TIPI DI ACCOPPIAMENTO E VARIABILITA’ DEI PROCESSI DI FABBRICAZIONE
Ogni processo di fabbricazione è caratterizzato una certa variabilità, come anche ogni sistema di misura e controllo. Dunque la geometria e le dimensioni effettive di un oggetto si discosteranno sempre in modo più o meno significativo da quelle ideali prescritte attraverso il disegno e la quotatura. In particolare, le dimensioni delle singole caratteristiche effettivamente realizzate si troveranno sempre discoste rispetto alle dimensioni nominali. La grandezza di tale scostamento dipende dalle caratteristiche e la qualità del processo di fabbricazione.
Il progettista deve poter essere sicuro che tale intrinseca variabilità non infici i requisiti funzionali del prodotto. Ad esempio deve essere sicuro che vi sia sempre gioco fra due parti pensate per scorrere l’una nell’altra e che vi sia interferenza fra due parti pensate per essere solidali mediante un incastro. In altre parole deve poter indicare, ove ritiene necessario, lo scostamento ammissibile fra la quota nominale indicata a disegno e quella effettivamente realizzata. L’indicazione delle tolleranze dimensionali risponde a tale esigenza. La produzione dovrà infatti assicurare il rispetto della tolleranza prescritta per ogni quota, eventualmente scartando i pezzi non conformi alle specifiche dimensionali.
Definizioni
Dimensione nominale Valore principale della quota indicato sulla linea di misura
Scostamento superiore Differenza fra dimensione massima ammissibile e dimensione nominale Scostamento inferiore Differenza fra dimensione minima ammissibile e dimensione nominale
FORO Termine convenzionale per tutti gli elementi interni di un accoppiamento, anche non cilindrici ALBERO Termine convenzionale per tutti gli elementi esterni di un accoppiamento, anche non cilindrici Condizione di minimo materiale Condizione nella quale sia albero che foro hanno il minimo materiale ammissibile, ovvero
dimensione minima ammissibile per l’albero e massima ammissibile per il foro.
Condizione di massimo materiale Condizione nella quale sia albero che foro hanno il massimo materiale ammissibile, ovvero dimensione massima ammissibile per l’albero e minima ammissibile per il foro.
• Le dimensioni di tipo FORO vanno designate con lettere MAIUSCOLE
• Le dimensioni di tipo albero vanno designate con lettere minuscole
Il progettista assegnerà le dimensioni nominali e le relative tolleranze dimensionali ad un elemento di tipo albero e ad un elemento di tipo FORO per realizzare uno dei seguenti tipi di accoppiamento:
Interferenza dimensione dell’albero sempre (ovvero sia in condizioni di massimo materiale sia in condizione di minimo
materiale) maggiore di quella del foro (ad es. per rendere solidali due pezzi senza ricorrere a sistemi di giunzione).
Gioco dimensione del foro sempre (ovvero sia in condizioni di massimo materiale sia in condizione di minimo materiale) maggiore di quella dell’albero (ad es. per consentire lo scorrimento di un pistone in un cilindro)
Incertezza quando in alcuni casi la dimensione del foro più piccola di quella dell’albero ed in altri casi accade il contrario. In altre parole quando statisticamente fra i due elementi può verificarsi sia gioco che interferenza. Ci sarà dunque certamente gioco in condizioni di minimo materiale e interferenza in condizioni di massimo materiale.
INDICAZIONE DELLE TOLLERANZE SECONDO ISO 286
Nell’assegnare tolleranze a quote funzionali, il progettista ha tre esigenze:
1) Indicare la qualità della lavorazione indipendentemente dalla dimensione nominale
2) Indicare la qualità dell’accoppiamento (gioco, interferenza, incertezza) indipendentemente dalle dimensioni nominali 3) Avere delle tabelle unificate cui fare riferimento per assegnare le tolleranze più opportune rispetto ai requisiti funzionali
richiesti (gioco di scorrimento, bloccaggio a spinta, bloccaggio forte, ecc.)
A tale esigenza di normalizzazione risponde la norma tecnica ISO 286 che ha unificato, per ogni dimensione nominale (fino a 3150 mm):
• 27 scostamenti normalizzati indicati da una lettera (lettere da A a ZC per fori e da a a zc per gli alberi).
• 20 intervalli di tolleranza normalizzati indicati da un numero
Lo scostamento fondamentale, contraddistinto dalla lettera h per gli alberi e H per i fori, è nullo (inferiore per i fori, superiore per gli alberi). Le lettere relative agli scostamenti sono ordinate nel verso dell’incremento del materiale. Ad esempio, a parità di dimensione nominale, un elemento albero in posizione p avrà dimensione maggiore rispetto ad un albero in posizione h. Reciprocamente, un elemento foro in posizione P sarà più piccolo di un foro con la medesima dimensione nominale in posizione H.
Gli scostamenti Js e js prescrivono una zona di tolleranza simmetrica rispetto alla linea dello zero, rispettivamente per fori e alberi.
È chiaro, quindi, che accoppiare un albero con diametro nominale in posizione s con un foro con diametro nominale in posizione H realizzerà un accoppiamento con interferenza. La norma ISO fornisce le tabelle degli scostamenti per alberi e fori in funzione del diametro nominale e i valori delle tolleranze normalizzate.
Tuttavia, il numero di accoppiamenti possibili fra alberi e fori sarebbe in teoria pari a 272=729, assolutamente sovrabbondante rispetto alle reali esigenze progettuali. Per questo motivo la norma impone solo due classi di possibili accoppiamenti:
• foro base La dimensione associata all’elemento foro è in posizione H
• albero base La dimensione associata all’elemento albero è in posizione h
Con l’adozione del sistema foro base o albero base, nei quali uno degli elementi della coppia è collocato in una posizione fissa, il numero di accoppiamenti teorici, pur riducendosi notevolmente, resta ancora troppo elevato.
Le norme ISO pertanto raccomandano, nelle costruzioni ordinarie, di riferirsi agli accoppiamenti di uso comune riportati in tabella. I riquadri identificano gli accoppiamenti preferiti. Utilizzare accoppiamenti preferiti semplifica e riduce il costo di realizzazione e controllo dimensionale poiché consente l’utilizzo di un numero limitato di utensili e calibri unificati.
ACCOPPIAMENTI FORO-BASE – ESEMPI DI APPLICAZIONE
TOLLERANZE GENERALI
L’indicazione delle tolleranze sul disegno deve essere completa al fine di assicurare che le caratteristiche dimensionali e geometriche di tutti gli elementi siano definite senza informazioni sottintese o lasciate al giudizio del personale di officina, di controllo e collaudo.
L’applicazione delle tolleranze generali dimensionali e geometriche assicura l’osservanza di queste condizioni preliminari anche per le dimensioni indicate senza prescrizione esplicita di tolleranza.
Principali normative:
UNI EN 22768-1/2 Tolleranze generali per pezzi prodotti mediante lavorazione con asportazione di materiale o di pezzi realizzati in lamiera metallica.
ISO 8062 Tolleranze generali per i getti di fonderia UNI EN ISO 13920 Tolleranze generali per i assiemi saldati
N.B. Le tolleranze generali NON VALGONO per le quote con tolleranza esplicita, né per le quote ausiliarie (che non possono essere oggetto di alcuna prescrizione tolleranza, nemmeno generale, in quanto quote derivate)
TOLLERANZE DIMENSIONALI GENERALI UNI EN 22768
Le tolleranze generali secondo UNI EN 22768 (che recepisce la norma ISO 2768) sono applicabili solo a quote relative a particolari realizzati per asportazione di truciolo o a lamiere. Per le dimensioni lineari, sono definite 4 classi di tolleranze generali riportate nella seguente tabella:
CLASSE DI
TOLLERANZA Designazione Scostamenti limite ammessi
[0.5÷3] ]3÷6] ]6÷30] ]30÷120] ]120÷400] ]400÷1000] ]1000÷2000] ]2000÷4000]
Fine f ±0.05 ±0.05 ±0.1 ±0.15 ±0.2 ±0.3 ±0.5 -
Media m ±0.1 ±0.1 ±0.2 ±0.3 ±0.5 ±0.8 ±1.2 ±2
Grossolana c ±0.2 ±0.3 ±0.5 ±0.8 ±1.2 ±2 ±3 ±4
Molto grossolana v - ±0.5 ±1 ±1.5 ±2.5 ±4 ±6 ±8
Esistono poi tolleranze generali diverse per smussi, raccordi e dimensioni angolari (per approfondimenti cfr. UNI 22768-1). Se si devono applicare le tolleranze generali UNI EN 22768, si deve riportare all’interno o nei pressi del riquadro delle iscrizioni la specificazione “ISO 2768” e la designazione relativa alla classe di tolleranza scelta preceduta da un trattino. Esempio:
Tolleranze generali ISO 2768 – m
N. B. Allorquando non sia indicata alcuna tolleranza specifica per una dimensione compresa tra una superficie finita (lavorata) ed una superficie grezza (non lavorata), per esempio nel caso di un pezzo grezzo di fonderia (getto) o di forgiatura (fucinato o stampato), si applica la più ampia delle due tolleranze generali in questione, per esempio quella di cui alla ISO 8062 riguardante i getti.
La UNI 22768-2 prevede inoltre tolleranze generali geometriche (rettilineità, planarità, perpendicolarità, ecc.). Per approfondimenti si rimanda alla normativa citata.
RAPPRESENTAZIONE DEGLI ACCOPPIAMENTI SUL PIANO DEGLI SCOSTAMENTI
Gli accoppiamenti designati secondo la norma ISO ammettono un’immediata rappresentazione sul cosiddetto piano degli scostamenti. Esempio:
Riportare sul piano degli scostamenti l’accoppiamento 30 H9/f8
Osserviamo innanzitutto che si tratta di un accoppiamento espresso nel sistema foro-base: lo scostamento inferiore per il foro sarà dunque nullo (Ei=0). È evidente inoltre che si tratterà di un accoppiamento con gioco, essendo le dimensioni dell’albero (in posizione
“f”) sempre minori di quelle del foro (in posizione “H”).
Dalla tabella delle tolleranze risulta che per il diametro 30mm le tolleranze normalizzate IT9 e it8 valgono rispettivamente:
IT9 = 52m it8 = 33m.
Dalla tabella delle posizioni normalizzate dell’albero risulta uno scostamento superiore es = -20 m
e dunque:
ei = es - it8 = - 53 m Si hanno ora tutti i dati per la rappresentazione sul piano degli scostamenti:
• Scostamento inferiore FORO Ei = 0
• Tolleranza foro IT9 = 52 m
• Scostamento superiore FORO Es = Ei+IT9=52 m
• Scostamento superiore albero es = -20 m
• Tolleranza foro it8=33 m
• Scostamento inferiore albero ei = - 53 m
• giuoco massimo gmax = Es - ei =105 m
• giuoco minimo gmin = Ei - es = 20 m
