Il termine filettatura (o nel lessico meccanico impanatura) è applicato a due accezioni collegate tra loro: ovvero indica il tipo di costruzione meccanica atta a creare un accoppiamento elicoidale tra due elementi, nonché l'operazione che porta alla creazione di questo tipo d'accoppiamento.
Comunemente, la struttura che ne deriva è chiamata filetto. Quando la filettatura è realizzata sulla superficie esterna di un pezzo (es. un gambo, un cilindro, un'asta, ecc.) questa viene chiamata vite, quando la filettatura è realizzata su una superficie interna viene chiamata madrevite.
Descrizione Normalmente il filetto assume l'aspetto di un solco ad andamento elicoidale, inciso su una superficie cilindrica (o conica). Effettuando una sezione longitudinale il suo profilo presenta di solito un andamento approssimativamente triangolare, con un'alternanza di apici esterni (chiamati creste) e apici interni (chiamati fondi).
Caratteristiche Le principali caratteristiche della filettatura dipendono principalmente:
dal sistema o profilo della sezione, ossia dal tipo di geometria scelta per la filettatura; dal metodo di fabbricazione, ossia dal processo meccanico che ha permesso di ricavare la filettatura; dal tipo di costruzione, che può essere interna o esterna a seconda che siano ricavate all'interno di un foro o sulla superficie esterna di una vite; dalle dimensioni geometriche di riferimento, tra le quali il diametro nominale di filettatura, il passo e l'angolo di profilo; dal verso, che può essere destrorso o sinistrorso a seconda dell'andamento dell'elica; dal numero di principi, ossia dal numero di eliche che si snodano attorno alla forma di base.
Avvitamento L'accoppiamento tra vite e madrevite (chiamato anche avvitamento) avviene tramite la rotazione coassiale di un elemento rispetto alla controparte complementare, purché la filettatura abbia le stesse caratteristiche.
In alcuni utilizzi, la controparte inizialmente non è filettata, ma subisce la filettatura quando il primo elemento (filettato) gli viene forzosamente avvitato contro. Alcuni esempi di questo caso sono: fissaggio con viti autofilettanti o autoformanti; filettatura di un foro con un utensile chiamato maschio. filettatura di un perno con un utensile chiamato filiera. applicazione di inserti già filettati.
Sistema di filettatura Per quanto ampio sia stato lo sforzo di organi governativi e sovranazionali per realizzare norme di riferimento che permettessero la standardizzazione delle filettature, a oggi persistono ancora diversi sistemi di filettature che solo in parte possono essere giustificati da esigenze pratiche di realizzazione o applicazione.
Classificazioni Le filettature si dividono in due gruppi: Filettature a profilo triangolare; Metriche: tutti gli elementi della filettatura sono misurati in millimetri, a causa dell'adozione delle filettature ISO in sostituzione al precedente sistema metrico SI nel 1968, il campo delle filettature metriche subì una profonda trasformazione; Non metriche: tutti gli elementi o in parte, sono espressi in unità di misura diverse dal millimetro o in modo convenzionale, sono le Whitworth e le Gas; Per viti da legno: è approssimativamente una filettatura triangolare. Filettature a profilo non triangolare. Trapezoidale: ha per profilo un trapezio isoscele simmetrico. Ha sostituito le vecchie filettature a profilo quadrato o rettangolare. Presenta una grande robustezza, maggior facilità di imbocco, consente la ripresa dei giuochi nelle madreviti formate da due semichiocciole. A dente di sega: è una filettatura asimmetrica, usata come vite di manovra, quando entrano in gioco grandi sforzi, di direzione e senso costanti. Vengono unificati due tipi, a dente di sega normale e a dente di sega fine. Si ha un notevole giuoco assiale tra vite e madrevite, il fianco portante della vite ha un'inclinazione di 3°.
Filettatura metrica ISO
La filettatura metrica ISO rappresenta lo standard riconosciuto dall'Organizzazione internazionale per la normazione a partire dal 1947. Essa consiste in una filettatura a profilo triangolare con angolo di profilo a 60°.
Le viti con filettatura metrica ISO vengono identificate da una M seguita dal diametro nominale in mm e, in caso di filettatura a passo fine, dal passo di filettatura.
Esempi:
Filettatura a passo standard (grosso) diametro nominale 8 mm: M8. Filettatura a passo fine diametro nominale 10 mm passo 0,75 mm: M10 × 0,75
Nota: i filetti standard sono sempre "grossi" dato che tale passo è il più grosso tra quelli che assicurano la tenuta contro lo svitamento; se si vuole ottenere un serraggio antisvitamento occorre usare il passo standard o passi più fini.
Le filettature si convengono sempre con spirale destra (avvitamento in senso orario); per particolari usi meccanici, la filettatura può essere realizzata con spirale sinistra (avvitamento in senso antiorario); in tal caso, la filettatura di cui sopra sarà: M10 × 0,75 [LH] (left hand).
Un notevolissimo vantaggio della filettatura metrica è che le creste del filetto sono sempre spianate, e quindi i due filetti della giunzione filettata entrano in contatto solo con i fianchi del filetto stesso, mentre le creste hanno un gioco apprezzabile; se da un lato tale sistema è implicitamente permeabile alla tenuta (la filettatura non è "a tenuta di un fluido in pressione") per contro la sicura non interferenza tra le due parti sulle creste rende più agevole la realizzazione del filetto e il montaggio delle parti, (le parti non rischiano di incastrarsi).
La filettatura metrica ha quindi esclusivamente una tenuta allo sforzo meccanico, in caso si intenda ottenere anche la tenuta idraulica questa è ottenuta facilmente con dispositivi appositi localizzati (esempio: le superfici di tenuta o le guarnizioni delle candele di accensione).
Filettatura Whitworth
La filettatura Whitworth ha un profilo ideale triangolare molto simile a quello metrico ISO se non che per il diverso angolo al vertice (in questo caso di 55° invece che di 60°). Il profilo nominale è poi identico per vite e madrevite ed è arrotondato sia in cresta sia in fondo con un raccordo di raggio pari a h/6.
Il contatto meccanico delle parti quindi non è solo sui fianchi dei filetti ma anche sulle creste.
Potenzialmente quindi la filettatura è sigillante, in realtà questo non sempre avviene dato che alle creste possono esistere dei giochi o, peggio, delle interferenze, che rischiano di incastrare le due parti.
L'identificazione avviene in unità anglosassoni, ossia in pollici. Per esempio, 1½ W indica un diametro nominale di un pollice e mezzo e una filettatura Whitworth; i dati di passo tabellati sono espressi in filetti per pollice.
Un fatto molto importante della filettatura Whitworth normale è spesso la notevole "grossezza" del filetto rispetto al diametro della filettatura; tale condizione pone in evidenza un elevato angolo di elica, e quindi una maggiore possibilità di svitamento accidentale della vite in caso di vibrazioni, tale condizione ha portato a preferire, anche in paesi anglosassoni l'adozione della filettatura metrica.
Filettatura Edison Ha un profilo a onda. È impiegata per attacchi elettrici, di lampadine, valvole a tappo, ecc. È unificata dall'unificazione elettrica (UNEL).
Filettatura Lowenherz A profilo simmetrico triangolare troncato a spigoli vivi sia sul fondo sia sulle creste dei filetti; usata per strumenti di misura e ottici, per diametri minori di 10 mm.
Filettatura Gas La filettatura Gas è sostanzialmente una filettatura Whitworth a passo molto fine, usata per la giunzione dei tubi.
La sua designazione avviene mediante indicazioni convenzionali. In origine la filettatura, eseguita sulla superficie esterna di un tubo, veniva indicata con il diametro interno del tubo in pollici (1 pollice = 25,4 mm), ma successivamente si iniziò a usare il diametro esterno e venne così inventato per convenienza il pollice gas (33,8 mm).
La filettatura Gas può essere cilindrica o conica. Nella pratica si usa G 1'' per indicare una filettatura Gas cilindrica oppure BSPP (British Standard Pipe Parallel), su un tubo di diametro interno di un pollice. Per la filettatura Gas conica si utilizza R 1'' oppure BSPT (British Standard Pipe Tapered).
UST UST Filettatura Unificata (in pollici), di profilo triangolare con la cresta smussata e il fondo raccordato (differisce dalla ISO per il valore di raggiatura e i valori in pollici);
BA BA British Association (in pollici), di profilo triangolare con la cresta e il fondo raccordati con grandi raggi, le pareti interne sono angolate di 47°30';
American Standard Chiamata anche filettatura SAE, la cui sigla sta per Society Autom. Engineers, American Standard (in pollici), di profilo triangolare con la cresta e il fondo smussati, le pareti interne sono angolate di 60°.
Filettatura PG La filettatura PG (dal tedesco Panzergewinde) è un tipo di filettatura creata in Germania, ed è principalmente utilizzata per filettare tubi porta conduttori elettrici e connessioni elettriche. Ha la particolarità di avere un angolo di profilo di 80°; questo comporta una profondità della filettatura esigua, ideale per filettare tubi di spessore minimo. Filettatura PG Filetto Ø est in mm Passo in TPI Ø int in mm PG7 12,5 20 11,28 PG9 15,2 18 13,86 PG11 18,6 18 17,26 PG13,5 20,4 18 19,06 PG16 22,5 18 21,16 PG21 28,3 16 26,78 PG29 37,0 16 35,48 PG36 47,0 16 45,48 PG42 54,0 16 52,48 PG48 59,3 16 57,78
Elementi costituenti In una filettatura possiamo distinguere altri elementi secondari rispetto ai parametri elencati in precedenza: Fianco: è la parte della superficie elicoidale del filetto generata da uno dei lati del triangolo generatore non parallelo alla generatrice del cilindro di rivoluzione; Risalto: è il materiale che è compreso tra due fianchi adiacenti; Solco: è l'avvallamento tra due fianchi adiacenti; Sommità: è la superficie piana che congiunge i due fianchi; Fondo: è la superficie inferiore del solco che collega due fianchi adiacenti; Cilindro primitivo: è il cilindro immaginario la cui superficie esterna taglia la filettatura in modo che le larghezze del risalto e del solco risultino uguali; Linea primitiva: è la generatrice del cilindro primitivo; Passo del profilo: è la distanza assiale tra un punto su un fianco del filetto e il punto equivalente sul fianco immediatamente adiacente e corrispondente; Passo elicoidale: è la distanza assiale di un punto su un fianco di un filetto dal suo punto omologo più prossimo sullo stesso fianco. Diametro di nocciolo: è il diametro della superficie cilindrica immaginaria che risulti tangente ai fondi per una filettatura esterna e alle sommità per una filettatura interna, indicato con d per le filettature esterne e D per quelle interne; Inclinazione della filettatura: è l'angolo acuto formato dalla tangente a una delle eliche tracciate da un filetto su un cilindro primitivo e un piano perpendicolare all'asse del cilindro; tan ψ=P/πd=P/πD se si ha un solo filetto; tan ψ=Ph/πd=Ph/πD se si hanno due o più filetti; Altezza della filettatura: è la distanza tra la sommità e il fondo di una filettatura, misurata perpendicolarmente all'asse della filettatura. Diametro medio effettivo: è il diametro di una superficie cilindrica immaginaria che taglia la filettatura reale in modo che la larghezza del vano sia la metà del passo di base; Lunghezza in presa: è la lunghezza assiale sulla quale le due filettature esterna e interna sono in contatto; Diametro medio virtuale di una filettatura reale: è il diametro medio di una filettatura e perfetta con un profilo di base dato che si assembla senza interferenza e senza gioco con la filettatura reale su una lunghezza in presa stabilita.
Diametro del filetto Per diametro del filetto si intende un valore nominale che è pari: al diametro del cilindro ideale che passa sulle creste di un filetto esterno; al diametro del cilindro ideale che passa sul fondo di un filetto g.
Passo