Tolleranze di lavorazione Generalit Nella costruzione di organi

Tolleranze di lavorazione Generalità Nella costruzione di organi meccanici non è possibile realizzare esattamente (in senso assoluto) le dimensioni quali sono state indicate dal disegno; si otterranno sempre, invece, dimensioni effettive che si discosteranno più o meno da quelle nominali a seconda della maggiore o minore precisione con cui i pezzi sono stati lavorati e dell’esattezza delle misurazioni di controllo effettuati con gli appositi strumenti di misura. Dovendosi produrre un grande numero di organi meccanici tutti uguali fra loro, cioè nella cosiddetta lavorazione in serie, bisogna raggiungere un grado di precisione tale che i singoli pezzi da accoppiare possano indifferentemente essere adattati senza ricorrere ad ulteriori ritocchi che richiederebbero notevole perdita di tempo. Bisogna quindi cercare di ottenere pezzi meccanici di dimensioni tali da consentire la loro reciproca intercambiabilità, cioè che, all’atto del montaggio, un pezzo qualunque di una stessa serie possa adattarsi con un pezzo qualunque della serie compagna assicurando il prescritto tipo di accoppiamento. Se, per esempio, si deve costruire un gran numero di alberi che debbono ruotare nei relativi cuscinetti. Bisognerà che la dimensione degli alberi sia un po’ più piccola di quella dei fori corrispondenti dei cuscinetti. In questo caso gli alberi e i fori dei cuscinetti dovranno avere dimensioni effettive che potranno oscillare entro due limiti in maniera tale che venga assicurato il richiesto accoppiamento. prof. Giuseppe Boncoddo 1

Tolleranze Ogni pezzo della stessa serie dovrà perciò avere una dimensione effettiva compresa fra una dimensione massima ed una dimensione minima. La differenza fra la dimensione massima e la dimensione minima ammessa nella lavorazione degli organi meccanici si dice tolleranza. La tolleranza rappresenta perciò la massima inesattezza ammissibile nella lavorazione di pezzi meccanici. DEFINIZIONI PRINCIPALI Dimensione nominale D , è la quota indicata nel disegno e rappresenta il valore base, indipendentemente dalle dimensioni massima e minima ammesse. Dimensione effettiva, è la quota effettivamente realizzata nella lavorazione di pezzi; essa è compresa fra quella massima e quella minima. Dimensioni limiti, sono le due dimensioni fra cui si vuole contenere la dimensione effettiva del pezzo Dimensione massima Dmax è la dimensione massima ammessa nei pezzi lavorati Dimensione minima Dmin è la dimensione minima ammessa nel pezzo lavorato. Linea dello zero, è una linea ideale corrispondente al valore nominale assunto come base di riferimento delle dimensioni massima e minima stabilite. Dalla definizione di tolleranza, sopra accennata, è evidente che il suo valore t = Dmax - dmin prof. Giuseppe Boncoddo 2

TOLLERANZE Le tolleranze possono essere simmetriche quando i linmiti superiore sono ad uguale distanza dalla linea dello zero; dissimmetriche, quando i due limiti di tolleranza sono disposti a distanza disuguale rispetto alla linea dello zero e unilaterali quando il campo di tolleranza è disposto tutto al di sopra o tutto al di sotto della linea dello zero. Gioco, è la differenza fra la dimensione effettiva del foro e quella dell’albero, quando il foro è più grande dell’albero. Gioco massimo è la differenza fra la dimensione effettiva massima del foro e quella effettiva minima dell’albero. Gioco minimo è la differenza fra la dimensione effettiva minima del foro e quella massima dell’albero Interferenza, è la differenza fra la dimensione effettiva dell’albero e quella del foro, qualdo l’albero è più grande del foro. Interferenza massima, è la differenza fra la dimensione effettiva massima dell’albero e quella minima del foro. Interferenza minima, è la differenza fra la dimensione effettiva minima dell’albero e quella massima del foro. Accoppiamento, è la designazione generica data a due pezzi meccanici che debbono essere connessi in modo che fra essi si verifichi un gioco o un’interferenza (es. albero e cuscinetto; puleggia o ingranaggio fisso all’albero, ecc. prof. Giuseppe Boncoddo 3

Tolleranze dimensionali di lavorazione - Dimensione nominale - Linea dello zero - Tolleranza è La dimensione nominale è la quota assegnata, nel disegno, ad un elemento di un pezzo. Essa definisce la linea dello zero. A lato, un esempio per un foro ed uno per un albero: è La misura effettiva di un elemento di un pezzo non è mai esattamente uguale alla dimensione nominale a causa delle approssimazioni introdotte dal processo di fabbricazione e di controllo. In ogni caso, non è economicamente conveniente raggiungere precisioni non necessarie alla funzionalità del pezzo. Potremo pertanto dire che un elemento di un pezzo è funzionalmente idoneo se la sua dimensione effettiva è compresa tra una dimensione massima Dmax ed una minima dmin. La differenza tra Dmax e dmin è detta tolleranza t: t = Dmax - dmin prof. Giuseppe Boncoddo 4

Tolleranze dimensionali di lavorazione - Posizionamento del campo di tolleranza è Nelle figure a fianco, sono esemplificate, nel caso di un foro e di un albero, le possibili collocazioni del campo di tolleranza rispetto alla linea dello zero. Se la tolleranza si trova tutta sopra o tutta sotto alla linea dello zero, la tolleranza stessa è detta unilaterale, mentre quando si trova parzialmente sopra e sotto viene detta bilaterale. Il valore numerico della tolleranza ed il suo posizionamento rispetto alla linea dello zero sono fondamentali per raggiungere le desiderate condizioni di accoppiamento fra vari pezzi collegati tra loro. Se le varie dimensioni effettive di un pezzo rientrano fra le rispettive dimensioni massime e minime, si dice che il pezzo è in tolleranza ed è dichiarato accettabile. prof. Giuseppe Boncoddo 5

Tolleranze dimensionali di lavorazione - Generalità sugli Accoppiamenti è La necessità di rispettare i campi di tolleranza deriva sempre dalla necessità di montare il singolo pezzo nella posizione che gli compete nella macchina, cioè di accoppiarlo ad un altro o a più pezzi diversi nel modo e con le caratteristiche previste in sede di progetto. è Il tipo più semplice di accoppiamento è quello costituito da un albero e dal suo alloggiamento (foro); nel seguito ci riferiremo, quindi, sempre ad accoppiamenti albero-foro, intendendo con il termine albero il pezzo, anche non cilindrico, del quale consideriamo la dimensione esterna e con il termine foro il pezzo, anche non cilindrico, di cui consideriamo la dimensione interna. A fianco, un esempio: prof. Giuseppe Boncoddo 6

Tolleranze dimensionali di lavorazione - Accoppiamenti mobili, stabili e incerti L’accoppiamento avviene sempre tra elementi che hanno la stessa dimensione nominale alla quale è assegnato un ben preciso campo di tolleranza. Possono aversi tre casi: è caso a - il campo di tolleranza del foro sta completamente al di sopra del campo di tolleranza dell’albero. Presi un qualsiasi albero ed un qualsiasi foro in tolleranza, l’albero ha una dimensione effettiva sicuramente minore della dimensione effettiva del foro; i due pezzi si accoppiano liberamente e l’accoppiamento si dice con gioco o mobile; è caso b - i campi di tolleranza dell’albero e del foro hanno una parte in comune. Presi un qualsiasi albero ed un qualsiasi foro in tolleranza, possono aversi due casi: albero accoppiato con un foro di dimensione effettiva maggiore o albero accoppiato con un foro di dimensione effettiva minore; i due pezzi possono accoppiarsi liberamente oppure richiedere il forzamento dell’uno nell’altro. L’accoppiamento si dice incerto; è caso c - il campo di tolleranza del foro sta completamente al di sotto del campo di tolleranza dell’albero. L’albero ha dimensione effettiva maggiore di quella del foro; i due pezzi possono essere accoppiati solo mediante forzamento e l’accoppiamento si dice con interferenza o stabile. prof. Giuseppe Boncoddo 7

Tolleranze dimensionali di lavorazione - Accoppiamenti: giochi e interferenze è Nel caso di accoppiamento con gioco, il gioco stesso potrà variare da un valore massimo Gmax ad uno minimo Gmin. Sussistono le seguenti relazioni: Gmax = Dmax foro - dmin albero Gmin = Dmin foro - dmax albero è Nel caso di accoppiamento stabile, cioè quando la dimensione effettiva dell’albero, prima dell’effettuazione dell’accoppiamento, è maggiore di quella effettiva del foro, si ha interferenza. Anche per l’interferenza si ha un valore massimo ed uno minimo dati da: Imax = dmax albero - Dmin foro Imin = dmin albero - Dmax foro prof. Giuseppe Boncoddo 8

Tolleranze dimensionali di lavorazione - Accoppiamenti: rappresentazione di alcuni concetti già espressi è Di seguito una rappresentazione diversa di alcuni concetti già precedentemente espressi sull’argomento accoppiamenti mobili, stabili ed incerti: prof. Giuseppe Boncoddo 9

Tolleranze dimensionali di lavorazione - Posizione della zona di tolleranza - Scostamenti è Da quanto precedentemente detto, si ha che le condizioni di un accoppiamento dipendono dalla posizione che le zone di tolleranza del foro e dell’albero presentano rispetto alla linea dello zero. Per definire ciò, si ricorre al concetto di scostamento, cioè alla distanza delle zone di tolleranza dalla linea dello zero. Per ogni zona di tolleranza si avranno uno scostamento superiore ed uno inferiore Fori: Es = scostamento superiore Ei = scostamento Alberi: es = scostamento superiore ei = scostamento Detta IT la tolleranza, dalla figura seguente si ricava: Fori: IT = Es - Ei Alberi: IT = es - ei Nota: gli scostamenti sono considerati positivi se sono sopra alla linea dello zero, negativi se sotto. prof. Giuseppe Boncoddo 10

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Tolleranze dimensionali di lavorazione - Ancora sugli scostamenti è Di seguito, una piccola rivisitazione grafica sul concetto di scostamento: prof. Giuseppe Boncoddo 12

Tolleranze dimensionali di lavorazione - Qualità delle lavorazioni - Sistemi albero base e foro base è Da quanto detto, emerge che una lavorazione meccanica è tanto più precisa quanto più è piccola la zona di tolleranza con cui viene effettuata. Quindi, qualità di lavorazione e tolleranza sono concetti intimamente collegati. E’ da evidenziare che, per una data qualità di lavorazione, il valore della zona di tolleranza non è costante, ma cresce con il crescere delle dimensioni del pezzo stesso. è Qualunque condizione di accoppiamento (mobile, stabile e incerto) potrebbe essere ottenuta posizionando opportunamente e liberamente la zona di tolleranza di foro e albero. Però, per praticità operativa, si è visto che conviene scegliere uno dei seguenti sistemi di riferimento: prof. Giuseppe Boncoddo 13

Sistema albero base - lo scostamento superiore dell’albero viene posto uguale a zero e la zona di tolleranza sta tutta al disotto della linea dello zero. Le varie condizioni di accoppiamento si hanno posizionando la tolleranza del foro. è Sistema foro base lo scostamento inferiore del foro viene posto uguale a zero e la zona di tolleranza sta tutta al disopra della linea dello zero. Le varie condizioni di accoppiamento si hanno posizionando la tolleranza dell’albero. è prof. Giuseppe Boncoddo - 14

Tolleranze dimensionali di lavorazione - Sistema di tolleranze ISO è La necessità di stabilire norme ben precise per quanto riguarda le tolleranze e gli accoppiamenti è così evidente e sentita che i vari enti internazionali di unificazione vi hanno dedicato da sempre una particolare attenzione. Il sistema di seguito illustrato è quello proposto dall’ISO e adottato ufficialmente dall’UNI nel 1968; deriva da quelli precedentemente utilizzati (UNIM, ISA) e ne costituisce un opportuno affinamento ed ampliamento. Tale sistema si basa sulle definizioni di: £ una unità di tolleranza, funzione della dimensione da tollerare; £ un certo numero di qualità di lavorazione ad ognuna delle quali corrisponde un campo di tolleranza multiplo dell’unità di tolleranza stessa; £ un certo numero di possibili posizioni del campo di tolleranza rispetto alla linea dello zero. Il sistema ISO prevede due campi di dimensioni e precisamente il campo fino a 500 mm compresi e quello da 500 mm fino a 3150 mm. A fianco un esempio per il campo fino a 500 mm: prof. Giuseppe Boncoddo 15

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Tolleranze dimensionali di lavorazione - Indicazioni delle tolleranze nei disegni (alcuni esempi) prof. Giuseppe Boncoddo 17

Tolleranze dimensionali di lavorazione - Indicazioni delle tolleranze nei disegni (alcuni esempi) è Nelle due figure seguenti viene illustrata la comparazione dell’effetto delle tolleranze nei casi di quotatura in serie e in parallelo: prof. Giuseppe Boncoddo 18

FINE PRESENTAZIONE prof. Giuseppe Boncoddo 19