Tolleranze di lavorazione Introduzione: Nelle lavorazioni meccaniche non è possibile raggiungere la perfezione nel rispetto delle dimensioni fornite dai disegni, pertanto è necessario concedere all’operaio ed alle macchine una certa APPROSSIMAZIONE diversa a seconda delle dimensioni, del grado di finitura del lavoro e del tipo di accoppiamento previsto per il montaggio dei diversi organi meccanici. Tale montaggio deve avvenire rispettando prestabilite condizioni di GIOCO o di INTERFERENZA. E’ inoltre necessario garantire l’INTERCAMBIABILITA’ dei pezzi di una data serie, perciò è necessario che le dimensioni effettive delle parti da montare insieme siano comprese entro ben determinati limiti

Tolleranze di lavorazione Introduzione: L’inevitabile imprecisione delle tecnologie di fabbricazione, associata al fatto che, per la maggior parte dei pezzi lavorati non è richiesta l’esatta corrispondenza dimensionale, determina la necessità di avere un sistema di tolleranze e di accoppiamenti. Ogni macchina è composta di pezzi meccanici accoppiati tra loro. Nel costruire una macchina, si possono seguire due metodi: i pezzi, che devono essere accoppiati, vengono lavorati contemporaneamente ed unitamente, curando gli accoppiamenti mediante continue operazioni di aggiustaggio. Questo metodo, lento e costoso (richiede mano d’opera specializzata) conduce a meccanismi di alto prezzo e qualità; i pezzi, che devono essere accoppiati, vengono lavorati, in maniera indipendente, in serie. Durante la lavorazione vengono controllati in modo che, terminata la fabbricazione di tutte le serie dei vari pezzi, ogni pezzo, preso a caso tra quelli collaudati della propria serie, possa essere accoppiato senza alcuna lavorazione di adattamento al corrispondente pezzo cui deve essere unito (lavorazione in serie: consente una produzione rapida e di massa, nonché una veloce sostituzione di un pezzo logoro, ovvero l’importante vantaggio dell’intercambiabilià delle parti)

tolleranze corrispondenti Tolleranze di lavorazione ERRORI DI LAVORAZIONE Rispetto al pezzo ideale progettato, un pezzo meccanico a costruzione ultimata, può presentare i seguenti tipi di errore: errori dimensionali errori di forma errori di posizione errori di finitura superficiale Per questi errori deve essere definita una massima variazione: tolleranze corrispondenti

Errori di lavorazione

Sistema ISO di tolleranze ed accoppiamenti ISO (Organizzazione Internazionale di Normazione) UNI (Ente Nazionale Italiano di Unificazione) adotta il Sistema ISO di tolleranze ed accoppiamenti Le caratteristiche fondamentali da cui dipende la tolleranza sono: dimensione nominale qualità della lavorazione posizione della zona di tolleranza

STANDARD ISO (Organizzazione Internazionale di Normazione): La norma UNI ISO 286 (sostituisce la UNI 6386 e UNI 6387), la ISO 1101 (UNI 7226/1), la UNI ISO 2692 (UNI 7226/2),la UNI 1660 (UNI7226/3), la UNI ISO 2768 (sostituisce la UNI 5307), la UNI ISO 3040 (sostituisce la UNI 7618), la UNI 3976, la ISO 5459 , la UNI ISO 7083 e la UNI ISO 8015 sono le norme adottate in Italia nel campo delle tolleranze, in particolare: 286/1: principi fondamentali per tolleranze, scostamenti ed accoppiamenti 286/2: prospetti dei gradi di tolleranze normalizzati e degli scostamenti limite 1101: indicazioni delle tolleranze geometriche, di forma, orientamento ed oscillazione 1160: indicazioni delle tolleranze geometriche, di forma, orientamento, posizione ed oscillazione 2692: indicazione delle tolleranze geometriche e principio del massimo materiale 2768/1: tolleranze per dimensioni lineari ed angolari prive di indicazioni di tolleranze specifiche 2768/2: tolleranze geometriche per elementi privi di indicazione di tolleranze specifiche 3040: quotature ed indicazione delle tolleranze per elementi conici 3976: indicazioni delle tolleranze lineari ed angolari 5459: indicazioni delle tolleranze geometriche: riferimenti e sistemi di riferimento 7083: segni grafici per l’indicazioni delle tolleranze geometriche 8015: principi fondamentali per l’attribuzione delle tolleranze STANDARD: ASME Y 14.5 M-1994 è comunemente usato nelle industrie americane per specificare le tolleranze nei disegni tecnici

Tolleranze nei disegni tecnici Le tolleranze possono essere espresse in diversi modi: Mediante le tolleranze generali indicate nella tabella delle iscrizioni o in una apposita nota Si presenta nel seguente modo: TUTTE LE QUOTE METRICHE DEVONO ESSERE TENUTE A oppure TUTTE LE QUOTE ANGOLARI Mediante le dimensioni limite o i valori degli scostamenti apposti direttamente in corrispondenza di una dimensione Mediante annotazioni che si riferiscono a condizioni specifiche Mediante le tolleranze geometriche

Tolleranze nei disegni tecnici Mediante le dimensioni limite (esempio 9): le dimensioni massime e minime sono specificate come parte della quota. La dimensione limite superiore è posta sopra quella inferiore.

Tolleranze nei disegni tecnici Indicazioni delle tolleranze mediante gli scostamenti (esempio 10): viene fornita la quota nominale seguita dal segno più e/o meno e dal valore della tolleranza

Tolleranze nei disegni tecnici Esempi di indicazioni delle tolleranze mediante gli scostamenti

Tolleranze nei disegni tecnici Mediante le tolleranze geometriche: in maniera molto efficace si possono definire le parti in base al loro funzionamento usando i simboli standard ASME/ANSI del GD&T (Geometric Dimensioning and Tolerancing), che può essere tradotto come Dimensionamento geometrico e tolleranza.

Tolleranze dimensionali : definizioni Dicesi CAMPO (o AMPIEZZA) DI TOLLERANZA l’inesattezza ammissibile, cioè la differenza fra il valore massimo ed il valore minimo ammessi. La linea individuata dalla dimensione nominale del pezzo sul disegno, o in altre parole la linea determinata dalla dimensione teorica del pezzo, dicesi LINEA DELLO ZERO. LINEA DELLO ZERO (da UNI 286/1): nella rappresentazione grafica delle tolleranze e degli accoppiamenti è la linea retta rappresentante la dimensione nominale alla quale vengono riferiti gli scostamenti e le tolleranze. Per convenzione la linea dello zero è tracciata orizzontalmente; per cui gli scostamenti positivi sono al di sopra e quelli negativi al di sotto

Definizioni Le dimensioni massima e minima che può avere il pezzo per essere accettabile individuano il limite di tollerenza superiore e quello inferiore. La distanza fra la linea dello zero ed il limite superiore di tolleranza dicesi SCOSTAMENTO SUPERIORE e si indica con Es per i fori ed es per gli alberi. La distanza fra la linea dello zero ed il limite inferiore della tolleranza si chiama SCOSTAMENTO INFERIORE e si indica con Ei per i fori ed ei per gli alberi Scostamenti dell’albero (es e ei) Campo di tolleranza t: differenza tra la dimensione massima e la dimensione minima, pertanto anche differenza tra lo scostamento superiore e quello inferiore (tolleranza dimensionale) da UNI ISO 286/1

Definizioni SCOSTAMENTO FONDAMENTALE: è, nel sistema ISO di tolleranze ed accoppiamenti, lo scostamento che definisce la posizione della zona di tolleranza rispetto alla linea dello zero. Lo scostamento fondamentale può essere sia lo scostamento superiore sia quello inferiore, per convenzione si sceglie però quello più prossimo alla linea dello zero

Definizioni Se si considera la posizione che la linea dello zero può avere rispetto alle dimensioni massima e minima, si constata che si può avere: TOLLERANZA UNILATERALE: la posizione della tolleranza si trova tutta sopra o tutta sotto la linea dello zero TOLLERANZA BILATERALE: la posizione della tolleranza si trova in parte sopra in parte sotto la linea dello zero La posizione delle tolleranze si indica con: lettere maiuscole per i fori lettere minuscole per gli alberi Non si usano le lettere I,L,O che potrebbero dar luogo ad equivoci

Definizioni: posizione tolleranza (FORI) La posizione delle tolleranze si indica con lettere maiuscole per i fori

Definizioni: posizione tolleranza (ALBERI) La posizione delle tolleranze si indica con lettere minuscole per gli alberi

Definizioni ACCOPPIAMENTO Le precedenti considerazioni si applicano raramente a pezzi isolati. Di regola trovano applicazione negli accoppiamenti albero-foro (ed accoppiamenti equivalenti), che devono presentare, per la loro funzionalità determinate esigenze di mobilità o stabilità. DIMENSIONE NOMINALE: dimensione usata per decrivere in generale la grandezza. E’ la dimensione da cui sono derivate le dimesioni limite applicando gli scostamenti ammissibili La quota nominale è uguale per l’albero e per il foro

Definizioni ACCOPPIAMENTO Gli accoppiamenti e le tolleranze definite non valgono soltanto per elementi cilindrici(albero-foro), ma anche per elementi di diversa forma in cui, in ogni caso, un pezzo deve essere contenuto sull’altro. Per questo motivo, precedentemente si è parlato di accoppiamenti equivalenti. I due esempi di seguito riportati sono relativi a situazioni del genere. Dicesi giuoco la differenza fra i diametri effettivi del “foro” e “dell’albero”, quando il diametro del foro è maggiore di quello “dell’albero” Dicesi invece interferenza la differenza fra i diametri effettivi “dell’albero” e del “foro”, quando il diametro dell’albero è più grande di quello del “foro”

Definizioni ACCOPPIAMENTO I termini albero foro possono essere riferiti alle dimensioni esterne o interne dei pezzi, anche non cilindrici come nel caso sopra riportato relativo ad una chiavetta di collegamento. L’esempio in basso è invece un caso classico, con elementi di tipo cilindrico, di collegamento albero mozzo

ESEMPIO DI ACCOPPIAMENTO Definizioni Altro esempio con elementi non cilindrici ESEMPIO DI ACCOPPIAMENTO DIMENSIONE NOMINALE: dimensione usata per decrivere in generale la grandezza. E’ la dimensione da cui sono derivate le dimesioni limite applicando gli scostamenti ammissibili DIMENSIONE REALE: la misura della parte finita, rilevata dopo la lavorazione (in questo esempio 12,73 mm) SCOSTAMENTO: differenza tra la misura reale e la dimensione nominale

Definizioni Dicesi GIUOCO o GIOCO G la differenza fra i diametri effettivi del foro e dell’albero, prima del montaggio, quando tale differenza è positiva. Quando, in altri termini, il diametro del foro è maggiore del diametro dell’albero (da UNI ISO 286/1) Dicesi INTERFERENZA il valore assoluta della differenza tra le dimensioni del foro e dell’albero, prima del montaggio, quando tale differenza è negativa. In altri termini quando il diametro dell’albero è maggiore del diametro del foro. Dicesi TOLLERANZA DI ACCOPPIAMENTO il gioco minimo o l’interferenza massima tra le parti. Nell’esempio è di 0,02 mm.

Riepilogo definizioni

(International Tollerance: IT) Ampiezza tolleranza t L’ampiezza t della tolleranza non solo dipende dalla dimensione nominale (vengono assegnate tolleranze di lavorazione maggiori alle dimensioni maggiori), ma anche dalla qualità di lavorazione del pezzo, infatti il campo di tolleranza è tanto più ristretto quanto più precisa è la qualità di lavorazione del pezzo. Vi sono 20 qualità di lavorazione, indicate con i simboli IT01 IT0 IT1 IT2 IT3 IT4 IT5 IT6 IT7 IT8 …………. IT17 IT18 dalle lavorazioni più precise a quelle più grossolane. Sono detti gradi di tolleranza normalizzati o fondamentali (da ISO 286/1) (International Tollerance: IT)

Ampiezza tolleranza Le qualità iniziali vengono impiegati per la costruzione di calibri Le qualità da 5 a 11 per gli alberi e da 6 a 11 per i fori sono previste per accoppiamenti di meccanica fine (fino a 7), di meccanica normale (8), e per pezzi in cui le condizioni di accoppiamento non abbiano eccessiva importanza (da 8 a 11) Le successive qualità vengono utilizzate per lavorazioni grossolane o per lavorazioni senza asportazione di truciolo (fusione, fucinatura, stampaggio)

Ampiezza tolleranza Tabella riassuntiva sulle qualità delle tolleranze

Ampiezza tolleranza Valore numerico del grado di tolleranza normalizzato IT per dimensioni normalizzate ( da UNI ISO 286/1 Prospetto I)

Posizione tolleranza t Linea dello zero Zona di tolleranza: ampiezza e posizione relativa alla dimensione nominale t Linea dello zero Per assegnare la tolleranza di lavorazione ad una dimensione non basta fissare l’ampiezza t della tolleranza. E’ necessario anche stabilire la posizione della tolleranza rispetto alla linea dello zero, vale a dire almeno uno dei due scostamenti. La posizione delle tolleranze dipende dalle condizioni di accoppiamento, che si vogliono ottenere (giuoco o interferenza). In particolare la lettera H si riferisce a campi di tolleranza dei fori nei quali lo scostamento inferiore è nullo; la lettera h invece, si riferisce a campi di tolleranza degli alberi nei quali è nullo lo scostamento superiore. Le posizioni H ed h si dicono posizioni base

Posizione tolleranza Scostamento superiore Scostamento inferiore dimensione nominale Grado di tol. Scostamento fondamentale a j k Posizione tolleranza Valori numerici degli scostamenti fondamentali degli alberi ( da UNI ISO 286/1 Prospetto II)

Gruppo di dimensioni nominali Per semplicità le tolleranze fondamentali e gli scostamenti fondamentali non sono calcolati separatamente per ciascuna dimensione nominale, ma vengono calcolati per gruppi di dimensioni nominali. I valori delle tollerenaze fondamentali e degli scostamenti fondamentali del gruppo di dimensioni nominali sono calcolati dalla media geometrica (D) delle dimensioni estreme (D1 e D2) del gruppo considerato. Il sistema ISO di tolleranze e di accoppiamenti prevede nella gamma di dimensioni nominali da 0 a 500 mm, 20 gradi di tolleranze (IT01,IT0,IT1,..IT18) E nella gamma di dimensioni da 500 a 3150 mm, 18 gradi di tolleranza normalizzate (IT1,IT2,…..IT18)

Prospetto IV (UNI ISO 286/1) Gruppo di dimensioni nominali Gli scalamenti sono rappresentati in gruppi principali e gruppi intermedi. Questi ultimi sono solo utilizzati, in casi particolari, per calcolare le tolleranze fondamentali e gli scostamenti fondamentali da “a” fino a “c” e da “r” fino a “zc” per gli alberi e da “A” fino a “C” e da “R” fino a “ZC” per i fori I valori fondamentali del gruppo di dimensioni nominali sono calcolati dalla media geometrica (D) delle dimensioni estreme (D1 e D2) del gruppo considerato. Nella prima fascia di dimensioni nominali (inferiore od uguale a 3 mm) la media geometrica è calcolata per convenzione tra 1 e 3 mm, cioè D = 1,732 mm Prospetto IV (UNI ISO 286/1)

Calcolo delle tolleranze fondamentali (IT) Gradi di tolleranze normalizzati da IT01 a IT4 Occorre notare che i valori delle tolleranze fondamentali dei gradi IT01 e IT0 non fanno parte del corpo delle norme, perché non sono utilizzate nella pratica. Esse sono tuttavia riportate nel prospetto V della norma UNI ISO 286/1. Valori numerici (in mm) delle tolleranze fondamentali dei gradi di tolleranza IT01 e IT0 Prospetto V UNI ISO 286/1

Calcolo delle tolleranze fondamentali (IT) Gradi di tolleranze normalizzati da IT01 a IT4 (per dim. nom. inferiori a 500 mm) I valori delle tolleranze fondamentali corrispondenti ai gradi IT01, IT0, e IT1 sono calcolati attraverso le seguenti formule, valide per dimensioni nominali fino a 500 mm: E’ da rilevare che non sono date formule per i gradi IT2, IT3, IT4. I valori delle tolleranze corrispondenti sono stati ripartiti approssimativamente in progressione geometrica tra i valori di IT1 e IT5

Calcolo delle tolleranze fondamentali (IT) Gradi di tolleranze normalizzati da IT5 a IT18 (per dim. nom. inferiori a 500 mm) I valori delle tolleranze fondamentali corrispondenti ai gradi che vanno da IT5 a IT18, per dimensioni nominali inferiori o uguali a 500 mm, sono determinati in funzione dell’unità di tolleranza i. Tale unità i di tolleranza, in micrometri, viene calcolata dalla seguente formula: Dove D è la media geometrica, in millimetri, delle dimensioni nominali estreme dello scalamento. Tale formula è stata stabilita empiricamente dopo diverse esperienze e tenendo conto che, per uno stesso processo di lavorazione, il rapporto tra l’ampiezza dell’errore di fabbricazione e la dimensione nominale corrispondono ad una funzione approssimativamente parabolica. L’ampiezza della tolleranza fondamentale, viene ottenuta moltiplicando l’unità di tolleranza i per un opportuno coefficiente dipendente dalla qualità e che viene riportato nel prospetto VII.

Calcolo delle tolleranze fondamentali (IT) Gradi di tolleranze normalizzati da IT5 a IT18 (per dim. nom. inferiori a 500 mm) Occorre rilevare che a partire da IT6, le tolleranze sono moltiplicate per 10 ogni cinque gradi. Tale regola si applica a tutte le tolleranze fondamentali e può servire per estrapolare i valori dei gradi IT al di sopra di IT18 Prospetto VII – Formule permettenti di ottenere le tolleranze fondamentali

Calcolo delle tolleranze fondamentali (IT) Gradi di tolleranze normalizzati da IT1 a IT18 (per dim. nom. comprese tra 500 mm e 3150 mm) I valori delle tolleranze sono determinati, come riportato nel prospetto VII, in funzione dell’unità di tolleranza l, espressa in micrometri, calcolata in funzione della media geometrica delle dimensioni nominali estreme degli scalamenti, mediante la seguente formula: Prospetto VII – Formule permettenti di ottenere le tolleranze fondamentali

Calcolo degli scostamenti fondamentali Come già visto si tratta dello scostamento che definisce la posizione della zona di tolleranza rispetto alla linea dello zero Si calcola con formule simili a quelle viste per il calcolo delle tolleranze fondamentali,in funzione della media geometrica delle dimensioni nominali. Tale formule sono riportate nel prospetto IX della norma UNI ISO 286/1 Per gli alberi le posizioni j e js e per i fori le posizioni J e JS, non presentano uno scostamento fondamentale. Per questi casi il valori di scostamento è indipendente dal grado di tolleranza scelto

Scostamenti fondamentali ALBERI Da a ad h: es scostamento fondamentale ei = es – IT Da k ad zc: ei scostamento fondamentale es = ei + IT FORI Da A ad H: Ei scostamento fondamentale Es = Ei + IT Da K ad ZC: Es scostamento fondamentale Ei = Es - IT

Scostamenti fondamentali Quanto visto non viene applicato agli scostamenti fondamentali js eJS, i quali prescrivono una ripartizione simmetrica del grado di tolleranza normalizzato rispetto alla linea dello zero. Gli scostamenti j e J sono dei gradi di tolleranza normalizzati, rispetto alla linea dello zero.

Scostamenti fondamentali In maniera analoga si riportano alcuni scostamenti fondamentali particolari, che si hanno per i fori