Le filettature delle viti sono un componente fondamentale di diversi elettrodomestici e macchinari industriali. La loro produzione è il risultato di a processo di lavorazione di precisionedove un filo viene impresso utilizzando una coppia di filiere fisse e rotanti.
Tuttavia, prima che inizi la produzione vera e propria, la vite segue un processo di progettazione critico. Questo articolo svela tutti gli aspetti della progettazione della filettatura della vite, dal profilo della filettatura e dalla selezione del materiale all’analisi delle sollecitazioni e alla produzione.
Selezione del profilo della filettatura
Il passo iniziale della progettazione della filettatura della macchina è la selezione di un profilo, ovvero la forma della sezione trasversale della filettatura. Per applicazioni diverse, avrai bisogno di profili di filettatura diversi. In genere, le filettature delle viti della macchina sono progettate in tre forme, a V, quadrata e ACME.
Fili a forma di V sono quelli comuni, usati per scopi generali. Questi thread aderiscono allo standard ISO e Unified Thread Standard (UTS). La loro forma a V simmetrica li rende ideali per applicazioni di fissaggio poiché forniscono un’elevata forza di attrito. Questo design garantisce anche una presa salda, fondamentale per connessioni robuste.
Filettatura a forma di V – Fonte: Shigley’s Mechanical Engineering Design
Fili quadrati si riconoscono dal profilo squadrato. Questo design offre il minimo attrito, il che li rende ideali per applicazioni con carichi elevati e trasmissione di potenza. Vedrai tali filettature nelle presse, nei martinetti e nei dispositivi di bloccaggio. Tuttavia, i fili quadrati presentano delle sfide. Sono difficili da lavorare perché gli utensili utilizzati non possono avere angoli di spoglia e spoglia ottimali. Inoltre, non possono sopportare lo stesso carico delle filettature trapezoidali a causa della loro radice più piccola.
Profilo con filettatura quadrata – Fonte: Sarthaks eConnect
Discussioni dell’acme furono introdotti alla fine del 1800 come versione migliore dei fili quadrati. Le filettature quadrate erano adatte per applicazioni di potenza ma presentavano vulnerabilità strutturali a causa dei loro angoli acuti. Le filettature Acme hanno un angolo di filettatura di 29 gradi, che fornisce un profilo più robusto rispetto alle tradizionali filettature a V e quadrate.
Il design li rende adatti per applicazioni in cui è richiesta la trasmissione di coppia o potenza. Ad esempio, nei torni, nelle presse o nelle fresatrici. Eccellono negli ambienti sporchi, grazie al design e allo spessore ingegnerizzati
Filo dell’acme. Fonte: gradi dei materiali
I thread acme sono prevalenti negli Stati Uniti. Mentre in Europa esiste una versione aggiornata, con un angolo di 30 gradi, chiamata filettatura trapezoidale, nota per avere capacità di carico superiori.
Tolleranze e adattamento della filettatura
Dopo la selezione del profilo, la tolleranza è ciò che rende la vite compatibile per l’accoppiamento. Garantisce il perfetto allineamento e vincolo dei componenti della macchina. Un progetto completamente funzionale definisce anche la tolleranza, ovvero la deviazione dalle dimensioni specificate.
Poiché il processo di produzione non è preciso al 100%, c’è sempre la possibilità che la filettatura progettata si discosti leggermente dalle sue dimensioni. Il produttore specifica questa tolleranza sulla filettatura. La progettazione teorica tiene conto anche del fattore di tolleranza per garantire che tutto si adatti perfettamente nonostante le leggere variazioni.
Se hai provato a leggere la filettatura di una vite di macchina (standard ISO), su di essa è scritto qualcosa come M12 x 1 – 5g6g. Qui, 12 mm è il diametro nominale, 1 mm è il passo e 5 g6 g è la tolleranza.
Se lo scomponiamo ulteriormente, il valore numerico (in 5g) è il grado di tolleranza. Più basso è il numero, più stretta è la tolleranza. Ad esempio, il grado 6 indica una qualità di tolleranza media. È adatto per lunghezze di impegno della filettatura standard. Gradi inferiori come 4 o 5 indicano tolleranze fini per impegni di filettatura corti, mentre gradi più alti come 7 o 8 indicano tolleranze più grossolane per impegni più lunghi.
Le lettere indicano il posizione di tolleranza. h sta per deviazione zero e g sta per deviazione positiva. Una deviazione positiva significa che la dimensione dell’elemento filettato sarà maggiore della dimensione base, mentre una deviazione negativa indica che sarà più piccola.
Considerazioni sul materiale della filettatura
Il materiale è sempre un fattore primario nella progettazione della filettatura della vite della macchina. Perché dopo tutto è il materiale le cui proprietà intrinseche rifletteranno e determineranno l’uso delle viti.
La selezione del materiale è influenzata da molteplici fattori come la durezza del materiale, ovvero la resistenza della vite allo sfilamento nel tempo. Ad esempio, l’acciaio è uno dei materiali più duri e una scelta comune per la produzione di viti per macchine.
Un’altra proprietà è la dilatazione termica. Determina il modo in cui un materiale si espande e si contrae con i cambiamenti di temperatura. Quando si sceglie il materiale, è necessario assicurarsi che la vite e i suoi componenti accoppiati abbiano coefficienti di dilatazione in qualche modo simili. Ad esempio, l’alluminio ha un coefficiente di dilatazione termica più elevato rispetto all’acciaio. Se una vite in alluminio viene utilizzata con un componente in acciaio e viene sottoposta a variazioni di temperatura, potrebbero verificarsi problemi di adattamento e stabilità nel tempo.
La corrosione è un processo naturale e il materiale decade in un ambiente corrosivo. Hai bisogno di materiali che abbiano un’elevata resistenza alla corrosione. Per le aree costiere o le applicazioni in cui l’esposizione all’acqua è inevitabile, il rame è una scelta grazie alla sua eccezionale resistenza alla corrosione. Inoltre, viene utilizzato anche come rivestimento su altre viti insieme allo zinco (un altro ottimo materiale di rivestimento per viti).
Oltre all’acciaio e al rame, anche l’alluminio e il titanio sono buoni candidati per le viti a macchina. L’alluminio potrebbe non essere duro come l’acciaio, ma è leggero, il che lo rende ottimo per le applicazioni aerospaziali. Il titanio è una combinazione di leggerezza ed elevata resistenza, ma è un’opzione costosa.
Analisi delle sollecitazioni del filo
L’analisi dello stress è l’ultimo chiodo nella bara. Consideralo come un punto di controllo, che supera o fallisce il tuo progetto teorico e il tuo materiale. Una volta era un lavoro duro; è stato necessario disegnare su carta tutte le sollecitazioni e le deformazioni meccaniche (trazione, compressione, taglio). Quindi calcolare il cedimento della vite, in base agli standard e alle equazioni di progettazione delle viti. Tuttavia, con l’evoluzione tecnologica, sono emerse numerose soluzioni software.
Con molteplici strumenti di analisi dello stress computazionale (come ANSYS, CATIA e SolidWorks), puoi verificare la fattibilità del tuo progetto; e come si comporterà in ambienti fisici. È possibile configurare i materiali, le condizioni operative e i carichi che una vite della macchina sopporterebbe idealmente durante il suo funzionamento. Tutto questo può essere simulato e si possono ottenere risultati precisi in pochi minuti.
Conclusione
Dopo queste attente fasi di progettazione, dalla scelta del profilo della filettatura all’analisi delle sollecitazioni, segue la fase fisica, la produzione. Normalmente, per realizzare la testa della vite viene eseguito un processo di stampaggio a freddo, quindi la vite passa attraverso matrici a rulli, una fissa e un’altra rotante. Ci stampano dei fili. Il processo è completamente automatizzato con grandi macchine a vite che producono centinaia di viti filettate in pochi minuti.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
