Bulloni autofilettanti per acciaio: tipi, gradi e guida all'installazione

Cosa sono i bulloni autofilettanti per l'acciaio?

Bulloni autofilettanti per acciaio sono elementi di fissaggio progettati per creare le proprie filettature di accoppiamento direttamente all'interno di un substrato di acciaio mentre vengono inseriti. Invece di richiedere un foo pre-filettato, questi elementi di fissaggio tagliano via il materiale per formare una filettatura o spostano e lavorano a freddo l'acciaio circostante per produrre una forma di filettatura ad incastro, il tutto in un'unica fase di installazione. Il risultato è una connessione sicura e resistente alle vibrazioni che può essere ottenuta più rapidamente e con meno fasi di preparazione rispetto ai tradizionali assemblaggi bullonati.

Sviluppati inizialmente per l'assemblaggio di lamiere nell'industria automobilistica e degli elettrodomestici, gli elementi di fissaggio autofilettanti sono diventati da allora hardware steard nel settore edile, HVAC, quadri elettrici, fabbricazione di acciaio strutturale e produzione generale. La loro capacità di fissare l'acciaio senza pre-maschiatura li rende particolarmente preziosi nelle installazioni sul campo e nei lavori di riparazione, dove praticare un foro pilota e inserire un autofilettante è molto più pratico che installare un'attrezzatura per la maschiatura.

Vale la pena notare una distinzione terminologica comune: in pratica, i termini vite autofilettante and bullone autofilettante sono spesso usati in modo intercambiabile per questi elementi di fissaggio, in particolare nelle configurazioni a testa esagonale progettate per l'uso con una chiave inglese o una presa. Ai fini di questa guida, entrambi i termini si riferiscono alla stessa famiglia di elementi di fissaggio autoformanti o maschianti destinati a substrati di acciaio.

Tipi di bulloni autofilettanti e quando utilizzarli

Non tutti gli elementi di fissaggio autofilettanti funzionano allo stesso modo o funzionano allo stesso modo su diversi spessori di acciaio e livelli di durezza. La selezione del tipo corretto è il primo e più importante passo in qualsiasi applicazione di fissaggio.

Automaschianti tagliafiletti (Tipo 1 e Tipo F)

Gli elementi di fissaggio per filettatura utilizzano taglienti affilati vicino alla punta per rimuovere fisicamente il materiale e formare una filettatura nel foro. Durante l'installazione producono trucioli o trucioli metallici che devono essere liberati dai fori ciechi. Questi elementi di fissaggio sono adatti a substrati di acciaio di spessore superiore a circa 1,2 mm, dove è presente materiale sufficiente per supportare una forma di filettatura completa. Poiché le filettature vengono tagliate anziché formate, l'elemento di fissaggio può essere rimosso e reinserito senza perdita significativa di forza di tenuta: un vantaggio importante negli assemblaggi che richiedono uno smontaggio periodico per la manutenzione.

Automaschianti per rullatura (formatura a freddo).

Gli elementi di fissaggio con formazione di filettatura spostano l'acciaio anziché tagliarlo, lavorando a freddo il materiale circostante dandogli una precisa forma di filettatura. Non vengono prodotti trucioli, il che li rende adatti per involucri sigillati e ambienti puliti. Il materiale spostato crea un filo incrudito che è più forte del substrato originale, con conseguente maggiore resistenza allo strappo rispetto alle alternative al taglio del filo. I design a sezione trasversale trilobulare, a volte chiamati varianti Plastite o Taptite, sono ampiamente utilizzati in questa categoria, poiché il gambo non circolare riduce la coppia motrice richiesta pur producendo una filettatura resistente. La formazione della filettatura è più efficace negli acciai duttili e negli spessori più sottili dove il flusso del materiale è possibile senza fessurazioni.

Viti autoperforanti (viti Tek, tipo 17)

Gli elementi di fissaggio autoperforanti combinano una punta a punta con un corpo filettante, eliminando completamente la necessità di un foro pilota separato. La punta del trapano penetra nell'acciaio, le scanalature eliminano i trucioli risultanti e la forma della filettatura impegna il materiale in un'unica operazione continua. Le viti autoperforanti sono classificate in base al numero del punto di perforazione (da 1 a 5), ​​che corrisponde allo spessore massimo dell'acciaio che possono penetrare: da circa 0,8 mm per un punto n. 1 fino a 12,7 mm per un punto n. 5. Sono estremamente popolari nelle costruzioni strutturali in acciaio, nelle coperture metalliche, nei rivestimenti e nelle applicazioni con strutture in acciaio dove la velocità di installazione è fondamentale.

Criteri chiave di selezione per le applicazioni dell'acciaio

Selezionare il giusto bullone autofilettante per acciaio implica molto più che scegliere il tipo di filettatura corretto. Numerosi fattori aggiuntivi determinano se l'elemento di fissaggio funzionerà in modo affidabile per tutta la durata di servizio prevista.

Spessore e durezza dell'acciaio

Lo spessore dell'acciaio da fissare influisce direttamente sulla profondità di impegno del filetto e quindi sulla resistenza allo strappo. Una linea guida generale è quella di ottenere un minimo di tre spire complete del filo nel substrato. Per lamiere di spessore sottile, ciò potrebbe richiedere la regolazione del passo della filettatura o l'utilizzo di una forma di filettatura più fine. La durezza dell'acciaio è altrettanto importante: gli acciai molto duri possono resistere alle punte di taglio della filettatura e richiedono dispositivi di fissaggio con punta in carburo o leghe di cobalto per penetrare senza che la punta si rompa.

Stile della testa e tipo di guida

Le configurazioni della testa a rondella esagonale sono le più comuni per le applicazioni in acciaio strutturale, poiché forniscono un'ampia superficie di appoggio e un elevato trasferimento di coppia attraverso una presa o una chiave. Gli stili a testa panoramica e a testa piatta vengono utilizzati laddove è necessario un profilo più basso. Le rientranze dell'unità (Phillips, Torx o esagono incassato) devono essere selezionate in base agli strumenti disponibili e alla coppia richiesta. Le unità Torx offrono una resistenza superiore all'uscita della camma a coppie di azionamento elevate, il che è particolarmente rilevante quando si installa in acciai più duri dove la resistenza è elevata.

Rivestimento e protezione dalla corrosione

La resistenza alla corrosione dell'elemento di fissaggio deve corrispondere all'ambiente di servizio previsto:

• Placca di zinco — adeguato per applicazioni interne asciutte; basso costo
• Zincato a caldo — adatto per ambienti esterni e moderatamente corrosivi
• Acciaio inossidabile (A2/304 o A4/316) — richiesto per ambienti marini, costieri, chimici o ad elevata umidità
• Rivestimento ceramico o polimerico — utilizzato in sistemi di copertura e rivestimento dove sono richiesti sia la corrispondenza dei colori a lungo termine che la resistenza alla corrosione

Si noti che dovrebbe essere presa in considerazione anche la compatibilità galvanica tra il rivestimento del dispositivo di fissaggio e il substrato di acciaio, in particolare negli assemblaggi di metalli misti o quando i pannelli di alluminio vengono fissati a una struttura di acciaio.

Come determinare il grado di un bullone

Identificare il grado di un bullone prima dell'installazione è essenziale per garantire che il dispositivo di fissaggio sia appropriato per il carico, l'ambiente e i requisiti di sicurezza dell'assemblaggio. Pertunatamente, sia i bulloni imperiali che quelli metrici portano marcature standardizzate direttamente sulla testa che comunicano chiaramente le informazioni sulla pendenza, una volta che sai come leggerle.

Marcature SAE/Imperial Bolt (serie in pollici)

I bulloni della serie in pollici prodotti secondo gli standard SAE sono identificati da linee radiali (segni di barra) stampate sulla testa del bullone . Il numero di righe indica il voto. È importante sottolineare che le linee rappresentano il grado superiore al Grado 2, quindi un bullone con tre linee è Grado 5, non Grado 3.

Contrassegni della classe di proprietà del bullone metrico

I bulloni metrici utilizzano due numeri classe di proprietà stampato direttamente sulla testa, ad esempio 4.6, 8.8, 10.9 o 12.9. A differenza delle marcature SAE che utilizzano linee, le marcature metriche sono numeriche e possono essere lette direttamente. La classe di proprietà codifica sia la resistenza alla trazione che il rapporto di snervamento:

• Il numero prima della virgola × 100 fornisce la resistenza alla trazione minima in MPa. Per un bullone da 10,9: 10 × 100 = resistenza alla trazione di 1.000 MPa.
• Il numero dopo la virgola × 10 fornisce il rapporto snervamento/trazione in percentuale. Per un bullone da 10,9: 9 × 10 = 90%, il che significa che il carico di snervamento è il 90% di quello a trazione, ovvero circa 900MPa.

Marcature sui bulloni in acciaio inossidabile

Gli elementi di fissaggio in acciaio inossidabile non utilizzano linee di qualità SAE o numeri di classi di proprietà metriche. Sono invece contrassegnati da un designazione della classe austenitica :

• A2 — acciaio inossidabile 304; adatto per applicazioni generali resistenti alla corrosione
• A4 — acciaio inossidabile 316; adatto per ambienti marini, chimici e altamente corrosivi a causa del contenuto di molibdeno

Questi contrassegni sono seguiti da una designazione di resistenza come A2-70 or A4-80 , dove il numero rappresenta la resistenza alla trazione minima in unità di 10 MPa (ad esempio, A2-70 = resistenza alla trazione minima 700 MPa).

Quando i contrassegni sono mancanti o poco chiari

I bulloni senza alcun segno sulla testa, in particolare se sembrano tagliati o lavorati anziché forgiati, dovrebbero essere trattati nella migliore delle ipotesi come Grado 2/Classe di resistenza 4.6 e non dovrebbero mai essere utilizzati in applicazioni strutturali o critiche per la sicurezza senza verifica. Negli assemblaggi critici, i rapporti sui test dei materiali o i certificati di fabbrica dovrebbero accompagnare gli elementi di fissaggio per confermare la conformità al grado, in particolare per i bulloni strutturali di Grado 10.9, Grado 12.9 o ASTM.

Grado del bullone corrispondente alla vostra applicazione in acciaio

Per i bulloni autofilettanti utilizzati nell'acciaio, la scelta della qualità è importante tanto quanto il tipo di filettatura. Un dispositivo di fissaggio autofilettante troppo morbido spezzerà le proprie filettature o si deformerà prima di raggiungere la forza di serraggio richiesta. Uno troppo duro per il substrato può causare fessurazioni o concentrazione di sollecitazioni nelle sezioni di acciaio più sottili.

Come guida pratica:

• For lamiere di piccolo spessore (HVAC, involucri, rivestimenti non strutturali) : gli autofilettanti in acciaio a basso tenore di carbonio cementato sono di serie; in genere non viene applicata alcuna marcatura specifica, ma la durezza del dispositivo di fissaggio deve superare quella del substrato
• For ossature e arcarecci strutturali in acciaio : sono tipiche viti Tek autoperforanti con una durezza minima di HRC 36–39; cercare la certificazione secondo standard come AS 3566 o ASTM C1513
• For giunti ad alto carico o precaricati : gli assemblaggi standard con bullone e dado di grado 8.8 o 10.9 sono preferiti rispetto agli autofilettanti; le configurazioni autofilettanti vengono utilizzate raramente laddove è richiesta una forza di serraggio precisa e ripetibile
• For substrato di acciaio inossidabile o servizio corrosivo : utilizzare autofilettanti inox A2 o A4; evitare di mescolare elementi di fissaggio inossidabili con substrati di acciaio al carbonio in ambienti umidi a causa del rischio di corrosione galvanica

Suggerimenti per l'installazione per ottenere le migliori prestazioni

Anche un bullone autofilettante correttamente specificato avrà prestazioni inferiori se installato in modo errato. Le seguenti pratiche migliorano costantemente la qualità dei giunti e l'affidabilità a lungo termine:

• Utilizzare il diametro del foro pilota corretto. I fori pilota troppo piccoli aumentano la coppia motrice e rischiano la rottura della punta o lo sfilamento del filo. I fori pilota troppo grandi riducono l’impegno del filo e la forza di estrazione. La maggior parte dei produttori di elementi di fissaggio pubblica tabelle delle dimensioni dei fori pilota per i propri prodotti specifici per i comuni calibri di acciaio.
• Controllare la velocità e la coppia di guida. Per le viti autoperforanti, un numero di giri eccessivo durante la fase di foratura genera calore che può indurire localmente l'acciaio e resistere all'impegno della filettatura. In genere si consiglia una velocità moderata di 1.500–2.500 giri/min con pressione assiale costante. Ove possibile, utilizzare un cacciavite con limitazione di coppia per evitare una guida eccessiva.
• Non riutilizzare gli elementi di fissaggio autofilettanti nello stesso foro. Una volta rimosso l'autofilettante, le filettature nel substrato di acciaio vengono formate su quello specifico elemento di fissaggio. Il reinserimento di un nuovo dispositivo di fissaggio nello stesso foro rischia di creare una filettatura incrociata e di ridurre significativamente la forza di tenuta. Se si prevede lo smontaggio e il rimontaggio, prendere in considerazione un inserto filettato o un approccio convenzionale con fori maschiati.
• Controllare la sede della rondella o della testa. Nelle applicazioni per coperture e rivestimenti con rondelle legate in neoprene o EPDM, la rondella deve essere compressa in modo uniforme e visibile senza essere eccessivamente compressa fino al punto di deformazione. Le viti Tek eccessivamente avvitate nelle coperture metalliche sottili sono una delle principali cause di infiltrazioni d'acqua nei punti di fissaggio.
• Controllare la presenza di trucioli nei fori ciechi. Quando si utilizzano maschiatori autofilettanti in sezioni chiuse o fori ciechi, l'accumulo di trucioli può impedire il completo inserimento. Eliminare i trucioli prima di inserire il dispositivo di fissaggio fino alla profondità finale.

Il rispetto di queste pratiche garantisce che il bullone autofilettante raggiunga l'impegno della filettatura, la forza di serraggio e la durata di servizio previsti dal progetto e che lo sforzo investito nella selezione del giusto tipo e grado di fissaggio si traduca in una connessione affidabile e duratura.