I bulloni e i dadi filettati di tipo meccanico rappresentano la soluzione di fissaggio preferita in molteplici settori industriali, grazie alle loro eccellenti caratteristiche di resistenza meccanica e alla semplicità di montaggio.

Tuttavia, proprio la facilità di montaggio li rende vulnerabili allo svitamento accidentale e alla perdita del carico di serraggio (Clamp Load) in determinate applicazioni e condizioni d’esercizio, qualora il giunto non sia adeguatamente assicurato.

Mantenere il carico di serraggio all’interno del giunto — spesso definito “precarica” — è fondamentale per impedire lo allentamento dei dispositivi di fissaggio.

Il modo più semplice per concepire un elemento di fissaggio è immaginarlo come una molla estremamente rigida. Quando la testa del bullone viene tenuta in posizione e si serra un dado lungo la sua asta, si applica uno stiro alla lunghezza del bullone generando una tensione in direzione assiale (lungo la sua lunghezza). La reazione opposta a questa sollecitazione è ciò che definiamo precarica o forza di serraggio, generata dal tentativo del bullone di ritornare alla propria lunghezza originaria. Questo fenomeno funziona esclusivamente entro il limite elastico del bullone (ossia entro l’intervallo in cui il materiale ritorna alle dimensioni iniziali); la chiave risiede quindi nel progettare il collegamento con una precarica sufficiente a tenere unito il giunto, evitando tuttavia di portare il bullone a deformazione plastica permanente.

Lo allentamento degli elementi di fissaggio è generalmente causato da diversi fattori, tra cui vibrazioni, carichi dinamici, urti, scorrimento viscoso (creep) e/o assestamento strutturale (relaxation).

Tuttavia, anche adottando i calcoli più complessi e ponendo la massima attenzione nella progettazione del giunto bullonato, alcuni di questi fattori possono comunque contribuire allo svitamento accidentale, risultando talvolta imprevedibili in fase di progetto.

Lo allentamento di un dado e di un bullone può risultare problematico, specialmente in ambienti in cui il fenomeno è visibile e richiede periodici interventi di riserraggio; in molte applicazioni, tuttavia, la criticità è ben maggiore: un elemento di fissaggio allentato può tradursi nel cedimento catastrofico del giunto, generando potenziali rischi per la sicurezza e costosi fermi macchina.

L’obiettivo fondamentale è mantenere costante la precarica nel giunto in qualsiasi momento. Il Junker Test è stato sviluppato proprio per analizzare e verificare il comportamento dei diversi dispositivi di sicurezza in presenza di movimenti del giunto. Questa prova rappresenta una ricerca sperimentale d’avanguardia sul comportamento dei giunti bullonati sottoposti a carichi trasversali, condotta dall’ingegnere tedesco Gerhard Junker alla fine degli anni ’60, la quale costituisce la base delle moderne teorie sullo svitamento accidentale. Oggi la prova è regolamentata dalla norma DIN 25201 ed è utilizzata a livello globale in molteplici settori industriali come standard di riferimento per testare l’allentamento di dadi e bulloni.

Abbiamo realizzato un video per mostrare come si comportano durante questo test i dadi e i bulloni tradizionali privi di dispositivi di sicurezza aggiuntivi, dimostrando al contempo l’efficacia delle soluzioni di bloccaggio avanzate. La sicurezza dei collegamenti filettati rappresenta un problema risalente alle prime applicazioni industriali in cui carichi dinamici e vibrazioni tendevano ad allentare i componenti; per questo motivo, alcune delle soluzioni tradizionali sono ancora reperibili sul mercato.

In assenza di dispositivi di bloccaggio, sono sufficienti poche centinaia di cicli per perdere la maggior parte del carico di serraggio, fino a giungere al completo allentamento del giunto.

Nel corso degli anni sono stati sviluppati numerosi dispositivi nel tentativo di mantenere la precarica, ma la maggior parte di essi non riesce a conservare i livelli di carico necessari affinché il giunto funzioni secondo le specifiche di progetto.

La maggior parte dei dispositivi sfrutta un sistema basato sull’attrito che fa presa sulla filettatura, sia mediante l’inserimento di materiali polimerici (come l’inserto in nylon), sia deformando il filetto per generare la cosiddetta coppia prevalente (prevailing torque), in modo da aderire alla filettatura con maggiore forza rispetto a un dado standard a scorrimento libero. I limiti principali di queste soluzioni sono:

1. Minore facilità di installazione, poiché richiedono una sforzo di serraggio superiore durante il montaggio;

2. Impossibilità di utilizzare lubrificanti, in quanto il loro funzionamento si basa esclusivamente sull’attrito;

3. Incapacità di impedire micro-rotazioni: è sufficiente una rotazione minima in senso antiorario (circa 1/4 di giro) per perdere la maggior parte del carico di serraggio nel giunto.

Nel nostro video, sia il dado con inserto in nylon sia il dado autofrenante interamente metallico mantengono fino al 30% della precarica originale nel giunto durante i 2000 cicli, ma tale valore si riduce progressivamente nei cicli successivi a causa dell’ulteriore arretramento del dado.

Un altro prodotto tradizionale molto diffuso, noto come rondella elastica o spaccata (Grower), viene spesso impiegato nel tentativo di risolvere questo problema. La teoria alla base di questo componente presuppone un incremento della tensione nel giunto, ma all’atto pratico ciò non si verifica. La rondella elastica/spaccata non possiede alcuna funzione di bloccaggio meccanico e, nella peggiore delle ipotesi, produce l’effetto opposto favorendo lo svitamento del dado.

Il pericolo comune sia a questo prodotto sia ai dispositivi basati sull’attrito risiede nel fatto che spesso mantengono un valore residuale di precarica molto basso — insufficiente a garantire la tenuta del giunto ma tale da non permettere lo svitamento a mano. Ciò risulta potenzialmente ancora più pericoloso, poiché il giunto continuerà a subire micro-movimenti ed entrerà a rischio di cedimento catastrofico se non sottoposto a corretta manutenzione.

La soluzione definitiva a queste criticità è l’impiego della rondella di sicurezza Wedge Locking.

Le idee più semplici sono spesso le più efficaci, e questo caso ne è una chiara dimostrazione.

La rondella Wedge Locking basa il proprio funzionamento puramente sulla geometria. Viene fornita come una coppia di rondelle speculari, pre-incollate tra loro al solo scopo di agevolare l’assemblaggio. Agisce essenzialmente come un’unica rondella, mantenendo la stessa rapidità di installazione che si otterrebbe con una rondella standard e un assieme dado-bullone a scorrimento libero.

La rondella viene posizionata sotto il dado come una normale rondella di rasamento e, nel caso di giunti passanti, anche sotto la testa del bullone. Il serraggio dell’elemento di fissaggio avviene secondo la procedura standard per applicare la precarica (forza di serraggio) desiderata nel giunto. Ciò significa che è possibile continuare ad utilizzare lubrificanti per ottimizzare l’efficienza del serraggio.

Le dentellature radiali presenti sulle facce esterne di entrambe le rondelle presentano un’elevata durezza superficiale, tale da penetrare nel materiale del supporto da fissare e nella superficie inferiore della testa del bullone o del dado. Questo aggancio meccanico diretto alle superfici crea un elevato attrito nei punti di contatto; di conseguenza, quando l’elemento di fissaggio tenta di svitarsi, lo scorrimento avviene esclusivamente al centro della coppia di rondelle, lungo le superfici interne lisce. L’aspetto chiave del design risiede nelle superfici lisce interne, le quali integrano una serie di camme accoppiate aventi un angolo di inclinazione leggermente superiore al passo della filettatura del bullone.

Ecco la traduzione localizzata in italiano tecnico ed industriale, rispettando il registro professionale (uso del plurale formale “vi consigliamo” / “raccomandiamo”) e la terminologia consolidata (Wedge Locking, WL Series, carico di serraggio):

L’obiettivo di un giunto bullonato è mantenere il proprio carico di serraggio (clamp load) per tenere unito il collegamento; per questo motivo, ottenere un carico superiore con un minore sforzo e con una ripetibilità accurata è il motivo per cui consigliamo sempre l’uso di un lubrificante.

Tuttavia, sussiste sempre la possibilità che un giunto bullonato — lubrificato o meno — possa allentarsi in presenza di carichi dinamici o vibrazioni; è pertanto essenziale adottare il dispositivo di bloccaggio corretto.

Per questa ragione, il sistema di rondelle di sicurezza Wedge Locking della serie WL sta rapidamente diventando la soluzione preferita per i giunti bullonati critici. Può essere impiegato in combinazione con i lubrificanti per ottenere il carico di serraggio più efficiente ed omogeneo, garantendo la tenuta grazie alla tensione generata nel giunto anziché affidarsi all’attrito.

I dispositivi basati sull’attrito tradizionalmente utilizzati, come i dadi con inserto in nylon e i dadi autofrenanti interamente metallici, stanno diventando obsoleti a fronte della disponibilità di una soluzione così semplice ed efficace.