Il mondo della bulloneria rappresenta una colonna portante dell'ingegneria moderna. Il termine bulloneria descrive una vasta gamma di prodotti che possono essere distinti per finalità, dimensioni, materiale, trattamenti a cui sono sottoposti, caratteristiche tecniche e qualità. In linea generale, la parola bulloneria comprende tutti quegli elementi prodotti con lo scopo di unire più componenti tra loro. Si tratta dunque di viti, dadi e rondelle, elementi di fissaggio che possono essere caratterizzati da una filettatura.
Data la varietà di componenti che rientrano nel mondo della bulloneria, si è resa necessaria una catalogazione anche mediante le diverse normative sui bulloni. A cavallo tra la fine dell’800 e gli inizi del 900, il quadro normativo si è sviluppato a livello internazionale con la nascita dei primi enti di normazione in America (AISI e ANSI). Nella scelta degli elementi giusti, la conoscenza delle caratteristiche, tipologie, differenze e dimensione è fondamentale.
Definizione e anatomia del bullone a testa esagonale
Come anticipato nei paragrafi precedenti, il termine bullone identifica l’accoppiata di una vite e di un dado. In linea più generale potremmo parlare di un bullone come di un elemento di giunzione che unisce due parti meccaniche ed è formato da un elemento maschio (la vite) ed un elemento femmina (il dado).
I bulloni a testa esagonale sono un tipo di bullone filettato, caratterizzato dalla testa a forma esagonale a sei lati. Sono disponibili in un'ampia scelta di tipi, dimensioni, materiali e finiture, offrendo la libertà e la flessibilità di selezionare il bullone più adatto al vostro particolare compito o applicazione. La testa è la parte dei bulloni caratterizzata dal diametro maggiore e la sua forma è pensata per collimare con i corrispondenti strumenti di serraggio. Questa tipologia di testa ha una superfice superiore piatta, sei facce laterali piatte e una superfice di contatto anch’essa piatta.
La filettatura di un bullone a testa esagonale, nota anche come filettatura, è la struttura elicoidale che comprende il corpo principale del bullone. Utilizza la forza di rotazione per spingere il bullone saldamente e saldamente in posizione, contribuendo a fornire un'entrata e un'uscita più facili nel materiale fornendo allo stesso tempo una maggiore presa.
Tipologie di serraggio: il ruolo delle chiavi esagonali
Le chiavi utilizzate nel settore della tecnica servono a stringere e allentare viti, dadi e bulloni. La chiave esagonale, nello specifico, ha il compito di serrare viti, bulloni e dadi la cui testa ha la forma di un esagono. Sono disponibili varie tipologie di chiavi esagonali. Alcune sono classificate tra le chiavi di serraggio specifiche, poiché si utilizzano per viti e bulloni a impronta speciale (compresa la forma esagonale) e, in alcuni casi, per raggiungere dispositivi di serraggio di difficile accesso.
Altre versioni sono, invece, catalogate tra le chiavi fisse, perché possono serrare elementi di fissaggio di una sola dimensione (per esempio, chiave esagonale 12 mm). Seppur vero che con una chiave esagonale puoi svitare o avvitare ogni dispositivo di serraggio che ha una testa a forma esagonale, ciò non significa che siano tutte uguali. Esistono chiavi di varia forma, utilizzate per scopi molto differenti tra loro.
Il caso della chiave a brugola
Un tipo particolare di chiave esagonale è conosciuta come chiave a brugola. Questa chiave prende il nome dell’italiano Egidio Brugola, che nel 1945 brevettò la vite a brugola. Una vite che si presenta a testa cava esagonale e con il gambo a torciglione. Dire chiave a brugola, quindi, sta a indicare una chiave capace di serrare una vite a brugola. Tuttavia, il primo a brevettare la chiave fu William G. Allen (brevetto 960244 Stati Uniti).
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Classificazione tecnica e standard internazionali
L’insieme di una vite e di un dado deve seguire determinati schemi di classificazione al fine di essere in linea con le normative nazionali ed internazionali. L’appartenenza ad una di queste due categorie è descritta mediante un codice numerico di due cifre, diviso da un punto. Ad esempio i codici 4.6, 4.8 e 5.6 indicano elementi di bassa resistenza; il codice 6.8 indica una media resistenza ed i codici 8.8, 10.9 e 12.9 indicano elementi ad alta resistenza.
Esistono standard internazionali di riferimento per i bulloni a testa esagonale:
- DIN 931 (bulloni a testa esagonale parzialmente filettati) e DIN 933 (interamente filettati) per filettatura metrica ISO a passo grosso.
- DIN 960 (parzialmente filettati) e DIN 961 (interamente filettati) per filettatura metrica ISO a passo fine.
- Norme ISO 4014/4017 e ASME B18.2.1 per la compatibilità e la sicurezza globale.
Varianti dei bulloni: filettatura e geometria
In commercio è possibile trovare bulloni filettati e bulloni parzialmente filettati. Sui primi, la tensione di serraggio si estende lungo la loro intera lunghezza con una maggiore pressione sulla testa dove, appunto, l’elemento viene a contatto con il materiale che deve essere serrato. I secondi invece, sono adatti a progetti che richiedono un’ulteriore forza di bloccaggio per le parti metalliche.
Il segmento non filettato, definito anche lunghezza di presa, non contiene punti deboli che potrebbero indurre la rottura o la piegatura del bullone. Dato che sono necessarie delle forze enormi per spezzare i bulloni parzialmente filettati, essi sono adatti per progetti che richiedono un’ulteriore forza per bloccare le parti metalliche in posizione.
Esistono inoltre varianti specializzate:
- Bulloni a testa esagonale: tipologia più utilizzata sia in ambito delle costruzioni che delle riparazioni.
- Bulloni esagonali con flangia: presentano la flangia al di sotto della testa, eliminando la necessità della rondella. Sono molto utili quando è necessario compensare i fori disallineati.
- Bulloni a testa tonda con quadro sottotesta: utilizzati prevalentemente per lavori di falegnameria.
- Bulloni esagonali larghi per carpenteria: progettati specificamente per connessioni strutturali in acciaio.
Processi produttivi della bulloneria
Eccezione fatta per alcuni casi più specifici, i bulloni sono solitamente sottoposti ai tre principali trattamenti tecnologici. Il primo metodo di produzione è l’asportazione di truciolo. Utilizzato fin dall’antichità, si tratta dell’utilizzo di un utensile duro e tagliente che asporta un pezzo pieno di materiale per ottenerne la forma voluta. A volte però, proprio al fine di raggiungere una sempre maggiore accuratezza e finitura del prodotto, si rendono necessari dei trattamenti termici perché il taglio netto eseguito può ridurre le caratteristiche meccaniche del pezzo.
Il secondo metodo è la deformazione plastica a freddo. Lo stampaggio a freddo è un processo produttivo ad alta velocità fondato su una serie di passaggi automatici e standardizzati. Il filo metallico viene tagliato a misura precisa per poi essere spostato con delle pinze mobili in una serie di stampi in successione. Il terzo sistema è la deformazione plastica a caldo, una tecnica usata per realizzare prodotti di dimensioni e diametri maggiori.
Viti a testa esagonale incassata
Le viti a testa esagonale incassata sono bulloni con fori a forma esagonale nelle teste. Poiché vengono serrati inserendo una chiave esagonale nella presa esagonale e applicando forza su tutti i lati, hanno meno probabilità di allentarsi e possono essere serrati con elevata forza. Utilizzando viti a testa cilindrica con esagono incassato e chiavi esagonali è possibile lavorare in spazi ristretti e serrare con elevata resistenza. Vengono utilizzati in un'ampia gamma di contesti, tra cui attrezzature, macchinari e così via.
Considerazioni su materiali e resistenza strutturale
La selezione del tipo, grado e materiale corretti influisce sulla sicurezza e affidabilità. I bulloni ASTM A325 sono realizzati in acciaio a medio tenore di carbonio e vengono utilizzati in ponti e edifici. I bulloni ASTM A490, realizzati in acciaio legato, offrono una resistenza superiore per costruzioni pesanti. I bulloni ASTM A193 B7 resistono ad alte temperature e pressioni, rendendoli adatti per le industrie petrolchimiche e di generazione di energia.
La resistenza allo snervamento indica il carico al quale un bullone si deforma permanentemente, mentre la resistenza alla trazione definisce il carico massimo che un bullone può sopportare prima di rompersi. L'acciaio inossidabile rimane la scelta preferita per ambienti dove la resistenza alla corrosione è critica: il grado 304 offre una buona protezione generale, mentre il grado 316, contenente molibdeno, aumenta la resistenza a sostanze chimiche aggressive e acqua salata.
Differenze tra viti a testa esagonale e bulloni pesanti
Gli ingegneri spesso confrontano bulloni esagonali e viti a testa esagonale. La differenza principale risiede nei loro requisiti di tolleranza secondo ASME B18.2.1. Le viti a testa esagonale presentano tolleranze più strette, che le rendono ideali per applicazioni che richiedono un allineamento preciso.
I bulloni esagonali pesanti, come l'A325 Tipo 1, presentano una testa più grande e una superficie di appoggio aumentata. Questo design consente una forza di serraggio superiore e un controllo della coppia migliorato. I bulloni a testa esagonale pesante offrono prestazioni affidabili nelle connessioni strutturali, inclusi colonne e travi in acciaio, laddove le viti standard sono più adatte all'assemblaggio di macchinari generali.
Tecniche di installazione e corretta manutenzione
L’installazione e la manutenzione corretta dei bulloni esagonali dipendono dal seguire i valori di coppia consigliati e le pratiche anti-blocco. I tecnici dovrebbero applicare composti anti-blocco per prevenire l'incollamento e facilitare l'installazione. Gli ingegneri prevengono questi problemi selezionando materiali adeguati, mantenendo un precarico costante e applicando rivestimenti resistenti alla corrosione.
Per le viti a testa esagonale, riportare l'attrezzatura alle specifiche di coppia dopo i periodi di manutenzione garantisce la sicurezza operativa. Per i bulloni esagonali pesanti in strutture esposte, controlli regolari per corrosione, allentamento o fatica aiutano a prevenire guasti. In definitiva, la comprensione dei requisiti di installazione e l'adesione alle migliori pratiche garantiscono che le caratteristiche intrinseche dei componenti vengano sfruttate, traducendosi in assemblaggi sicuri, efficienti e durevoli.
