Tecnica del serraggio nei processi produttivi

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Tecnica del serraggio nei processi produttivi

In questo articolo vogliamo approfondire e capire le caratteristiche fondamentali nella tecnica del serraggio. Capire il serraggio ci aiuta ad ottimizzare i processi produttivi e di conseguenza ad ottenere un risparmio economico all’interno della nostra azienda. Iniziamo dal comprendere i termini che utilizzeremo:

Cosa è la coppia nel serraggio

La coppia è la forza di torsione (rotazione) che viene applicata ad una vite per ruotarla. Questa forza genera tensione elastica nella vite e, di conseguenza, precarico nel giunto. Per generare coppia, la vite deve essere allungata così che lavori come una molla.
Senza allungamento elastico la vite non agisce come una molla. La coppia si misura in Nm (sistema SI), Il precarico si misura in N (generalmente kN).

forze che intervengono nell’avvitatura della vite

Perché il precarico nel serraggio è utile?

Il precarico, grazie all’attrito sotto testa della vite, è l’unica forza in grado di opporsi allo svitamento. La maggior parte della coppia applicata alla vite è dissipata per attrito sotto testa e sul filetto. La maggior parte della coppia applicata alla vite è dissipata per attrito sotto testa e sul filetto. L’attrito influenza in modo determinante quanta coppia si trasforma in precarico. Se la coppia è troppo bassa il giunto rischia di svitarsi a causa di vari fattori (carichi pulsanti, vibrazioni…)
Riassumendo… dobbiamo applicare coppia per generare precarico. Già ma… quanta coppia dovremo applicare?
Se la coppia è troppo alta la vite rischia di rompersi.

Influenza dell’Attrito nel serraggio

Gli attriti determinano quanta coppia vada in forza di giunzione (normalmente il 10%)
Cambiamenti negli attriti (es. aggiunta/mancanza rondelle o altri componenti, diversa finitura superficiale, verniciatura…) possono alterare notevolmente la qualità della giunzione!

L’attrito influenza in modo determinante quanta coppia si trasforma in precarico. La maggior parte della coppia applicata alla vite è dissipata
per attrito sotto testa e sul filetto.

Proprietà Meccaniche della Vite

Solo se la vite si comporta come una molla (cioè se ha un buon allungamento elastico) abbiamo la garanzia che il giunto non si sviti.

Quanta coppia dovremo applicare? Se la coppia è troppo bassa il giunto rischia di svitarsi  a causa di vari fattori (carichi pulsanti, vibrazioni…). Se la coppia è troppo alta la vite rischia di rompersi.

Perchè l’avvitatura è così importante e dobbiamo parlare di tecnica del serraggio

L’ 80% delle operazioni di assemblaggio sono operazioni di avvitatura 30% dei problemi  di qualità si riferiscono a non corretti processi di
avvitatura. Il risultato del processo di avvitatura dipende dai processi antecedenti. Valutando la tecnica del serraggio è perciò importante prendere in considerazione i tipi errori e i danni conseguenti:

Tipici errori di assemblaggio, che vanno identificati ed eliminati:

  • Coppia errata
  • Viti dimenticate
  • Filetti danneggiati, verniciati, rifiniti diversamente
  • Viti errate
  • Rondelle e/o componenti mancanti o aggiunti
  • Rilascio anticipato

Tipici danni dovuti ad un’errata avvitatura:

  • Precarico insufficiente
  • Problemi causati dall’attrito
  • Rilassamento della giunzione
  • Perdite dalle guarnizioni
  • Sovraccarico bullone
  • Eccessivo stress
  • Rottura a fatica
  • Rottura della filettatura

Di conseguenza, per ottenere un miglioramento sui processi produttivi basata sull’intervento nelle tecniche del serraggio è necessario:

  • Rimuovere difetti di qualità
  • Evitare errori di assemblaggio
  • Scegliere gli utensili più appropriati
  • Migliorare l’ergonomia
  • Ottenere produttività senza sprechi
  • Eliminare operazioni multiple a livello sia di utensili, sia a livello di valutare i movimenti e spostamenti inutili
  • Massimizzare efficienza energetica

Metodi di serraggio

Esistono vari metodi di serraggio delle viti scelti in base all’applicazione a alle esigenze:

Serraggio con controllo di coppia

Il serraggio viene effettuato ad una coppia Target e vien controllato che la coppia sia nei limiti. Sicuramente un metodo molto veloce che può presentare delle criticità nel momento in cui ci trova di fronte ad allineamenti errati, filetti sporchi o danneggiati.

grafico di serraggi con con controlli di coppia

Controllando solo la coppia il range di serraggio OK è ampio

Serraggio con controllo di coppia e angolo

Il serraggio viene effettuato ad una coppia target e misura l’angolo da una certa coppia. Il risultato dell’angolo è in funzione della rigidità e attrito del giunto. L’angolo al di fuori dei limiti significa che sono presenti problemi nel giunto.

Grafico con serraggio a controllo coppia

Il serraggio è corretto solo quando coppia ed angolo rientrano nei limiti

Questo metodo di serraggio previene diversi errori. Ad esempio:

  • La coppia è corretta, ma l’angolo è troppo stretto = coppia OK, ma nessun precarico indica problemi di allineamento nel giunto. Problemi tipici al riguardo possono essere che la sede non sia completamente filettata (o non è abbastanza profonda), la vite sia bloccata a causa dell’olio residuo in un una sede cieca, c’è sporcizia nel filetto, il filetto è danneggiato. La vite abbia una resistenza molto bassa (serraggio decisamente al di sopra dello snervamento), coefficiente (attrito) inaspettatamente basso.
  • L’angolo è corretto, ma la coppia è troppo bassa = possibile problema nel giunto. La filettatura potrebbe essere difettosa, la vite potrebbe avere una resistenza molto bassa (serraggio decisamente al di sopra dello snervamento), il coefficiente di attrito inaspettatamente basso

Serraggio in coppia con successiva rotazione angolare (coppia + angolo)

L’obiettivo di questo serraggio è quello di andare oltre il limite di snervamento per garantire il massimo precarico. La vite è serrata prima in coppia, e poi ruotata di un dato angolo.

Questa tipologia fornisce una maggior precisione nella determinazione del precarico perchè la rotazione di un angolo target determina un allungamento noto della vite. Il risultato della coppia è in funzione della rigidità e dell’attrito del giunto. Coppia al di fuori dei limiti si ha quando si hanno problemi nel giunto.

Una notevole dispersione sull’angolo comporta una lieve variazione di coppia (precarico). E’ opportuno che la vite garantisca un’elevata deformazione plastica: il serraggio deve avere un ampio margine prima del limite di rottura.

serraggio coppia con successiva rotazione angolare

La vite è serrata prima in coppia, e poi ruotata di un dato angolo

Serraggio al limite elastico

Il serraggio al limite di snervamento si ha quando la vite è serrata finchè viene raggiunto il suo limite elastico. Questo metodo viene utilizzato quando dalla vite si desidera ottenere il massimo precarico possibile. Per essere effettuato vengono richiesti avvitatori e giunti di alta qualità
Il risultato della coppia e dell’angolo sono in funzione della rigidità e attrito del giunto. 
Serraggio al limite elastico

Questo metodo è utilizzato quanto la vite deve raggiungere il massimo precarico

Tecnica di serraggio corretta

In conclusione per migliorare e velocizzare i processi produttivi è necessario tenere in considerazione dei fattori sopra elencati per determinare una tecnica di serraggio corretta.

Scegliendo uno o l’altro metodo di serraggio è possibile identificare strategie per raggiungere il precarico corretto ed intercettare i giunti difettosi.

Scegliendo utensili adeguati è possibile controllare la precisione ed il processo di serraggio monitorando i seguenti fattori:

  • Conteggio lotto: per non dimenticare di avvitare una vite
  • Controllo di posizione: per assicurare che tutti i giunti siano avvitati con il programma corretto.
  • Guida operatore: per aiutare l’operatore nel processo di serraggio

Tutte queste operazioni implicano che il controllo della qualità ed il collaudo diventi un’operazione dello stesso processo produttivo. Si può in sostanza intervenire in maniera importante sui BPI (business process improvement).