Risposta rapida: Le filettature interne sono realizzate all’interno di un foro (fori filettati, raccordi filettati, dadi, inserti) e trasmettono il carico di taglio lungo i fianchi della filettatura. Le filettature esterne sono realizzate sulla superficie esterna di un albero o di un elemento di fissaggio (bulloni, viti, perni) e trasmettono il carico di trazione attraverso la sezione trasversale solida. Le filettature esterne sono generalmente più resistenti per unità di sezione trasversale poiché il percorso del carico attraversa il materiale solido anziché dipendere dalla resistenza al taglio del materiale di base circostante. Le filettature interne diventano l’anello debole nei materiali teneri: una filettatura M6 in alluminio con un inserimento di soli 6 mm (1× diametro) sopporta circa il 60% del carico della stessa filettatura con un inserimento di 12 mm, e molto meno di un bullone M6 di grado 8.8 sottoposto a trazione. I parametri di progettazione critici sono la lunghezza di innesto della filettatura (minimo 1× il diametro in acciaio su acciaio, 1,5–2× il diametro in alluminio), la resistenza al taglio del materiale di base per le filettature interne e la classe del dispositivo di fissaggio per le filettature esterne.
La differenza ingegneristica: trasferimento del carico e modalità di cedimento
La differenza funzionale tra filettature interne ed esterne non sta nella loro posizione, bensì nel modo in cui trasmettono la forza e nel modo in cui si rompono.
Filettatura esterna (bullone, vite, perno): Il carico di trazione applicato viene trasmesso attraverso l’area della sezione trasversale solida della sezione di sollecitazione dell’elemento di fissaggio. Un bullone M10 di classe 8.8 ha un’area di sollecitazione di circa 58 mm² e un carico di prova di circa 36.500 N (36,5 kN). Il percorso del carico è continuo attraverso il materiale solido. Quando una filettatura esterna cede, o subisce snervamento (si allunga sotto un carico di trazione eccessivo) oppure si frattura: si tratta di un cedimento prevedibile, spesso visibile, che può essere preso in considerazione in fase di progettazione.
Filettatura interna (foro filettato, dado): Il carico viene trasferito attraverso l’area di taglio dei fianchi della filettatura — la superficie di contatto tra la filettatura interna ed esterna. Per un foro filettato in alluminio 6061, la resistenza al taglio del materiale (~207 MPa) limita la quantità di carico che può essere sopportata prima che i fianchi della filettatura si strappino. La modalità di cedimento è lo strappo della filettatura: il materiale si stacca dal foro e l’elemento di fissaggio si estrae. Lo strappo è spesso improvviso e richiede una riparazione complessa (rifilettatura con filettatura sovradimensionata, installazione di un inserto filettato o rottamazione del pezzo).
Le implicazioni dal punto di vista del design: In qualsiasi giunto in cui la filettatura interna sia realizzata in un materiale diverso — solitamente più morbido — rispetto a quello dell'elemento di fissaggio esterno, la filettatura interna rappresenta quasi sempre l'elemento più debole. La progettazione volta a prevenire lo sfaldamento della filettatura interna (lunghezza di innesto adeguata, scelta dei materiali, inserti filettati ove necessario) costituisce il compito ingegneristico principale nella progettazione dei giunti filettati.
Lunghezza di innesto della filettatura: la variabile più critica
La lunghezza di ingranamento della filettatura — ovvero la lunghezza assiale lungo la quale le filettature interna ed esterna sono a contatto — è il parametro più importante che determina la resistenza della filettatura interna. Essa influisce sulle filettature interne in misura molto maggiore rispetto a quelle esterne, poiché la capacità di carico della filettatura interna varia direttamente in funzione dell’area di contatto (che a sua volta varia in funzione della lunghezza di innesto), mentre la capacità della filettatura esterna è determinata dall’area di sollecitazione dell’elemento di fissaggio.
Durata minima consigliata dell'innesto in base al materiale:
| Materiale di base | Impegno minimo (multipli del diametro) | Motivo |
|---|---|---|
| Acciaio (resistenza alla trazione ≥400 MPa) | 1,0–1,2 volte il diametro nominale | Resistenza al taglio dell'acciaio sufficiente |
| Acciaio inossidabile | 1,0× il diametro nominale | Adeguata resistenza al taglio |
| Leghe di alluminio | 1,5–2,0 volte il diametro nominale | Minore resistenza al taglio, rischio di distacco |
| Alluminio pressofuso | 2,0–2,5 volte il diametro nominale | Porosità e minore resistenza del materiale |
| Materie plastiche per l'ingegneria | 2,5–3,0× il diametro nominale | Resistenza al taglio molto bassa |
| Leghe di magnesio | 2,0–2,5 volte il diametro nominale | Morbido, friabile sotto sforzo di taglio |
Esempio pratico: Una filettatura M8 (diametro nominale 8 mm) in alluminio 6061-T6 richiede un innesto minimo di circa 12–16 mm (1,5–2× 8 mm). Se lo spessore della parete consente solo 8 mm di innesto (1×), la filettatura interna si danneggerà prima che il bullone ceda. L'aggiunta di un inserto filettato in acciaio (HeliCoil o Keensert) ripristina la resistenza al taglio effettiva a livelli pari a quelli dell'acciaio, consentendo di ridurre proporzionalmente la profondità di innesto.
La regola di progettazione per l'affidabilità dei giunti: In un giunto progettato correttamente, il bullone dovrebbe cedere prima che la filettatura interna si danneggi. Ciò garantisce che il guasto sia imputabile al dispositivo di fissaggio esterno, sostituibile e ispezionabile, piuttosto che al componente principale.
Quando utilizzare le filettature interne
Le filettature interne (fori filettati, raccordi filettati) sono da preferire quando il progetto presenta uno o più dei seguenti requisiti:
Accesso all'assemblaggio da un solo lato
Quando un componente presenta una faccia chiusa o inaccessibile — involucri elettronici, alloggiamenti sigillati, cavità strutturali chiuse — non è possibile posizionare un dado sul lato posteriore. I fori filettati presenti nel pezzo consentono di installare le viti esclusivamente dalla faccia accessibile. Questo è il motivo più comune per cui si specificano filettature interne nei pezzi lavorati.
Assemblaggio compatto senza elementi di fissaggio sporgenti
Le filettature interne consentono di eliminare gli elementi di fissaggio esterni dal profilo dell’assemblaggio. Un involucro lavorato secondo lo standard CNC, dotato di fori filettati interni M3, consente di inserire direttamente le viti di montaggio della scheda, senza che i dadi aumentino lo spessore né le teste dei bulloni esterne ingombrino il profilo. Si tratta di una soluzione standard nell’elettronica di consumo, nei dispositivi medici, negli alloggiamenti per il controllo industriale e in qualsiasi applicazione in cui lo spazio disponibile per gli elementi di fissaggio esterni costituisca un vincolo.
Tenuta delle porte per fluidi
Nei collettori idraulici, nei corpi valvola pneumatici, nei componenti dei sistemi di alimentazione e nella strumentazione, le porte con filettatura interna costituiscono l’interfaccia standard per i collegamenti dei fluidi. La filettatura interna definisce e protegge la geometria di tenuta — la superficie della porta e il foro filettato — mentre il raccordo con filettatura esterna si innesta e si comprime al suo interno.
Per la tenuta, filettature interne abbinate a metodi di tenuta adeguati:
- Filettature coniche (NPT, BSPT): Sotto l'azione della coppia, la filettatura esterna si incastra in quella interna, creando una tenuta a interferenza lungo i fianchi della filettatura. Generalmente si utilizza in combinazione con nastro in PTFE o sigillante liquido. Se serrato eccessivamente, sussiste il rischio di fessurazioni nell'alluminio.
- Filettature diritte con tenuta frontale (sperone per O-ring): La filettatura fornisce esclusivamente la forza di serraggio; la tenuta si ottiene comprimendo un O-ring contro una superficie lavorata. È più affidabile delle filettature coniche nelle applicazioni ad alta pressione, poiché la tenuta è indipendente dalla coppia di serraggio.
Protezione del filetto
Le filettature interne sono protette dal materiale circostante: sono meno soggette a danni causati dalla manipolazione, dagli urti o dalla contaminazione ambientale rispetto alle filettature esterne esposte su alberi e raccordi. Nel caso di raccordi per il settore aerospaziale, porte per strumentazione di precisione e interfacce soggette a frequenti accoppiamenti, la protezione della geometria della filettatura dai danni fisici migliora l'affidabilità a lungo termine.
Quando utilizzare le filettature esterne
Le filettature esterne (bulloni, perni, alberi filettati) sono da preferire quando l'applicazione presenta una o più delle seguenti caratteristiche:
Elevata capacità di carico
Le filettature esterne dei dispositivi di fissaggio di alta qualità (Grado 8.8, 10.9, 12.9 metrico; Grado 5, 8 SAE; A2-70, A4-80 in acciaio inossidabile) offrono una capacità di trazione ben definita che può essere specificata con precisione dalle tabelle delle norme. Un bullone M12 di grado 10.9 ha un carico di prova di circa 69.800 N: un singolo bullone offre una notevole capacità strutturale che una filettatura interna in un tipico componente strutturale non può eguagliare senza un innesto molto lungo o un rinforzo.
La resistenza alla trazione di un elemento di fissaggio esterno è determinata dall’area di sollecitazione della sezione trasversale dell’elemento stesso e dalle proprietà del materiale — entrambe standardizzate e sottoposte a controlli di qualità nel processo di produzione dell’elemento di fissaggio. Il bullone cede prima della filettatura se il giunto è progettato con un innesto adeguato.
Funzionalità e sostituibilità
Quando il collegamento deve essere montato e smontato ripetutamente — coperchi di ispezione del riduttore, flange delle pompe, protezioni delle macchine, pannelli di ispezione — l’usura causata dalle ripetute operazioni di avvitamento e svitamento dovrebbe verificarsi sul dispositivo di fissaggio esterno (l’elemento sostituibile), non sui fori filettati della struttura principale (l’elemento costoso e difficile da riparare).
Se la filettatura di un bullone esterno è danneggiata, la sostituzione del bullone consente di ripristinare il giunto con una spesa minima. Se la filettatura interna di un blocco motore, dell’alloggiamento del cambio o di un elemento saldato del telaio è danneggiata, le opzioni di riparazione sono: rifilettare con un diametro maggiorato (che richiede elementi di fissaggio corrispondenti di dimensioni maggiori), installare un inserto filettato (HeliCoil) oppure rottamare il componente.
Efficienza nella produzione su larga scala
Le filettature esterne degli elementi di fissaggio (bulloni, viti, perni) vengono realizzate mediante rullatura della filettatura — un processo di formatura che produce filettature molto più rapidamente rispetto al taglio e, al contempo, migliora la resistenza alla fatica introducendo una tensione residua di compressione alla base della filettatura. La rullatura della filettatura consente di produrre bulloni M6 a una velocità di centinaia al minuto su macchinari specializzati. Per la produzione in serie di elementi di fissaggio, la rullatura non ha praticamente rivali.
Le filettature esterne sui pezzi torniti (alberi, raccordi, barre filettate) vengono realizzate mediante tornitura CNC in un’unica operazione insieme al resto della geometria del pezzo, senza necessità di operazioni secondarie. Il processo è affidabile, veloce e non comporta il rischio di rottura dell’utensile tipico della filettatura interna.
Lavorabilità: perché la filettatura interna è un’operazione ad alto rischio
La filettatura interna rappresenta sempre l’operazione più rischiosa nella produzione di pezzi lavorati con la tecnologia CNC, in particolare su diametri ridotti e in fori profondi.
Filettatura (filettatura interna standard)
Un maschio è un utensile temprato che taglia contemporaneamente tutti i fianchi della filettatura in un unico passaggio all’interno del foro. La geometria è compatta, le forze di taglio sono elevate rispetto alla sezione trasversale dell’utensile e l’evacuazione dei trucioli dipende dalla geometria della scanalatura e dalle condizioni di taglio all’interno di uno spazio ristretto.
Fattori di rischio che aumentano la probabilità di rottura dei rubinetti:
- Diametro ridotto (M2–M6): la sezione trasversale del maschio è piccola rispetto alle forze di taglio; nella produzione, senza un attento controllo dei parametri, si verificano spesso rotture del maschio
- Profondità superiore a 2–3 volte il diametro nominale: l’accumulo di trucioli nel foro fa aumentare rapidamente la coppia sul maschio; i fori ciechi sono più soggetti a rottura rispetto ai fori passanti, poiché i trucioli non possono fuoriuscire
- Materiale duro o a durezza variabile: inclusioni, punti duri o superfici incrudite causano picchi improvvisi di forza che provocano la rottura del maschio
- Disallineamento: un maschio che entra nel foro anche solo leggermente fuori asse si incastra contro i fianchi della filettatura, aumentando rapidamente la coppia
Conseguenze della rottura del rubinetto: I maschi sono realizzati in acciaio rapido (HSS) o in carburo, entrambi significativamente più duri dei materiali dei pezzi che tagliano. La rimozione di un maschio rotto da un foro richiede l’estrazione EDM (elettroerosione del maschio rotto), che è costosa, richiede molto tempo e non sempre ha esito positivo. I pezzi con maschi rotti in punti critici dei fori vengono spesso scartati.
Fresatura filettata (CNC, alternativa alla maschiatura)
La fresatura di filettature utilizza un utensile simile a una fresa a testa cilindrica a più taglienti che segue un percorso elicoidale all'interno del diametro del foro, asportando un passo di filettatura per ogni giro del percorso elicoidale. Vantaggi della fresatura di filettature:
- Un unico utensile consente di realizzare filettature di qualsiasi diametro compreso nell'intervallo di diametro della fresa (una sola fresa per filettature di diverse dimensioni)
- Se l'utensile si rompe o si devia, il pezzo è solitamente recuperabile (è possibile ritirare l'utensile e riprovare l'operazione)
- Funziona praticamente su qualsiasi materiale senza il rischio di rottura della punta associato ai materiali incruditi o a durezza variabile
- L'evacuazione dei trucioli è migliore rispetto alla maschiatura, poiché l'utensile è più piccolo del foro e i trucioli hanno spazio per fuoriuscire
Svantaggi della fresatura di filetti: tempi di ciclo più lunghi per ogni filetto (3–5 volte rispetto alla maschiatura) e limitazione ai centri di lavoro CNC (non applicabile alla lavorazione manuale o a semplici operazioni di filettatura).
La raccomandazione tecnica: Per filettature di tipo M6 e superiori nella maggior parte dei materiali, è possibile ricorrere sia alla maschiatura con parametri di ciclo adeguati sia alla fresatura della filettatura. Per filettature di tipo M3 e inferiori, o per qualsiasi filettatura in materiali difficili (acciaio temprato, acciaio inossidabile, titanio), la fresatura della filettatura riduce significativamente il rischio di scartare il pezzo.
Filettatura esterna
Le filettature esterne sui componenti torniti con il metodo CNC vengono realizzate mediante inserti di filettatura su un tornio CNC: l’utensile agisce sul pezzo in rotazione in più passaggi, avanzando di un passo per ogni giro. Si tratta di un’operazione a cielo aperto, l’evacuazione dei trucioli non è ostacolata e l’utensile è notevolmente più robusto di un maschio. Gli scarti dei componenti torniti dovuti alla filettatura sono rari rispetto a quelli dei fori filettati.
Modalità di guasto delle filettature e misure di prevenzione
| Modalità di guasto | Tipo di filetto interessato | Causa principale | Prevenzione ingegneristica |
|---|---|---|---|
| Sverniciatura | Interno | Lunghezza di innesto insufficiente; materiale di base troppo morbido; coppia eccessiva | Aumentare il serraggio di 1,5–2 volte per l’alluminio; aggiungere un inserto filettato; specificare la coppia di serraggio |
| Rottura del rubinetto | Interno (lavorazione meccanica) | Confezionamento dei chip; diametro ridotto; foro profondo | Fresatura a filetto per fori piccoli/profondi; corretto flusso del refrigerante e deflusso dei trucioli; maschiatura a colpi |
| Incrocio dei filetti | Entrambi | Disallineamento dell'assemblaggio; smussatura insufficiente | Smussatura di avvio sulla filettatura di accoppiamento; velocità di assemblaggio controllata |
| Irritazione | Esterno (acciaio inossidabile) | Attrito adesivo tra leghe simili | Lubrificante anti-grippaggio; accoppiamento di materiali dissimili |
| Frattura da fatica | Esterno | Carico ciclico; forma del filetto non corretta | Scelta della classe di resistenza; precarico corretto; filettature rullate |
| Fili logori | Esterno (servizio) | Cicli di assemblaggio ripetuti | Sostituzione periodica; prodotti frenafiletti |
Prevenzione della strappatura delle filettature nell'alluminio
L'alluminio 6061-T6 presenta una resistenza al taglio di circa 207 MPa, rispetto ai 340+ MPa dell'acciaio a basso tenore di carbonio. Ciò significa che una filettatura M8 in alluminio sopporta circa il 60% del carico di taglio che la stessa geometria di filettatura sopporterebbe nell’acciaio, a parità di lunghezza di innesto. Soluzioni:
- Aumentare la durata dell'interazione da 1,5 a 2 volte il diametro nominale per l’alluminio (il doppio rispetto alla linea guida tipica per l’accoppiamento acciaio-acciaio)
- Inserti filettati: Gli inserti Helicoil o Keensert in acciaio inossidabile o temprato trasformano un foro filettato in alluminio in un'efficace interfaccia filettata in acciaio, ripristinando la resistenza a livelli quasi pari a quelli dell'acciaio e garantendo resistenza all'usura per montaggi ripetuti
- Composto frenafiletti: I frenafiletti (equivalenti a Loctite 243 e 262) riempiono i vuoti nella zona di contatto della filettatura e distribuiscono il carico in modo più uniforme, aumentando la resistenza allo sfilettamento di circa il 15–30%
- Coppia controllata: Un serraggio eccessivo è una delle cause principali della danneggiamento della filettatura. Le specifiche di coppia, basate sul grado del bullone e sulla dimensione della filettatura, devono essere documentate e applicate utilizzando chiavi dinamometriche durante il montaggio.
Linee guida DFM per gli elementi filettati
Profondità minima del foro prima della filettatura: Le filettature non devono iniziare proprio dalla sommità di un foro filettato. Lasciare una profondità non filettata pari ad almeno un passo di filettatura nella parte superiore di un foro cieco filettato, per tenere conto della lunghezza dello smusso del maschio e consentire la formazione completa della filettatura prima che inizi la lunghezza di innesto.
Profondità minima di innesto per filettature interne: Si veda la tabella sopra riportata. Per l’alluminio, il minimo tecnico è pari a 1,5 volte il diametro nominale della filettatura; è preferibile un valore pari a 2 volte, laddove lo spessore della parete lo consenta. Per i materiali plastici è richiesto un valore compreso tra 2,5 e 3 volte, poiché la resistenza al taglio della plastica è pari a circa il 10–20% di quella dei metalli tecnici tipici.
Smussatura all’inizio della filettatura (entrambi i tipi): Uno smusso a 45°, profondo da 1,0 a 1,5 volte il passo della filettatura, sulla superficie di ingresso sia delle filettature interne che di quelle esterne, riduce i danni causati dall’avvitamento errato durante l’assemblaggio e funge da guida per facilitare l’innesto della filettatura. Ciò è particolarmente importante nell’assemblaggio automatizzato, dove la forza di assemblaggio viene applicata prima che l’operatore possa percepire un eventuale avvitamento errato.
Eccentricità delle filettature esterne: All’estremità di una filettatura esterna (dove la filettatura termina in corrispondenza di una spalla o di un cambio di diametro), l’ultimo passo della filettatura non può essere formato completamente: questa è la zona di “eccentricità della filettatura”. La zona di smussatura standard secondo la norma ISO 965 è pari a circa 2–3 passi di filettatura. I componenti che devono innestarsi su filettature per una lunghezza minima specifica devono tenere conto di questo aspetto assicurando che il foro corrispondente abbia una profondità di filettatura completa oltre la zona di smussatura, oppure prevedendo una scanalatura di scarico in corrispondenza della terminazione della filettatura.
Spessore minimo delle pareti per fori filettati: Per i fori ciechi filettati nell'alluminio, lo spessore minimo consigliato della parete tra il foro filettato e la superficie esterna più vicina è pari a circa 2,5 volte il passo della filettatura su ciascun lato. Se lo spessore della parete è inferiore, il materiale che circonda la filettatura potrebbe deformarsi o cedere quando si serra l'elemento di fissaggio.
Tolleranza di posizione per i fori filettati: La tolleranza di posizione del foro filettato deve essere specificata in relazione alla caratteristica con cui il dispositivo di fissaggio deve allinearsi (foro passante del bullone, foro di accoppiamento). Per il gioco del bullone con classe di gioco standard: la tolleranza di posizione effettiva del foro filettato è tipicamente pari al diametro del foro passante meno il diametro maggiore del bullone, meno l’eventuale margine di variazione di montaggio. Per un bullone M5 con foro di passaggio di Ø5,5 mm: tolleranza posizionale totale ≈ 0,5 mm, che viene ripartita tra la posizione del foro filettato e quella del foro di passaggio.
Punti di forza
- Le filettature esterne trasmettono il carico di trazione attraverso la sezione trasversale solida; le filettature interne trasmettono il carico di taglio attraverso il contatto tra i fianchi della filettatura — questa distinzione determina la modalità di guasto, la complessità della riparazione e i requisiti di progettazione per ciascun tipo.
- La lunghezza di innesto della filettatura è la variabile progettuale principale per la resistenza della filettatura interna: 1× il diametro nominale per acciai contro acciai, 1,5–2× per l’alluminio, 2,5–3× per la plastica. Un innesto insufficiente è la causa più comune di danneggiamento della filettatura interna in fase di produzione.
- Nei materiali morbidi (alluminio, magnesio, plastica), gli inserti filettati aumentano la resistenza della filettatura interna portandola a livelli simili a quelli dell'acciaio: Gli inserti Helicoil, Keensert e a inserimento a pressione sono soluzioni standard per giunti filettati interni soggetti a cicli intensi o carichi elevati in materiali non ferrosi.
- La rottura del maschio è il rischio principale nella lavorazione delle filettature interne: Le filettature di tipo M5 e inferiori, i fori ciechi con profondità superiore a 2–3 volte il diametro e le filettature in materiali duri o con durezza variabile dovrebbero essere valutate per la fresatura della filettatura come alternativa alla maschiatura.
- Un giunto progettato correttamente si rompe a livello del dispositivo di fissaggio esterno (il bullone si deforma o si spezza), non a livello della filettatura interna (danneggiamento della filettatura): definire la lunghezza di innesto e selezionare la classe di resistenza del dispositivo di fissaggio in modo che il bullone rappresenti l'anello debole, ovvero l'elemento sostituibile e standardizzato.
- Le applicazioni di tenuta richiedono attacchi filettati interni come interfaccia di controllo: la geometria della superficie della porta e il foro filettato sono protetti da eventuali danni causati dalla movimentazione; i raccordi filettati esterni si innestano contro la porta per garantire la forza di serraggio e di tenuta.
- Per i team di approvvigionamento e progettazione OEM: durante la revisione dei disegni che prevedono fori filettati in componenti in alluminio, verificare che la lunghezza di innesto specificata soddisfi il requisito minimo di 1,5–2× prima di autorizzare la lavorazione. Un disegno che specifichi filettature M6 in un spessore di parete in alluminio di 8 mm con un innesto di 6 mm produrrà assemblaggi che si danneggiano sotto carico moderato — un problema difficile e costoso da correggere dopo la lavorazione dei pezzi.
Domande frequenti
Qual è la differenza tra filettature interne ed esterne?
Le filettature interne sono realizzate all’interno di un foro — in fori filettati, dadi, inserti filettati o attacchi per fluidi. Le filettature esterne sono realizzate sulla superficie esterna di un albero, un bullone, una vite o un perno. La differenza meccanica risiede nel modo in cui sopportano il carico: le filettature esterne trasferiscono la forza di trazione attraverso l’area della sezione trasversale solida dell’elemento di fissaggio; le filettature interne trasferiscono il carico attraverso l’area di taglio dei fianchi della filettatura a contatto con la filettatura esterna. In qualsiasi giunto in cui le filettature interne ed esterne siano di materiali diversi, il materiale più morbido (di solito la filettatura interna nel componente principale) limita la capacità di carico. Un bullone M8 di grado 8.8 avvitato in una filettatura in alluminio tipicamente danneggia l’alluminio prima che il bullone raggiunga il proprio limite di snervamento, a meno che l’innesto non sia adeguato (tipicamente un minimo di 12–16 mm per M8 in alluminio).
Perché le filettature interne si danneggiano e come è possibile prevenirlo?
Lo strappo della filettatura interna si verifica quando la coppia applicata (o il carico assiale sul giunto) supera la resistenza al taglio dei fianchi della filettatura. Nell’alluminio e nella plastica, questa è la modalità di cedimento più comune dei dispositivi di fissaggio. Le tre cause più comuni sono: lunghezza di innesto della filettatura insufficiente (la più frequente — filettature specificate a 1× il diametro nell’alluminio quando è richiesto 1,5–2×), coppia di serraggio eccessiva (serraggio eccessivo da parte dell’operatore senza chiave dinamometrica) e materiale di base tenero senza rinforzo. Prevenzione: aumentare la lunghezza di innesto in modo che sia conforme alle linee guida relative al materiale, specificare la coppia di serraggio e applicarla utilizzando chiavi dinamometriche calibrate, nonché aggiungere inserti filettati (Helicoil in acciaio inossidabile o Keensert) nei componenti in alluminio sottoposti a carichi elevati o a cicli di assemblaggio ripetuti.
Quando è opportuno utilizzare inserti filettati anziché fori filettati direttamente?
Gli inserti filettati (inserti a filo Helicoil, inserti solidi Keensert o inserti a pressione) devono essere specificati quando: il materiale di base è alluminio, magnesio o plastica e il giunto è sottoposto a carichi significativi o a ripetuti montaggi; il foro filettato verrà montato e smontato più di circa 10–20 volte nel corso della vita utile del componente; la forza di serraggio del bullone si avvicina al limite di carico che le filettature dirette nel materiale possono sopportare in sicurezza; oppure dopo che è stato osservato lo strappo della filettatura durante l’uso o nei test sui prototipi. L’inserto converte l’interfaccia effettiva in acciaio su acciaio, aumentando la resistenza al taglio della filettatura di circa 2–3 volte rispetto all’alluminio e di 5–10 volte rispetto alle tecnopolimeri.
Perché la filettatura a percussione è più rischiosa rispetto alla lavorazione di filettature esterne?
La filettatura è più rischiosa perché il maschio opera in uno spazio ristretto con evacuazione limitata dei trucioli, una coppia elevata rispetto alla sezione trasversale dell’utensile e l’impossibilità di vedere o percepire direttamente le condizioni di taglio. Se i trucioli si accumulano nel foro, se il materiale presenta un punto duro o se il foro è leggermente disallineato, il maschio si bloccherà e si romperà. Un maschio rotto in un foro critico rappresenta un problema grave: i maschi in HSS e in carburo sono notevolmente più duri del materiale del pezzo e non possono essere asportati mediante foratura. L’estrazione richiede l’elettroerosione (EDM), che è costosa e non sempre ha esito positivo. La tornitura di filettature esterne su un tornio CNC è un’operazione a cielo aperto con libera evacuazione dei trucioli e un utensile robusto: la rottura dell’utensile è rara. La fresatura di filettature è l’alternativa preferita per le filettature interne di piccolo diametro (M5 e inferiori) o in materiali difficili.
In che modo la lunghezza di innesto della filettatura influisce sulla resistenza del giunto?
La lunghezza di innesto della filettatura determina direttamente il numero di passi della filettatura che condividono il carico di taglio applicato. Poiché il carico sulla filettatura non è perfettamente uniforme su tutti i passi innestati (il primo passo innestato sopporta il carico maggiore a causa delle differenze di compliance elastica), aumentare l’innesto oltre circa 1,5 volte il diametro comporta rendimenti decrescenti — ma il primo 1,5 volte dell’innesto è fortemente non lineare. Un giunto con un ingaggio pari a 0,7 volte il diametro in alluminio sopporta circa il 45–55% della capacità di carico della stessa filettatura con un ingaggio pari a 1,5 volte il diametro. Regola pratica di progettazione: se lo spessore della parete di un componente in alluminio limita l’innesto a meno di 1,5 volte il diametro della filettatura, è necessario passare a un passo della filettatura più piccolo (che produce un maggior numero di passi per millimetro di innesto), aggiungere un inserto filettato oppure riprogettare la geometria per garantire uno spessore della parete adeguato.
Redatto dal team di ingegneri CMS, con oltre 15 anni di esperienza nella lavorazione di precisione CNC per la realizzazione di filettature interne ed esterne su alluminio, acciaio inossidabile, titanio, tecnopolimeri e magnesio, destinati a programmi di produzione OEM nei settori automobilistico, aerospaziale, dei dispositivi medici e industriale. Riferimenti tecnici: Machinery’s Handbook (Filettature), ASME B1.13M (Filettature metriche), ISO 965-1 (Tolleranze delle filettature metriche), VDI 2230 (Calcolo sistematico dei giunti bullonati sottoposti a sollecitazioni elevate), Bickford J.H. — An Introduction to the Design and Behavior of Bolted Joints.
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