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Castellanza 2002-2003

Produzione Assistita dal Calcolatore prof. Vitali

La filettatura 1 / 29

La filettatura1. Introduzione2. Principio di Funzionamento3. Funzione di registrazione o movimento4. Gli elementi principali5. Elementi costitutivi di una filettatura6. Il numero dei principi7. Diametri8. Sistemi di Filettature: Filettature Metriche9. Filettature Whitworth10. Filettature GAS/ Filettature Trapezie/ Filettature a Dente di

Sega/ Altre11. Lavorazioni.12. Lavorazioni Indotte13. Rappresentazione14. Filettature non in vista / Terminazione15. Rappresentazione di vite e madrevite accoppiati16. Quotatura17. Rappresentazione ANSI

Sommario




Serve a realizzare uno dei collegamenti più usati e diffusi nel gruppo dei cosiddetti collegamenti smontabili. Si dicono smontabili quei collegamenti in cui le parti unite possono essere separate all'occorrenza senza danneggiamento dei singoli pezzi e con semplici operazioni. Si definisce filettatura un risalto a sezione costante avvolto ad elica su una superficie cilindrica o conica sia interna che esterna. Si dice vite la filettatura avvolta su superficie esterna.

Si dice madrevite la filettatura avvolta su superficie interna.

Introduzione




Il principio di funzionamento è illustrato in figura. Il vincolo fra i due elementi è ottenuto per attrito fra due parti filettate appartenenti uno alla vite e l’altro alla madrevite. Facendo riferimento alla figura del particolare ingrandito, avvitando la vite nella madrevite dell’elemento sotto ad un certo punto la vite non è più libera di muoversi assialmente essendo venuta in contatto con la superficie esterna del primo elemento, ogni successiva anche minima rotazione costringendo il gambo della vite a muoversi assialmente in realtà la deforma elasticamente e induce in essa una sollecitazione di trazione.Tra le superfici del fianco del filetto nasce una forza d’attrito responsabile del collegamento.

Principio di funzionamento




Gli elementi filettati assolvono anche un'altra funzione: registrazione o movimento: in questo caso uno dei due (la vite) possiede un movimento (quello rotatorio essendo il moto rotatorio impedito), mentre l'altro componente (collegato con la madrevite) è impedito a ruotare e pertanto la rotazione della vite lo costringe a traslare ottenendo così un movimento di regolazione (rubinetteria) o un movimento vero e proprio (trasmissione del moto).

Funzione di registrazione o movimento




Dal punto di vista geometrico l'elemento fondamentale è l'elica.Questa curva è quella descritta da un punto che si muove animato da un due moti: uno circolare appunto attorno ad un cilindro o ad un cono ed uno rettilineo parallelo all'asse del cilindro o del cono con velocità costante sia rettilinea che angolare.La costanza delle due velocità, fa si che sulla superficie cilindrica o conica si generano una serie di spire la cui distanza misurata su una qualsiasi delle generatrici del cilindro o del cono è costante ed uguale al passo dell'elica stessa.Tale distanza coincide con l'avanzamento assiale per un giro.Si può pensare di ottenere un'elica cilindrica avvolgendo un triangolo rettangolo disposto come in figura avente base e altezza come in figura. Se anziché di un punto si considera il movimento di un triangolo, un rettangolo, o un trapezio disposti come in figura rispetto una generatrice generica del cilindro otteniamo appunto il filetto (detto anche pane o verme).

Gli elementi principali




Elementi costitutivi di una filettatura sono dunque: la forma del profilo: esso può essere come in figura di pagina precedente. Il profilo triangolare è quello comunemente usato nel filettature di collegamento; gli alti profili trovano impiego nelle filettature di manovra. Nel profilo distinguiamo: cresta, fondo e fianco. L'asse del filetto risulta essere la perpendicolare all'asse della filettatura passante per l'intersezione delle rette costituenti il fianco.Inoltre si distinguono tre tipi di profilo:

base: la figura che genera il profilo; nominale: il profilo ideale con troncamenti ed arrotondamenti; di esecuzione: il profilo ideale con troncamenti, arrotondamenti e con le tolleranze.

Il passoGià definito: ovviamente al passo è legata l'altezza del filetto e proporzionale l’avanzamento per giro che compie il collegamento.

Elementi costitutivi di una filettatura




Se si vuole aumentare l’avanzamento per giro senza modificare l'altezza del filetto (perché per esempio non si vuole toccare l'area resistente della vite) si può ricorrere alle filettature a a più principi. Occorre a questo punto ridefinire i passo come la distanza tra due punti omologhi consecutivi (due creste, due fondi, ...) di uno stesso principio. Normalmente le filettature di collegamento sono a un solo principio.

Senso della elica ed angolo.Le filettature si distinguono in funzione del verso e si parla di verso sinistrorso o destrorso. L’angolo di avvolgimento dell’elica è generalmente pari a 5-7 gradi per le filettature di collegamento. Per una filettatura cilindrica tra passo, raggio del cilindro e angolo sussiste la relazione:

rpπ

α2

arctg= p α

rπ2

Il numero dei principi




Diametro nominale: coincide, fatta eccezione per filettature gas, col diametro esterno di vite (d) e con quello corrispondente di madrevite (D); Diametro esterno di vite (d): diametro sulla cresta del filetto della vite; Diametro esterno di madrevite (D): diametro sul fondo del filetto della madrevite; Diametro di nocciolo di vite (d3): diametro sul fondo del filetto della viteDiametro di nocciolo di madrevite (D1): diametro sulla cresta dei filetti della madrevite; Diametro di inizio del raccordo di vite (d1): diametro in corrispondenza della intersezione del fianco col raggio di raccordo del fondo del filetto;diametro medio di vite o madrevite (d2 , D2): diametro misurato sulla linea media del profilo definita tale che le sue intersezioni con i fianchi dei filetti siano equidistanti (AB=BC).

Diametri




Importante nel caso di filettatura coniche tutte queste grandezze variano da sezione a sezione: si conviene di misurarle su un piano di riferimento la cui posizione è data dalla sua distanza dalla estremità della superficie conica.

Legata ai diametri e di fondamentale importanza nei calcoli di dimensionamento e di verifica di una barra filettata, è la sezione resistente: per definizione è qualcosa di più della sezione di nocciolo ed è pari alla superficie della circonferenza di diametro uguale al diametro medio aritmetico fra d2 e d3 diametro medio e diametro di nocciolo.

Lunghezza di avvitamento.La lunghezza di avvitamento è la lunghezza del tratto di vite che va a contatto con la madrevite misurata assialmente: essa è circa uguale a una volta, una volta e mezzo il diametro: generalmente sono solo i primi filetti ad assorbirsi tutto il carico assiale e quindi l'aumento del numero dei filetti in presa non comporta benefici alla resistenza della filettatura. RicoprimentoSi dice infine ricoprimento la lunghezza del fianco di vite e madrevite a contatto misurate secondo l'asse del filetto.

232

24

+

=ddSr

π




Poiché qualsiasi profilo può essere assunto come profilo ideale per la realizzazione di una filettatura è chiaro che la prima classificazione dei vari sistemi di filettatura presenti e usati correntemente deve avvenire in base alla forma del profilo stesso. Un secondo livello di classificazione può essere costituito dalle dimensioni (fra le infinite possibili) scelte per i diametri nominali di vite e madrevite e per i passi.Un terzo livello infine, qui solo accennato, è costituito dalla precisione dellelavorazioni richieste per costruirle in funzione delle loro applicazioni.In base alla forma del profilo ideale abbiamo:

metriche ISO: triangolo equilatero;Whitworth: triangolo isoscele con angolo al vertice di 55°;Gas: come le Whitworth;Trapezie: profilo trapezoidale con angolo trai due fianchi di 30°;Dente di sega: trapezio rettangolo con angolo di 30°; Speciali: vari.

In base alle dimensioni dei diametri in relazione al passo abbiamo:metriche ISO passo grossometriche ISO passo fine.

Filettature Metriche ISOIl profilo nominale è ottenuto dall'ideale tagliando i vertici.Il profilo di esecuzione ha un arrotondamento sia sul fondo della vite che sul fondo della madrevite.In definitiva hanno le creste troncate e un arrotondamento sul fondo: ciò crea una notevole aria fra fondo vite e cresta madrevite permettendo il trafilamento di liquidi eventualmente presenti: queste filettature non sono idonee alla tenuta dei liquidi (funzionalità per cui sono state studiate le filettature Gas e in particolare le filettature Gas a tenuta stagna sul filetto).La forma degli arrotondamenti è legata al solito problema della resistenza e in particolare alla riduzione dell'effetto d'intaglio peggiorativo della resistenza a fatica.Nella tabella delle pagine seguenti sono riportate le formule didimensionamento.

Sistemi di Filettature: Filettature Metriche




Per gli scopi che ci proponiamo è importante saper leggere tali tabelle.I tre diametri indicano dimensioni consigliate (1), accettate (2), da evitarsi (3), la presenza di un solo diametro indica inoltre che ci troviamo a che fare con filettature a passo grosso; nella tabella successiva sono invece raccolte le filettature a passo fine.

Le filettature metriche a passo fine a pari diametro nominale hanno un passo minore, questo equivale a dire un filetto più piccolo:

quindi minor resistenza del filetto stesso;maggior resistenza della superficie di nocciolo circolare della vite;ad ogni giro minor avanzamento assiale.

Le filettature metriche a passo grosso vanno pertanto usate sicuramente con quei materiali aventi minori capacità meccaniche data la maggior resistenza del filetto (si da per scontato che il nocciolo regga la sollecitazione di trazione imposta).

DesignazioneMy dove y è il diametro nominale per le filettature a passo grosso:

M8.My x z dove y è il diametro nominale e z il passo per le filettature a passo fine:

M8 x 1,5.Se la filettatura non è unificata y x zM.In caso di più principi o verso sinistro (specificazione del verso normalmente destrorso):M y - 3fil sinM y - 3fil LH.




Il profilo è triangolare isoscele con angolo al vertice di 55°, fondo e cresta arrotondati sia nella vite che nella madrevite.Queste filettature sono di origine anglosassone e pertanto tutte le misure lineari sono espresse in pollici mentre il passo non è definito come una lunghezza (e pertanto non è espresso in pollici) ma in numero di filetti per pollice. Ovviamente

mminpassoz

=4.25

Analogamente alle filettature ISO, nella UNI 2709 sono riportate le filettature normalizzate e le formule utilizzate per il dimensionamento del profilo noto passo e diametro nominale.Come le ISO non hanno tenuta sul filetto e quindi non si addicono a collegamenti in cui è richiesto contenimento di liquidi; al contrario delle ISO non hanno un doppio passo.

Designazione:1W dove 1 è il diametro nominale in pollici e W e il simbolo che le identifica è la designazione di una filettatura normalizzata;

1Wx10 dove 1 è il diametro nominale in pollici, 10 il numero di filetti per pollice e W e il simbolo che le identifica è la designazione di una filettatura non normalizzata

Filettature Whitworth




Sono Whitworth con passi minori. La designazione è convenzionale essendo il numero che si appone vicino al simbolo G, il diametro utile (per il passaggio del fluido) del tubo che ha sull’esterno la filettatura.Si distinguono in:

a tenuta stagna;non a tenuta stagna.

Nel primo caso la vite è conica e la madrevite cilindrica e le deformazioni dei filetti nella zona in cui la vite ha diametro maggiore uguale di quello della madrevite assicura una tenuta sicura.Nel secondo caso ambedue le filettature sono cilindriche.DesignazioneG x per non a tenuta stagna; x è il diametro utile del tubo in pollici;Rp x per a tenuta stagna interne cilindriche;Rc x per a tenuta stagna esterne coniche.

Filettature TrapezieSono usate per viti di manovra perché hanno uno spostamento assiale per giro molto maggiore delle viti con profilo triangolare.DesignazioneEra TpN, TpF e TpG rispettivamente per filettature trapezie normali, fini e grosse. Ora le UNI ISO 2901-2904 designano la filettatura trapezia col simbolo Tr seguito dal diametro nominale e dal passo del profilo.

Filettature a Dente di SegaE’ sostanzialmente un metà trapezio e viene utilizzato nei collegamenti in cui sia richiesta sia una capacità di movimento assiale sia una certa resistenza. Queste due caratteristiche sono il frutto della forma trapezia rettangolare del profilo che nel lato con l’angolo a 90° gradi presenta un fianco perpendicolare all’asse del filetto e che quindi ben si presta a resistere agli sforziDesignazioneSgN e SgF per filettature a denti di sega normali e fini preceduti dal diametro nominale. AltreAutofilettanti, viti a legno, viti edison …..

Filettature GAS/ Filettature Trapezie/ Filettature a Dente di Sega/ Altre




Possono essere ottenute per deformazione plastica o per asportazione di truciolo.

Per deformazione plasticaIl processo di ottenimento più diffuso è la rullatura che può essere svolta sia con piastre a rullare che con rulli veri e propri.E’ un processo caratterizzato da:

elevata produttività: è veloce;bassa precisione: due oggetti matrici più un oggetto barra filettata interagenti fra loro dinamicamente;miglioramento delle caratteristiche meccaniche: non viene infatti asportato materiale, che viene spostato facendo fluire le fibre in accordo alla nuova forma che deve assumere la superficie una volta filettata.

Per asportazione di materialeI tre processi sono:

tornitura;fresatura;maschiatura o utilizzando la filiera.

Maschi Filettatori.Sono costituiti da un corpo cilindrico con scanalature esterne che possono essere rettilinee (vedi figura) o elicoidali e separanti i “pettini” filettatori.

Lavorazioni.




Il numero dei pettini filettatori varia a seconda del diametro della filettatura. Ogni pettine allontanandosi dall’imbocco ha una profondità (altezza) del filetto maggiore in modo tale da rendere progressiva l’operazione di filettatura. Il maschio può essere usato manualmente: in tal caso si necessita del cosiddetto giramaschi; altrimenti viene montato su una trapanatrice o su una fresatrice.

FiliereSono costituite da un corpo cilindrico con internamente un certo numero di pettini radiali separati da scanalature destinate, come nel caso dei maschi filettatori, all’evacuazione dei trucioli della lavorazione. Per il loro utilizzo occorre disporre di un utensile cosiddetto girafiliera.




Questa lavorazione presenta alcuni inconvenienti:i taglienti all’imbocco sono fortemente sollecitati ad incidere e contemporaneamente ad avanzare, con pericolo di deformazione degli stessi e quindi dell’impronta (filetto) che essi generano;l’operazione di filettatura funziona come un processo di avvitamento della filiera (madrevite) sulla barra da filettare (vite): al termine della lavorazione, pertanto, occorre svitare l’accoppiamento realizzato e montato; per ovviare a questo problema esistono delle filiere, cosiddette a scatto, che si ritraggono radialmente alla fine dell’operazione sciogliendo così l’accoppiamento venutosi a creare.

TornituraCon questa lavorazione ad un giro della barra o tubo da filettare si fa compiere all’utensile l’avanzamento assiale pari ad un passo. La punta dell’utensile è sagomata con un profilo uguale a quello del filetto da realizzare.




L’operazione viene eseguita in più passate in modo tale che l’utensile ripeta più volte lo stesso percorso approfondendo la lavorazione fino all’ottenimento del profilo d’esecuzione: questo comporta la stesura di un programma di lavorazione piuttosto complesso ed accurato se si vuole ottenere dei buoni risultati finali. Il numero delle passate è un compromesso tra esigenze di velocità di ottenimento e di qualità della lavorazione: poche passate, al limite una sola passata, costi di lavorazione bassi ma pericolo di micro-strappi locali del materiale con conseguente decadimento della qualità del prodotto finale, molte passate costi elevati qualità sicuramente migliore a patto di controllare adeguatamente il succedersi delle stesse.

FresaturaL’utensile è costituito da una specie di maschio che però dispone del solo moto di taglio essendo il moto di avanzamento lasciato al pezzo da filettare.Questa lavorazione ha la caratteristica di poter fornire un’elevata precisione dimensionale.




Le lavorazioni di seguito riportate sono una conseguenza dei processi tecnologici di ottenimento delle filettature.

Tratto a filetti incompletiQuesti tratti possono esistere qualunque sia il processo di ottenimento della filettatura: sono dovuti al disimpegno progressivo dell’utensile (tornitura) o alla forma stessa dell’utensile (maschio, filiera o fresa).Questo tratto non esiste se la filettatura è disposta su un foro passante (madrevite) o su una barra completamente filettata.

Tratto senza filettiSe il foro da filettare è contiguo ad un foro di diametro minore, se la barra è contigua ad una barra di diametro maggiore, si è in presenza ancora di un tratto a filetti incompleti e di un tratto senza filetto la cui lunghezza è detta distanza di spallamento intesa come distanza da un piano, il piano di spallamento appunto, dove si verifica il cambio di diametro della barra o del foro. La presenza di questo piano impedisce all’utensile di filettare completamente la superficie in lavorazione.

Lavorazioni Indotte




Gole di scaricoPer evitare i tratti a filetti incompleti e permettere pertanto che nell’accoppiamento di vite e madrevite ci sia contatto fino al piano di spallamento si provvede ad eseguire le cosiddette “gole di scarico” il cui profilo e dimensionamento è stabilito dalle norme.Un esempio di gola di scarico è riportato nella figura sotto.




Smussi e svasiL’estremità della vite è generalmente smussata, mentre l’estremità della madrevite è svasata.Ciò è relazionato a due esigenze:

sicurezza degli operatori (evitare estremità taglienti);maggior resistenza alle sollecitazioni eliminando gli effetti d’intaglio propri degli spigoli vivi.

A questi due benefici se ne aggiunge un terzo: l’imbocco del collegamento risulta facilitato e più sicuro nei confronti della possibile rottura dei primi filetti.




E’ riportata nella UNI 3978.E’ una rappresentazione convenzionale (quindi non legata all’effettiva geometria della filettatura) e ha lo scopo di rendere veloce e non ambigua la rappresentazione.A volte nei disegni complessivi, le filettature non si rappresentano affatto, limitandosi ai soli assi ortogonali di simmetria.

Filettature in vista.La rappresentazione è formata da una linea continua grossa congiungente le creste e da una linea continua fine congiungente le gole; in caso di vista frontale o sezione longitudinale la linea delle gole è costituita da un arco di circa 280° atteggiato come in figura; distanza tra linea di cresta e di gola circa uguale al passo e comunque non minore di un paio di mm. per lasciare una buona leggibilità al disegno.Notare che il tratteggio della sezione finisce sempre sulla linea continua grossa delle creste.

Rappresentazione

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Si rappresentano ambedue le linee, di cresta e di gola, con linea a tratti grossa; può trovarsi anche la rappresentazione in cui la linea delle gole è a tratti fine.

TerminazioneLe linee continue fini terminano incontrando le linee continue grosse che delimitano la testa della filettatura o eventuali gole di scarico presenti.

Filettature non in vista / Terminazione

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testa della filettatura o

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In assenza di gola di scarico la linea delle gole finisce sulla rappresentazione in linea continua grossa dell’ultimo filetto completo.

Tratto a filetti incompletiSi rappresenta se e solo se è funzionale. In tal caso è costituito da una linea continua fine congiungente le gole che va verso la linea delle creste raggiungendola circa 2.5 volte la distanza tra le due linee.

2.5 d

d

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In tale rappresentazione la vite ha il sopravvento sulla madrevite.

Rappresentazione di smussi e svasi.In presenza di smussi e svasi e filettature si da la precedenza alla rappresentazione di quest’ultima, contrariamente alle precedenze stabilite dalla norma UNI 3968.

Rappresentazione di vite e madrevite accoppiati

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La quota di definizione di una filettatura si riferisce al diametro esterno ed è quindi legata alle linee grosse nella vite e a quelle fini nella madrevite. Nel caso di filettatura su superficie conica essa è associata ad una determinata sezione della superficie conica definita tramite la distanza d dalle norme.

d

La distanza d non va poi riportata sul disegno.Per quanto riguarda la quotatura longitudinale ricordarsi che il tratto funzionale è quello a filetti completi che va pertanto quotato. Ricordarsi di omettere la rappresentazione del tratto a filetti incompleti se non funzionale.

Quotatura

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Nelle figure seguenti sono mostrati i tre tipi di rappresentazione delle filettature previsti dalle norme ANSI e che pertanto è possibile trovare nei disegni eseguiti in accordo a tale normativa.

Rappresentazione ANSI

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