Effect of friction, surface treatment and adhesive-reinforcement on the behavior of threaded connections. Effetto dell'attrito, dei trattamenti superficiali e dell'incollaggio sul comportamento dei collegamenti filettati

Lo studio in oggetto ha come obbiettivo l’analisi dei fenomeni che caratterizzano sistemi di giunzione per attrito; come i collegamenti filettati. Questo tipo di giunzione noto ormai da millenni (una delle prime applicazioni è riconducibile ad Archimede) permette di trasformare una coppia torcente in una forza assiale, tipicamente utilizzata per bloccare due o più componenti grazie alle forze di attrito che nascono tra i corpi collegati. Uno dei principali punti di forza di questo tipo di accoppiamento è la possibilità di montare e smontare i particolari collegati oltre ad essere applicabile quasi a qualsiasi tipo di materiale. Per contro il sistema di giunzione è caratterizzato da un basso rendimento: solo una modesta quantità della coppia esercitata al serraggio viene effettivamente convertita in forza assiale. Inoltre la forza assiale ottenuta presenta tipicamente valori variabili all’interno di un ampio intervallo. Questo comportamento è dovuto all’effetto combinato di due distinti momenti d’attrito che nascono in un caso tra il sottotesta della vite o del dado e la superficie di uno degli elementi da bloccare, nell’altro tra i filetti di vite e madrevite. La relazione tra coppia di serraggio ed effettiva forza assiale ottenibile è molto sensibile all’effetto dei vari coefficienti d’attrito: questi coefficienti a loro volta presentano una significativa variabilità dovuta sia ai processi produttivi utilizzati per realizzare i vari componenti che ai diversi parametri di serraggio, come ad esempio la presenza di lubrificazione o la velocità di serraggio. I collegamenti filettati trovano ampia applicazione sia nel campo delle costruzioni civili che nel campo della meccanica, dove a causa di una sempre maggiore spinta verso una riduzione dei pesi ed una maggiore automatizzazione delle procedure di montaggio (si pensi al settore automotive), è necessario avere un accurato controllo sulle prestazioni del collegamento al fine di garantire la sicurezza della giunzione con tempi di assemblaggio e costi ridotti. Al fine di controllare un collegamento filettato occorre focalizzare l’attenzione sui tre principali fenomeni che lo governano: andamento dei coefficienti d’attrito in fase di serraggio, self-relaxation (diminuzione del tiro assiale offerto dalla vite nei primi secondi successivi al serraggio, dovuto ad un assestamento elastoplastico del materiale), self-loosening (perdita di tiro assiale nel tempo tipicamente sotto l’azione di carichi taglianti esterni). Di seguito verrà presentata una panoramica generale sull’argomento tratta dalla letteratura esistente, un’indagine sperimentale sull’effetto della lubrificazione con lubrificante solido sui coefficienti d’attrito per serraggi ripetuti e diversi trattamenti superficiali e l’effetto del numero di filetti in presa sulle prestazioni di un frenafiletti anaerobico. Queste analisi sono partite dallo studio di un caso reale di self-loosening su un collegamento filettato in un albero pignone di una trasmissione per macchine movimento terra, dove si evidenziano i vari fenomeni che caratterizzano questo tipo di collegamenti. L’attività di ricerca si pone l’obbiettivo di aumentare le conoscenze sull’effetto della lubrificazione sui diversi fenomeni che concorrono a determinare le prestazioni di un collegamento bullonato.