Tornio e filettatura

Un tornio fa girare un pezzo di legno o di metallo tra due punte mentre un utensile da taglio lo modella, così che le superfici che lascia sono rotonde attorno a un solo asse. Dotato di vite madre e ruote di ricambio, come il tornio in ferro di Henry Maudslay intorno al 1800, taglia filettature del passo voluto, e quelle viti sono diventate la base dei bulloni unificati, delle parti intercambiabili e della misura di precisione.

Che cos’è

Un tornio fa ruotare un pezzo di legno o di metallo attorno a un asse mentre un utensile fermo ne asporta trucioli. Così si fanno gambe di sedia, ciotole, assi e bulloni. L’utensile resta alla stessa distanza dall’asse per tutto il giro, e la superficie che lascia è rotonda.

Di solito il pezzo è tenuto tra due punte. La testa motrice porta il mandrino che lo fa girare, attraverso una staffa serrata sul pezzo, il menabrida, quando è di metallo; la contropunta scorre sul bancale per adattarsi alla sua lunghezza. L’utensile poggia su una barra ed è guidato a mano, oppure è serrato in un carrello che corre lungo il bancale. La tavola mostra il tornio da filettare in ferro costruito da Henry Maudslay intorno al 1800.

Come funziona

Nel tornio a pertica la corda fa girare il pezzo in un senso sotto il piede e nell’altro quando la pertica la richiama.

I torni più antichi facevano girare il pezzo avanti e indietro con una corda avvolta attorno. A tirarla era un archetto nella mano del tornitore o, nel tornio a pertica, un pedale contro una pertica flessibile. L’utensile taglia solo mentre il pezzo gira verso il tornitore. Manovella e volano, e più tardi le cinghie mosse da una ruota idraulica o da una macchina, diedero la rotazione continua.

Una filettatura è una scanalatura avvolta attorno a un cilindro con passo costante, cioè la distanza tra due spire vicine; in una normale vite a un principio è anche lo spazio di cui la scanalatura avanza in un giro. Per tagliarla l’utensile deve spostarsi lungo il pezzo esattamente di quella distanza a ogni giro. Una mano esperta ci riesce con un pettine, ma il tornio da filettare lo fa ogni volta, senza quell’abilità, grazie a una seconda vite. La vite madre corre lungo il bancale e una madrevite fissata sotto il carrello vi si impegna: ogni giro della vite madre sposta l’utensile di uno dei suoi passi.

Ingranaggi collegano il mandrino alla vite madre. Con una vite madre da 8 filetti per pollice e due ruote uguali, l’utensile taglia 8 filetti per pollice. Una ruota da 20 denti sul mandrino che ne muove una da 40 sulla vite madre dimezza l’avanzamento e ne taglia 16. Altre ruote di ricambio danno altri passi.

La filettatura si taglia in più passate, e un piccolo volantino sul carrello affonda l’utensile un po’ di più ogni volta. Ogni difetto della vite madre si copia nella nuova vite, perciò le buone viti madri venivano controllate e ritagliate molte volte.

Come costruirlo

Un tornio a pertica richiede legname, pochi pezzi di ferro e un giovane fusto. Lavora il legno verde, abbastanza lentamente per un principiante.

Fare il bancale. Fissate due travi diritte di circa 1,5 m affiancate su quattro gambe divaricate, a circa 5 cm l’una dall’altra. Due blocchi verticali, le teste, si infilano in questa fessura e si bloccano con un cuneo da sotto.

Montare punte e appoggio. Piantate una punta di ferro in ciascuna testa, all’altezza del gomito e sulla stessa linea. Fatene una con un bullone filettato a punta limata, da avvitare per stringere il pezzo. Come appoggio per l’utensile fissate davanti un’asse, appena sotto le punte, con bulloni in asole per poterla spostare. A tornio fermo, mettetela a circa un dito dal pezzo e fate girare il pezzo a mano per controllare che passi.

Montare la pertica. Fissate il calcio di un fusto di frassino o di nocciolo lungo circa 3 m sopra e dietro il tornio, con la cima sopra il pezzo. Legate una corda alla cima, avvolgetela due volte attorno al pezzo e legate l’altro capo a una tavola incernierata a terra, che fa da pedale.

Tornire un manico. Arrotondate con l’accetta un pezzo di frassino verde di circa 4 cm di lato e 15 cm di lunghezza e serratelo bene tra le punte, con la corda avvolta in modo che il lato anteriore del pezzo scenda quando premete. Appoggiate la sgorbia sull’asse prima che tocchi il legno, tagliate mentre il pedale scende e alleggerite quando risale, sagomate l’impugnatura con lo scalpello obliquo e lasciate asciugare il manico qualche settimana prima di montare la lama.

Il maschio taglia la filettatura dentro un foro; la filiera la taglia su un tondino.

Filettare a mano. Serrate prima il pezzo in una morsa. Per una filettatura M8 nel metallo, forate un foro da 6,8 mm, imboccate il maschio ben perpendicolare alla superficie e giratelo mezzo giro avanti e un quarto indietro, con una goccia d’olio, perché il truciolo si spezzi. Tagliate la filettatura esterna corrispondente con la filiera su un tondino smussato. Legno e ottone si filettano anche con un pettine, un utensile piatto d’acciaio con il filo limato a denti al passo voluto, da far scorrere lungo un pezzo che gira in continuo; tenere un’andatura regolare richiede pratica.

Sicurezza. Un pezzo in rotazione afferra tutto ciò che pende: legate i capelli lunghi, rimboccate le maniche, togliete sciarpa, anelli e guanti. Indossate occhiali protettivi contro i trucioli e, sui pezzi grandi, una visiera sopra; né gli uni né l’altra rendono sicuro un pezzo serrato male. Prima di ogni sessione controllate che il pezzo sia ben serrato tra le punte e senza crepe. Tenete affilati gli utensili da taglio e coprite i taglienti quando non li usate. I maschi sono duri e fragili, e uno spezzato lascia schegge taglienti. Su un tornio a motore, fermate la macchina prima di misurare o di allungare la mano sopra il pezzo.

Storia ed evoluzione

La più antica immagine nota di un tornio è scolpita nella tomba di Petosiri, in Egitto, verso il 300 a.C.: un uomo tira una cinghia avvolta attorno al pezzo mentre un altro tiene l’utensile. Nella York dell’epoca vichinga i tornitori di Coppergate, «la strada dei tornitori di coppe», hanno lasciato parte di un tornio, ciotole non finite e un utensile da tornio in ferro.

Negli anni settanta del Settecento il costruttore di strumenti Jesse Ramsden realizzò torni da filettare per fare le viti delle sue macchine per dividere. Henry Maudslay, formatosi presso il fabbricante di serrature Joseph Bramah, aprì una propria officina a Londra nel 1797 o nel 1798, a seconda delle fonti. Non inventò né il carrello né la vite madre, ma il suo tornio li riunì alle ruote di ricambio su un rigido telaio di ferro, e le sue filettature si potevano ripetere con esattezza. Costruì poi le macchine progettate da Marc Brunel per i bozzelli della Marina a Portsmouth, completate nel 1808-1809: una decina di uomini senza mestiere vi faceva il lavoro di un centinaio di artigiani.

Ogni giro del tamburo fa avanzare l’asta di un passo della sua vite.

Una vite precisa serve anche a misurare. Verso il 1805 Maudslay costruì un micrometro da banco soprannominato «il Lord Cancelliere», giudice ultimo delle misure nella sua officina. Il micrometro tascabile brevettato a Parigi nel 1848 da Jean-Laurent Palmer leggeva 0,05 mm con una vite a passo 1 mm e un tamburo diviso in 20. Un micrometro comune ha oggi una vite a passo 0,5 mm e 50 divisioni, e legge il centesimo di millimetro.

Nel 1841 Joseph Whitworth, che aveva lavorato da Maudslay, propose una filettatura comune a tutti gli ingegneri britannici. La ricavò dalla media di bulloni raccolti nelle officine di tutta l’Inghilterra: fianchi a 55°, creste e fondi arrotondati e un numero fisso di filetti per pollice per ogni diametro, 8 su un bullone da un pollice. Le compagnie ferroviarie la adottarono.