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Tecniche di produzione bulloneria: guida completa

Tecniche di produzione bulloneria: guida completa


Viti e bulloni sono componenti basilari impiegati nel mondo dell’ingegneria, delle costruzioni e dell’industria in generale. Per comprendere al meglio che cos’è la bulloneria, bisogna pensare ad una vasta gamma di prodotti che trova spazio in diversi settori, in quanto in grado di rispondere a diverse esigenze. Gli elementi di bulloneria si distinguono per finalità, dimensioni, materiali di produzione, trattamenti, caratteristiche tecniche e metodi di produzione

Nel corso degli anni, la produzione di viti e bulloni è infatti diventata un processo altamente tecnologico e innovativo: conoscere le tecniche di produzione della bulloneria è importante per la scelta del prodotto corretto e la sua consequenziale applicazione. In questo articolo andremo a definire come si producono i bulloni e quali sono le principali tecniche di produzione avanzate.

Panoramica sulle Tecniche di Produzione



Come vengono prodotte le viti? Come vengono fabbricati i bulloni? Per rispondere a queste domande e scoprire come viene creata la bulloneria, bisogna partire dal principio secondo cui le tecnologie di produzione variano a seconda della forma del prodotto da realizzare e dei materiali impiegati. Esistono diverse tecniche di produzione che andremo a descrivere nei prossimi paragrafi:

 

  • Stampaggio
  • Rullatura
  • Lavorazione meccanica
  • Tranciatura
  • Sinterizzazione.

 

Generalmente, il punto di partenza è il materiale grezzo, sotto forma di barre o matasse di filo per la produzione di viti e dadi, e sotto forma di lamiere in nastro per la realizzazione di rondelle. Nel primo caso, per la produzione di viti, si parte dalla trasformazione della vergella, presente sotto forma di filo avvolto su appositi aspi. Attraverso il processo di ricalcatura, la vergella acquisisce la forma desiderata e può essere sottoposta preliminarmente a trattamenti come decapaggio e lubrificazione, utili a preparare il materiale per gli step successivi. Infatti, successivamente, la vergella è sottoposta ad un trattamento di deformazione, detto trafilatura, che deve essere eseguita prima dei successivi processi come stampaggio o rullatura.

È inoltre utile sapere che fra i principali metodi produttivi della viteria ci sono la deformazione a caldo e quella a freddo. La prima lavorazione, solitamente, viene scelta per la produzione di grandi diametri mentre la seconda è impiegata per misure più piccole. Dunque, ogni tecnologia ha i suoi passaggi da seguire, i suoi trattamenti a cui sottoporre il materiale ed i suoi vantaggi legati all’utilizzo finale dell’elemento di bulloneria.


Cos'è lo Stampaggio e come si applica alla viteria



Come accennato nel paragrafo precedente, uno dei trattamenti tecnologici di base della bulloneria è lo stampaggio, che può essere distinto in:

  • Stampaggio a caldo;

  • Stampaggio a freddo.

Lo stampaggio a freddo ha come punto di partenza la vergella che, trafilata con precisione, consente il riempimento ottimale delle matrici. Questo trattamento di base è molto veloce perché basato su passaggi automatici e standardizzati: il filo metallico viene tagliato a misura precisa e poi spostato mediante l’utilizzo di pinze mobili in una serie di stampi in successione. Proprio in questi stampi il materiale prende la forma desiderata. Lo stampaggio a freddo sfrutta la malleabilità dei materiali e, di conseguenza, ne rispetta i valori critici. Infatti, durante questo metodo di produzione il carico di snervamento rimane sotto la soglia critica ed il prodotto finale non è compromesso. Sebbene sia una tecnica utilizzata per lavorazioni di piccole dimensioni, l’evoluzione tecnologica ha permesso di utilizzare programmi sempre più sofisticati di analisi e simulazione di prodotti finiti. Ad oggi è infatti possibile impiegare macchine multistazione e raggiungere diametri notevoli, fino a 48 mm.

Lo stampaggio può avvenire anche a caldo. Questa tecnica è applicata per la produzione di prodotti di grandi diametri e, per tale ragione, la macchina è alimentata da una barra, la cui estremità è riscaldata al calore a induzione prima di essere tagliata. Lo stampaggio a caldo è utilizzato per deformare materiali molto resistenti. Infatti, attraverso la pressa, il materiale viene deformato per ottenere la forma desiderata. Le attrezzature, o matrici, montate sul martello della slitta e sull’incudine del telaio, sono composte da molti elementi, alcuni comuni a più viti, altri invece specifici. Ad esempio, per stampare e produrre una vite a testa esagonale M8 in varie lunghezze, basta regolare le diverse misure del taglio del filo e allungare o accorciare la corsa dello strumento. Così facendo, il produttore non dovrà sostituire la matrice di volta in volta, ma potrà mantenere montata l’attrezzatura destinata a formare la testa, registrando così un notevole risparmio sui tempi di produzione. Per evitare la rottura del carico di snervamento e, quindi, eventuali cricche, risulta inoltre utile effettuare un trattamento termico di stabilizzazione preliminare.  

 

Stampaggio di Viti e Bulloni: processi e materiali

I processi di stampaggio di viti e deformazione plastica sono, generalmente, quelli più diffusi grazie alla buona qualità del prodotto finale ed ai costi contenuti che questo sistema richiede, soprattutto se la produzione raggiunge numeri notevoli e costanti nel tempo.

Si parla di “stampaggio” per indicare questa lavorazione proprio perché la realizzazione del manufatto avviene mediante uno stampo. In base al prodotto da ottenere, i procedimenti possono variare ed è importante prendere in considerazione alcune specifiche condizioni come, ad esempio, la temperatura dello stampo.

Si possono distinguere due principali operazioni di stampaggio:

  • A Iniezione: il materiale, reso liquido, viene inserito nello stampo e pressato; assumerà la forma desiderata una volta raffreddato;

  • A compressione: il materiale viene letteralmente schiacciato nello stampo ed assume così la forma voluta. 

In generale però, prescindendo dalla tecnologia a caldo o a freddo, a iniezione o a compressione, i materiali che più si prestano a questo metodo di produzione sono quelli più malleabili come l’Acciaio, l’Alluminio, il Rame e l’Ottone. Allo stampaggio possono seguire ulteriori lavorazioni, tra cui la rullatura o l’asportazione di materiale, quando ad esempio risulta necessario creare flange, cavità o ottenere elementi ancora più precisi. È da sottolineare che, soprattutto per quanto concerne lo stampaggio a caldo, la malleabilità dei materiali influenza l’uso del macchinario, perché non tutte le viti sono realizzabili in pochi passaggi. 

Questa tecnica di lavorazione è normalmente utilizzata per ottenere numerosi e diversi componenti tecnici. Tra tutti ricordiamo la produzione di rondelle e guarnizioni.

Bulloni e rondelle prodotte tramite stampaggio

La Rullatura meccanica



La rullatura meccanica è un processo di lavorazione che non prevede l’asportazione di truciolo, ma la deformazione del materiale avviene mediante il passaggio dello stesso in dei rullatori a rotazione continua. Nel processo di rullatura tali utensili in rotazione deformano la superficie del materiale fino ad ottenere forme e dimensioni desiderate. L’elemento viene quindi fatto passare tra questi due rulli o piastre conformate, in modo che assuma la sagoma voluta sotto l’effetto di una pressione consistente e continua, applicata durante il suo passaggio. 

Questa tecnica di lavorazione viene utilizzata quando è necessario ottenere un rafforzamento dell’elemento, che risulterà duro e resistente pur conservando le sue proprietà meccaniche. Un ulteriore importante vantaggio di questa tecnica è la possibilità di variare in successione i diametri crescenti e decrescenti, indipendentemente dalla loro posizione lungo l’asse. Al tempo stesso, la rullatura non è da preferire ad altre tecniche, come ad esempio allo stampaggio, se l’obiettivo è quello di ottenere deformazioni elevate.

La lavorazione mediante rulli è un processo che, di solito, viene usato per la creazione della filettatura delle viti. Infatti, la rullatura della filettatura garantisce una migliore riuscita del filetto e, di conseguenza, si abbassa notevolmente il rischio di subire ammaccature casuali durante la movimentazione. Quanto più un filetto si avvicina alla perfezione, tanto più sarà scorrevole l’applicazione dell’elemento di bulloneria e precisa l’applicazione del precarico in fase di montaggio, perché l’attrito risulterà minimo. 

Per tutti questi vantaggi e per i bassi costi di produzione, questa tecnologia risulta particolarmente apprezzata in diversi settori, tra cui quello aerospaziale, l’automotive, il settore ferroviario, l'oil & gas e quello delle macchine agricole.

Processi di Lavorazione per Viti e Dadi Speciali



Tra le principali tecniche di lavorazione della bulloneria ne esiste una particolare, ovvero la lavorazione meccanica, utilizzata per produrre piccole serie di elementi di fissaggio o per la realizzazione di particolari molto complessi e ad elevata precisione. Questa tecnologia, che quindi consente una maggiore accuratezza di lavorazione rispetto alle altre, risulta adatta alla produzione della cosiddetta minuteria metallica, ossia elementi particolari e di piccole dimensioni dalle forme geometriche complicate.

La lavorazione meccanica è un metodo che avviene per asportazione: il materiale viene asportato fino ad ottenere la forma desiderata. La funzionalità della macchina varia in base al tipo di lavorazione a cui è sottoposto il materiale. Infatti, ogni realizzazione prevede fasi di lavorazione diverse, tutte altamente precise, poiché una semplice vibrazione o variazione di velocità potrebbe influire sul risultato finale. 

Proprio perché dedicata alla creazione di piccoli elementi, questa tecnica prevede l’utilizzo di materiali in grado di sfogliarsi facilmente, così da creare piccoli trucioli. Al contrario, materiali troppo duri o pastosi, ostacolerebbero la produzione. 

Esistono diversi tipi di lavorazione meccanica che si possono scegliere in base alla forma finale da ottenere. Nello specifico è possibile distinguere tra:

 

  • Tornitura: mediante l’utilizzo di un tornio, l’utensile viene avvicinato all’elemento in rotazione e vengono dunque asportati i trucioli in modo progressivo;
  • Foratura: tipologia di lavorazione che prevede l’utilizzo di un trapano dotato di mandrino che sostiene una punta rotante a forma di spirale;
  • Fresatura: simile alla foratura per l’utilizzo del trapano, questa tecnica si distingue poiché non lavora sulla punta, ma per abrasione sui lati del pezzo; è una lavorazione adatta a creare forme complesse;
  • Alesatura: si tratta di una tecnica correttiva che agisce sul diametro e lo modifica lievemente ma con precisione; attraverso il moto rotatorio dell’alesatore, il diametro dei fori realizzati con il trapano o ottenuti da una fusione si avvicinerà pian piano al valore corretto;
  • Bocciatura o spinatura: questa tecnologia prevede l’utilizzo di una macchina detta bocciatrice o spinatrice, in grado di lavorare su fori o cavità e di asportare il materiale della superficie interna fino ad ottenere la forma desiderata; la cavità esagonale di una vite dotata di testa cilindrica a cava è un tipico esempio di questa lavorazione.

 

Produzione di bulloneria tramite lavorazione meccanica

Il processo di Tranciatura e sue applicazioni



Come la lavorazione meccanica, anche la tranciatura di metalli è un processo particolarmente indicato per la produzione di minuterie metalliche. Si tratta infatti di una tecnica utilizzata per le lavorazioni delle sezioni piane e, quindi, di elementi con spessore limitato come rondelle, dadi bassi, piastrine, anelli d’arresto ecc.

Punto di partenza è una lamiera di acciaio, rame, ottone o alluminio. Il laminato, inserito in una pressa (normalmente verticale) con un punzone o una serie di punzoni e matrici, è sottoposto ad uno sforzo che frattura il pezzo.

Esistono diversi tipi di tranciatura, a seconda della forma da dare al materiale. Ad esempio:

 

  • Imbutitura, adatta per la realizzazione di prodotti cilindrici;
  • Piegatura, per la creazione di pieghe sul metallo;
  • Coniatura, per la produzione di zigrinature, smussature, ecc...

 

La tranciatura prevede l’utilizzo di stampe e presse avanzate che non rovinano il materiale. Per tale ragione può essere effettuata su qualsiasi metallo. Si può infatti parlare di tranciatura dell’acciaio, ma anche di alluminio e rame. Nel primo caso, i prodotti finali sono generalmente utilizzati nel settore alimentare; per quanto riguarda i componenti di alluminio, questi trovano applicazione in settori come l’elettronica e la meccanica, mentre gli elementi in rame vengono adoperati nel campo dell’elettromeccanica. 

Prescindendo dall’applicazione finale del prodotto, la tranciatura è una lavorazione che presenta il vantaggio di essere veloce ed economica. Non è però una tecnica che garantisce precisione ed elevata qualità di esecuzione poiché, durante i processi di lavorazione, risultano frequenti le formazioni di bave sul profilo del taglio. Per porre rimedio a queste imprecisioni, è necessario che l’elemento sia sottoposto a sabbiatura per essere smussato. Tutti questi passaggi producono una quantità notevole di scarto e questo è un altro svantaggio di tale lavorazione.

Sinterizzazione: Innovazione nella Produzione di Componenti



La sinterizzazione è una tecnologia che consente la realizzazione di particolari di piccole e medie dimensioni, soprattutto se il prodotto finale deve acquisire forme complesse. I metalli sinterizzati sono creati dalla compressione di polveri metalliche che vengono quindi sinterizzate. Successivamente, tali componenti sono sottoposti ad un trattamento termico, al fine di ottenere metalli porosi ed elastici.

In linea generale, si possono distinguere 3 tipologie di sinterizzazione:

  • Sinterizzazione termica, si tratta di un processo di lavorazione ad elevate temperature. Per la realizzazione del particolare di viteria, la polvere viene inserita in uno stampo insieme ad alcuni leganti; successivamente, viene portata ad una temperatura molto elevata, ma al di sotto del punto di fusione del materiale;
  • Sinterizzazione termomeccanica, unisce al riscaldamento l'applicazione di una opportuna pressione (tra 20 e 50 MPa) attraverso un gas o un liquido;
  • Sinterizzazione elettrotermica e elettromeccanica, è una tecnologia effettuata con l’ausilio di correnti elettriche e/o specifici campi elettromagnetici che apportano energia proprio sulla parte interessata al processo di lavorazione. È una soluzione che permette una realizzazione rapida e di elevata qualità del prodotto, grazie all’impiego di stampanti in 3D.

Proprio per ciò che concerne le stampanti 3D, i processi normalmente usati sono 3:

  • Stereolitografia, si usa soprattutto per i pezzi dimostrativi;
  • Sinterizzazione laser selettiva, si usa per i prodotti che richiedono robustezza e durata;
  • Sinterizzazione laser diretta dei metalli, permette di creare geometrie complesse e articoli resistenti e durevoli.

Infine è utile sottolineare che il processo di sinterizzazione consente di combinare tra loro materiali che non sarebbero combinabili con la fusione metallurgica. Tra questi, ad esempio, si annoverano le combo ferro-alluminio, rame-grafite, rame-stagno-piombo.

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