Rotolamento del filo

Questa guida contiene tutto ciò che devi sapere sui prodotti per rullatura e avvitatura.

Imparerai argomenti come:

• Cos'è il thread rolling?

• Processi di rullatura

• Vantaggi e svantaggi della rullatura del filo

• Difetti comuni

• Tipi di rullatrici per filetti

• E molto altro ancora...

Capitolo 1: Cos'è il Thread Rolling?

La rullatura della filettatura è un processo di filettatura che deforma un grezzo metallico facendolo rotolare tra le matrici, creando filettature esterne sulla superficie. Questo metodo può anche formare filettature interne attraverso un processo noto come formazione della filettatura. A differenza di altre tecniche di filettatura comuni come il taglio del filo, la rullatura del filo non è sottrattiva, ovvero non comporta la rimozione del metallo dal grezzo. I vantaggi degli elementi di fissaggio filettati rullati includono filettature più resistenti, dimensioni finali precise, una finitura superficiale superiore e un coefficiente di attrito inferiore.

I prodotti per macchine a vite sono elementi di macchine filettate come bulloni, dadi e viti. Gli elementi macchina filettati possono essere raggruppati in base alla loro funzione. Bulloni, dadi e viti sono componenti strutturali chiamati elementi di fissaggio. Gli elementi di fissaggio filettati possono anche essere integrati alla parte realizzando raccordi filettati.

Gli elementi di fissaggio filettati vengono utilizzati per creare giunti non permanenti, consentendo l'allentamento meccanico o lo smontaggio dei componenti. Al contrario, le viti elettriche e le viti di comando funzionano come meccanismi o azionamenti meccanici. Questi elementi controllano il movimento e trasmettono potenza ad altre parti di una macchina, svolgendo un ruolo cruciale nei sistemi meccanici.

Forme di filettatura della vite

Le filettature delle viti possono essere classificate in base alla loro forma.

• Filettatura a V: si tratta di filettature triangolari con fianchi che tipicamente formano 60° tra loro. Le creste e le radici sono affilate, ma in alcuni casi, come una piccola porzione piatta a causa di limitazioni nella fabbricazione.

• Filettatura nazionale americana: precedentemente nota come filettatura standard degli Stati Uniti, la filettatura nazionale americana è una versione più standardizzata della filettatura a V che ha dimensioni specifiche per la planarità delle creste e delle radici delle filettature. Questa forma ha sostituito la filettatura a V per uso generale.

• British Whitworth Thread: questa era la controparte britannica dell'American National Thread.

• Discussione unificata: questa forma di discussione ha sostituito l'American National Thread insieme agli standard di discussione del Canada e della Gran Bretagna. Questo è stato sviluppato per consentire l'intercambiabilità delle parti. I fili unificati hanno ancora il profilo a V ma con creste e radici arrotondate o piatte. Lo standard Unified Thread (UTS) è costituito da serie, vale a dire Unified Fine (UNF), Unified Coarse (UNC), Unified Extra Fine (UNEF) e Unified Special (UNS).

• Filettatura metrica: questa forma di filettatura è stata sviluppata per passare dalla misurazione su base imperiale al sistema metrico. Ciò è stato introdotto dall'ISO, sostituendo la forma del filo UTS.

• Filettatura quadrata: le filettature quadrate sono filettature speciali utilizzate per la trasmissione di potenza. Teoricamente sono la filettatura ideale per meccanismi e applicazioni di azionamento grazie alla perpendicolarità delle superfici portanti o dei fianchi con l'asse. Tuttavia, questa forma non è pratica a causa delle limitazioni di produzione.

• Filettatura Acme: questa forma di filettatura è una modifica della filettatura quadrata. Il filo acme è caratterizzato da una forma trapezoidale con una radice più stretta della sua cresta. Le filettature Acme sono più resistenti e più facili da lavorare rispetto alle filettature quadrate.

• Filettatura di contrafforte: in questa forma di filettatura, un fianco è perpendicolare o con un leggero angolo rispetto all'asse mentre l'altro ha un angolo di 45°. Questa forma di filettatura è progettata per trasmettere carichi elevati in una direzione.

• Filo dell'articolazione: i fili dell'articolazione hanno creste e radici molto arrotondate con un angolo del fianco di 30°. Il profilo arrotondato permette lo spostamento dei detriti per non interferire con l'ingranamento dei fili.

Capitolo 2: Qual è una panoramica dei processi di threading?

I processi di generazione del filo sono generalmente classificati in tre metodi: sottrattivo, deformativo e additivo, ciascuno diverso nel modo in cui il filo viene modellato o formato. I processi sottrattivi, spesso definiti processi di taglio, sono uno di questi metodi. Di seguito è riportato un riepilogo di questi processi:

Maschiatura: la maschiatura è un processo di lavorazione della filettatura per la produzione di filettature interne. Questo viene fatto utilizzando un rubinetto che è un utensile da taglio cilindrico o conico. Il rubinetto ha più taglienti simili a una filettatura esterna. La filettatura interna viene generata ruotando il maschio e spostandolo assialmente più in profondità nel foro del pezzo metallico.

Filettatura dello stampo: questo processo viene utilizzato per produrre filettature esterne. Il suo metodo di applicazione della forza e dell'azione di taglio è simile al tocco. Per tagliare il materiale metallico viene utilizzata una matrice con più punti di taglio simili a una filettatura interna. Esistono diversi modelli di stampi che possono essere solidi o ad apertura automatica.

Taglio a punto singolo: il taglio a punto singolo viene eseguito in un tornio in cui il pezzo metallico viene trattenuto e ruotato. L'utensile da taglio è montato su un carro alimentato linearmente da a vite di comando. Questo processo può produrre sia filettature interne che esterne. Questo processo è più lento della maschiatura o della fustellatura. Il suo vantaggio è che è necessario un solo utensile da taglio per produrre filettature diverse.

Inseguimento: questo processo utilizza uno strumento chiamato cacciafilo che consiste in diversi utensili da taglio a punto singolo montati insieme. Il pettine è tipicamente montato sul carrello di un tornio che viene indicizzato gradualmente per tagliare il filo.

Fresatura: in questo processo vengono utilizzati utensili da taglio rotanti singoli o multipli per filettare il grezzo. Oltre a ruotare l'utensile da taglio e a indicizzarlo assialmente come si vede nella maschiatura e nella filettatura, l'utensile da taglio viene anche ruotato lungo la circonferenza della superficie filettata. La fresatura di filetti può generare filettature sia interne che esterne.

Rettifica: invece di tagliare il materiale, questo processo utilizza strumenti abrasivi per rimuovere il metallo. Questo di solito viene fatto insieme ad altri processi di threading. La rettifica delle filettature viene eseguita per produrre filettature di precisione e filettature con una buona finitura.

I processi di deformazione generano fili lavorando il materiale metallico per modellarne la forma. Questa classificazione include la laminazione e la fusione:

Rullatura: come accennato in precedenza, la rullatura del filetto è un processo di filettatura esterna che modella il pezzo facendolo passare attraverso matrici a rulli. Le matrici a rulli hanno rulli filettati esterni che entrano in contatto e deformano la superficie del grezzo. La rullatura del filo è generalmente più veloce del taglio del filo poiché il processo di sagomatura richiede solo pochi passaggi.

Colata: questo processo prevede il versamento o l'iniezione del metallo fuso in uno stampo o in uno stampo. La matrice contiene la forma negativa della parte filettata. Questo processo richiede processi di lavorazione secondari per produrre filettature precise. Questo processo non è adatto per realizzare filettature sottili.

Infine, i processi additivi sono metodi per produrre fili aggiungendo o depositando gradualmente materiali. Questi vengono ampiamente utilizzati per la produzione di parti in plastica. I progressi tecnologici estendono ulteriormente il processo di produzione di elementi meccanici in metallo. Per produrre filettature di qualità, viene utilizzato insieme a processi secondari come la rettifica e la lappatura.

Alcuni dei processi additivi sono la stereolitografia, la sinterizzazione laser selettiva e la fabbricazione di filamenti fusi:

• Stereolitografia: questo è uno dei processi di stampa 3D più utilizzati per la produzione di parti in plastica. Questo processo prevede un bagno di resina plastica che viene polimerizzata da un fascio di luce focalizzato.

• Sinterizzazione laser selettiva: questo processo utilizza un raggio laser per sinterizzare il materiale in polvere. La plastica è un materiale comune utilizzato per il processo, ma la tecnologia sta ora guadagnando terreno nella produzione di parti metalliche.

• Fabbricazione di filamenti fusi: in questo processo, un filamento continuo di materiale viene fuso ed estruso per formare la forma desiderata della parte.

Capitolo 3: Quali sono i vantaggi e gli svantaggi della rullatura del filetto?

L'utilizzo di un prodotto con vite rullata presenta sia vantaggi che svantaggi. Il vantaggio principale della rullatura dei filetti è che produce superfici più resistenti e offre un'elevata precisione dimensionale. Tuttavia, poiché questo processo si basa sulla deformazione del metallo, è generalmente limitato ai metalli teneri e comporta costi di lavorazione più elevati.

Di seguito sono elencati i vantaggi derivanti dall'utilizzo di viti e bulloni rullati:

Elevata resistenza del filo: la rullatura del filo viene solitamente eseguita a temperature relativamente basse, rendendolo un processo di lavorazione a freddo. È noto che la lavorazione a freddo produce parti con resistenza più elevata senza la necessità di un trattamento termico secondario. Ciò rende la rullatura adatta alla filettatura di materiali che non rispondono al trattamento termico. I fili laminati sono dal 10 al 20% più resistenti dei fili tagliati o rettificati.

Buone finiture superficiali: la rullatura conferisce intrinsecamente filetti lisci e bruniti senza la necessità di processi di lucidatura secondari. Le elevate forze di compressione che deformano il metallo eliminano eventuali irregolarità sulla superficie del filetto. Le superfici laminate hanno una rugosità superficiale compresa tra circa 8 e 24 micropollici Ra, mentre le filettature tagliate hanno tipicamente tra 64 e 125 micropollici Ra. Inoltre, i fili arrotolati sono privi di strappi, segni di vibrazione, segni di taglio e bave.

Filettatura di precisione: poiché gli stampi utilizzati nella rullatura dei filetti sono immagini speculari dei fili da generare e non viene rimosso materiale dal grezzo, il processo può produrre parti con elevata precisione e accuratezza su lunghe tirature. Ciò è vero a condizione che gli stampi siano precisi e realizzati con sufficiente durezza.

Coefficiente di attrito inferiore: una buona finitura superficiale porta ad un coefficiente di attrito inferiore. Un coefficiente di attrito inferiore garantisce un serraggio più uniforme e costante di dadi e bulloni o una migliore trasmissione della potenza per le viti di comando.

Tempi di produzione inferiori: la rullatura del filo è generalmente più veloce del taglio del filo. Le velocità di laminazione dipendono dal tipo di materiale, dal profilo della filettatura, dalle dimensioni e dalla capacità della macchina e dal metodo di alimentazione del materiale metallico. Per gli stampi alternativi, la rullatura del filetto può produrre da 30 a 40 parti al minuto con diametri grezzi compresi tra 5/8 e 1 1/8. Per filiere cilindriche, da 10 a 30 parti al minuto per dimensioni da 1 a 1 ½ pollice.

Costi inferiori grazie all'uso efficiente del materiale: poiché la rullatura della filettatura è un processo deformativo, nessuna quantità di materiale viene rimossa durante il processo. Ciò porta ad un migliore utilizzo dell’energia poiché non è necessario raccogliere e riciclare i materiali di scarto.

Di seguito sono riportati gli svantaggi della rullatura del filo. Si può vedere che questi colpiscono più il produttore che l’utente finale. In definitiva, questi contribuiscono al costo del prodotto rendendo, in alcuni casi, i prodotti laminati filettati più costosi rispetto ai prodotti realizzati con altri processi.

Non pratico per i materiali duri: la rullatura viene eseguita principalmente su metalli malleabili. Anche se è possibile, la rullatura della filettatura non viene eseguita per i metalli superiori a 40 Rockwell C. Oltre questo livello di durezza, la rettifica della filettatura è più pratica. La laminazione di materiali duri riduce significativamente la durata dell'utensile.

• Utensili più costosi: gli stampi utilizzati per la laminazione devono essere duri e precisi. Qualsiasi deformità della matrice comporterà una scarsa precisione dimensionale delle filettature. A causa della durezza richiesta, la fabbricazione precisa degli stampi è difficile.

• Il diametro grezzo deve essere preciso: deve esserci la giusta quantità di materiale che scorrerà per essere spostato e sollevato sopra la superficie originale. Il diametro del grezzo deve essere calcolato e verificato per prova soprattutto quando si producono filettature precise. Per ottenere il diametro corretto, il grezzo potrebbe richiedere un processo di tornitura preliminare.

Capitolo 4: Quali fattori dovrebbero essere considerati nella rullatura del filetto?

Come per qualsiasi processo di lavorazione, è necessario considerare diversi fattori per garantire condizioni operative e qualità del prodotto ottimali. Di seguito sono riportate alcune delle variabili chiave che influiscono sulla rullatura del filo.

Requisiti dei materiali: uno svantaggio noto della rullatura della filettatura è la sua incompatibilità con i materiali duri. I materiali da laminare devono avere una durezza non superiore a HRC 40. I materiali che possono essere laminati sono acciai a basso tenore di carbonio, acciai dolci, acciai inossidabili, leghe di rame e spesso alluminio. Inoltre il materiale deve avere il giusto grado di duttilità. L'intervallo consigliato è un fattore di allungamento compreso tra il 12 e il 20%.

Diametro grezzo: il diametro grezzo corretto è quasi uguale al diametro primitivo della vite o dei bulloni. Di solito, lo spazio o la cavità tra le filettature e sotto la linea primitiva è uguale al volume della filettatura sopra la linea primitiva. Potrebbero essere necessari alcuni aggiustamenti delle tolleranze per ottenere la formazione della cresta desiderata, soprattutto se sono necessari processi secondari come il rivestimento o la placcatura.

Angolo di smusso: lo smusso è la superficie conica rastremata all'inizio di una filettatura. Prima della laminazione, il bordo ad un'estremità del pezzo deve essere lavorato per ottenere uno smusso. È necessario impostare un angolo di smusso corretto per modellare correttamente la filettatura all'estremità. Nella maggior parte dei casi l'angolo di smusso consigliato è di 30°.

Alimentazione: esistono tre tecniche di base per alimentare il materiale negli stampi: alimentazione radiale, alimentazione tangenziale e alimentazione passante. Nell'avanzamento radiale, le matrici si muovono radialmente verso l'asse del grezzo. Per l'alimentazione tangenziale, il passo del materiale si avvicina ai rulli dal suo lato creando un contatto tangenziale quadrato. Infine, l'alimentazione passante prevede che una matrice cilindrica si accoppia contro il pezzo provocandone il movimento assiale.

• Velocità di rullatura del filo: le velocità di rullatura del filo dipendono dai limiti meccanici e di potenza della macchina, dal diametro del filo, dal materiale e dalla durezza del metallo. Le velocità di laminazione possono variare da 30 a 100 m/min. Per i materiali duri sono necessarie basse velocità di laminazione, mentre per i materiali morbidi e duttili sono necessarie velocità elevate.

• Refrigerante e lubrificante: i refrigeranti o i fluidi da taglio sono ampiamente utilizzati nella filettatura, ma sono necessari anche per la rullatura della filettatura. La deformazione del metallo genera anche calore che può compromettere sia gli stampi che il grezzo. Inoltre, i liquidi refrigeranti possono agire anche come lubrificanti per ridurre l'attrito tra gli stampi e il grezzo.

Capitolo 5: Quali sono i difetti comuni nella rullatura del filetto?

Sebbene il processo di rullatura della filettatura offra una precisione maggiore rispetto ad altri metodi, possono comunque verificarsi difetti a causa di disturbi e irregolarità nel funzionamento. I problemi più comuni includono dimensioni del supporto fuori tolleranza, rulli usurati o disallineati e alimentazione non corretta del supporto. Di seguito sono riportati i difetti più frequenti osservati nella rullatura del filetto.

Cresta del filo troncato: questo difetto è descritto da una cresta non completamente formata o da una cresta eccessivamente troncata. Uno dei motivi potrebbe essere uno stock sottodimensionato in cui non c'è materiale sufficiente per fluire e creare le creste. Questo viene risolto aumentando gradualmente la dimensione dello stock. Se il diametro primitivo è sovradimensionato, la causa più probabile è una testa filettata allentata, che viene risolta dimensionando. In caso contrario, il difetto potrebbe essere causato dall'eccessiva durezza del materiale. Pertanto è necessario passare ad un materiale più morbido.

Sfaldamento: lo sfaldamento o le scaglie provocano un'insolita ruvidità sulla superficie dei fili. Ciò è solitamente causato dall'incompatibilità del materiale per la laminazione. Le cause principali possono essere un contenuto eccessivo di piombo e zolfo, una struttura del grano incoerente e talvolta la lavorazione a freddo prima della laminazione. Se il materiale utilizzato ha già una buona rullabilità, altre possibili cause possono essere rulli o matrici non corrispondenti, superficie ruvida dei rulli, riempimento eccessivo o velocità di laminazione lente.

Fili ubriachi: questo difetto si presenta come creste di filo ondulate o irregolari. Ciò è il risultato di matrici non corrispondenti, alimentazione disallineata del materiale o costruzione inadeguata della matrice. La soluzione migliore è verificare lo stato dei rulli e delle relative boccole.

Linea primitiva curva: è vista come la rastremazione delle filettature verso le estremità dei segmenti filettati del bullone o della vite. La curvatura può essere concava o convessa. Le cause principali sono un diametro del materiale incoerente, un materiale disallineato rispetto al rullo, l'usura dei rulli o un'eccessiva deformazione del materiale che lo fa scorrere verso l'estremità del materiale.

Angolo dell'elica fuori tolleranza: questo può essere il risultato di diverse cause, come rulli non sincronizzati, rulli imperfetti, alimentazione errata del materiale o sollevamento a vite. Questo problema può essere risolto sincronizzando e allineando correttamente i rulli, alimentando correttamente il materiale e ottimizzando la velocità di laminazione.

Finitura scadente: una finitura scadente è il risultato di fattori quali matrici usurate, elevata durezza del materiale, diametro del grezzo sovradimensionato o presenza di contaminanti nell'alimentazione del refrigerante.

Estremità a coppa: un'estremità a coppa appare come un'estremità concava causata dalla forzatura del metallo a scorrere su uno smusso insufficiente. Ciò è più evidente sui metalli più teneri. Il difetto si risolve smussando opportunamente il calcio, solitamente di circa 30°.

Capitolo 6: Quali sono i tipi di rullatrici?

La rullatura della filettatura è un processo semplice che inizia con il taglio a misura di una barra di metallo e la sua forgiatura per creare la testa del bullone o della vite. Successivamente, la barra viene lavorata per ottenere il diametro grezzo corretto e uno smusso su un'estremità. Il materiale preparato viene quindi immesso nella filettatrice, dove passa attraverso le matrici per modellare il filo. Dopo che il filo è stato laminato, il materiale viene sottoposto a processi secondari come placcatura, anodizzazione e rivestimento.

Questo riepilogo del processo si applica a tutti i tipi di rullatura del filetto. Tuttavia, le rullatrici differiscono in base al tipo di filiera utilizzata. Possono essere classificati in tipi a matrice piatta, planetaria o cilindrica.

Tipo a filiera piatta: questo tipo di rullatrice è costituito da due filiere rettangolari di cui una è fissa mentre l'altra è alternativa. Lo stampo alternativo si muove parallelo allo stampo stazionario. La superficie delle filiere presenta dei risalti che rappresentano il profilo del filo da produrre. Queste creste sono inclinate di un angolo pari all'angolo dell'elica del filo. La distanza tra le creste delle filiere è pari al diametro minore del filetto.

I fili si formano tipicamente in un solo passaggio. La lunghezza della fustella consente di arrotolare il pezzo da sei a otto volte. Il calcio viene inserito su un'estremità, manualmente o automaticamente. Gli stampi fanno rotolare tangenzialmente il pezzo che lo trasporta fino all'estremità opposta per attrito.

Tipo a segmento o planetario: un tipo planetario funziona facendo rotolare il materiale attraverso una superficie fissa e una mobile. Tuttavia, questa macchina utilizza il movimento rotatorio anziché la traslazione. Questo tipo prevede matrici curve fisse e una matrice rotante centrale. Ad una sola filiera rotante può essere abbinata una o più filiere fisse. Un dado stazionario lancia un titolo alla volta.

Simile al tipo a matrice piatta, la macchina planetaria ha una superficie di rotolamento finita che forma il filo attraverso un passaggio. Il calcio viene inserito su un'estremità della matrice curva. Lo stampo rotante ruota quindi un arco completo dello stampo curvo facendo ruotare il supporto fino all'espulsione sull'estremità opposta.

Tipo di matrice cilindrica: le matrici cilindriche o i rulli sono considerati matrici con superfici di lavoro infinite. Queste macchine solitamente funzionano attraverso la combinazione di alimentazione radiale e passante. A differenza dei tipi a matrice piatta e planetaria, il tipo a matrice cilindrica deforma il metallo attraverso più passaggi mentre rotola. Le macchine a stampo cilindrico possono essere ulteriormente suddivise in due categorie principali: macchine a due stampi e a tre stampi.

• 1. Due matrici: questo tipo di filettatrice ha due rulli paralleli in cui uno o entrambi possono muoversi radialmente per accettare e penetrare nel grezzo. Il grezzo è posizionato con un leggero spostamento rispetto al piano della linea centrale degli stampi per evitare che si sollevi. Un supporto a rulli lisci o una barra di riposo si trova al centro per trattenere il calcio mentre viene infilato.

  2. Tre matrici: Questa macchina ha tre rulli posizionati a 120° l'uno dall'altro. Tipicamente, tutti i rulli possono muoversi radialmente in cui la posizione del grezzo viene mantenuta al centro durante la penetrazione. Rispetto alle macchine a due stampi, i tipi a tre stampi hanno un migliore bilanciamento della forza ma sono più difficili e complessi da regolare.

Conclusione

• La rullatura della filettatura è un tipo di processo di filettatura che prevede la deformazione di un grezzo metallico facendolo rotolare attraverso matrici per formare filettature esterne lungo la sua superficie. Le filettature interne possono essere formate utilizzando lo stesso principio, chiamato specificamente rullatura del filetto.

• I processi di generazione dei fili sono generalmente classificati in tre metodi: sottrattivo, deformativo e additivo. Questi differiscono nel modo in cui il filo è modellato o formato.

• Il vantaggio principale della rullatura del filetto è la maggiore precisione superficiale e dimensionale del prodotto. Tuttavia, il processo è limitato ai metalli teneri e richiede attrezzature più costose.

• Esistono diversi tipi di rullatrici che variano a seconda del tipo di filiera utilizzata. Le rullatrici possono essere del tipo a matrice piatta, planetaria o cilindrica.