Indice
1.3 L'evoluzione dei bulloni nel Rinascimento
1.4 La rivoluzione industriale e la bulloneria
2.3 Tipi di vite e loro utilizzo
3. Dadi: elementi essenziali nella bulloneria
3.1 Storia dei dadi
3.3 L'importanza dei dadi nella costruzione e nell'ingegneria
4 Bulloni: colonne portanti dell'ingegneria
4.2 Tipologie e caratteristiche
5.Innovazioni e futuro della bulloneria
5.1. Innovazioni recenti nella tecnologia di bulloneria
5.2 Il futuro dei bulloni, dadi e viti
6. Caso di studio: Impieghi specifici della bulloneria
6.1. Bulloneria nell'aerospaziale
6.2 Il ruolo della bulloneria nel settore ferroviario
Dalle dimensioni variabili, a volte così piccole da sfuggire alla vista, gli elementi di bulloneria sono prodotti che fanno ormai parte della nostra quotidianità oltre ad essere indispensabili per lo sviluppo dell’industria e della tecnologia moderna. Basti pensare a tavoli, sedie, armadi o agli elettrodomestici che utilizziamo ogni giorno, oppure ancora all’assemblaggio delle parti di un auto o di un missile lanciato nello spazio per esplorarlo.
L’elenco potrebbe continuare all’infinito poiché per comprendere realmente che cos’è la bulloneria bisogna immaginare una vasta gamma di prodotti, applicabili nei più svariati sistemi e settori. La semplicità di questi componenti nasconde una progettazione minuziosa che ha raggiunto i livelli di oggi in moltissimo tempo. In questo articolo andremo a raccontare la storia della bulloneria, a conoscere gli inventori di viti e bulloni ed a ripercorrere gli step più importanti che hanno condotto alla bulloneria come la conosciamo noi oggi.
Quando e dove sono state inventate le viti? È questa la prima domanda da porsi per ripercorrere la storia della bulloneria. La risposta ha radici lontane, nell’antica Grecia. Secondo alcuni studiosi del settore infatti, l’inventore delle viti sarebbe il matematico greco Archita che nell’arco della sua vita, dal 428 al 37 a.C., ha fondato quella che oggi conosciamo come scienza ingegneristica. Nel corso dei secoli le viti hanno conosciuto una lenta evoluzione, fino alla rivoluzione industriale, periodo in cui la produzione fu standardizzata e ottimizzata, anche grazie all’invenzione della filettatura.
Già a partire dal I secolo a.C., la storia narra della comparsa e relativo utilizzo di viti in legno a sostegno di strutture come torchi che, seppur rudimentali, servivano per la spremitura di olive e uva. Negli anni a seguire, tali elementi in legno vennero utilizzati per l’assemblaggio di macchinari bellici e per la costruzione di architetture monumentali giunte fino ai giorni nostri. Il passaggio alla vite metalliche avviene in Europa durante il XV secolo. Da quel momento in poi, la produzione di bulloneria non si è mai arrestata ma, al contrario, è andata sempre più evolvendosi fino a raggiungere numeri esponenziali, enorme variabilità di elementi e dimensioni, adattabili ad ogni applicazione.
Il 1500 fu il secolo in cui comparvero le prime viti metalliche. Si trattava di elementi unici e non intercambiabili quindi non sostituibili con altri prodotti. Come accennato in precedenza, le tecnologie mutavano molto lentamente e trascorsero oltre 200 anni prima di registrare un cambiamento sostanziale nella produzione ed applicazione della bulloneria.
Era infatti il 1797 quando, in Inghilterra, l’ingegnere Harry Maudsley brevettò il primo tornio con cui era possibile produrre viti con una tecnologia ripetibile e precisa. Questo nuovo strumento fu ideato con un supporto registrabile che consentiva quindi una maggiore precisione di lavorazione, a differenza dei torni utilizzati fino a quel momento comandati a pedali e che, dunque, restituivano prodotti di bassa qualità. L’invenzione del britannico Maudsley consentì la standardizzazione delle misure del filetto e, di conseguenza, rese intercambiabili dadi e bulloni. Se fino a quel momento ad ogni bullone corrispondeva un unico dado, con la standardizzazione delle filettature ogni bullone poteva adattarsi a qualsiasi dado, purché fossero della stessa misura.
Un momento storico particolarmente importante per la bulloneria, fu la rivoluzione industriale. Il progresso tecnologico di questo periodo, permise l’azionamento del tornio con energia esterna, superando quindi la tradizionale alimentazione manuale. È da quel momento che la produzione di viti e bulloni registrò un vero e proprio decollo, fino a raggiungere livelli di produzione e commercializzazione di massa.
Accanto alla standardizzazione c’era però un altro problema da risolvere affinché l’evoluzione diventasse davvero esponenziale: bisognava trovare un criterio che determinasse un tipo di filettatura unificata alla quale tutti i produttori potessero uniformarsi. A tal riguardo, un personaggio che segnò la storia della bulloneria fu l’ingegnere Joseph Withworth.
Withworth, professionista che aveva girato e lavorato in molte aziende meccaniche tra cui anche quella di Maudsley a Londra, nel 1833 aprì la sua azienda con sede vicino Manchester. Proprio da lì, nel 1841, mise a punto una gamma di viti che avevano una filettatura triangolare con un angolo di 55 gradi, con il passo e la dimensione che crescevano in base al diametro delle viti. Tale invenzione, nota appunto come sistema Withworth, divenne il primo sistema di unificazione della bulloneria adottato dal British Standard. All’inizio diffusasi sulla base di accordi con altre aziende del settore meccanico, successivamente questa tipologia di filettatura conobbe una grande diffusione per due principali motivi:
La guerra in Crimea. Nel 1855, il Regno Unito dovette allestire in tempi rapidi una flotta di 120 navi cannoniere equipaggiate con macchine a vapore. La necessità di una produzione celere, spinse le autorità britanniche a coinvolgere moltissime aziende meccaniche alle quali servivano indicazioni univoche. Per tale ragione, l’Ammiragliato prescrisse l’impiego di viti rispondenti allo standard Withworth.
La British Railway Lines. Erano gli anni della costruzione delle linee ferroviarie nel Regno Unito e, le varie società, utilizzavano ciascuna un proprio standard di viti ed elementi di fissaggio. Anche in questo caso le autorità britanniche, che gestivano tutte le linee ferrate, diedero indicazioni di utilizzare il sistemare Withworth, incentivandone la diffusione in tutta l’industria meccanica.
Il BSW (British Standard Withworth) è ancora oggi lo standard britannico di misurazione delle viti usato nei laboratori di ingegneria di tutto il mondo.
I passi storici descritti fino ad ora sono gli step più significativi che hanno segnato l’evoluzione di viti e bulloni. Dalle primissime prodotte in legno, arrivando a quelle in metallo, le viti rappresentano elementi di fissaggio che hanno attraversato il tempo e che oggi vengono prodotte in diverse tipologie e materiali.
Caratterizzate da una testa, un gambo ed una punta, le viti sono da sempre utilizzate per fissare oggetti o parti di essi fra loro. Sebbene la loro funzione sia rimasta invariata nel tempo, le tecnologie di produzione hanno conosciuto evoluzione e miglioria. Ad oggi, i tre principali procedimenti tecnologici con cui vengono prodotte le viti sono:
Asportazione di truciolo
Deformazione plastica a caldo
Deformazione plastica a freddo
Per ogni tipologia di produzione è consigliabile utilizzare specifici materiali. Ad esempio per l’asportazione di truciolo (sistema più antico) sono da evitare materiali troppo duri o pastosi mentre per la deformazione a caldo, sono da preferire materiali più malleabili come l’acciaio, alluminio, rame e ottone.
Dal sistema Withworth fino ai giorni nostri, sono state studiate e realizzate svariate tipologie di viti, applicabili ad altrettanto differenti settori e finalità. Tra le principali si ricordano:
La nascita dei dadi è concomitante a quella delle viti: questi elementi condividono il tipo di filettatura ed il loro utilizzo è sempre stato strettamente associato. Infatti, anche per tali elementi di fissaggio dal foro filettato, il riferimento storico è il sistema Whitworth con cui si diffuse l’idea di non usare più pezzi unici ma di standardizzare la produzione di viti e dadi.
Utilizzati per tenere uniti i materiali su cui sono applicati, i dadi sono prodotti in diverse forme e dimensioni. Tra le varie tipologie di dado esistenti, troviamo:
La varietà di dadi presenti sul mercato odierno, risponde perfettamente alle differenti esigenze di clienti e costruttori. Esistono infatti diversi dadi applicabili a settori come:
Carpenteria pesante: in questo ambito sono molto utilizzati i prodotti in acciaio ad alta resistenza, zincati a caldo e gli articoli di bulloneria strutturale come il dado esagonale per sistema HV;
Carpenteria leggera: in tale settore si fa ricorso a un ampio spettro di bulloneria, con un uso molto diffuso di dadi in acciaio e zincati a caldo;
Facciate continue: questa tipologia di costruzione rientra nel campo della carpenteria leggera e prevede l’utilizzo di materiali in acciaio, alluminio e plastica;
Costruzione di strade: al fine di rendere sicure e robuste le costruzioni stradali, la bulloneria è fondamentale. Per questi lavori vengono preferiti dadi in acciaio o zincati a caldo;
Consolidamento di pareti rocciose:per questo tipo di lavorazione vengono usate delle reti metalliche fissate in combinazione con diversi elementi di bulloneria, tra cui i dadi in acciaio.
Il bullone è un elemento di giunzione che unisce due parti meccaniche ed è formato da una vite e un dado. L’insieme di questi componenti segue determinati schemi di classificazione per potersi allineare alle normative nazionali ed internazionali. Per questo sui bulloni sono presenti delle marcature che ne indicano le caratteristiche.
L’evoluzione storica del bullone è, inevitabilmente, legata a quella dei due elementi che lo compongono. Domandarsi quando è nato il bullone vuol dire chiedersi, in effetti, quando sono nati la vite ed il dado. Anche in questo caso infatti, la grande diffusione è avvenuta a seguito dello scoppio della rivoluzione industriale con una conseguente produzione di massa e standardizzazione dei processi di lavorazione.
Anche la sua applicazione è giunta, nel tempo, a svilupparsi in numerosi settori. Ad oggi questo elemento filettato è essenziale in moltissimi ambiti come il settore metalmeccanico, energetico, petrolchimico, fonti rinnovabili, nei trasporti, nelle strutture e grandi costruzioni.
Come anticipato nel paragrafo precedente, per riconoscere in maniera univoca una vite o un dado, è necessario che su tali elementi siano presenti le cosiddette marcature, incisioni che il produttore deve applicare e che descrivono le caratteristiche basilari di ogni elemento. In generale, la marcatura è eseguita sulla testa del prodotto per incisione o rilievo.
I numeri incisi quindi sui bulloni, rappresentano le classi di resistenza della bulloneria, che si suddividono in:
4.6, 4.8, 5.6 (bassa resistenza)
6.8 (media resistenza)
8.8, 10.9 e 12.9 (alta resistenza).
Una classe 8.8 ad esempio indica prodotti in acciaio a medio tenore di carbonio ed è considerata come la forma di materiale più comune tra quelle ad alta resistenza.
I campi di applicazione elencati in precedenza per viti e dadi, valgono inevitabilmente anche per i bulloni. Questi elementi di giunzione trovano spazio nelle costruzioni moderne e nell’industria come:
Anche in un settore apparentemente statico come la bulloneria, l’innovazione sposa tecnologie e metodi di produzione. Oggi infatti anche i bulloni diventano elementi all’avanguardia grazie ad un sofisticato traduttore per la misura del precarico. Questo meccanismo, messo a punto in alcune aziende produttrici moderne, prevede l’installazione di un sistema laser integrato nei bulloni che individua istantaneamente la perdita di precarico delle giunzioni e consente di intervenire nell’immediato. Si tratta dunque di un sistema real time che rende i bulloni ancora più sicuri e affidabili.
Se la prima vite era in legno, quale sarà il futuro dei bulloni, dadi e viti? In questo excursus sulla storia della bulloneria, il punto di arrivo (almeno per il momento) potrebbe essere l’Intelligenza Artificiale applicata ai bulloni. Sono stati infatti progettati dei nuovi elementi di fissaggio dotati di sensori ad altissima tecnologia che li rendono sempre connessi. Questi componenti non solo assolveranno le loro originarie funzioni meccaniche ma serviranno a raccogliere dati mai acquisiti prima. I bulloni dunque diventano intelligenti e comunicano migliorando sempre più il sistema a cui sono applicati e la sua sicurezza.
Pensare al futuro della bulloneria significa, inevitabilmente, pensare alla sua applicazione in campo aerospaziale. Gli elementi di fissaggio per il settore aerospaziale sono infatti componenti che devono necessariamente rispondere ad elevati standard e specifici criteri, al fine di garantire una sempre maggiore sicurezza.
Questi elementi devono resistere ad alta pressione, velocità, vento, temperature instabili così come all’ossidazione ed alla corrosione. Per tale motivo è fondamentale che rispecchino precise norme di progettazione e produzione, in linea con le tecnologie ed i materiali sempre più avanzati.
Per garantire e mantenere nel tempo questi criteri, gli elementi di bulloneria aerospaziale sono, solitamente, realizzati in:
Acciaio, dotato di elevata durezza e resistenza;
Alluminio, elemento che resiste alle alte temperature e alla corrosione;
Titanio, resistente e duraturo.
La scelta di quale materiale utilizzare è effettuare in base allo specifico progetto o dispositivo da realizzare.
Un settore su tutti probabilmente rispecchia il connubio tra antico e moderno proprio come la bulloneria. Si tratta del settore ferroviario, in Italia risalente ai primi anni 20’ con la costruzione dei primi binari ma, ad oggi, sempre più moderno e veloce. La bulloneria ferroviaria, anche in questo caso, deve rispondere a criteri e standard ben specifici poiché applicata in due macro aree:
Costruzione del mezzo di locomozione
Costruzione dell’infrastruttura.
Per essere in linea con le normative vigenti e quindi garantire risultati sempre più performanti e sicuri, tali articoli di bulloneria vengono sottoposti a trattamenti specifici come:
Zincatura bianca
Zincatura a fuoco
Trattamento geomet.
Prodotti così fatti e quindi utili per l’applicazione ferroviaria, sono davvero molti. Tra tutti si ricordano:
Dadi medi esagonali (classe di resistenza 10);
Bulloni a serraggio controllato (EN 14399);
Inserti filettati;
Rivetti strutturali;
La varietà di componenti disponibili, consente di effettuare la scelta più adatta alla lavorazione, dalle ferrovie più antiche fino ai treni ad alta velocità e di ultima generazione e di garantire, quindi, elevati standard di sicurezza e sistemi all’avanguardia.
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