Laboratori Tecnologici ed Esercitazioni (anno scolastico 2015-2016) - Filettature -
- Nozioni generali sulle filettature L utilizzo di elementi filettati costituisce il sistema più utilizzato per unire fra loro parti di macchine che debbano essere facilmente smontati. La superficie filettata può considerarsi originata dal moto elicoidale di rivoluzione a contatto della superficie di un cilindro di una figura piana convessa (ad es. un triangolo) giacente in un piano assiale del cilindro. L intersezione della filettatura con un piano contenente l asse dell elemento filettato stesso determina il profilo di filettatura. Dicesi passo del profilo, la distanza tra due punti corrispondenti della superficie di due profili consecutivi, misurata su una stessa generatrice. Se la filettatura è ad un solo filetto, cioè il profilo è formato da un solo risalto, il passo del profilo è uguale allo spostamento assiale in un giro e questo stesso corrisponde al passo di filettatura ed è detto semplicemente passo (figura a sinistra). Se il profilo è formato da più risalti, come nel caso a destra, il passo di filettatura è un multiplo del passo del profilo (filettature a più principi). Laboratorio di Disegno Industriale
- Nozioni generali sulle filettature Le filettature si dicono destre o sinistre a seconda che, nella rotazione in senso orario dell elemento filettato maschio (vite) rispetto all elemento filettato femmina (madrevite), la vite si allontani o si avvicini all osservatore. Il caso più comune di filettature è tipo destro e ad un solo filetto. Nella figura sottostante, si riportano i principali elementi che definiscono una filettatura:
- Nozioni generali sulle filettature Gli elementi principali che definiscono una filettatura sono: il profilo; il passo; il diametro esterno (che corrisponde al diametro nominale della filettatura); il diametro di nocciolo; il diametro medio; l angolo di inclinazione dell elica media, definito, per filettature cilindriche, come l angolo compreso tra la tangente all elica media ed un piano perpendicolare all asse. L elica media si ricava intersecando il filetto con il cilindro di diametro medio. Sviluppando tale cilindro su di un piano, si ricava: dove p = passo e d = diametro media della filettatura tg = p/ d L angolo, al fine di evitare l allentamento spontaneo del collegamento filettato, è generalmente minore dell angolo di attrito ( <5-7 ).
- Nozioni generali sulle filettature Una ulteriore classificazione delle filettature è rappresentata da: filettature di forza - usate per collegare tra loro due pezzi; filettature di manovra - utilizzate per trasformare il moto di rotazione di uno degli elementi della filettatura in moto traslatorio, lungo l asse della filettatura stessa, dell altro. Graficamente, gli elementi filettati, si rappresentano schematicamente come indicato negli esempi sotto riportati:
- Nozioni generali sulle filettature Le figure della precedente pagina rappresentano esempi di viti e madreviti in vista, in sezione e nascoste. Dalle viste e dalle sezioni si vede che la cresta del filetto deve sempre essere rappresentata con linea continua grossa così come la fine del tratto utile ed il fondo del filetto con linea continua fine. Nei prospetti non in vista tutte le linee interessate sono rappresentate a tratti. Nelle rappresentazioni in pianta, la circonferenza che rappresenta la cresta del filetto è disegnata con linea continua grossa, mentre il fondo del filetto è rappresentato da una linea continua fine per circa 3/4 della sua circonferenza. Lo smusso, se coincide con il fondo del filetto, non viene rappresentato. La figura a fianco mette in evidenza quanto detto, illustrando il caso di vite che fuoriesce o no dalla corrispondente madrevite:
- Tipologie di filettature unificate I tipi di filettature unificate che tratteremo di seguito sono i seguenti: filettatura metrica ISO; filettatura Whitworth; filettatura Gas; filettatura trapezia; filettatura a dente di sega. FILETTATURA METRICA ISO A PROFILO TRIANGOLARE
- Tipologie di filettature unificate FILETTATURA METRICA ISO A PROFILO TRIANGOLARE La sezione del filetto di una filettatura metrica ISO a profilo triangolare è un triangolo equilatero smussato sulla cresta e raccordato sul fondo, come si vede dalla figura di pagina precedente. L unificazione stabilisce stabilisce i diametri ed i passi da usare e tra questi quelli da preferire. Di seguito un estratto della tabella UNI 4535 relativa a filettature metriche ISO a passo grosso (analoghe tabelle per filettature a passo fine), dove, per quanto riguarda i diametri, quelli della prima colonna sono da preferirsi, quelli della seconda sono da usarsi solo in caso di necessità e quelli della terza sono da evitarsi:
- Tipologie di filettature unificate FILETTATURA METRICA ISO A PROFILO TRIANGOLARE Esistono due categorie di passi: passo grosso e passo fine. Il passo grosso è, a parità di diametro, il passo più grosso di tutti quelli adottabili. Per ogni diametro, si consiglia di scegliere la filettatura a passo grosso o, non potendo fare ciò, il passo fine più grosso possibile; questo specialmente per motivi tecnologici di difficoltà di realizzazione filettature con passo troppo fine. La designazione di un elemento filettato viene fatta utilizzando la lettera M seguita dal diametro nominale di filettatura, dal segno x e dal passo. Nella designazione di filettature a passo grosso, si deve omettere l indicazione del passo (nel caso della filettatura metrica ISO, il diametro, il passo e tutti gli altri elementi sono misurati in millimetri). Poiché anche nella realizzazione di un elemento filettato (vite o madrevite) si possono commettere errori sul passo, sull angolo di inclinazione e sui valori dei vari diametri, nella tabella UNI 5541 vengono fissati dei campi di tolleranza per le grandezze sopra nominate in funzione della dimensione della filettatura. Questo tipo di filettatura, come altre a profilo triangolare, sono normalmente di forza; infatti, come si vede dalla figura a lato, a parità di passo, il filetto a sezione triangolare ha una sezione alla radice maggiore rispetto agli altri tipi di filetto e quindi può sopportare sforzi maggiori:
- Tipologie di filettature unificate FILETTATURA WHITWORTH La sezione del filetto di questo tipo di filettatura, ottenuta intersecando la stessa filettatura con un piano passante per l asse dell elemento, è un triangolo isoscele raccordato sulla cresta e sul fondo. L angolo tra i fianchi del filetto è pari a 55. Tale filettatura è detta anche inglese. Di seguito, in un estratto della tabella UNI 2709, sono indicati gli elementi che caratterizzano la filettatura Whitworth:
- Tipologie di filettature unificate FILETTATURA GAS La sezione del filetto della filettatura gas è, come per la Whitworth, un triangolo isoscele con angolo al vertice di 55 raccordato sulla cresta e sul fondo. Esistono differenti versioni di questa filettatura, a seconda che la stessa debba permettere la realizzazione di accoppiamenti a tenuta stagna oppure no, sul filetto. Le filettature gas trovano un larghissimo impiego per tubazioni, raccordi e accessori analoghi nella costruzione di circuiti idraulici, pneumatici e oleodinamici. La tabella seguente che rappresenta un estratto della norma UNI ISO 228, è relativa a filettature per accoppiamenti non a tenuta stagna sul filetto:
- Tipologie di filettature unificate La tabella seguente che rappresenta un estratto della norma UNI ISO 7, è relativa a filettature gas per accoppiamenti a tenuta stagna sul filetto:
- Tipologie di filettature unificate FILETTATURA TRAPEZIA La sezione del filetto della filettatura trapezia è un trapezio isoscele. L angolo tra i fianchi del filetto è 30. Questa filettatura ha sostituito quelle di tipo a profilo quadrato e rettangolare delle quali è più resistente, più precisa e di più facile costruzione. Le viti con questo tipo di filettatura sono utilizzate principalmente per organi di manovra; la minore inclinazione dei fianchi del filetto rispetto ad un piano perpendicolare all asse della filettatura (15 contro i 30 delle metriche a profilo triangolare) fa sì che questa filettatura abbia un rendimento maggiore. E unificata dalla UNI ISO 2901-2904. Sotto, una rappresentazione che riporta gli elementi geometrici del profilo base:
- Tipologie di filettature unificate FILETTATURA A DENTE DI SEGA E una filettatura asimmetrica, usata come vite di manovra quando sono in gioco grandi sforzi di direzione e senso costanti. Nella figura seguente sono indicati gli elementi di questa filettatura: Si noti che, per necessità costruttive, il fianco portante della vite che dovrebbe essere normale all asse, ha invece un inclinazione di 3. Per la notevole diversità dell inclinazione dei fianchi del profilo, queste filettature funzionano in un senso come quelle a filetto triangolare (di forza) e nell altro come quelle a filetto quadro (di manovra). Ciò permette di usare queste filettature quando si voglia eseguire con poco sforzo lo spostamento in un senso, mentre si desidera che nell altro senso non si abbia lo svitamento spontaneo.
- Esecuzione delle filettature Le filettature si ottengono mediante l asportazione di un truciolo di forma opportuna eseguita con adatti utensili. La lavorazione può essere eseguita a macchina impiegando il tornio o apposite unità filettatrici come indicato a fianco: oppure a mano, usando maschi e filiere:
- Esecuzione delle filettature Per la fabbricazione in serie di viti, si usa anche il metodo di rullatura (vedere figura a lato), che consiste nell ottenere i filetti rullando il cilindro da filettare fra due matrici di forma opportuna ed ottenendo così i solchi per deformazione plastica. Qualunque sia il metodo utilizzato, resta sempre alla fine della filettatura, tanto nella vite quanto nella madrevite, una parte di filetto incompleto per una lunghezza superiore ai due passi circa. Quando per motivi funzionali non è possibile che ciò avvenga, è necessario eseguire uno scarico di lavorazione di dimensioni opportune prima di filettare il pezzo.
- Esecuzione delle filettature Quando il tratto da filettare termina con uno spallamento (figura a lato), al tratto di filetto incompleto bisogna aggiungere una distanza che impedisca all utensile di battere contro lo spallamento stesso: Alcuni riferimenti a tabelle UNI relative all argomento: UNI 5709 - Distanze di spallamento, tratti a filetto incompleto e gole di scarico per filettature esterne metriche ISO; UNI 5710 - Tratti a filetto incompleto, gole di scarico, lunghezze utili a filetto completo e profondità dei fori per filettature interne metriche ISO.
- Bulloneria Della bulloneria fanno parte vari elementi filettati, unificati e non, che, mediante l accoppiamento vitemadrevite, permettono di realizzare dei collegamenti scomponibili. Nelle pagine seguenti tratteremo di prigionieri, viti, dadi, bulloni e dei collegamenti che con questi elementi possono essere realizzati. Collegamento con prigioniero e dado Il prigioniero è un elemento cilindrico filettato alle estremità. Una parte, che viene forzata in un foro filettato, prende il nome di radice, l altra, destinata a ricevere un dado prende il nome di gambo. Il collegamento con prigioniero si effettua tutte le volte che il materiale del particolare filettato è poco resistente ad usura e si ritiene si debbano effettuare frequenti smontaggi. Nella figura a lato un esempio di questo collegamento: Nella sequenza delle cinque figure seguenti sono riportate le varie fasi del collegamento di due particolari mediante un prigioniero: preparazione dei fori, montaggio e forzamento del prigioniero, unione delle due parti. La piastra inferiore viene prima forata con una punta elicoidale per una conveniente profondità:
- Bulloneria: collegamento a prigioniero Si procede poi alla filettatura del foro ottenuto, mediante un maschio. Notare che al fine di non sbattere con il maschio sul fondo del foro (il maschio si potrebbe spezzare) la filettatura deve terminare ad una conveniente distanza dalla fine del foro (tabella UNI 5710): Il lato radice del prigioniero (riconoscibile perché normalmente smussato, mentre l estremità del gambo è a forma di calotta) viene inserito nel foro e stretto, ad es., mediante due dadi avvitati sul gambo e bloccati l uno contro l altro; agendo con una chiave sul dado superiore si avvita il prigioniero fino a forzarlo nella sua sede: Tale forzamento avviene perché il filetto incompleto della radice del prigioniero viene a contatto con il filetto completo della madrevite deformandolo elasticamente e deformandosi a sua volta.
- Bulloneria: collegamento con prigioniero Ottenuto il forzamento, si tolgono i due dadi: La piastra superiore, preventivamente forata con una punta di diametro maggiore di quello del prigioniero, viene inserita nella sua posizione e si effettua il collegamento mediante un dado serrato sul gambo. Si fa notare che nella scelta del prigioniero occorre fare attenzione che la lunghezza della parte non filettata del prigioniero stesso sia minore dello spessore della piastra superiore. A lato, la rappresentazione di un collegamento con prigioniero: Nell uso di tale collegamento bisogna fare attenzione al fatto che la parte di prigioniero sporgente dalla piastra inferiore può essere un ostacolo allo smontaggio in quanto la piastra superiore può essere tolta solo alzandola e non facendola scorrere lateralmente.
- Bulloneria: collegamento mediante viti Collegamento mediante viti La vite è un elemento cilindrico, parzialmente o totalmente filettato, che può terminare ad una estremità con una testa di forma appropriata. Una delle più comuni fra le teste delle viti è quella esagonale: Nella figura a lato è rappresentato un esempio di collegamento di due pezzi mediante una vite a testa esagonale:
- Bulloneria: collegamento mediante viti Le viti, oltre che per collegamenti come quello di figura precedente possono essere utilizzate anche come elementi di fermo, come si può vedere a lato in una delle tantissime applicazioni realizzabili: - Bulloneria: collegamento mediante bullone Viene chiamato bullone l insieme di una vite e di un dado collegati fra di loro. Nella figura a lato è rappresentato il collegamento di due piastre mediante bullone. E da notare che entrambi i pezzi da collegare sono soltanto forati e non filettati; proprio per questa ragione, questo collegamento è il più economico di quelli fino ad ora esaminati. L azione di compressione delle piastre nell intorno della zona di giunzione, azione originata dal serraggio del bullone, origina una forza di attrito tra le due piastre che evita lo scorrimento delle piastre stesse in caso di sollecitazione perpendicolare all asse del bullone:
- Dispositivi antisvitamento In presenza di vibrazioni, i collegamenti realizzati mediante elementi filettati sono soggetti ad allentarsi se non vengono adottati dei particolari dispositivi studiati proprio per evitare questo inconveniente. La soluzione indicata a lato prevede la foratura trasversale del gambo della vite e l utilizzo di un dado con degli intagli nella parte superiore. Inserendo nel foro una spina elastica oppure una copiglia (come nella soluzione illustrata), si evita la rotazione del dado e quindi l allentamento del collegamento filettato: Quando le vibrazioni non sono molto forti, un altra soluzione consiste nell utilizzo di rosette elastiche di acciaio. Le più comunemente utilizzate sono le rosette Grower (vedere fig. a lato). Essendo elementi unificati, tutte le caratteristiche geometriche si possono trovare nelle corrispondenti tabelle UNI 1751 (serie normale) e UNI 9195 (serie pesante). Quando il materiale dei pezzi da collegare è sufficientemente duro, le Grower possono essere sostituite da altre rosette dentellate sulla circonferenza esterna o su quella interna e costruite con acciaio per molle.
- Dispositivi antisvitamento Un altro metodo molto semplice per realizzare un dispositivo antisvitamento è quello di sovrapporre al dado del collegamento, un secondo dado detto controdado. Il forzamento elastico che si ottiene serrando il controdado sul dado comporta un aumento delle azioni di attrito tra vite e madrevite. A lato, un esempio: Altre soluzioni vengono realizzate utilizzando i cosiddetti dadi e viti autobloccanti; questi sono muniti, ad un estremità, di un anello (nel caso dei dadi) o di un blocchetto (nel caso delle viti) di materiale plastico, che durante l avvitamento si deforma ed impedisce quindi l allentamento. Nel caso in cui sia previsto l utilizzo del collegamento filettato in situazioni con temperature elevate, si trovano anche dadi che al posto dell inserto in materiale plastico presentano una lamina di acciaio per molle. Nelle figure a lato, alcuni esempi di dadi autobloccanti:
- Dispositivi antisvitamento Qualora gli spazi a disposizione e la forma del pezzo lo consentano, è possibile utilizzare anche piastrine di fermo i cui bordi vengono ripiegati sia su una faccia del dado che su una superficie fissa appartenente al pezzo collegato. Nella pagina sono riportati alcuni esempi di applicazione delle più comuni piastrine unificate: