di serraggio indicata di 21,5 Nm al di sopra della coppia prevalente, dove quest’ultima può avere un valore fra 1,1 e 6,8 Nm.
Specifiche:
Coppia di installazione al di sopra della coppia prevalente: 21,5 Nm
Coppia prevalente: 1,1 - 6,8 Nm.
In questo caso l’obiettivo è applicare una coppia totale che vari sulla base della quantità di coppia prevalente rilevata, ottenendo una quantità costante di carico di serraggio per ciascuna operazione di assemblaggio (anziché una quantità costante di coppia totale, ma con una quantità variabile di carico di serraggio).
Il primo step consiste nell’eseguire diverse avvitature ad un valore di coppia vicino alla coppia finale massima consentita da questa applicazione; nel nostro caso, abbiamo una coppia effettiva desiderata di 21,5 Nm a cui aggiungiamo il valore massimo dell’intervallo di coppia prevalente indicato, ovvero 6,8 Nm, per un totale di 28,3 Nm.
Quindi assicuriamoci che le opzioni di coppia avanzata siano state disabilitate e che la coppia target nel menu principale sia impostata su 28,3 Nm.
A questo punto possiamo effettuare 10 o più avvitature.
Dato che vogliamo visualizzare i grafici di coppia-angolo e coppia-tempo, è più comodo lavorare su un computer usando il software gratuito di Kolver K-GRAPH.
Per ogni operazione di serraggio, annotiamo l’angolo e/o il momento del punto di appoggio, ovvero quando la testa della vite aderisce la superficie del giunto. Questo è facilmente individuabile sul grafico poiché il valore di coppia cresce improvvisamente e con una pendenza maggiore fino al completamento del serraggio.
Dopo 10 operazioni, si dovrebbe avere un valore medio sufficiente per angolo e tempo.
In questo esempio, abbiamo misurato il punto di appoggio in media dopo 9500 gradi di avvitatura.
Sull’interfaccia touchscreen di K-DUCER apriamo quindi il menu principale e selezioniamo “coppia avanzata”.
In questo caso, ignoriamo l’opzione Fase di massima potenza, lasciandola impostata su OFF e selezioniamo la coppia di funzionamento nella modalità “compensazione”.
Impostiamo 0 – 9.000 gradi, tenendoci cioè leggermente al di sotto del valore medio di 9.500 per avere un cuscinetto di sicurezza.
Dato che la coppia prevalente che abbiamo misurato, sebbene oscillasse, aveva un andamento relativamente piatto, sceglieremo l’opzione “valore medio”.
Imposteremo i limiti di coppia valori +- 10% rispetto alla coppia di funzionamento compresa tra 1 e 7 Nm indicata nelle specifiche, ovvero min = 0,90 Nm e max = 7,7 Nm.
Torniamo ora nel menu principale, entriamo nelle impostazioni di Coppia-Angolo e impostiamo la coppia target.
Nella fase precedente abbiamo impostato la coppia target in modo da includere la coppia prevalente. Ora vogliamo invece cancellarla e impostare la nostra coppia target in modo che corrisponda a quella specificata di 21,5 Nm “al di sopra della coppia prevalente”, dato che la coppia prevalente ora verrà automaticamente rilevata e aggiunta a tale valore.
Possiamo quindi tornare alla schermata principale e iniziare le nostre operazioni di fissaggio.
Una volta completata con successo la nostra prima avvitatura, notiamo come abbiamo raggiunto il nostro target “al di sopra della coppia prevalente” e come l’interfaccia mostri la coppia prevalente che abbiamo incontrato e la coppia totale che è stata applicata.
In questo caso, possiamo notare che la coppia di serraggio che è stata applicata corrisponde a 21,5 Nm, esattamente in linea con l'obiettivo.
Subito sotto, vediamo che K-DUCER ha misurato 5,6 Nm di PVT (Prevailing/Running Torque, o coppia prevalente) che ha poi aggiunto alla nostra coppia target per calcolare la coppia totale da applicare. Puntando a una coppia effettiva di 27 Nm, il K-DUCER è perfettamente in target con 27,2 Nm di coppia effettiva applicata.
Se proviamo ad effettuare qualche altra avvitatura, vedremo come la coppia prevalente possa variare da un’operazione all’altra, mentre il K-DUCER la aggiunge dinamicamente alla coppia totale applicata, mantenendo la coppia effettiva quasi identica fra un’operazione e l’altro.
Nella nostra ultima avvitatura, per esempio, possiamo notare che la coppia prevalente misurata era di 5,1 Nm, con il K-DUCER che ha applicato un totale di 32,1 Nm di coppia finale per raggiungere l’obiettivo di una coppia di serraggio effettiva pari a 27,1 Nm.
COPPIA PREVALENTE – MONITORAGGIO
Consideriamo ora un’applicazione dove la coppia di installazione è indicata come valore di coppia totale, già comprensivo della coppia prevalente.
Specifiche:
Coppia totale: 9,9 Nm
Coppia prevalente: sconosciuta
Nel nostro esempio, abbiamo una vite che deve essere serrata a 9,9 Nm e nonostante questo valore consideri già la coppia prevalente, vogliamo comunque misurarla per assicurarci che non finiremo in una variabilità superiore del previsto da un giunto all’altro.
Dopo aver impostato la coppia target a 9,9 Nm ed esserci assicurati che tutte le opzioni avanzate siano disabilitate, procediamo con una serie di avvitature per identificare la finestra della coppia prevalente, come nell’esempio precedente.
Dopo diverse operazioni, è evidente che il punto di appoggio si verifica sempre dopo circa 6.300 gradi. Torniamo quindi al menu di K-DUCER, apriamo le opzioni avanzate, attiviamo la modalità “monitoraggio” di PVT e impostiamo il range dell’angolo a 0 – 6.000 (anche in questo caso, preferiamo mantenere un cuscinetto di sicurezza, accorciando leggermente la finestra di coppia prevalente). 
Abbiamo anche notato che la coppia prevalente si avvicina quasi sempre ai 0,5 Nm e non ci aspettiamo che vari molto in produzione, perciò settiamo i valori minimi e massimi consentiti a 0,3 - 0,7 Nm. Questo è importante perché se successivamente si riscontrerà un valore medio di coppia prevalente al di fuori di questi limiti, l'operazione di serraggio fallirà, come è corretto che sia.
In altre parole, in produzione imposteremo un valore target già comprensivo della coppia prevalente, perché ci aspettiamo che questa vari poco da vite a vite, ma vogliamo anche assicurarci che l’operazione di serraggio darà come risultato NOK (errore) se la coppia prevalente riscontrata varierà più del previsto, poiché questo comporterebbe un carico di serraggio troppo al di fuori dei valori desiderati.
L’interfaccia ora indica che la vite è stata serrata a 10,2 Nm, valore corretto, e segnala inoltre che sono state rilevati 0,56 Nm di coppia prevalente durante l’operazione.
Se eseguiamo altre avvitature, noteremo che effettivamente la variabilità della coppia di serraggio è molto ridotta, con un valore misurato di PVT che si conferma sempre attorno a 0,56 Nm.
Nonostante la compensazione della coppia prevalente non fosse necessaria in questo caso, il sistema di monitoraggio del K-DUCER ci ha dato la tranquillità di sapere che la sua variabilità è estremamente bassa e che è improbabile che possa influenzare il carico di serraggio sul giunto.
Se avessimo ad esempio rilevato una coppia prevalente pari a 1 Nm, e quindi al di fuori dell’intervallo 0,3 - 0,7 Nm, l’operazione di avvitatura sarebbe fallita.
Nel prossimo articolo affronteremo una casistica più complessa dove è necessario ricorrere a una strategia di coppia multi-step per i casi in cui un giunto abbia due diverse fasi di coppia prevalente.
* NASA