Guida completa alla conoscenza dei dispositivi di fissaggio

I dispositivi di fissaggio sono componenti comuni ampiamente utilizzati nella vita quotidiana. Oggi forniremo un'introduzione dettagliata alle classificazioni, alle selezioni e ai processi di fissaggio. Questa guida è ricca di informazioni utili e vale la pena conservarla.

Definizione di elementi di fissaggio

Gli elementi di fissaggio, noti anche come parti standard sul mercato, sono una classe di componenti meccanici utilizzati per collegare saldamente due o più parti (o componenti) in un'unica entità.

Le viti sono un termine colloquiale per indicare gli elementi di fissaggio, ma sono solo un tipo di elemento di fissaggio.

Le differenze tra i vari elementi di fissaggio risiedono nelle loro forme, dimensioni e materiali, che consentono di soddisfare le diverse esigenze applicative. La funzione principale degli elementi di fissaggio è quella di creare un collegamento meccanico che mantenga la posizione e l'integrità dei componenti.

Ad esempio, possono collegare due o più parti o fissare componenti a una struttura o a una superficie. I dispositivi di fissaggio si caratterizzano per la loro varietà, l'alto grado di standardizzazione, la serializzazione e la generalizzazione. Nel settore ingegneristico e manifatturiero, i dispositivi di fissaggio sono indispensabili per costruire qualsiasi cosa, da semplici mobili a macchinari complessi, dispositivi elettronici e navi.

Tipi di elementi di fissaggio

1. I bulloni

Composti da una testa e da una vite (un corpo cilindrico con filettatura esterna), i bulloni vengono utilizzati con i dadi per fissare due parti con fori passanti. Questo tipo di collegamento è detto bullone. Rimuovendo il dado dal bullone si possono separare le due parti, rendendo le connessioni a bullone rimovibili.

2. Borchie

Un tipo di elemento di fissaggio senza testa, con filettature esterne su entrambe le estremità. Un'estremità deve essere avvitata in un pezzo con un foro per la filettatura interna, mentre l'altra estremità passa attraverso un pezzo con un foro passante e viene poi fissata con un dado, creando una connessione rimovibile chiamata perno. Le viti prigioniere sono utilizzate principalmente quando lo spessore della parte collegata è elevato, il che richiede una struttura compatta, o quando è necessario uno smontaggio frequente, che rende inadatte le connessioni a bullone.

3. Viti

Anche questi elementi di fissaggio sono costituiti da una testa e da una vite. In base al loro utilizzo, possono essere suddivisi in tre categorie: viti per macchine, viti con testa e viti per scopi speciali. Le viti da macchina sono utilizzate per fissare parti con filettatura interna a parti con fori passanti, senza bisogno di dadi (questo è chiamato collegamento a vite ed è anche rimovibile). Le viti di fermo sono utilizzate per fissare la posizione relativa di due parti. Le viti speciali, come i bulloni a occhiello, sono utilizzate per il sollevamento di parti.

4. Dadi

I dadi hanno fori filettati interni e sono generalmente di forma esagonale, anche se possono essere quadrati o cilindrici. Vengono utilizzati con bulloni, prigionieri o viti da macchina per collegare saldamente due parti tra loro, rendendole un'unica entità.

5. Viti autofilettanti

Simili alle viti da macchina, ma con filettatura specificamente progettata per l'autofilettatura. Vengono utilizzate per fissare insieme due parti metalliche sottili, rendendole un'unica entità. Le parti devono avere fori preforati e, grazie all'elevata durezza di queste viti, possono essere avvitate direttamente nelle parti, formando filettature interne. Questo tipo di connessione è anche rimovibile.

6. Viti per legno

Simili alle viti da macchina, ma con filettature progettate per il legno. Possono essere avvitate direttamente in parti (o componenti) di legno per fissare una parte metallica (o non metallica) con un foro passante a un componente di legno. Questo tipo di collegamento è anche rimovibile.

7. Rondelle

Gli elementi di fissaggio piatti e circolari sono collocati tra la superficie di appoggio di un bullone, di una vite o di un dado e la superficie della parte collegata. Aumentano la superficie di contatto, riducono la pressione per unità di superficie e proteggono la superficie della parte collegata da eventuali danni. Le rondelle elastiche possono anche impedire l'allentamento dei dadi.

Suggerimenti: Per saperne di più su "tipi di rondelle“.

8. Anelli di ritenzione

Utilizzato nelle scanalature di alberi o fori per evitare che le parti sugli alberi o nei fori si spostino lateralmente.

9. Perni

Utilizzati principalmente per il posizionamento dei pezzi, alcuni possono anche collegarli, fissarli, trasmettere energia o bloccare altri elementi di fissaggio.

10. Rivetti

Costituiti da una testa e da un gambo, i rivetti vengono utilizzati per fissare due parti con fori passanti, rendendole un'unica entità. Questo tipo di collegamento si chiama rivettatura e non è rimovibile. Per separare le parti collegate, il rivetto deve essere distrutto.

Suggerimenti: Clicca per saperne di più su "tipi di rivetti" e "metodi di connessione delle parti“.

11. Gruppi e set di connessioni

I gruppi si riferiscono a un tipo di elemento di fissaggio fornito in combinazione, come una vite da macchina (o bullone, vite autofilettante) combinata con una rondella piatta (o rondella elastica, rondella di sicurezza). I set di connessione si riferiscono a combinazioni specifiche di bulloni, dadi e rondelle fornite insieme, come i set di connessione di bulloni a testa esagonale ad alta resistenza per strutture in acciaio.

Caratteristiche applicative dei diversi tipi di viti:

Dalla varietà di viti disponibili, possiamo riassumere le loro caratteristiche applicative come segue:

1. Bulloni, viti e prigionieri con dadi o fori filettati: Sono utilizzati principalmente per connessioni ad alta resistenza che sopportano carichi significativi. Hanno strutture semplici e stabili.

2. Viti autofilettanti con fori preforati: Sono generalmente utilizzati per fissare oggetti leggeri, come interni di automobili e piccole parti elettriche, su lastre di metallo.

3. Elementi di fissaggio in plastica come clip e morsetti: Vengono generalmente utilizzati per fissare i cablaggi e i tubi di piccolo diametro nella lamiera.

4. Fascette stringitubo e fascette ad anello: Sono spesso utilizzati in sistemi idraulici a bassa pressione, sistemi pneumatici, tubazioni di raffreddamento, ecc.

Selezione dei dispositivi di fissaggio

Quando si scelgono i dispositivi di fissaggio adatti dall'inventario dei dispositivi di fissaggio, non si considerano solo le prestazioni di fissaggio, ma anche la facilità di montaggio, la facilità di manutenzione post-vendita, i requisiti estetici e l'efficienza dei costi.

1. Determinare le specifiche e i gradi di prestazione

La resistenza e il coefficiente di attrito di ogni bullone sono chiaramente definiti. Il precarico che può fornire varia a seconda delle diverse strategie di coppia, ma il precarico minimo può essere determinato per una determinata strategia di coppia.

Dopo aver determinato il precarico minimo richiesto per il punto di connessione, confrontare le specifiche dei bulloni in grado di fornire almeno questo precarico minimo e scegliere le specifiche e i gradi di prestazione più economici.

Le fasi generali sono le seguenti:

1. Determinare il tipo di connessione: sopporta carichi di trazione, di taglio o una combinazione?

2. Determinare il carico di lavoro del set di connessione in base al tipo di connessione.

3. Calcolare i carichi assiali e di taglio sul bullone.

4. Determinare la forza di serraggio minima.

5. Verificare la pressione superficiale sulle parti bloccate per evitare lo schiacciamento.

6. Determinare le specifiche e i gradi di prestazione appropriati.

2. Selezione dei tipi di testa

Le forme delle teste di fissaggio variano per adattarsi ai diversi spazi di montaggio, ai livelli di serraggio e ai requisiti estetici delle connessioni. Le funzioni principali della testa sono il supporto e la rotazione, e la scelta deve tenere conto di questi fattori.

Diagramma del tipo di testa	Nome	Note d'uso
	Flangia esagonale	I bulloni ad alta resistenza dovrebbero utilizzare preferibilmente teste flangiate esagonali, che riducono il rischio di schiacciamento delle parti serrate rispetto ai bulloni a testa esagonale.
	Testa esagonale	Non raccomandato, generalmente utilizzato con rondelle elastiche e rondelle piatte.
	Testa a bussola esagonale	Selezionato solo per bulloni e viti ad alta resistenza con spazio di avvitamento limitato.
	Svasato	Utilizzato principalmente in posizioni che richiedono planarità dopo il fissaggio, come ad esempio il fissaggio di serrature su porte scorrevoli. Le dimensioni dei fori svasati devono essere rigorosamente conformi agli standard nazionali.
	Testa di Pan	Utilizzato principalmente per superfici di supporto piane che non richiedono teste svasate, è più economico rispetto alle teste svasate.
	Torx	Sono preferibili alle teste Phillips per le chiavi interne, in quanto hanno meno probabilità di scivolare e possono sopportare una coppia maggiore.

3. Selezione del trattamento superficiale

1. Il principio per la scelta del colore del dispositivo di fissaggio è quello di abbinarlo alle parti fissate. Per le parti non visibili, utilizzare prioritariamente il colore argento.

2. A seconda delle parti utilizzate, si possono adottare diversi gradi di antiruggine.

3. Per prestazioni meccaniche superiori a 8,8, si sconsiglia l'impiego di zincatura e passivazione per il trattamento superficiale. In generale, si consigliano rivestimenti di zinco a scaglie non elettrolitiche. Per le rondelle elastiche e altri elementi di fissaggio con durezza superiore a 350HV, evitare l'uso della zincatura e della passivazione per evitare guasti da infragilimento da idrogeno.

4. Selezione della compatibilità del grado

In generale, le prestazioni meccaniche dei dadi dovrebbero corrispondere a quelle di bulloni, prigionieri o viti, come segue:

1. I dadi di grado 8 possono essere abbinati a bulloni, prigionieri o viti di grado 8.8.

2. I dadi di grado 10 possono essere abbinati a bulloni, prigionieri o viti di grado 10,9.

3. I dadi di grado 12 possono essere abbinati a bulloni, prigionieri o viti di grado 12.9.

In genere, i dadi di grado superiore possono sostituire quelli di grado inferiore. Ad esempio, i dadi di grado 10 possono sostituire i dadi di grado 8 per essere abbinati a bulloni, prigionieri o viti di grado 8,8.

5. Selezione dei processi di fissaggio

Prima di scegliere un processo di fissaggio, i progettisti devono stabilire se il prodotto richiede smontaggio e manutenzione. Ad esempio, prodotti come i rivelatori d'incendio, i telecomandi televisivi e i terminali di informazione portatili devono consentire ai consumatori di smontarli per sostituire le batterie. Al contrario, prodotti come gli asciugacapelli e i dispositivi medici monouso in genere non devono essere progettati per essere smontati o sottoposti a manutenzione. Inoltre, alcuni progettisti possono progettare specificamente i componenti in modo che siano resistenti alle manomissioni, impedendo ai consumatori di smontare facilmente i prodotti (ad esempio, i prodotti elettronici).

Prodotti che richiedono una manutenzione rimovibile

Viti, bulloni e giunzioni a scatto (ad esempio, clip in plastica) sono i metodi di fissaggio più comunemente utilizzati nei prodotti che richiedono una manutenzione rimovibile. I bulloni e le viti forniscono carichi di serraggio, comprimendo i componenti nell'assemblaggio. Quando la coppia di serraggio di viti e bulloni supera il punto di contatto tra la testa e le parti accoppiate, il requisito di fissaggio è soddisfatto. Rispetto ai giunti a scatto, i bulloni e le viti offrono una migliore ritenzione, mentre i giunti a scatto si affidano maggiormente alla resistenza dei componenti in plastica.

I giunti a scatto garantiscono la tenuta grazie all'incastro di più componenti. I giunti a scatto consentono un assemblaggio rapido e semplificano l'intero processo di assemblaggio grazie al minor numero di parti nella distinta base. Se nei prodotti in plastica è richiesta una ritenzione minima, in genere si preferiscono i giunti a scatto. Come mostrato nell'immagine qui sopra, la maggior parte delle calcolatrici tascabili utilizza giunti a scatto sul coperchio della batteria per facilitare la sostituzione della batteria da parte dei consumatori.

Suggerimenti: Clicca per saperne di più su "Tipi di attacchi a scatto“.

Prodotti permanenti

Perni solidi, adesivi, viti, bulloni e giunti a scatto sono metodi comuni per fissare permanentemente i componenti. Sebbene i progettisti spesso non richiedano espressamente che i nuovi prodotti adottino design di manutenzione rimovibili, molti prodotti utilizzano ancora elementi di fissaggio rimovibili come le viti per familiarizzare gli operatori con il loro utilizzo. Come mostra l'immagine qui sopra, la maggior parte delle calcolatrici tascabili utilizza viti per collegare gli alloggiamenti in plastica, anche se i consumatori non hanno bisogno di smontare i componenti durante la vita del prodotto.

I perni solidi e gli adesivi sono i metodi di fissaggio preferiti per i componenti permanenti, perché forniscono un'eccellente ritenzione per i materiali plastici. Gli adesivi legano tra loro più componenti, garantendo la ritenzione, mentre i perni solidi provocano la deformazione del materiale di base, creando interferenze e garantendo la ritenzione. Si noti che i perni solidi con caratteristiche di ritenzione (ad esempio, zigrinaturaI perni a barra sono migliori dei perni semplici perché consentono tolleranze di foro più ampie e riducono le sollecitazioni sui componenti in plastica. La resistenza alle manomissioni contribuisce a ridurre i rischi di garanzia, di danni al prodotto o di esposizione all'ambiente (ad esempio, umidità, particelle).

Inoltre, i dispositivi di fissaggio rimovibili per la manutenzione (ad esempio, le viti) presentano rischi significativi per la sicurezza (rischio di soffocamento) in prodotti come i giocattoli per bambini. Per gli elementi di manutenzione non rimovibili, i metodi di fissaggio preferiti sono solitamente i perni e gli adesivi.

Perni solidi

I perni solidi possono essere facilmente installati con una pressa, sia manuale che completamente automatica. Durante l'installazione, la pressa applica una forza lineare per guidare i perni fino a raggiungere una distanza di arresto predeterminata. Per i componenti con fori multipli, una pressa a piani può essere utilizzata per installare più perni solidi contemporaneamente. Pertanto, il ciclo di assemblaggio dei perni solidi è più rapido di quello delle viti o dei bulloni. I perni solidi hanno il tasso di fallimento più basso rispetto ad altri metodi di fissaggio quando i componenti sono fissati e orientati correttamente. L'attrezzatura utilizzata per installare i perni solidi richiede una manutenzione minima.

Per motivi estetici, alcuni perni solidi sono nascosti nell'assemblaggio finale.

Adesivi

Gli adesivi possono essere applicati con pistole manuali o con apparecchiature di dosaggio automatizzate. In genere, è necessaria la preparazione della superficie dei componenti di base. Il processo di applicazione dell'adesivo durante l'assemblaggio è piuttosto complesso e richiede operatori qualificati. L'applicazione di troppo poco o troppo adesivo a un singolo componente può causare guasti sul campo. Inoltre, molti adesivi richiedono il controllo della temperatura, della pressione e/o la miscelazione con diversi fluidi prima del contatto con i componenti di base. Dopo l'applicazione, gli adesivi sono sottoposti a un processo di indurimento che in alcuni casi può durare oltre 24 ore!

Le apparecchiature per la distribuzione degli adesivi richiedono una manutenzione e un monitoraggio approfonditi perché gli adesivi possono essere problematici. I contaminanti possono causare il blocco dell'apparecchiatura e molti adesivi hanno una durata limitata. Questi fattori aumentano il costo e la complessità del processo di assemblaggio e riducono la disponibilità della macchina. A causa delle numerose variabili, la sfida maggiore è rappresentata dalla ripetibilità e dal controllo.

Viti

Dopo aver inserito le viti nei componenti host, è possibile installarle utilizzando avvitatori dinamici manuali o avvitatori automatici fissi. Entrambi i tipi di avvitatori ruotano le viti al valore di coppia specificato. È importante capire che questo processo è molto più complesso rispetto all'installazione di perni solidi. I produttori possono incontrare problemi nell'allineare le viti alla punta di guida e nel fissare le viti in posizione. Se le viti non sono completamente allineate, possono rigare la plastica ospite, causando lo scarto del componente. Un altro problema comune quando si installano le viti direttamente nella plastica è che le viti possono allentarsi nel tempo a causa di strisciamento della plastica o il rilassamento delle tensioni. Sebbene le viti siano poco costose, facilmente reperibili e familiari all'operatore, esse rappresentano una sfida durante l'assemblaggio.

Bulloni

I bulloni funzionano in modo simile alle viti, ma sono infilati in dadi o inserti metallici anziché in alloggiamenti di plastica. Tra i metodi di fissaggio qui illustrati, i bulloni sono quelli che offrono la maggiore ritenzione. Se utilizzati con dadi o inserti filettati, i bulloni consentono un montaggio e uno smontaggio illimitati senza danneggiare la plastica. Per un corretto collegamento dei bulloni nei componenti in plastica sono necessarie tre parti separate: il bullone, un manicotto limitatore e un dado o un inserto filettato. Ciò aumenta la distinta dei materiali e la complessità e il costo del processo di assemblaggio. A meno che i metodi di fissaggio alternativi non siano in grado di raggiungere il carico di serraggio richiesto, le connessioni a bullone dovrebbero essere evitate.

Giunti a scatto

I giunti a scatto vengono tipicamente assemblati manualmente premendo i componenti tra loro. Il processo di assemblaggio può variare in modo significativo in base al design dei componenti a incastro. Alcuni giunti a scatto sono progettati per una manutenzione rimovibile, mentre altri sono permanenti. Utilizzando giunti a scatto, i produttori possono ridurre al minimo il numero totale di componenti utilizzati in ogni assemblaggio. Questo approccio consente di ridurre i costi, le scorte e le difficoltà di gestione. Tuttavia, rispetto ad altri metodi di fissaggio, le giunzioni a scatto offrono la minore ritenzione perché si basano sulla resistenza dei componenti in plastica stessi. Le giunzioni a scatto sono preferibili per i componenti sottoposti a carichi minimi. Tuttavia, i giunti a scatto sono soggetti a guasti e possono comportare rischi ambientali, come il rischio di soffocamento.

Quando si progettano alloggiamenti in plastica, i progettisti devono considerare le prestazioni, la semplicità, il costo dei dispositivi di fissaggio e i costi di assemblaggio. È consigliabile che gli ingegneri progettisti collaborino con gli ingegneri di produzione fin dalle prime fasi di progettazione per considerare l'intero processo di assemblaggio. Nella maggior parte dei casi, il progetto finale del nuovo prodotto non tiene conto del ciclo di assemblaggio, del tasso di scarto, dei costi di manutenzione e del comportamento dei consumatori durante la vita del prodotto.

Conclusione

In quanto componenti industriali chiave che collegano parti diverse, l'importanza dei dispositivi di fissaggio nella produzione industriale non può essere sottovalutata. Se i dispositivi di fissaggio si guastano o si allentano, possono causare guasti alle macchine o alle apparecchiature, con conseguenti tempi di inattività, ritardi nella produzione, perdite e rischi per la sicurezza. Pertanto, l'utilizzo di elementi di fissaggio affidabili e di alta qualità e di metodi di fissaggio corretti nella produzione industriale è fondamentale.