Come determinare la coppia di serraggio e scegliere un metodo di serraggio per un giunto bullonato

La coppia è un indicatore indiretto del carico di serraggio, non l'obiettivo

Il valore di coppia non è l'obiettivo; lo è il carico di serraggio che produce. Quando un bullone viene ruotato lungo la sua elica di filettatura, il moto rotatorio diventa moto lineare, il bullone si allunga e i pezzi serrati si comprimono. Ma la maggior parte della coppia applicata serve a vincere l'attrito piuttosto che ad allungare il bullone ⁸. La ripartizione è circa 10% di pretensione utile, 50% di attrito sotto testa e 40% di attrito della filettatura ⁸. Per questo la stessa coppia può produrre carichi di serraggio molto diversi a seconda delle condizioni di attrito del giunto. Partite invece dalla pretensione richiesta. Una fonte di livello fornitore riferisce che la maggior parte degli elementi di fissaggio viene serrata per raggiungere il 65–80% del carico di prova, e sviluppa il caso di un bullone in acciaio M6 al 75% del carico di prova ¹⁶. Per quel bullone — carico di prova di circa 700 MPa su un'area di trazione di circa 20 mm², quindi un carico di prova di 14.000 N e un target al 75% di 10.500 N — la fonte riferisce che il target si raggiunge con circa 7–8 N·m in condizioni lubrificate ¹⁶. Trattatelo come un'osservazione specifica della fonte per un M6 lubrificato, non come un valore da copiare su un giunto a secco: lo stesso bullone a secco richiederebbe una coppia diversa per lo stesso carico di serraggio. Prima di calcolare qualsiasi cosa, chiedetevi quale pretensione serva realmente al giunto e quanto è ampia la finestra utile. È quella finestra, non la cifra di coppia, a decidere il metodo nel passaggio successivo.

Calcolare una coppia di prima approssimazione dal carico di serraggio e dal fattore di dado

La relazione coppia-pretensione può essere scritta come Coppia = Carico × Diametro nominale del bullone × Fattore di dado / 12, dove il fattore di dado K racchiude in un solo numero la geometria della filettatura, il passo, l'attrito sulla faccia del dado e l'attrito della filettatura ¹⁵. K è determinato sperimentalmente e varia con la lubrificazione, così che lo stesso carico dà coppie diverse in condizioni di attrito diverse ¹⁵. L'esempio svolto nella fonte: per 50.000 lb di carico su un perno da 1-1/8 in con un antissidante con fattore di dado 0,17, coppia = 50.000 × 1,125 × 0,17 / 12 = 797 ft-lb ¹⁵. I fattori di dado degli antissidanti di solito rientrano tra 0,15 e 0,20 ¹⁵. Quel K è l'anello debole. Non è una costante che si possa assumere — va misurato per la vostra combinazione di elemento di fissaggio, rivestimento e lubrificante, oppure ricavato dalla norma applicabile. Se non potete ottenere un K misurato per il vostro giunto, la coppia calcolata è solo una stima di partenza.

Abbinare il metodo di serraggio alla finestra di pretensione

La finestra utile di pretensione divisa per la dispersione di ciascun metodo determina quali metodi possono raggiungere il target. Se rientra una finestra di ±30%, il controllo a coppia è sufficiente ¹⁹ (dato comunicato dal fornitore); se rientra solo ±10–15%, è richiesto il controllo coppia-angolo ²³. Le dispersioni sotto indicate sono intervalli rappresentativi per lavori eseguiti in modo competente, non garanzie ¹⁹.

Correggere la coppia per lubrificazione e rivestimento

La lubrificazione riduce l'attrito e quindi la coppia necessaria per raggiungere la stessa pretensione ⁸. Applicare a un elemento di fissaggio lubrificato una coppia specificata per acciaio a secco sovratende quindi il giunto — il bullone raggiunge un carico di serraggio superiore a quello previsto dalla specifica ²². Se specificate un elemento di fissaggio rivestito, il valore di coppia deve tenere conto del rivestimento ²². I rivestimenti a lamine di zinco con finitura superiore mantengono un coefficiente d'attrito tipicamente compreso tra 0,09 e 0,16 a seconda della specifica della finitura, il che dà una relazione coppia-pretensione più prevedibile rispetto all'acciaio non trattato ¹¹. È proprio questa coerenza il punto: un coefficiente d'attrito controllato rende la conversione coppia-pretensione più ripetibile, così che la coppia calcolata sia più vicina alla pretensione effettivamente ottenuta. Ciò che le fonti non danno è un valore di K o un fattore di riduzione della coppia per ciascun tipo di lubrificante. Dovrete ottenerlo dal fornitore del lubrificante o dalla norma applicabile, e verificarlo su un giunto campione.

Abbinare l'attrezzo al metodo

L'attrezzo può dominare la dispersione che il metodo era stato scelto per ottenere. Le accuratezze di controllo degli attrezzi vanno da ±0,25–5% per una chiave dinamometrica a vite senza fine a ±10–30% per una chiave ad impulsi, con pretensione controllata da computer a ±0,5–2% ^{12 19} (dato comunicato dal fornitore). Un tenditore idraulico è più accurato (±1–5%) della maggior parte delle chiavi dinamometriche (±3–15% a leva, ±10–30% a impulsi) ^{12 19} (dato comunicato dal fornitore). Se specificate il controllo coppia-angolo per una finestra di ±10–15% ma serrate con una chiave ad impulsi, la dispersione propria dell'attrezzo può superare quella del metodo. Abbinare la classe di accuratezza dell'attrezzo al metodo prima di impegnarsi in produzione. Un fornitore nota che il serraggio a coppia è il metodo più antico, più semplice ed economico per il serraggio controllato ¹⁷. Un altro fornitore riferisce che le chiavi dinamometriche digitali con curve di coppia in tempo reale possono rilevare condizioni di serraggio anomale ²⁵. Sono posizioni di fornitori, non una verifica indipendente delle prestazioni dell'attrezzo sul vostro giunto.

Pianificare il controllo di verifica

Per i gruppi ad alta resistenza critici per la sicurezza, il giunto perde pretensione dopo il serraggio, quindi un controllo finale della coppia immediatamente dopo l'installazione può rilevare un valore che non si manterrà. Prevedete un periodo di rilassamento prima del controllo finale.

• Prevedete un periodo di rilassamento di 24–48 h dopo il serraggio iniziale prima del controllo finale della coppia sui gruppi ad alta resistenza critici per la sicurezza ²⁴.
• Durante tale periodo, un elemento di fissaggio con frammentizzazione da idrogeno in fase precoce perde carico di serraggio o si rompe, così che il controllo lo individua ²⁴.
• Usate chiavi dinamometriche tarate o attrezzature coppia-angolo affinché gli elementi di fissaggio non vengano serrati eccessivamente oltre la pretensione specificata ²⁴.
• La verifica di ri-serraggio dopo il periodo di rilassamento conferma l'integrità del giunto ²⁴.

Confermare la norma di riferimento prima del rilascio

Le fonti stabiliscono che le norme governano le tabelle di coppia e le regole di calcolo, ma non le riportano. Prima di rilasciare un giunto per la produzione, confermate quale norma o specifica si applica e ottenete la tabella o la regola di calcolo effettiva. La relazione coppia-pretensione e il target del 65–80% del carico di prova sono indicazioni generali ¹⁶; il valore di coppia specifico per la vostra dimensione, classe di qualità e condizione di lubrificazione proviene dal documento normativo, non da questo articolo. Se il vostro giunto è critico per la sicurezza o ad alta resistenza, la norma può anche fissare requisiti su tempo di rilassamento, metodo di verifica e documentazione. Confermateli insieme al valore di coppia.

Dove le fonti non concordano

Le fonti di questo insieme non divergono sulla relazione coppia-pretensione né sulle dispersioni dei metodi. L'unico disaccordo che tocca questa decisione riguarda la durata del trattamento termico di rinvenimento dei bulloni ad alta resistenza zincati elettroliticamente, che determina se una fase del processo di rivestimento è sufficiente — non il valore di coppia in sé.

Domande frequenti

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