Su una linea di assemblaggio meccanico il serraggio è l’operazione più ripetuta e la meno documentata. Un giunto filettato serrato al 60% del valore di progetto perde precarico al primo ciclo termico e si allenta; serrato al 130% snerva il gambo e cede alla prima sovrasollecitazione. In entrambi i casi il difetto non è visibile a occhio e compare in garanzia, dove il costo di un richiamo su un lotto di gruppi meccanici o su un carrello ferroviario è di ordini di grandezza superiore a quello del controllo.
Sapere come misurare coppia di serraggio significa distinguere tre grandezze fisicamente diverse e scegliere lo strumento e la tecnica di lettura corretti per ciascuna. La coppia applicata durante l’avvitamento vince l’attrito filetto-sottotesta e converte solo una frazione del momento in precarico assiale; la coppia residua leggibile su un giunto già serrato dipende dall’attrito statico che si è instaurato dopo il serraggio. Confondere le due letture è l’errore più comune nei verbali di collaudo.
Gli strumenti impiegati in questa procedura sono torsiometri elettronici con cella di torsione. Il portatile Shimpo FG-7000T copre fondo scala fino a 100 N·m con risoluzione fino a 0,001 N·m sui modelli bassi, memoria interna e uscita dati per la registrazione; la serie da banco Shimpo TNC lavora su fondo scala ridotti con bloccaggio del pezzo e lettura del picco. Entrambi consentono modalità track e peak, indispensabili per separare la lettura istantanea dal valore massimo del transitorio.
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Le tre grandezze misurabili su un giunto filettato
La prima grandezza è la coppia dinamica, cioè il momento effettivamente erogato dall’utensile durante la rotazione: si legge solo con un trasduttore interposto fra utensile e giunto, mentre l’avvitatura è in corso, ed è il valore che caratterizza l’avvitatore. La seconda è la coppia residua di primo movimento, ottenuta su un giunto già serrato applicando coppia crescente fino al primo distacco angolare della testa: descrive lo stato del giunto, non la prestazione dell’utensile. La terza è la coppia di riserraggio, misurata proseguendo la rotazione oltre il distacco per riportare il giunto al valore nominale. Le tre letture su uno stesso bullone non coincidono: la differenza tipica fra dinamica e residua è del 5-15%, maggiore su giunti con rivestimenti o guarnizioni che rilassano nel tempo.
Come misurare coppia di serraggio: preparazione e sequenza
La preparazione precede sempre la lettura. Si identifica il giunto con un codice univoco e si annota la classe di resistenza dell’elemento, la filettatura e le condizioni di lubrificazione dichiarate dal disegno: asciutto, oliato o con frenafiletti, perché il coefficiente di attrito cambia il rapporto coppia-precarico di oltre il 40%. Si sceglie poi lo strumento con fondo scala adeguato, indicativamente in modo che il valore atteso cada fra il 20% e l’80% della portata, dove l’incertezza relativa è minima. Prima di ogni serie si esegue l’azzeramento a vuoto con lo strumento nella posizione di lavoro, senza carico e senza attrezzatura montata, per eliminare l’offset dovuto al peso di adattatori e bussole. Solo allora si passa alla misura, in modalità peak per registrare il massimo del transitorio.
Giunto simulato e lettura del residuo sul pezzo
La verifica dell’avvitatore si esegue su giunto simulato, con trasduttore rotante o in linea fra mandrino e simulatore. La scelta del simulatore va fatta per rigidezza: un giunto duro, tipico di flange metalliche a contatto diretto, raggiunge la coppia finale in pochi gradi di rotazione e genera un transitorio rapido; un giunto morbido, con guarnizioni o rondelle elastiche, distribuisce la salita su decine di gradi. Un avvitatore tarato su giunto morbido eroga valori diversi su giunto duro. Sul pezzo reale si misura invece il residuo: si applica coppia crescente in modo lento e continuo e si legge il valore all’istante del primo movimento angolare. Questa lettura sovrastima leggermente il serraggio originario, perché occorre vincere l’attrito statico, superiore a quello dinamico in atto durante l’avvitamento.
Errori tipici, numero di prove e trattamento statistico
Quattro errori invalidano la maggior parte delle letture. Il tiro non perpendicolare all’asse dell’impugnatura introduce una componente di flessione che la cella legge come coppia. Prolunghe, snodi e giunti cardanici aggiungono attrito interno e possono assorbire alcuni newton metro. Una velocità di applicazione troppo alta anticipa il distacco e falsa il picco. La lettura in modalità track mostra il valore istantaneo e non il massimo, quindi restituisce sistematicamente numeri inferiori. Sul piano statistico una singola prova non è una misura: si eseguono almeno cinque letture su giunti equivalenti, si calcolano media e scarto tipo e si valuta la dispersione. Una deviazione standard superiore al 10% della media segnala variabilità di attrito o dell’utensile, non un errore di strumento.
Taratura, registrazione e confronto con gli altri metodi
Il torsiometro si controlla con massa e braccio noti: si applica un peso certificato a distanza misurata dall’asse e si confronta il valore letto con il momento calcolato, ripetendo su almeno tre punti della scala. Le chiavi dinamometriche si verificano secondo la ISO 6789, che definisce classi, procedura e tolleranze ammesse. Ogni prova va registrata con identificativo del giunto, operatore, strumento con relativo certificato e data. Per il legame fra coppia e tensione nel gambo il riferimento è la VDI 2230, che fornisce il calcolo del precarico partendo dai coefficienti di attrito.
Rispetto al metodo dell’allungamento del bullone, che misura direttamente la deformazione elastica con ultrasuoni o comparatore ed è più accurato ma richiede geometrie accessibili e taratura per ogni codice, il controllo di coppia è rapido, applicabile a qualsiasi giunto e non distruttivo. Il controllo ad angolo, che conta i gradi oltre una coppia di soglia, riduce l’influenza dell’attrito ma non è verificabile a posteriori sul pezzo finito. Per approfondire grandezze, unità e criteri di scelta della strumentazione è disponibile la pagina dedicata alla coppia di serraggio.
Prodotti utilizzati in questa applicazione
TORSIOMETRI PORTATILI SHIMPO
Shimpo FG-7000T portatile
Torsiometro digitale portatile con cella di torsione, fondo scala da pochi N·cm fino a 100 N·m secondo il modello, modalità track e peak, memoria interna delle letture e uscita dati per la registrazione dei verbali di collaudo.
TORSIOMETRI SHIMPO
Shimpo serie TNC
Torsiometro da banco con piano di bloccaggio del pezzo, fondo scala ridotti per coppie basse, lettura del picco e azzeramento rapido. Adatto alle prove ripetute in laboratorio, dove serve una geometria di presa costante fra una misura e l’altra.
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