La barra filettata, una barra cilindrica completamente filettata senza testa alle estremità, è uno dei componenti di fissaggio più fondamentali e versatili nell'ingegneria industriale, edile e meccanica. A differenza di un bullone o di una vite a testa cilindrica standard, che è un dispositivo di fissaggio unidirezionale progettato per essere bloccato da un'estremità, una barra con barra completamente filettata può essere utilizzata in modo bidirezionale: accetta dadi, giunti o altri componenti filettati su entrambe le estremità, lungo la sua lunghezza o in qualsiasi posizione definita. Questa flessibilità lo rende indispensabile in una gamma di applicazioni che un dispositivo di fissaggio con testa convenzionale non può servire.
All'interno della categoria più ampia delle aste filettate, una variante specifica, l'asta con vite a testa esagonale, aggiunge una testa esagonale a un'estremità del gambo filettato. Questa modifica risolve una limitazione fondamentale della barra filettata liscia: senza testa, una barra filettata standard non può essere serrata da un'estremità senza un dado o un giunto accessibile. L'asta con vite a testa esagonale per applicazioni con martinetti e viti di comando combina la filettatura su tutta la lunghezza di un'asta con l'azionamento positivo di una testa esagonale, consentendo l'applicazione della coppia da un'estremità trasmettendo al tempo stesso la forza lineare attraverso la filettatura lungo il gambo.
Comprendere le differenze di progettazione, gli standard dimensionali, i gradi dei materiali e le applicazioni funzionali di questi due tipi di prodotti è il punto di partenza per specifiche e approvvigionamenti accurati.
Una barra completamente filettata, chiamata anche barra interamente filettata, barra prigioniera o tutta filettatura, è una lunghezza di barra filettata continuamente da un'estremità all'altra senza sezione del gambo liscio non filettato. Le filettature si estendono per l'intera lunghezza utile dell'asta, consentendo di posizionare dadi, giunti o estremità della forcella in qualsiasi punto lungo l'asta e di regolarli dopo l'installazione.
Le barre interamente filettate vengono prodotte mediante uno dei due metodi, ciascuno dei quali influisce sulle proprietà meccaniche del prodotto finito:
La forma della filettatura su una barra con stelo completamente filettato ne determina la compatibilità con dadi e giunti accoppiati, la capacità di carico per unità di lunghezza impegnata e l'idoneità per funzioni meccaniche specifiche:
La barra con barra completamente filettata è prodotta nelle lunghezze standard di 1 metro, 2 metri, 3 metri e 6 metri nei mercati metrici e nelle lunghezze di 3 piedi, 6 piedi e 12 piedi nei mercati imperiali. Le lunghezze personalizzate vengono tagliate su ordinazione per applicazioni specifiche. Le gamme di diametri per le barre filettate disponibili in commercio vanno generalmente da M6 a M52 nel sistema metrico e da 1/4 di pollice a 2 pollici nelle serie in pollici unificati, con diametri maggiori disponibili su ordinazione da produttori specializzati.
La classe di tolleranza della filettatura di una barra completamente filettata determina la precisione con cui vengono controllate le dimensioni della filettatura. Per usi edili generali, la tolleranza standard è di 6 g (sistema metrico) o 2 A (pollici unificati). Per le applicazioni con viti di precisione e trasmissione di potenza meccanica, vengono specificate classi di tolleranza più precise (4g o 6H in sistema metrico, abbinate a chiocciole di precisione) per ridurre al minimo il gioco e garantire un movimento assiale regolare e prevedibile.
La barra completamente filettata è prodotta in una gamma di materiali con livelli di resistenza significativamente diversi. La scelta del grado corretto dipende dai carichi di trazione, taglio e fatica che l'asta sopporterà in servizio:
| Designazione del grado | Materiale | Resistenza alla trazione minima | Applicazioni tipiche |
|---|---|---|---|
| ASTM A307 Grado A | Acciaio a basso tenore di carbonio | 414 MPa (60.000 psi) | Edilizia generale, appendini, strutturale leggero |
| ASTM A193 B7 | Acciaio legato (Cr-Mo), bonificato | 862 MPa (125.000 psi) | Flange ad alta pressione, recipienti a pressione, temperatura elevata |
| Classe di proprietà ISO 4.8 (metrico) | Acciaio al carbonio da basso a medio | 420MPa | Asta da costruzione metrica per uso generale |
| Classe di proprietà ISO 8.8 (metrico) | Acciaio a medio carbonio, bonificato | 800MPa | Assemblaggi strutturali, macchinari, carichi elevati |
| A2-70 inossidabile (sistema metrico) | Equivalente all'acciaio inossidabile austenitico 304 | 700MPa | Ambienti alimentari, farmaceutici, esterni, corrosivi |
| A4-80 Acciaio inossidabile (sistema metrico) | Equivalente all'acciaio inossidabile austenitico 316 | 800MPa | Esposizione marina, cloruro, chimica |
La versatilità della barra con barra completamente filettata deriva dal fatto che si tratta di un elemento strutturale senza orientamento intrinseco: qualsiasi punto lungo la sua lunghezza può accettare un dado, un giunto o una forcella e la lunghezza di presa utilizzabile può essere impostata al momento dell'installazione per corrispondere allo spessore effettivo del giunto anziché essere vincolata dalla lunghezza fissa di un dispositivo di fissaggio con testa. Questa possibilità di regolazione rende la barra filettata la soluzione standard in un'ampia gamma di applicazioni strutturali e meccaniche.
La barra filettata è uno degli elementi di fissaggio primari nei sistemi di controsoffitti, nei ganci di servizio meccanici ed elettrici (M ed E) e nei gruppi di supporto dei tubi negli edifici commerciali e industriali. I pezzi tagliati dell'asta filettata collegano gli ancoraggi a soffitto ai ganci a forcella, ai gruppi di trapezi, ai morsetti per tubi e al canale del montante in configurazioni che possono essere assemblate e regolate sul posto per adattarsi alle altezze effettive del soffitto e al percorso di servizio. La capacità di tagliare la barra filettata alla lunghezza richiesta e di montare dadi e raccordi standard senza lavorazioni speciali la rende significativamente più flessibile rispetto alle connessioni bullonate equivalenti che utilizzano dispositivi di fissaggio con testa.
Nelle costruzioni in cemento armato, l'asta filettata viene colata o ancorata con resina epossidica nel calcestruzzo per fornire punti di connessione filettati per attacchi strutturali in acciaio, piastre di base, piedini di macchinari e rinforzi sismici. ASTM F1554 specifica i requisiti per l'asta del bullone di ancoraggio utilizzata in queste applicazioni di fondazione strutturale, con i gradi 36, 55 e 105 che coprono una gamma di requisiti di snervamento e resistenza alla trazione.
I tenditori - collegamenti di tensione regolabili con barra filettata destra a un'estremità e barra filettata sinistra all'altra - utilizzano la barra filettata completa come componente principale. La rotazione del corpo del tenditore fa avanzare simultaneamente entrambe le estremità dell'asta nel corpo (accorciando l'assemblaggio e aumentando la tensione) o ritirandole (allungando l'assemblaggio e riducendo la tensione). Questa funzione di tensionamento in linea viene utilizzata nei rinforzi strutturali, negli stralli dei cavi, nelle manovre teatrali, nelle manovre fisse marine e in qualsiasi applicazione che richieda una tensione regolabile in un elemento di tensione senza smontare le connessioni terminali.
L'asta completamente filettata tagliata alle lunghezze specificate e dotata di pesanti dadi esagonali su entrambe le estremità viene utilizzata come prigionieri nei giunti di tubi flangiati in tubazioni di processo, recipienti a pressione e scambiatori di calore. Le linee guida ASME PCC-1 per l'assemblaggio di giunti a flangia bullonata con limite di pressione specificano il materiale, la forma della filettatura, l'innesto del dado e la sequenza di serraggio per questi giunti. I prigionieri per servizi ad alta temperatura e alta pressione sono generalmente prodotti secondo ASTM A193 B7 (acciaio legato) con dadi esagonali pesanti A194 2H come grado di dado di accoppiamento standard.
L'asta filettata a spirale - una variante specifica con una forma di filettatura più ruvida e arrotondata progettata per l'aggancio rapido con dadi ad alette e fascette filettate a spirale - è ampiamente utilizzata nelle casseforme in calcestruzzo e nei sistemi di casseratura. La forma della filettatura a spirale consente l'innesto e il disinnesto del dado con una sola mano, il che è importante nell'assemblaggio a ciclo rapido e nel disarmo dei pannelli della cassaforma. La barra filettata semplice con dadi esagonali standard viene utilizzata nelle applicazioni con tiranti passanti per carichi più pesanti in cui una maggiore pressione laterale del calcestruzzo bagnato richiede la capacità strutturale di una lunghezza di impegno della filettatura standard.
L'asta della vite a testa esagonale è un'asta filettata con una testa esagonale formata o forgiata ad un'estremità. La combinazione di un gambo filettato a tutta lunghezza con una testa esagonale crea un componente in grado di trasmettere sia la coppia rotazionale (attraverso la testa esagonale) che la forza lineare (attraverso la filettatura) in un unico elemento. Si tratta di un requisito funzionale diverso rispetto a un dispositivo di fissaggio standard: l'asta non è principalmente un dispositivo di bloccaggio ma un convertitore di movimento meccanico, trasformando l'input rotatorio sulla testa esagonale in uno spostamento lineare di un dado o di una chiocciola che viaggia lungo la filettatura.
Un martinetto a vite è un dispositivo che converte il movimento rotatorio in movimento lineare attraverso un'interfaccia filettata. L'asta della vite a testa esagonale è l'elemento condotto in un gruppo martinetto a vite: la testa esagonale è impegnata da una chiave inglese, un cricchetto o un azionamento motorizzato e la rotazione risultante fa avanzare o ritrarre l'asta filettata rispetto a un dado fisso o all'alloggiamento della chiocciola. Il vantaggio meccanico di un martinetto a vite è il rapporto tra la coppia immessa sulla testa esagonale e la spinta lineare erogata all'estremità dello stelo, che è determinata dal passo della filettatura e dal raggio al quale viene applicata la forza in ingresso.
Un passo della filettatura più fine produce un vantaggio meccanico più elevato (maggiore spinta lineare per unità di coppia in ingresso) ma una corsa lineare per giro più lenta e una maggiore suscettibilità all'inceppamento se la filettatura non è ben lubrificata. Un passo più grossolano produce una corsa lineare più rapida, un vantaggio meccanico inferiore ed è più autopulente in ambienti sporchi o contaminati. La scelta della forma della filettatura per le applicazioni con martinetto a vite rappresenta un equilibrio tra questi fattori, con l'entità del carico, la velocità di spostamento e le condizioni di lubrificazione che influenzano tutti la scelta ottimale.
Le forme standard della filettatura a V a 60 gradi (UNC, UNF, sistema metrico ISO) vengono utilizzate in molte applicazioni con martinetti con asta a vite a testa esagonale, in particolare a livelli di carico inferiori dove le sollecitazioni di contatto della filettatura rientrano nella capacità del fianco della filettatura a V. Tuttavia, l'angolo del fianco di 60 gradi di una filettatura a V crea una significativa componente di forza radiale (l'effetto di incuneamento dei fianchi della filettatura) che aumenta l'attrito e riduce l'efficienza rispetto a un profilo della filettatura più orientato assialmente.
Per la trasmissione di potenza a carichi più elevati e le applicazioni con martinetti a vite più impegnative, sono specificate le forme di filettatura trapezoidale e ACME:
Un'importante considerazione progettuale nella selezione dell'asta della vite a testa esagonale della vite di martinetto è se la filettatura è autobloccante o revisionata. Una filettatura autobloccante manterrà la sua posizione sotto carico senza frenatura esterna quando l'ingresso di azionamento viene rimosso: l'attrito nella filettatura è sufficiente per resistere alla guida all'indietro da parte del carico assiale. Una filettatura di revisione tornerà indietro sotto carico se la coppia motrice viene rimossa, richiedendo un freno esterno o un meccanismo di bloccaggio per mantenere la posizione.
La condizione autobloccante è soddisfatta quando l'angolo di attacco della filettatura è inferiore all'angolo di attrito dell'interfaccia della filettatura. Per la maggior parte delle combinazioni standard di filettatura V e filettatura ACME con contatto acciaio su acciaio e lubrificazione tipica, la filettatura è autobloccante, motivo per cui un dado su un bullone non si allenta semplicemente a causa del carico applicato. Per le viti madre ad alta efficienza progettate per ridurre al minimo l'attrito (come quelle utilizzate nelle macchine utensili CNC con gruppi chiocciola a ricircolo di sfere), la filettatura può essere intenzionalmente progettata per la revisione, poiché ciò consente all'elemento condotto di essere riposizionato da una leggera forza esterna senza richiedere una coppia di ritorno.
Le aste per viti a testa esagonale vengono utilizzate in una vasta gamma di applicazioni di martinetto, sollevamento e posizionamento lineare:
I requisiti materiali per un'asta per vite a testa esagonale in un'applicazione di trasmissione di potenza o martinetto differiscono da quelli di un dispositivo di fissaggio strutturale. Oltre alla resistenza alla trazione, è necessario valutare la sollecitazione da contatto della filettatura (pressione di contatto hertziana tra i fianchi della filettatura accoppiata), la resistenza all'usura, la durata a fatica sotto carico ciclico e, in alcune applicazioni, la resistenza alla corrosione.
L'acciaio a medio carbonio (AISI 1045 o equivalente) e l'acciaio legato (AISI 4140, 4340) sono i materiali più comuni per le aste delle viti a testa esagonale industriali e i gruppi di viti di sollevamento. L'acciaio a medio carbonio fornisce un'adeguata combinazione di resistenza, lavorabilità e capacità di rullatura della filettatura per la maggior parte delle applicazioni di sollevamento e martinetto. Gli acciai legati di qualità 4140 e 4340, trattati termicamente al livello di resistenza richiesto, sono specificati per applicazioni ad alto carico e ad alto numero di cicli in cui la maggiore resistenza del nucleo, una migliore resistenza alla fatica e una migliore risposta della durezza superficiale al trattamento termico giustificano il sovrapprezzo del materiale.
L'efficienza della filettatura e la durata dell'usura nelle applicazioni con martinetto a vite sono influenzate in modo significativo dal trattamento superficiale dello stelo e dal regime di lubrificazione. Il rivestimento in fosfato di zinco (Parkerizing) applicato prima di un grasso o di un olio lubrificante migliora la ritenzione del lubrificante sulla superficie della filettatura e riduce l'usura iniziale durante il rodaggio. La cromatura dura sui fianchi della filettatura viene utilizzata nelle applicazioni di viti di precisione ad alto numero di cicli per migliorare la resistenza all'usura. Per ambienti esterni o corrosivi, sono specificati la zincatura, la zincatura a caldo o l'asta in acciaio inossidabile, con la selezione bilanciata rispetto ai requisiti di tolleranza della filettatura dell'applicazione: i rivestimenti più spessi riducono il gioco effettivo tra le filettature dell'asta e del dado.
Nei gruppi vite a martinetto per trasmissione di potenza, la chiocciola (la chiocciola che si sposta lungo l'asta della vite o il dado rispetto al quale l'asta avanza) è spesso realizzata con un materiale più morbido dell'asta, tipicamente bronzo, ottone o polimero acetalico (Delrin). Questo abbinamento di materiali rende deliberatamente il dado il componente sacrificale antiusura. È significativamente più economico e più semplice sostituire un dado in bronzo usurato piuttosto che sostituire l'intera asta della vite, quindi il dado è progettato per usurarsi preferibilmente mentre l'asta mantiene la sua precisione dimensionale per una durata di servizio molto più lunga. I dadi in bronzo forniscono inoltre una migliore ritenzione della lubrificazione e un attrito inferiore rispetto agli accoppiamenti acciaio su acciaio, migliorando l'efficienza della trasmissione di potenza e riducendo la coppia motrice richiesta per un dato carico di spinta.
Per acquirenti, ingegneri e team di approvvigionamento che richiedono barre con barra completamente filettata o aste con vite a testa esagonale per applicazioni di martinetti e trasmissione di potenza, i seguenti parametri rappresentano le informazioni minime richieste per specifiche di prodotto accurate e comunicazioni con i fornitori:
Barra completamente filettata L7 zincata/nera/superficie HDG da 3/4*10".
Aste con vite jack a testa piatta
Vite a testa esagonale con esagono incassato in ossido nero di acciaio legato di grado 12.9 M3-M24
Bulloni cilindrici con flangia a testa esagonale zincata grado 8.8 in acciaio legato M8 × 60
Bulloni flangiati a testa esagonale con cilindro rivestito in fosfato M8×100 in acciaio legato grado 8.8
Dadi antiscivolo con dado flangiato esagonale DIN6923 M4
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