Sistemi di fissaggio

I sistemi di fissaggio più semplici e più comuni nell'ambito della produzione industriale moderna sono sicuramente i sistemi a filettatura, basato fondamentalmente sull'accoppiamento di vite e madrevite.

Viti

Vite e madrevite

La vite è una applicazione particolare del principio del cuneo o piano inclinato. Il cuneo è costituito dall'elica del filetto della vite, che si avvolge sul cilindro della vite e preme su un piano rappresentato dal filetto contrapposto creato appositamente nel foro che farà da madrevite.

La vite

Una vite è una barra cilindrica con un filetto elicoidale(o principio)inciso sulla superficie, utilizzata prevalentemente per fissare oggetti tra loro. È una macchina semplice in grado di trasformare il moto circolare in moto rettilineo.

La vite semplice si avvita nel materiale da fissare per mezzo di un filetto complementare in esso praticato. Il filetto può essere preparato in precedenza per mezzo di trapano e maschio come avviene di solito con l'acciaio e altri materiali, oppure può essere generato estemporaneamente dalla vite stessa, come nel caso del legno o dell' osso. In quest'ultimo caso la vite è detta autofilettante.

Le viti autofilettanti hanno solitamente una estremità appuntita per favorire l'imbocco nel foro e a volte l'intero corpo è conico invece che cilindrico.

Nell'alluminio si usa praticare i fori ma non filettarli, lasciando che venga realizzato da apposite viti al momento del fissaggio. Queste viti per alluminio presentano di solito una scanalatura longitudinale che ha lo scopo di scaricare il truciolo prodotto dall'incisione del materiale.

Sagome della testa

• a) Vite TC (testa cilindrica)
• b) testa a bottone
• c) testa tonda
• d) Vite TMT (testa mezza tonda)
• e) Vite TPS (testa piana svasata)
• f) Vite TGS (testa goccia sego)

Filettatura

Le principali caratteristiche della filettatura dipendono principalmente:

• dal sistema o profilo della sezione, ossia dal tipo di geometria scelta per la filettatura;
• dal metodo di fabbricazione, ossia dal processo meccanico che ha permesso di ricavare la filettatura;
• dal tipo di costruzione, che può essere interna o esterna a seconda che siano ricavate all'interno di un foro o sulla superficie esterna di una vite;
• dalle dimensioni geometriche di riferimento, tra le quali il diametro nominale di filettatura, il passo e l'angolo di profilo;
• dal verso, che può essere destrorso o sinistrorso a seconda dell'andamento dell'elica;
• dal numero di princìpi, ossia sal numero di eliche che si snodano attorno alla forma di base.

Filettatura metrica ISO

Profilo di base di tutte le filettature metriche ISO

Per le filettature metriche ISO, il profilo ideale di vite e madrevite coincidono e sono costituiti da un profilo triangolare con angolo al vertice di 60° (fianco e passo della filettatura pertanto sono uguali).

Il profilo base è anch'esso identico sia per l'una che per l'altra e differisce dal profilo ideale per degli smussi di altezza pari ad h/4 per il fondo della vite e la cresta della madrevite e pari ad h/8 per il fondo della madrevite e la cresta della vite.

Il profilo nominale rimane invece invariato rispetto al profilo base per la madrevite, mentre la gola della vite è soggetta ad un ulteriore raccordo di raggio pari ad h/6.

Il profilo d'esecuzione differisce poi per tutte quelle piccole variazioni dovute di volta in volta al processo di lavorazione della filettatura.

Identificazione

La dicitura completa per individuare le caratteristiche di una filettatura metrica ISO è costituita da:

• la norma di riferimento;
• il diametro nominale;
• il passo (riportato soltanto nel caso di passo fine);
• la lunghezza in mm della parte filettata;
• la classe del materiale.

Di seguito viene riportato un esempio:

UNI 5737 M6 X 0.75 X 40 – 8.8

nel quale:

• UNI 5737 è la norma di riferimento adottata nel caso in questione (solitamente omessa);
• M6 è l'indicazione ISO del diametro nominale in mm (la lettera M è esclusiva ed indicativa del tipo di filettatura metrica ISO);
• X 0.75 rappresenta l'indicazione del passo di filettatura;
• X 40 indica la lunghezza in mm della parte filettata;
• 8.8 indica la classe del materiale, in particolare: il primo numero rappresenta il carico a rottura del materiale (x100 MPa, quindi in questo caso pari a 800MPa); il secondo numero rappresenta il carico di snervamento del materiale (x10 in percentuale rispetto al carico di rottura, nel caso specifico pari a 640Mpa). La classe 8.8 è la tipica classe della viteria utilizzata in carpenteria.

Le filettature di dimensioni non normalizzate vengono invece identificate ponendo la lettera M alla fine della dicitura (e non all'inizio), per esempio in questo modo:

24 X 0.75 M

Diametro nominale D (mm)		Passo P (mm)		Testa vite
Prima scelta	Seconda scelta	grosso	fine	Altezza H (mm)	Lato piatto A/F (mm)	Diametro esterno A/C (mm)
1		0.25
1.2		0.25
	1.4	0.3
1.6		0.35
	1.8	0.35
2		0.4
2.5		0.45
3		0.5		2.125	5.5	6.4
	3.5	0.6
4		0.7		2.925	7	8.1
5		0.8		3.65	8	9.2
6		1	0.75	4.15	10	11.5
	7	1
8		1.25	1	5.65	13	15
10		1.5	1.25 o 1	7.18	17	19.6
12		1.75	1.5 o 1.25	8.18	19	22.1
	14	2	1.5
16		2	1.5	10.18	24	27.7
	18	2.5	2 o 1.5
20		2.5	2 o 1.5	13.215	30	34.6
	22	2.5	2 o 1.5
24		3	2	15.215	36	41.6
	27	3	2
30		3.5	2	19.26	46	53.1
	33	3.5	2
36		4	3	23.26	55	63.5
	39	4	3
42		4.5	3
	45	4.5	3
48		5	3
	52	5	4
56		5.5	4
	60	5.5	4
64		6	4

Filettatura Whitworth

Tipi di filettature.

Prima dell'adozione del sistema metrico, diverse aziende avevano progettato specifiche proprie per la filettatura. Il primo a progettare un filetto standard fu l'ingegnere inglese Joseph Whitworth intorno al 1841. Il sistema Whitworth, ancora oggi in uso, ha due passi, fine e grosso, e il filetto ha una angolazione di 55°. Questo sistema è utilizzato per i raccordi idraulici e pneumatici.

La filettatura Whitworth ha un profilo ideale triangolare molto simile a quello metrico ISO se non che per il diverso angolo al vertice (in questo caso di 55° invece che di 60°). Il profilo nominale è poi identico per vite e madrevite ed è arrotondato sia in cresta che in fondo con un raccordo di raggio pari ad h/6.

Il contatto meccanico delle parti quindi non è solo sui fianchi di filetti ma anche sulle creste.

Potenzialmente quindi la filettatura è sigillante, in realtà questo non sempre avviene dato che alle creste possono esistere dei giochi o, peggio, delle interferenze, che rischiano di incastrare le due parti.

L'identificazione avviene in unità anglosassoni, ossia in pollici. Per esempio, 1 1/2 W indica un diametro nominale di un pollice e mezzo ed una filettatura Whitworth.

Altre filettature

Successivamente in Inghilterra fu sviluppato il sistema BA, dal nome del British Association for Advancement of Science. Le viti erano definite con le sigle 2BA, 4BA ecc (i numeri dispari non erano usati quasi mai). Attualmente il sistema è ancora usato in strumenti di misura e macchine fotografiche, ma la serie è definita con valori metrici, con 0BA = 1mm di passo. La vite di fissaggio delle macchine fotografiche al cavalletto è di questo tipo, con passo 1/4"-20.

Gli Stati Uniti adottano un loro sistema, chiamato passo unificato standard ed una variante, chiamata SAE da Society of Automotive Engineers, è utilizzata dall'industria automobilistica americana. Il sistema è ancora basato sul pollici, comunemente usato in USA, anche se l'industria automobilistica ha per il resto aderito al sistema metrico già dagli anni settanta.

Le viti sono descritte con coppie di numeri: 4-40, 6-32, 8-32, 10-32, 10-24 ecc per il sistema nominale (per viti di diametro inferiore a 1/4"), oppure 1/4"-20, 1/4"-28 ecc per il sistema basato sui pollici.

I diametri nominali seguono approssimativamente una scala logaritmica dove una vite di un numero raddoppia approssimativamente la resistenza della vite del numero precedente. Il diametro è dato da: dia = (#N x .013") + .060". Usando questa formula, una vite #5 ha il diametro di .125" (1/8"), una vite #10 ha il diametro di .190" (in pratica 3/16"), etc.

In entrambi i sistemi, il secondo numero indica il numero di filetti contenuti in un pollice.

Il dado

Dado autobloccante

Un dado viene utilizzato in meccanica per serrare una vite filettata.

I dadi sono di norma esagonali per permettere ad una chiave di mantenere agevolmente la presa durante le operazioni di serraggio o di apertura. Esistono dadi di altre forme, se ne trovano quadrati, zigrinati, con alette o per chiavi speciali (di sicurezza). Insieme alla vite, il dado è concepito per mantenere degli oggetti uniti per mezzo di un foro.

Quotatura standard dado

Diametro nominale foro D (mm)		Passo P (mm)		Misura piatti A/F (mm)	Diametro esterno A/C (mm)	Altezza H (mm)
1ma scelta	2da scelta	grosso	fine			Dadi esagonali	Mezzi dadi	Dadi in Nylon
1		0.25
1.2		0.25
	1.4	0.3
1.6		0.35
	1.8	0.35
2		0.4		4		1.6	1.2	-
2.5		0.45		5		2	1.6	-
3		0.5		5.5	6.4	2.4	1.8	4
	3.5	0.6
4		0.7		7	8.1	3.2	2.2	5
5		0.8		8	9.2	4	2.7	5
6		1	0.75	10	11.5	5	3.2	6
	7	1		11		5.5	3.5	-
8		1.25	1	13	15	6.5	4	8
10		1.5	1.25 or 1	17	19.6	8	5	10
12		1.75	1.5 or 1.25	19	22.1	10	6	12
	14	2	1.5	22		11	7	14
16		2	1.5	24	27.7	13	8	16
	18	2.5	2 or 1.5	27		15	9	18.5
20		2.5	2 or 1.5	30	34.6	16	10	20
	22	2.5	2 or 1.5
24		3	2	36	41.6	19
	27	3	2
30		3.5	2	46	53.1	24
	33	3.5	2
36		4	3	55	63.5	29
	39	4	3
42		4.5	3
	45	4.5	3
48		5	3
	52	5	4
56		5.5	4
	60	5.5	4
64		6	4

Bullone: vite e dado

Vite con dado: bullone

Il bullone è l'accoppiamento smontabile costituito da una vite e da un dado. Normalmente la vite è a testa esagonale e, più raramente, a testa cilindrica con esagono incassato o quadrata. L'accoppiamento dei pezzi da congiungere avviene forando questi, con un diametro maggiore del diametro esterno della vite, facendo attraversare il foro comune ai due pezzi con una vite e accoppiando questa con un dado situato al lato opposto. La vite ha una testa di dimensioni maggiori del foro. Viene spesso interposta tra pezzo e dado una rondella per evitare il contatto diretto tra i due. Il dado ha solitamente forma esagonale e presenta un foro in cui è ricavata una filettatura complementare a quella della vite. I fori praticati negli oggetti da unire non devono essere filettati, e devono consentire il libero scorrimento del bullone, quindi devono avere un diametro lievemente maggiore.

Tirante con due dadi

La filettatura della vite può non essere presente per tutta la sua lunghezza, poiché non ha nessuna utilità nella zona interna allo spessore dei materiali. Spesso, anzi, si preferisce non avere il corpo completamente filettato per dare una maggiore resistenza a taglio della vite.

Una variante è costituita da una barra interamente filettata, tagliata alla lunghezza opportuna (tirante) dotato di due dadi. Questa è la forma quasi universalmente impiegata negli accoppiamenti flangiati, ed ha il vantaggio di poter essere smontata indifferentemente dai due lati.

Rondelle

Vari tipi di rondelle

Nella sua forma base, la rondella o rosetta è costituita da un dischetto di metallo forato in centro.

La rondella si infila nel gambo della vite di un bullone, posizionandola tra la testa della vite ed il pezzo da serrare e tra il dado ed il pezzo da serrare.

Rondella elastica

Vi sono svariate forme di rondelle, ma i tipi principali sono:

• rondella piana: ripartisce lo sforzo del bullone su una superficie più ampia e protegge la superficie del pezzo.
• rondella elastica: previene lo svitamento tramite la reazione elastica che fa forza sui due estremi liberi della spaccatura. Appartengono a questa categoria anche rondelle con altre forme, quali quelle ad onda ed a stella.
• rondella di sicurezza: a volta più simile ad una piastrina. Un lembo viene piegato sul fianco del bullone ed un'altra sporgenza (nasetto) va ad incastrarsi in un foro oppure (linguetta) a far forza su un'altra superficie.

La rondella piana ha la superficie inferiore piatta (quella che va a contatto col pezzo), mentre il contorno della superficie superiore è smussato o arrotondato.

Rispetto alle rondelle piane per bulloni, quelle che si usano sotto la testa delle viti da legno hanno una superficie maggiore a parità di diametro del foro centrale, in quanto devono fare in modo che la testa della vite non affondi nel legno. Hanno a volte forma quadrata anziché rotonda.

Misure delle rondelle piatte metriche standard

Filetto nominale sizes M (mm)		Passo filetto thread P (mm)		Diametro interno hole d1 (mm)	Diametro esterno d2 (mm)	Spessore H (mm)
1ma scelta	2da scelta	grosso	fine
1		0.25		1.1	3	0.3
1.2		0.25		1.3	3.5	0.3
	1.4	0.3		1.5	4	0.3
1.6		0.35		1.7	4	0.3
	1.7			1.8	4.5	0.3
	1.8	0.35
2		0.4		2.2	5	0.3
2.5		0.45		2.7	6	0.5
	2.6			2.8	7	0.5
3		0.5		3.2	7	0.5
	3.5	0.6		3.7	8	0.5
4		0.7		4.3	9	0.8
5		0.8		5.3	10	1
6		1	0.75	6.4	12	1.6
	7	1		7.4	14	1.6
8		1.25	1	8.4	16	1.6
10		1.5	1.25 or 1	10.5	20	2
12		1.75	1.5 or 1.25	13	24	2.5
	14	2	1.5	15	28	2.5
16		2	1.5	17	30	3
	18	2.5	2 or 1.5	19	34	3
20		2.5	2 or 1.5	21	37	3
	22	2.5	2 or 1.5	23	39	3
24		3	2	25	44	4
	27	3	2	28	50	4
30		3.5	2	31	56	4
	33	3.5	2	34	60	5
36		4	3	37	66	5
	39	4	3	40	72	6
42		4.5	3	43	78	7
	45	4.5	3	46	85	7
48		5	3	50	92	8
	52	5	4	54	98	8
56		5.5	4	58	105	9
	60	5.5	4	62	110	9
64		6	4	66	115	9
	68			70	120	10
72				74	125	10
	76			78	135	10
80				82	140	12
	85			87	145	12
90				93	160	12
	100			104	175	14