Bulloni esagonali vs viti a testa cilindrica esagonale incassata: cosa la prove stabiliscono su resistenza, ingombro e costo

La resistenza viene dalla classe di qualità, non dalla testa

Se state scegliendo tra un bullone esagonale e una vite a testa cilindrica perché uno sembra più resistente, le prove non sostengono questa premessa. I valori di resistenza sono pubblicati per la classe stessa, e quelle classi valgono per entrambi i tipi di testa. La classe 12.9 riporta una resistenza minima a trazione di 1220 MPa e un limite di snervamento minimo di 1100 MPa, con durezza 39-44 HRC ⁶. I valori indicativi di limite di snervamento minimo allo 0,2 % si aggirano su 640 MPa per la 8.8, 900 MPa per la 10.9 e 1080 MPa per la 12.9 ⁷. L'ISO 898-1 elenca 800 MPa di resistenza a trazione nominale per le viti in acciaio di classe 8.8 ¹⁷. Nessuna fonte di questo insieme dichiara una differenza legata al tipo di testa nella resistenza minima a trazione o nel carico di prova a pari diametro e classe. La scelta della testa va quindi guidata da ingombro, utensili e costo, non da un divario di resistenza che le prove non mostrano. Specificare la classe di qualità richiesta dal calcolo del giunto e trattare la testa come decisione separata. Se un fornitore sostiene che un tipo di testa sia più resistente a pari diametro e classe, chiedete il rapporto di prova a supporto.

Definire il metodo di serraggio prima del tipo di testa

Il metodo di serraggio determina la precisione di precarico raggiungibile, ed è questa a pilotare i costi di utensili e procedura più della forma della testa. Il controllo a coppia, con chiave dinamometrica sulla coppia prescritta, offre solo ±25-40 % di precisione di precarico ed è adatto a giunti non critici ⁴. Il controllo ad angolo, in base a un angolo di rotazione prescritto, offre ±10-15 % ed è preferibile ai metodi a sola coppia per i giunti critici ⁴. La misurazione dell'allungamento del bullone e i tiranti idraulici eliminano gli effetti di attrito e deformazione da contatto e si usano nelle applicazioni ad alta affidabilità ⁴. Anche rivestimento e condizioni di attrito influenzano il precarico a coppia: la scelta sbagliata del rivestimento può manifestarsi come carico di serraggio incoerente o problemi di accoppiamento della filettatura ²². Sui giunti critici usate una chiave dinamometrica, seguite la specifica di coppia del costruttore e abbinate le classi di bullone e dado ²¹. Le prove non confrontano chiavi a bocca o a tubo con chiavi esagonali o inserti e non riportano tempi di montaggio per elemento; velocità per tipo di utensile e costo di manodopera vanno verificati sulla vostra linea di montaggio, non in confronti tratti dalle fonti.

Decidere se il giunto è abbastanza critico da superare la sola coppia

Il controllo a coppia offre solo ±25-40 % di precisione di precarico: la criticità del giunto decide quindi se accettare quella dispersione o passare a un metodo che misura o controlla qualcosa di diverso dalla coppia ⁴. Esaminate questi punti prima di rilasciare il disegno.

• Il giunto è non critico? Il controllo a coppia con ±25-40 % di precisione è accettabile.
• Il giunto è critico o ad alta affidabilità? Usare controllo ad angolo, misurazione dell'allungamento o pretensione idraulica invece della sola coppia.
• Il giunto richiede la fascia più stretta di ±10-15 %? Il controllo ad angolo la fornisce.
• Bisogna eliminare attrito e deformazione da contatto? La misurazione dell'allungamento o la pretensione idraulica lo fanno.
• Il metodo scelto modificherà utensili e procedura? Passare dalla coppia ad angolo, allungamento o idraulico aumenta la precisione ma cambia entrambi.

Scegliere il rivestimento in base all'ambiente di servizio, non alla testa

La resistenza alla corrosione è determinata dal sistema rivestimento-materiale, non dal tipo di testa. La zincatura elettrolitica standard è adatta ad applicazioni interne, asciutte, leggermente sollecitate e a umidità limitata, ma può non bastare in esterno prolungato o in esposizione molto corrosiva ¹¹. Quando serve di più, le opzioni salgono in protezione e in costo: maggiore resistenza alla corrosione costa in genere di più ³³. Per un elemento in acciaio ad alta resistenza dove il rischio di fragilizzazione è centrale, la zincazione a fiocchi merita seria considerazione ²⁶. Quando il giunto richiede contatto elettrico affidabile o tolleranze di filettatura strette e geometria ridotta, lo zinco-nichel può essere la scelta migliore ²⁶. Lo zinco depositato meccanicamente evita decapaggio acido ed esposizione ad alta temperatura, ma il costo a pezzo è tipicamente superiore alla zincazione a tamburo ad alto volume ²⁰. Le fonti non forniscono indicazioni di corrosione o galvaniche specifiche per la testa cilindrica oltre a questi dati generali sui rivestimenti: applicate quindi la stessa logica di rivestimento a entrambi i tipi di testa e verificate il rivestimento rispetto alla vostra esposizione reale.

Escludere le combinazioni ad alta resistenza con rivestimento dopo decapaggio acido

La suscettibilità alla fragilizzazione da idrogeno aumenta bruscamente oltre circa 1000 MPa di resistenza a trazione, intorno a 32-35 HRC, e gli elementi a quel livello richiedono un rigoroso controllo dell'idrogeno ³¹. La classe 12.9 si colloca a 1220 MPa minimi di trazione e 39-44 HRC, nella fascia di massima suscettibilità; lo stesso ISO 898-1 avverte che gli elementi di classe 12.9 sono suscettibili di corrosione sotto tensione e vanno usati con estrema cautela in ambienti corrosivi ⁶. Questo vincola la scelta del rivestimento sui pezzi 10.9 e 12.9. Lo zinco meccanico evita decapaggio acido ed esposizione ad alta temperatura, quindi non mobilizza idrogeno da lavorazioni precedenti, e il deposito leggermente poroso favorisce persino la fuoriuscita dell'idrogeno residuo ²⁰. La zincazione a fiocchi è l'altra via che evita i rischi di fragilizzazione sui pezzi ad alta resistenza ²⁶. Se il vostro giunto richiede un precarico di livello 10.9 o 12.9, verificate la presenza di decapaggio nel processo prima di approvarlo e chiedete al fornitore quali misure di controllo dell'idrogeno include.

Progettare la fatica al filetto e al raccordo della testa

La fatica da carico ciclico causa circa l'85 % dei guasti di bulloni e viti e tipicamente inizia al primo filetto in presa o al raccordo sotto la testa ³⁰. Sono caratteristiche geometriche comuni agli elementi filettati, e le fonti non forniscono curve di fatica né coefficienti di concentrazione delle tensioni che confrontino bulloni esagonali e teste cilindriche. Non è quindi possibile scegliere il tipo di testa sulla base della fatica con queste prove. Ciò che si può controllare sono le variabili che alimentano la fatica: precarico e rigidezza del giunto. Un precarico insufficiente lascia che il carico variabile esterno superi la forza di serraggio e induca tensione alternata nel fusto; un precarico eccessivo innalza la tensione media e può accorciare la vita a fatica ³⁰. La simulazione in fase di progetto è usata per analizzare la distribuzione del precarico e ridurre la concentrazione delle tensioni nei giunti bullonati ²⁹. Se la fatica è un caso di carico determinante, chiedete al fornitore dati di fatica sullo specifico elemento e condizione di precarico invece di presumere un vantaggio del tipo di testa.

Definire il pacchetto di ispezione perché le dimensioni da sole non facciano passare un pezzo

Un elemento conforme alle norme dimensionali può comunque non soddisfare i requisiti di proprietà meccaniche: i rapporti di ispezione dimensionale, i certificati di prova del materiale e i certificati delle proprietà meccaniche vanno quindi richiesti indipendentemente ²⁸. Inserite questi punti nell'ordine di acquisto.

• Richiedere rapporti di ispezione dimensionale riferiti alla norma specificata.
• Richiedere certificati di prova del materiale.
• Richiedere certificati delle proprietà meccaniche.
• Per bulloni ISO 4014 di classe 10.9, confermare i tre elementi indipendentemente.
• Usare maschiature di controllo passa/non passa calibrate e riferite alla norma corretta per intercettare i problemi di tolleranza della filettatura prima del montaggio.
• Per acquisti di grande volume, richiedere i rapporti di ispezione del primo campione.
• Se il giunto è specificato per A325/A490, non sostituire con bulloni esagonali standard: è una violazione della normativa.

Su cosa differiscono davvero i due tipi di testa e cosa resta irrisolto

L'unico valore specifico del tipo di testa in questo insieme di prove è il contributo alla lunghezza efficace nella rigidezza del giunto: una testa di bullone conta 0,50 volte il diametro del gambo, una testa cilindrica 0,40 volte ⁸. La differenza entra nei calcoli di rigidezza, quindi conta se calcolate allungamento o precarico a partire dalla lunghezza efficace. Tutto il resto che un acquirente confronterebbe normalmente — diametro esterno della testa, svincolo di rotazione dell'utensile, prezzo unitario, manodopera — non è in queste fonti; la tabella seguente separa dunque ciò che è quantificato da ciò che dovete verificare voi stessi.

Domande frequenti

Pagine correlate

• Elementi di fissaggio DIN, ISO, ANSI/ASME e JIS: puoi trattarli come intercambiabili?
• Materiali e design delle viteria per il washdown nelle attrezzature per la lavorazione alimentare: ciò che le fonti stabiliscono e cosa chiedere per iscritto al fornitore
• Viti autofilettanti a deformazione, a taglio e a laminazione: cosa l'evidenza stabilisce in base al materiale di supporto
• Viti a testa cilindrica esagonale incassata vs viti esagonali: resistenza, geometria della testa e cosa indicare nella richiesta di offerta
• Tipi di testa dei bulloni e attacchi d'avvitamento: cosa le fonti possono chiarire prima della specifica