I bulloni sono ampiamente utilizzati per assemblare e unire diverse parti meccaniche. Cosa crea una connessione forte senza l'uso di saldatura o calore? Se i bulloni vengono utilizzati in modo improprio, possono rompersi o danneggiarsi. Ecco perché è utile conoscere il carico di snervamento dei bulloni. Tuttavia, molte persone non sanno come calcolare la resistenza allo snervamento dei bulloni.
Ricordiamo che il limite di snervamento dei bulloni è la sollecitazione massima che un bullone può sopportare. Oltre questo limite, il bullone si deforma o addirittura si rompe, causando il cedimento delle parti unite. Una volta conosciuta la resistenza allo snervamento dei bulloni, è possibile utilizzarla per garantire un uso corretto. In questo articolo vi spiegherò come calcolare la resistenza allo snervamento dei bulloni. Quindi, iniziamo.
Che cos'è il carico di snervamento dei bulloni e perché è importante?
Prima di passare ai calcoli, cerchiamo di capire le basi della resistenza allo snervamento dei bulloni.
Il limite di snervamento dei bulloni indica la sollecitazione massima che un bullone può sopportare. Dopo questo livello, il bullone diventa eccessivamente sollecitato e può deformarsi e infine rompersi. I bulloni devono essere utilizzati entro il loro limite di snervamento. In questo modo si evita di sottoporre il bullone a pressioni o stiramenti elevati, che potrebbero causare la rottura del collegamento. Ogni dimensione di bullone ha un diverso livello di resistenza allo snervamento.
Come ho già detto, sono disponibili diversi tipi di bulloni con gradi diversi. Ad esempio, il grado 8.8 o il grado 10.9 e così via. Ognuno di questi bulloni ha un grado e una resistenza allo snervamento diversi. In genere, il grado 8.8 ha una resistenza allo snervamento inferiore rispetto al grado 10.9. La scelta di questi gradi di bulloni dipende dall'uso e dalle applicazioni.
I tipi di bulloni giusti aiutano a ottenere giunzioni tra due parti che durano per anni. Supponiamo che sia necessaria una giunzione molto stretta e senza allentamenti. In questo caso, si utilizzerà un bullone di grado superiore, in quanto resisterà a sollecitazioni più elevate. Sarà possibile stringere il bullone con una forza maggiore. Nonostante le forti sollecitazioni, il bullone non si allungherà né si deformerà e rimarrà fissato al suo posto.
Il bullone viene generalmente serrato a circa 70% del suo carico di snervamento. Questo garantisce una forte connessione tra le due parti e un fissaggio sicuro. Inoltre, in caso di necessità, è possibile rimuovere facilmente il bullone senza sovraccaricarlo o bloccarlo eccessivamente. 70% di resistenza allo snervamento assicura anche che il bullone non superi le sollecitazioni per deformarsi o rompersi in modo permanente.
Importanza della resistenza allo snervamento dei bulloni
La comprensione della resistenza allo snervamento dei bulloni è molto importante per i collegamenti tra due parti meccaniche. Se non si conosce la resistenza allo snervamento di un bullone, è più probabile che lo si utilizzi in modo errato. Ecco alcuni motivi principali per cui la resistenza allo snervamento dei bulloni è importante:
- Quando si collegano due parti, sono necessari bulloni di dimensioni diverse. Se avete bisogno di una connessione molto solida, userete un bullone con una maggiore resistenza allo snervamento. In questo modo, il bullone resisterà a carichi più elevati e manterrà le parti unite.
- Come ho detto sopra, i diversi tipi di bulloni hanno diversi carichi di snervamento. Pertanto, la scelta di questi tipi di bulloni può essere confusa se non si conosce la resistenza allo snervamento dei bulloni. Una volta compreso il limite di snervamento del bullone, è possibile scegliere il tipo di bullone più adatto alle proprie esigenze.
- Si notano guasti nei componenti strutturali a causa di bulloni non corretti. Quando questi bulloni sono sottoposti a forti sollecitazioni, si allungano. Di conseguenza, il collegamento tra le parti si allenta, provocando il cedimento. Quando si sa che il bullone giusto produce forza, si sceglie il bullone giusto. Il bullone rimarrà stabile, impedendo alle parti di cedere.
Come calcolare la resistenza allo snervamento dei bulloni?
Il calcolo del carico di snervamento dei bulloni è semplice se si conosce la formula. Per il calcolo sono necessari tre parametri chiave, che sono i seguenti:
- Sollecitazione al punto di snervamento.
- Area trasversale
Ecco la formula esatta da utilizzare per trovare la resistenza allo snervamento del bullone.
Resistenza allo snervamento del bullone = Sollecitazione al punto di snervamento × Area della sezione trasversale effettiva
F(y) = A (t) × S (y)
F (y) è la forza di snervamento, una sollecitazione che il materiale può sopportare. Oltre questo limite, il bullone si deforma in modo permanente o si rompe. A (t) è l'area effettiva in cui il bullone è sottoposto a trazione. Come è noto, ogni materiale ha un proprio limite di snervamento, rappresentato da S (y).
Supponiamo un caso in cui si abbia un bullone di grado 10,9. La dimensione del bullone in questo caso è M12. Questi due parametri ci aiutano a capire la resistenza allo snervamento del materiale e l'area della sezione trasversale. Per un bullone di grado 10.9 con dimensioni M12:
Resistenza allo snervamento = 940 MPa
Area di sollecitazione della trazione = 84,3 mm²
È possibile trovare la forza di snervamento esatta inserendo i valori nella formula precedente:
F(y) = 84,3 × 940 = =79.242 N
79.242 N è la forza massima di snervamento o forza che il bullone può sopportare. Se la forza supera questo limite, il bullone può deformarsi o rompersi. Quando si stringe il bullone, si deve utilizzare il 70-80% di questa forza. Questo è il limite più sicuro in cui il bullone sarà stretto a sufficienza per tenere insieme le parti meccaniche. Sotto questa sollecitazione, sarà possibile rimuovere il bullone.
Metrico e Imperiale: Che impatto hanno sul calcolo della resistenza allo snervamento dei bulloni?
Il sistema metrico e quello imperiale sono due sistemi di unità di misura diversi. Vengono utilizzati in diverse parti del mondo. Ad esempio, il sistema imperiale è tipicamente seguito negli Stati Uniti e in Canada. Il sistema metrico è invece preferito in altre parti del mondo, compresa l'Europa. I Paesi che utilizzano il sistema imperiale seguono gli standard SAE o ASTM.
I sistemi metrici, invece, si basano sugli standard ISO. Tuttavia, la formula per calcolare il carico di snervamento dei bulloni rimane la stessa per entrambi i sistemi di unità di misura, ovvero la seguente:
F(y) = A (t) × S (y)
Tuttavia, il valore o i parametri sono scritti in unità diverse. Nei sistemi metrici;
Area di sollecitazione di trazione = mm²
Resistenza allo snervamento S (y) = MPa
Forza = Newton (N)
D'altra parte, le unità di misura dei sistemi imperiali sono diverse, e sono le seguenti:
Area di sollecitazione di trazione = in²
Resistenza allo snervamento S (y) = Psi
Forza = Libbre-forza (lbf)
Nonostante l'utilizzo delle stesse formule, si otterranno risultati diversi perché si utilizzano unità di misura diverse. Tuttavia, queste unità o valori sono intercambiabili.
Come conoscere l'area della sezione trasversale dalle dimensioni del bullone?
Come ho detto sopra, conoscere l'area della sezione trasversale è importante per calcolare la resistenza allo snervamento dei bulloni. Tuttavia, ogni dimensione di bullone ha una sezione trasversale diversa, il che può creare confusione. Di seguito è riportata la formula esatta da utilizzare per trovare l'area della sezione trasversale:
A = (π ÷ 4) × d²
Tuttavia, l'utilizzo di questa formula per trovare l'area della sezione trasversale (area di sollecitazione a trazione) può essere noioso. Alcune tabelle ISO/SAE forniscono aree di sezione trasversale esatte per diverse dimensioni di bulloni. Queste includono M6, M10, M12 e così via. In questo modo si evita di dover calcolare ogni volta la sezione trasversale. Si può invece fare riferimento alla tabella e ottenere l'area esatta per le diverse dimensioni dei bulloni.
Ecco la tabella per trovare le aree trasversali:
| Dimensione del bullone | Area di tensione (Aₜ) |
| M6 | 20,1 mm² |
| M7 | 28,9 mm² |
| M8 | 36,6 mm² |
| M10 | 58,0 mm² |
| M12 | 84,3 mm² |
| M14 | 115 mm² |
| M16 | 157 mm² |
Resistenza allo snervamento dei comuni tipi di bulloni
Le diverse classi di bulloni differiscono per la composizione del materiale. Un bullone di grado superiore avrà una maggiore resistenza allo snervamento e viceversa. Ricordate che il grado del bullone e la dimensione del bullone sono due parametri diversi. I gradi dei bulloni si riferiscono solo alla resistenza del bullone e alla sua composizione.
D'altra parte, la dimensione del bullone si riferisce alle sue misure e dimensioni. Due bulloni con lo stesso grado ma con dimensioni diverse avranno snervamenti diversi. Ecco una tabella che indica i diversi gradi di bulloni e la loro resistenza allo snervamento. Questi gradi sono previsti dalle norme ISO e non sono da considerarsi fissi, in quanto possono cambiare con le diverse dimensioni dei bulloni:
| Grado del bullone | Resistenza allo snervamento (MPa) |
| 4.6 | 240 MPa |
| 5.8 | 400 MPa |
| 8.8 | 640 MPa |
| 10.9 | 940 MPa |
| 12.9 | 1100 MPa |
Come già detto, il sistema di unità imperiali segue gli standard SAE piuttosto che quelli ISO. Secondo gli standard SAE, i gradi dei bulloni sono rappresentati come Grado 2, 5 e 8. Di seguito è riportata la tabella che indica la resistenza allo snervamento di questi gradi:
| Grado del bullone | Resistenza allo snervamento (Psi) |
| Grado 2 | 57.000 psi |
| Grado 5 | 92.000 psi |
| Grado 8 | 130.000 psi |
Domande frequenti
Qual è la resistenza di un bullone di grado 8.8?
I bulloni di grado 8.8 sono considerati più forti, con eccellenti resistenze alla trazione e allo snervamento. L'esatto valori di trazione e la resistenza allo snervamento sono rispettivamente 830 MPa e 640 MPa.
Qual è la differenza tra snervamento e resistenza alla trazione?
La resistenza allo snervamento e alla trazione sono due parametri diversi. La resistenza allo snervamento indica il livello di sollecitazione oltre il quale i materiali iniziano a deformarsi. La resistenza alla trazione è il punto (livello di sollecitazione) a cui un materiale o un bullone si rompe e si danneggia.
È possibile utilizzare un bullone oltre il suo limite di snervamento?
No. Il bullone non può essere utilizzato oltre il suo limite di snervamento. Se viene utilizzato, il bullone si deforma e si allunga, dando luogo a una connessione allentata. In questo modo, i componenti strutturali o meccanici uniti attraverso il bullone potrebbero cedere.
Qual è il carico più sicuro per un bullone?
Il carico più sicuro per il bullone è pari a circa 70-75% del suo carico di snervamento totale. A questa forza o sollecitazione, il bullone trattiene saldamente le parti. Inoltre, la sua durata è maggiore e la rimozione del bullone è più facile a questa forza o carico ottimale.
Conclusione
Concludiamo: i bulloni sono importanti elementi di fissaggio utilizzati per unire due componenti. Tuttavia, ogni bullone ha una specifica resistenza allo snervamento. Se il bullone viene utilizzato oltre il suo limite, inizierà a deformarsi. Una volta deformato, il bullone si allunga e si allenta. Di conseguenza, le sue prestazioni diminuiranno e non sarà più in grado di tenere insieme le parti strutturali.
Vale la pena di notare che è necessario conoscere la resistenza allo snervamento dei bulloni prima di utilizzarli. Ciò è ancora più importante se le parti unite sono fragili. Il motivo è che se il bullone supera la sua resistenza allo snervamento, si deformerà e si romperà, provocando il cedimento del giunto. Di conseguenza, le parti unite si sfaldano e alla fine si rompono. In questo articolo ho discusso tutto ciò che riguarda il calcolo della resistenza allo snervamento.