Cosa sono gli elementi di fissaggio? Storia, produzione e tipologie di fasteners e fissaggi

I fasteners e gli elementi di fissaggio più comunemente conosciuti sono probabilmente le viti e i bulloni, realizzati a partire da filo tondo. Entrambi sono costituiti da una testa, posta ad una estremità, e da un gambo con un filetto di forma elicoidale inciso attorno all’asse centrale. La differenza tra un bullone e una vite risiede nelle modalità di utilizzo: il bullone (solitamente maschio) è progettato per essere inserito tramite dei fori in parti assemblate, per poi essere accoppiato e fissato sul lato opposto con un dado (generalmente esagonale con foro cilindrico filettato femmina). Un fastener in grado di formare il proprio filetto all’interno del componente da fissare viene invece chiamato vite. La testa di questa tipologia di fissaggio è (quasi sempre) più larga del gambo e costituisce la superficie di appoggio per fissare la vite e bloccare così i componenti assemblati. Questi sistemi di fissaggio non sono definitivi, i componenti assemblati possono infatti essere disassemblati. In molti casi nelle giunzioni bullonate si fa anche uso di rondelle. Disponibili in diverse forme e dimensioni, queste hanno lo scopo di prevenire l’allentamento causato dalle vibrazioni e mantenere dado e bullone in posizione. I rivetti sono invece fissaggi permanenti, costituiti da un gambo cilindrico con la testa posta ad un’estremità. L’altro capo prende invece il nome di coda. Il rivetto è pensato per essere inserito nei fori delle parti che devono essere fissate insieme. Dopo l’installazione, la coda sporgente viene espansa per deformazione tramite un apposito strumento (rivettatrice) e fissa in posizione il rivetto. Un tipico esempio di applicazione si può riscontrare nei ponti ferroviari. La famosa Torre Eiffel di Parigi contiene più di un milione di rivetti di acciaio. Quando si pensa al mondo dei fasteners, non si può non includere anche chiodi e perni. Ad oggi infatti, le varietà di fasteners sono pressoché illimitate, con numerosissime tipologie di filetti, passi e classi di tolleranza, per infinite possibilità di applicazione.

Storia dei fasteners

Gli elementi di fissaggio sono stati impiegati sin dai tempi antichi, come ad esempio nella realizzazione di carri, attrezzature agricole, edifici, equipaggiamenti militari e imbarcazioni. Un passo in avanti decisivo nell’evoluzione di queste tecnologie è rappresentato sicuramente dall’invenzione della vite filettata, ad opera dello scienziato Archimede di Siracusa, nel terzo secolo a. C. La cosiddetta “Vite di Archimede” era in realtà una pompa idrica, costituita da un tubo con una vite di grandi dimensioni posta al suo interno: quando l’estremità inferiore veniva posizionata nell’acqua e il cilindro ruotava, l’acqua veniva risucchiata ad un livello superiore. In questo modo era possibile rimuovere l’acqua dalle stive di larghe imbarcazioni o irrigare i campi prelevandola direttamente da fiumi e ruscelli. Lo stesso principio poteva essere applicato per trattare altri tipi di sostanze liquide o semi-liquide e altri materiali sfusi quali grani, sabbia e polveri. Da un punto di vista fisico, il filetto della vite altro non è che un piano inclinato o un solco di forma elicoidale inciso sull’asse centrale della stessa. Al giorno d’oggi le viti sono usate come elementi di fissaggio per scaricare le forze e fissare fra loro i componenti. In seguito, per centinaia di anni i filetti sono stati realizzati a mano, applicando delle incisioni direttamente sulla vite. Dovremo attendere la Rivoluzione Industriale, avvenuta nel 19esimo secolo, per vedere qualche miglioramento tecnologico in tal senso. Le innovazioni introdotte in quel periodo resero necessario un grande numero di viti, bulloni, dadi, rivetti e altri elementi di fissaggio. L’epoca dell’industrializzazione presentò un’opportunità favorevole per la standardizzazione e la produzione di massa. Nel 1841, Sir Joseph Whitworth, ingegnere meccanico inglese, propose l’introduzione di fasteners di dimensioni standard con specifiche tecniche anche per angolo e passo.

Produzione dei fasteners

Nella scelta e nella progettazione di un fastener per una determinata applicazione, vanno considerati diversi fattori, quali i materiali che devono essere fissati, il processo di installazione e gli agenti atmosferici a cui sarà esposto. Tra i materiali comunemente utilizzati per la realizzazione di fasteners metallici rientrano diversi tipi di acciai e materiali non ferrosi quali rame, leghe di rame, di alluminio e di titanio, ma anche materiali speciali come l’Inconel. La maggior parte dei fasteners viene prodotta tramite stampaggio a freddo (o formatura a freddo). Il filo trafilato viene inserito in una pressa per stampaggio a freddo (stampatrice), raddrizzato e tagliato a seconda della lunghezza desiderata. Una serie di stampi darà poi la forma richiesta. Maggiore la complessità realizzativa del fastener, maggiore sarà il numero di stampi richiesto. Il risultato di questo processo è un “particolare stampato”. Per moltissime applicazioni è richiesto un filetto, realizzabile mediante il processo di “filettatura”. Il pezzo viene inserito in una macchina detta filettatrice che, tramite rulli o pettini filettatori, incide sul gambo del particolare stampato. Questo processo genera un filetto che è di gran lunga più resistente rispetto a quello intagliato e garantisce un notevole incremento della capacità produttiva. Talvolta sono necessari ulteriori step opzionali. I trattamenti termici vengono eseguiti per incrementare la complessiva durevolezza delle viti e dei bulloni, mentre le finiture superficiali vengono eseguite per migliorare la qualità delle superfici, ad esempio, potenziandone la resistenza alla corrosione. Dopo aver completato tutti questi passaggi, i fasteners sono pronti per essere testati: i controlli riguardano il livello di durezza, la precisione della filettatura, la forza di trazione, il livello di torsione, spessore del rivestimento, ecc. Solo dopo aver superato tutti i test, i prodotti saranno confezionati e spediti.

Campi d’applicazione

Il principale mercato di sbocco dell’industria del fastener è il settore automotive, e le industrie collegate. Le automobili odierne, per esempio, contengono più di 1.000 collegamenti a vite. Oltre al settore automobilistico, significativi compratori di fasteners sono poi anche i produttori di apparecchiature domestiche, attrezzature elettriche e mobili. Altri campi d’applicazione includono il settore delle costruzioni, ma anche il siderurgico, l’impiantistica, il medicale, l’arredamento e accessori.

Bibliografia

Basic Fastener Handbook. Published by the Fastener Training Institute, Santa Clarita, CA, USA.
https://www.fastenertraining.org/

A selection of specialized literature in English language is listed on:
https://www.fastenermart.com/fastener-books.htmI

Maggiori informazioni

https://en.wikipedia.org/wiki/Fastener
www.eifi.org
https://www.schraubenverband.de
efda-fastenerdistributors.org
http://www.fastenernetwork.co.uk/about-us/history-of-fasteners
http://www.osstainless.com/resources/articles/fastener-history.php
https://www.fastenertraining.org/

Le informazioni sono state redatte dall'Ing. Konrad Dengler, giornalista tecnico e traduttore specializzato in argomenti industriali.