Guida alla Selezione e all'Uso Sicuro dei Bulloni Metrici ISO per la Manutenzione

Immaginate un'apparecchiatura di precisione di alto valore resa inutilizzabile a causa del guasto di un singolo piccolo bullone: le perdite risultanti potrebbero essere catastrofiche. Nella manutenzione meccanica, bulloni e dadi possono sembrare insignificanti, ma sono fondamentali per garantire il funzionamento sicuro e stabile delle apparecchiature. Tuttavia, con la vasta gamma di bulloni e dadi metrici disponibili, come si può identificarli accuratamente, selezionarli correttamente e fissarli in modo sicuro? Questa guida fornisce istruzioni chiare e pratiche per queste attività.

Nell'assemblaggio e nella manutenzione dei macchinari moderni, bulloni e dadi svolgono un ruolo fondamentale. Sono i componenti chiave che collegano varie parti, garantendo l'integrità strutturale dell'apparecchiatura. A prima vista, tutti i bulloni metrici possono sembrare simili, ma in realtà differiscono in modo significativo per tipo di filettatura, grado di resistenza e specifiche dimensionali. Una selezione o un utilizzo errati possono portare al guasto dell'apparecchiatura o persino a rischi per la sicurezza. Pertanto, una profonda comprensione delle caratteristiche dei bulloni e dei dadi metrici, insieme a tecniche di selezione e fissaggio adeguate, è essenziale per il personale di manutenzione meccanica.

Questa guida è progettata per i professionisti che lavorano nella manutenzione di fabbrica e meccanica, fornendo conoscenze fondamentali sui bulloni e dadi metrici ISO per aiutarli a identificare e utilizzare correttamente i pezzi di ricambio, garantendo un funzionamento sicuro e affidabile delle apparecchiature. Ci concentreremo sui bulloni e dadi metrici più comunemente utilizzati in ambito industriale e offriremo suggerimenti pratici per l'identificazione e l'applicazione.

Lo standard ISO definisce diversi tipi di filettatura specializzati, ma nella maggior parte delle apparecchiature meccaniche, ne vengono comunemente utilizzati solo due: passo standard e passo fine. Altri tipi di filettatura sono riservati principalmente a dispositivi specializzati come strumenti di precisione o apparecchiature ottiche.

Il passo si riferisce alla distanza tra filettature adiacenti, misurata in millimetri. Le filettature a passo standard sono adatte per la maggior parte dei collegamenti per scopi generali, mentre le filettature a passo fine vengono utilizzate dove è richiesta una maggiore forza di bloccaggio o resistenza alle vibrazioni.

La tabella seguente elenca le combinazioni più comuni di diametri e passi delle filettature nei macchinari industriali:

Con l'eccezione dei bulloni e dei dadi di grado più basso, tutti gli elementi di fissaggio metrici presentano contrassegni di identificazione della resistenza. Questi contrassegni aiutano a determinare rapidamente e accuratamente la loro capacità di carico.

Le teste dei bulloni sono tipicamente stampate con due numeri separati da un punto decimale. L'intervallo completo comprende dieci gradi da 3.6 a 14.9, ma in ambito industriale, i gradi comuni sono 8.8, 9.8, 10.9 e 12.9. La testa del bullone include anche un codice del produttore (di solito due o tre lettere).

Il primo numero indica la resistenza alla trazione dell'acciaio del bullone, misurata approssimativamente in 10 kg per millimetro quadrato di area della sezione trasversale. Ad esempio, un bullone di grado 12.9 resisterà ad almeno 120 kg per millimetro quadrato prima di rompersi. Allo stesso modo, un bullone di grado 8.8 ha un carico di rottura di 80 kg per millimetro quadrato.

Quando un bullone sopporta gradualmente un carico, si allunga leggermente, come una molla. Se il carico viene rilasciato, torna alla sua lunghezza originale. Tuttavia, esiste un limite oltre il quale il bullone non si riprenderà completamente e invece si allungherà in modo permanente: questo è il punto di snervamento. Il secondo numero sulla testa del bullone rappresenta la percentuale di resistenza alla trazione che il bullone può sopportare prima che inizi l'allungamento.

Ad esempio, un bullone di grado 12.9 inizia ad allungarsi quando il carico raggiunge il 90% del suo carico di rottura. Allo stesso modo, un bullone di grado 9.8 inizia ad allungarsi all'80% del suo carico di rottura.

I contrassegni di resistenza sui dadi sono spesso più difficili da identificare rispetto a quelli sui bulloni. Possono apparire come numeri o come schemi di punti e linee, dove la posizione della linea assomiglia alle lancette dell'orologio che indicano il grado.

Il grado del dado deve sempre corrispondere o superare il grado del bullone di un livello. Ad esempio, un bullone di grado 8.8 dovrebbe essere abbinato a un dado di grado 8 o 9. Un bullone di grado 12.9 dovrebbe essere abbinato a un dado di grado 12 o 14.

Come accennato in precedenza, quando un bullone sopporta gradualmente un carico, raggiunge un punto di snervamento (dove inizia l'allungamento permanente). Se il carico continua ad aumentare, il bullone raggiunge il suo punto di rottura. Gli standard definiscono un "carico di prova", tipicamente il 90% del carico richiesto per allungare il bullone.

In pratica, i produttori spesso progettano i macchinari in modo che i bulloni sopportino carichi ben al di sotto del carico di prova, garantendo un solido fattore di sicurezza.

I bulloni a passo fine sono tipicamente più resistenti del 10% rispetto ai bulloni a passo standard perché viene rimosso meno metallo durante la filettatura.

Le coppie massime consigliate nella tabella seguente presuppongono filettature leggermente lubrificate. Serrare un bullone alla coppia specificata dovrebbe impostare la tensione nel bullone a circa l'85% del carico di prova, equivalente al 62% del carico di rottura.

Utilizzare questi valori di coppia solo quando il produttore della macchina non ha specificato un'impostazione di coppia.

I bulloni e i dadi a passo fine vengono tipicamente utilizzati solo in casi speciali e la documentazione di manutenzione del produttore deve specificare la coppia richiesta per ogni applicazione.

Le filettature a passo fine vengono spesso utilizzate quando i bulloni vengono avvitati in blocchi di metallo tenero (ad esempio, getti di alluminio), dove le filettature nel blocco possono essere molto più deboli del bullone e di solito richiedono una coppia inferiore per evitare lo stripping.

Molti fattori influenzano la resistenza delle parti filettate, inclusi i metodi di produzione, la finitura superficiale e la precisione della forma della filettatura.

La resistenza di un collegamento filettato dipende dal suo componente più debole. Ad esempio, se un bullone ad alta resistenza viene avvitato in un materiale più morbido e duttile (ad esempio, lega di alluminio o acciaio a basso tenore di carbonio), la parte più morbida determina la coppia massima consentita.

Più comunemente, i bulloni devono resistere non solo ai carichi di trazione derivanti dal serraggio, ma anche ai carichi laterali o di "taglio". Un esempio tipico sono due piastre imbullonate insieme e soggette a forze che applicano carichi di taglio al bullone.

Se il carico applicato è molto piccolo, l'attrito tra le piastre dovuto al serraggio del bullone può impedire il movimento. Tuttavia, a meno che non vengano installati perni di centraggio per sopportare il carico di taglio, il bullone alla fine subirà sia sollecitazioni di taglio che di trazione. La combinazione di queste sollecitazioni crea una sollecitazione totale maggiore rispetto a ciascuna da sola, quindi il pre-serraggio del bullone potrebbe dover essere inferiore ai valori massimi per accogliere sollecitazioni aggiuntive dovute al taglio.

Come linea guida, la riduzione della coppia di serraggio del 10% consente al 35% del carico nominale del bullone di gestire le forze di taglio senza sovraccarico.

Gli ingegneri progettisti devono considerare tutti questi fattori e possono specificare una coppia inferiore, in particolare nelle apparecchiature di sollevamento che richiedono elevati margini di sicurezza.

Fare sempre riferimento alla documentazione di manutenzione del produttore della macchina per i valori di coppia specificati per bulloni e dadi nelle applicazioni di sollevamento e portanti.

La tabella seguente elenca le dimensioni corrette delle chiavi e delle chiavi a brugola per le dimensioni più comuni di bulloni e dadi nei macchinari industriali.

Per ridurre al minimo il rischio di scivolamento della chiave e danni ai bordi degli elementi di fissaggio, utilizzare una chiave a forchetta (o l'estremità a forchetta di una chiave combinata) ogni volta che è possibile.

I bulloni metrici sono fabbricati leggermente più piccoli della loro dimensione nominale: ad esempio, un bullone M16 ha tipicamente un diametro del gambo di 15,97 mm. Ciò significa che un bullone da 16 mm può passare attraverso un foro da 16 mm, ma per tenere conto del disallineamento tra le parti, i fori di gioco vengono tipicamente forati leggermente più grandi.

La tabella seguente fornisce le dimensioni tipiche dei fori di gioco e le dimensioni corrette dei fori di maschiatura per filettature standard e a passo fine.

Per le filettature metriche, le dimensioni dei fori di maschiatura si calcolano facilmente come il diametro del bullone meno il passo della filettatura. Ad esempio, un bullone M16 a passo standard con un passo di 2,0 mm richiede una dimensione del foro di maschiatura di 16 – 2 = 14 mm.

Quando si maschiatura fori, soprattutto per M10 e dimensioni inferiori, rimuovere frequentemente il maschio per pulire le schegge di metallo e prevenire la rottura.

Quando si serra un bullone in filettature o un gruppo dado e bullone per bloccare insieme le parti, la coppia applicata genera sollecitazioni di trazione nel gambo del bullone.

La forza effettiva nel bullone dipende da fattori quali la forma della filettatura, il passo, la finitura superficiale e la lubrificazione. Per la maggior parte dei casi standard con bulloni metrici leggermente lubrificati, la forza può essere approssimata come:

Forza = 5 × Coppia / Diametro

Dove la forza è in newton (N), la coppia in newton-metri (Nm) e il diametro in metri (m). Ad esempio, un bullone M16 serrato a 247,5 Nm genera:

Forza = 5 × 247,5 Nm / 0,016 m = 77.344 N (77,3 kN)

Per convertire i newton in chilogrammo-forza (kgf), dividere per 9,81 (o 10 per stime rapide), ottenendo 7.884 kgf di carico del bullone.

Le filettature asciutte aumentano l'attrito, con conseguente riduzione della forza.

I giunti imbullonati in genere si guastano in tre modi: cedimento a taglio, frattura per trazione o stripping della filettatura.

La frattura per trazione (rottura del bullone) si verifica a causa di un sovraccarico del giunto o di un serraggio eccessivo. I bulloni spesso si rompono dove la filettatura incontra il gambo.

Il cedimento a taglio si verifica quando le forze laterali superano la capacità del bullone, spesso aggravato da un serraggio eccessivo che non lascia riserva di resistenza per i carichi di taglio. Entrambi i tipi di guasto si verificano solitamente all'inizio o alla fine del ciclo di vita di un componente.

Un guasto di servizio frequente comporta carichi laterali che sollevano i dadi dai bulloni, causando guasti a cascata. La conicità della filettatura porta all'espansione del dado, riducendo l'ingaggio della filettatura fino a quando il metallo non cede e le filettature si spogliano.