Le filettature – Tipologie e prime nozioni

Definizione di filettatura

Una filettatura è costituita da un risalto (filetto) che si avvolge ad elica sulla superficie esterna di un elemento cilindrico o conico (vite) o sulla superficie interna di un elemento analogo (madrevite).
Vite e madrevite costituiscono un accoppiamento: le parti piene della vite si inseriscono nelle parti vuote della madrevite. La rotazione relativa dei due elementi provoca uno scorrimento assiale relativo degli stessi.

I collegamenti filettati sono ampliamente impiegati nelle costruzioni meccaniche, con funzione non solo di giunzione, ma anche di arresto, registrazione, manovra, ecc.

Gli organi filettati possono fungere sia come elementi di collegamento (le parti piene della vite si inseriscono nelle parti vuote della madrevite; la rotazione relativa dei due elementi provoca uno scorrimento assiale relativo degli stessi) che di trasmissione.

Elementi principali di una filettatura

Gli elementi che caratterizzano una filettatura sono: la forma del profilo, il passo, il numero dei filetti, l’avanzamento, il diametro nominale, il senso di avvitamento.

Forma del profilo

La forma del profilo è la figura che risulta dalla sezione di una filettatura con un piano che contiene l’asse della filettatura stessa. Si distinguono i seguenti:

1. profilo ideale: rappresenta la figura geometrica che caratterizza la filettatura (si hanno quindi filettature triangolari, trapezoidali, a dente di sega e a profilo circolare).

Il profilo triangolare è quello più comune usato nelle filettature di collegamento; gli altri trovano impiego soprattutto nelle filettature destinate a viti di manovra.

2.profilo nominale: differisce dal precedente per la presenza di eventuali troncature ed arrotondamenti sulla cresta e sul fondo dei filetti;
3.profilo di esecuzione: è quello effettivamente realizzato nella pratica.

Passo

Il passo (apparente) è la distanza tra due creste consecutive di una filettatura. Il passo è proporzionale all’altezza del filetto. Il passo indica anche di quanto avanza in direzione assiale la vite nella madrevite ad ogni giro completo.

Numero dei filetti

Quando si vuole ottenere la combinazione di un passo lungo, con una ridotta profondità del filetto (realizzare un accoppiamento rapido senza comportare una diminuzione della resistenza della vite) si può ricorrere alla filettatura a più principi, in cui sul medesimo elemento si avvolgono due filetti elicoidali contigui.

Normalmente le filettature usate negli organi di collegamento sono ad un solo principio. Il passo coincide con l’avanzamento.
Nelle filettature a più principi l’avanzamento è pari al passo apparente moltiplicato per il numero dei principi (passo effettivo).
La figura seguente mostra schematicamente tre filettature rispettivamente ad uno, due e tre principi.
P = passo (pitch), L = avanzamento (lead)

Avanzamento

L’avanzamento (al giro) rappresenta lo scorrimento assiale relativo di vite e madrevite a fronte di una rotazione relativa dei due elementi attorno all’asse comune di 360°

Diametro nominale

Il diametro nominale è il parametro dimensionale che viene utilizzato per la designazione convenzionale di una filettatura. Il diametro nominale coincide (ad eccezione delle filettature gas) con il diametro esterno d
della vite (diametro misurato in corrispondenza delle creste) e con il corrispondente diametro D della madrevite (diametro misurato in corrispondenza dei fondi).

Il diametro di nocciolo (dn, Dn) è il diametro misurato sul fondo dei filetti della vite e sulla cresta dei filetti della madrevite.
Il diametro medio (dm, Dm) è il diametro misurato sulla generatrice intermedia tra cresta e fondo.

Per il calcolo di resistenza della vite si fa riferimento alla media tra il diametro di nocciolo ed il diametro medio, da cui la sezione resistente di una vita è data da:

Senso di avvitamento

L’elica sulla quale si sviluppa il filetto, e dunque la filettatura stessa, può essere destra o sinistra. La filettatura è destra quando ruotandola in senso orario, il movimento è di allontanamento rispetto all’osservatore, viceversa la filettatura è sinistra. Normalmente le viti utilizzate negli organi di collegamento sono destre (avvitamento in senso orario e svitamento in senso antiorario) e solo in casi particolari vengono filettate secondo un’elica sinistra.

Sistemi di filettature

Un sistema di filettature è caratterizzato da:

la forma del filetto;
i valori dei diametri nominali scelti per viti e madreviti;
i valori dei passi in relazione ai vari diametri;
le tolleranze di lavorazione.

I sistemi di filettature utilizzati e a livello nazionale ed internazionale sono i seguenti:

Filettature metriche ISO;
Filettature Whitworth;
Filettature gas;
Filettature trapezie;
Filettature a denti di sega;
Filettature speciali.

Le misure sono generalmente espresse in millimetri per le filettature metriche, trapezie e a denti di sega; in pollici e frazione di pollice per le filettature Whitworth e per quelle a gas.

L’angolo formato dai fianchi del filetto nelle viti triangolari è di:

60° nelle filettature metriche (triangolo equilatero)
55° nelle filettature Whitworth e gas (triangolo isoscele)
30° nelle filettature trapezie (triangolo isoscele) e circa 30° in quelle a denti di sega (triangolo rettangolo)

Filettature metriche ISO

Il profilo ideale delle filettature metriche ISO è un triangolo equilatero. Il profilo nominale della madrevite presenta troncamenti (sia in cresta che in fondo) rispetto al profilo di base. Il profilo nominale della vite presenta troncamenti in testa ed arrotondamenti nel fondo. Il profilo di esecuzione di vite e madrevite presenta comunque sempre arrotondamenti nel fondo. Il sistema di filettature metriche ISO definisce un insieme di diametri nominali unificati.

I diametri nominali sono divisi in tre gruppi: a, b e c. Nella progettazione sono da preferire i diametri del gruppo a, mentre quelli degli altri due gruppi debbono limitarsi come seconda e terza scelta. A ciascun diametro nominale è sempre associato un valore di passo detto grosso e uno o più valori di passo detti fini.

La filettatura ISO viene indicata con la lettera M seguita dal valore del diametro nominale, eventualmente seguito dal segno x e dal passo. L’indicazione del passo viene omessa quando trattasi di filettatura a passo grosso.
Se la filettatura ha dimensioni non unificate si indica, rispettivamente, il diametro nominale, seguito dal segno x, dal passo e per ultimo dalla lettera M.

Esempi:
Filettatura metrica ISO unificata a passo grosso: M 10 (passo = 1,5 mm)
Filettatura metrica ISO unificata a passo fine: M 10 x 1 (passo = 1 mm)
Filettatura metrica ISO non unificata: 10 x 0,5 M (passo = 0,5 mm)

Filettature Withworth

Il profilo di esecuzione presenta arrotondamenti rispetto al profilo di base. Nelle filettature Withworth, a differenza delle metriche ISO, a fronte di un valore unificato del diametro nominale esiste un solo valore unificato del passo. A parità di diametro nominale il passo delle Withworth è maggiore del passo grosso ISO.

Questa filettatura viene designata indicando: il diametro nominale (in pollici e/o frazioni di pollice), la lettera W. Se la filettatura ha un passo diverso da quello unificato si indicano, nell’ordine: diametro nominale, segno x, numero di filetti per pollice.

Esempi:
Filettatura Withworth unificata: ¾ W
Filettatura Withworth non unificata: ¾ x 14 W

Filettature gas

Le filettature gas garantiscono la tenuta tra vite e madrevite (rispetto al passaggio di fluidi). Il profilo delle filettature gas è uguale a quello delle Withworth, ma i passi sono più fini.

Il diametro nominale è convenzionale: si riferisce al diametro interno teorico del tubo su cui è usata la filettatura (la denominazione gas è dovuta al loro iniziale impiego nelle giunzioni di tubature per gas). Cioè una filettatura gas da 1″ ha un diametro esterno di vite di 33,249 e un tempo era eseguita su un tubo che esternamente aveva questo diametro e che internamente aveva il diametro di 1″ per il passaggio del fluido.

Le norme UNI EN ISO 228 e UNI EN 10226 prevedono una classificazione delle filettature gas in filettature per tubazioni non a tenuta stagna sul filetto e per tubi a tenuta stagna sul filetto. Nel primo caso il collegamento avviene con una vite e madrevite cilindrica che resta affidata alla presenza di guarnizioni. Nel secondo caso la tenuta stagna sul filetto si ottiene invece con l’accoppiamento di una vite conica in una madrevite cilindrica o conica e viene utilizzata ad esempio nei raccordi dei tubi gas commerciali.

Filettature a dente di sega

Il profilo a dente di sega, cioè trapezio asimmetrico, viete utilizzato nei collegamenti filettati tra tubi sottili soggetti a sforzi relativamente intensi nel solo senso assiale. Tra vite e madrevite è previsto un forte gioco assiale ed un centraggio sul diametro esterno. Esistono anche filettature a denti di sega con angolo di 45° invece che di 30° per migliorare notevolmente il comportamento meccanico del filetto, soprattutto per ridurre l’effetto d’intaglio.