Calcolatore Coppia di Serraggio Bulloni - Specifiche di Coppia Precise per Fissaggi

Un calcolatore della coppia di serraggio dei bulloni stima la coppia necessaria affinché un bullone raggiunga una forza di serraggio prestabilita. Utilizza il diametro del bullone, il passo della filettatura, il materiale e la classe di resistenza per calcolare un valore di coppia in newton metro (Nm).

Come funziona la coppia di serraggio dei bulloni

Ruotare un bullone con una chiave applica una coppia, cioè una forza rotazionale. La maggior parte di questa coppia serve a vincere l'attrito: una parte nella filettatura e una quantità maggiore sotto la testa del bullone. Solo una piccola parte allunga leggermente il bullone, come una molla, e crea la forza di serraggio che tiene unito il giunto. Questa forza di serraggio si chiama precarico, o tensione. Poiché l'attrito assorbe gran parte della coppia, lo stato della superficie del bullone e l'eventuale lubrificazione modificano la forza di serraggio prodotta da una determinata coppia.

Come calcolare la coppia di serraggio dei bulloni

La formula standard per la relazione tra coppia e tensione è:

$T = K \times D \times F$

• T — coppia, in newton metro (Nm)
• K — coefficiente di coppia, un fattore di attrito determinato dal materiale e dalla lubrificazione
• D — diametro nominale del bullone, in metri
• F — carico di serraggio (precarico), in newton (N)

Il diametro deve essere espresso in metri, non in millimetri. Un bullone da 10 mm va inserito nella formula come 0,01 m. L'uso diretto dei millimetri produce una coppia 1.000 volte maggiore.

Coefficiente di coppia (K)

Il coefficiente di coppia rappresenta l'attrito. Un valore di K più basso significa che una quantità minore di coppia viene persa per attrito, quindi una quantità maggiore si trasforma in forza di serraggio. Questo calcolatore utilizza i seguenti valori:

Carico di serraggio (F)

Il carico di serraggio è la forza assiale esercitata dal bullone serrato sul giunto. Questo calcolatore fissa come carico di serraggio obiettivo 75% del carico di prova del bullone, un valore comunemente usato per un giunto che può essere smontato e riassemblato:

$F = 0.75 \times S_p \times A_s$

Sp è la tensione di prova minima prevista per la classe di resistenza del bullone, definita dalla norma ISO 898–1. As è l'area resistente a trazione, cioè la sezione trasversale effettiva del gambo filettato che sopporta il carico:

$A_s = \frac{\pi}{4} \times (d - 0.9382 \times P)²$

Qui d è il diametro nominale e P è il passo della filettatura, entrambi in millimetri. As è inferiore all'area del gambo liscio, perché la filettatura asporta materiale.

Tensione di prova per classe di resistenza:

In questo calcolatore il materiale e la classe di resistenza vengono impostati separatamente. La scelta di «Acciaio inossidabile» non modifica né limita le classi di resistenza disponibili; le cinque classi sopra indicate si applicano indipendentemente dal materiale.

Esempio di calcolo

Si consideri un bullone M10 in acciaio, con diametro nominale di 10 mm, passo della filettatura di 1,5 mm, classe di resistenza 8,8, serrato a secco.

1. Area resistente a trazione: As = (π/4) × (10 − 0,9382 × 1,5)² ≈ 57,99 mm²
2. Tensione di prova: Sp = 580 MPa, poiché il diametro è pari o inferiore a 16 mm
3. Carico di serraggio: F = 0,75 × 580 × 57,99 ≈ 25.225 N
4. Coppia: T = 0,20 × 0,01 × 25.225 ≈ 50,45 Nm

Lo stesso bullone, lubrificato anziché serrato a secco (K = 0,15), richiede circa 37,84 Nm, cioè circa un quarto in meno. La lubrificazione riduce l'attrito, quindi si spreca meno coppia e una quantità maggiore si trasforma in forza di serraggio.

Riferimento rapido: bulloni in acciaio, classe di resistenza 8,8

Coppia approssimativa con passo standard a filettatura grossa e precarico del 75%:

Questi valori presuppongono la classe di resistenza 8,8 e un obiettivo di precarico del 75%. Una classe, un materiale o un precarico diversi modificano il risultato; per un valore esatto, utilizzare il calcolatore sopra.

Calcolo della coppia nel codice

1def bolt_torque(diameter_mm, torque_coefficient, tension_n):
2    diameter_m = diameter_mm / 1000  # convert mm to m
3    return round(torque_coefficient * diameter_m * tension_n, 2)
4
5torque = bolt_torque(10, 0.20, 25225)
6# 50.45
7

Il diametro deve essere diviso per 1000 prima di moltiplicarlo per K e F. Saltare questo passaggio produce una coppia 1.000 volte maggiore.

Ipotesi del calcolatore

• Temperatura ambiente, circa 20–25°C
• Filettature pulite e non danneggiate, con un corretto impegno
• Obiettivo di precarico pari a 75% del carico di prova del bullone
• Giunto statico, non esposto a forti vibrazioni o a cicli termici

Questo calcolatore supporta diametri nominali da 3 mm a 36 mm. Per i giunti il cui cedimento potrebbe causare lesioni o danni ingenti — recipienti a pressione, strutture in acciaio, componenti aerospaziali — utilizzare invece le specifiche di coppia del produttore o una norma tecnica pertinente. I giunti reali introducono fattori quali la compressione della guarnizione, la dilatazione termica e la variazione dell'attrito tra i singoli elementi di fissaggio, che una formula generale non può rappresentare.

Domande frequenti

Che cos'è un calcolatore della coppia di serraggio dei bulloni?

È uno strumento che stima la coppia di serraggio, in newton metro, necessaria affinché un bullone raggiunga una forza di serraggio prestabilita. Utilizza come dati di ingresso il diametro del bullone, il passo della filettatura, il materiale e la classe di resistenza.

Come si calcola a mano la coppia di serraggio di un bullone?

$T = K \times D \times F$, con D espresso in metri. K è ricavato da una tabella dei coefficienti di coppia per il materiale del bullone e la condizione di lubrificazione. F dipende dalla classe di resistenza del bullone e dall'area resistente a trazione, generalmente fissata in misura pari a 75% del carico di prova per un giunto da riutilizzare.

Cosa succede se un bullone viene serrato con una coppia eccessiva?

Può allungarsi oltre il limite elastico, spanare la filettatura o spezzarsi. Le filettature in alluminio si spanano con particolare facilità. Un serraggio eccessivo riduce anche la vita a fatica del bullone, perché questo opera più vicino al limite di snervamento e rimane un margine minore per i carichi aggiuntivi durante l'uso.

Cosa succede se un bullone viene serrato con una coppia insufficiente?

Il giunto può allentarsi a causa delle vibrazioni, perdere se comprime una guarnizione o consentire lo spostamento dei componenti sotto un carico laterale. I bulloni serrati insufficientemente hanno anche maggiori probabilità di fessurarsi a causa di cicli ripetuti di sollecitazione, poiché la forza di serraggio che normalmente assorbe tale sollecitazione è troppo bassa.

La lubrificazione modifica la coppia necessaria per un bullone?

Sì. La lubrificazione riduce il coefficiente di coppia diminuendo l'attrito, quindi una quantità minore della coppia applicata viene persa e una quantità maggiore si converte in forza di serraggio. Per raggiungere lo stesso carico di serraggio, un bullone in acciaio lubrificato richiede in genere circa il 25% di coppia in meno rispetto allo stesso bullone serrato a secco.

Qual è la differenza tra coppia e tensione in un bullone?

La coppia è la forza torcente applicata con una chiave. La tensione, detta anche precarico, è l'allungamento risultante all'interno del bullone, che produce la forza di serraggio. Le due grandezze sono collegate dall'attrito, quindi lo stesso valore di coppia può produrre tensioni diverse a seconda della lubrificazione e dello stato della superficie.

Questo calcolatore può essere utilizzato per bulloni in acciaio inossidabile?

Sì. Questo calcolatore assegna all'acciaio inossidabile coefficienti propri: 0,22 a secco e 0,17 lubrificato, entrambi superiori a quelli dell'acciaio comune, perché l'acciaio inossidabile oppone maggiore resistenza allo scorrimento ed è soggetto al grippaggio, una forma di bloccaggio della filettatura dovuta all'attrito. Sui giunti acciaio inossidabile-acciaio inossidabile si usa comunemente un composto antigrippante per prevenirlo.

Riferimenti

1. Organizzazione internazionale per la normazione. ISO 898-1:2013 — Proprietà meccaniche degli elementi di fissaggio in acciaio al carbonio e acciaio legato, Parte 1: Bulloni, viti e prigionieri con classi di resistenza specificate.
2. Fastenal Engineering. Relazione coppia-tensione, classi di resistenza ISO 898–1 4,6, 8,8, 10,9 e 12,9, filettatura metrica grossa.
3. Motosh, N. (1976). «Sviluppo di diagrammi di progetto per bulloni precaricati fino al campo plastico». Journal of Engineering for Industry, 98(3), 849–851.