Ingegneria tolleranze dimensionali

Ingegneria tolleranze dimensionali

 

 

Ingegneria tolleranze dimensionali

TOLLERANZE DIMENSIONALI

 

GENERALITA’

La tolleranza è il massimo scarto dimensionale (errore) ammesso nella lavorazione di un pezzo.
Il suo valore risulta come differenza tra la dimensione massima e minima ammissibili.

Indicando con IT (simbolo che significa "Tolleranza Internazionale") il valore della tolleranza sarà:
IT = Dmax – Dmin        per i fori
IT = dmax – dmin         per gli alberi
Le lavorazioni con tolleranza sono la necessaria conseguenza dei sistema di lavorazione in serie ormai generalizzato, che a volte può ridurre la precisione, ma garantisce sempre l'intercambiabilità dei pezzi.

L'intercambiabilità assicura sempre l'assemblaggio di uno qualsiasi dei pezzi prodotti, appartenente ad un gruppo, con un altro qualsiasi appartenente ad un secondo gruppo, costruito anche in tempi e in posti diversi, garantendo la' funzionalità dell'accoppiamento senza la necessità di ulteriori interventi di adattamento.

Affinchè una dimensione sia accettabile devono verificarsi le seguenti condizioni:

dmax á deff á dmin      per gli alberi
Dmax á Deff á Dmin     per gli alberi


TERMINI E DEFINIZIONI (UNI 150 286 PARTE 1a – SOSTITUISCE UNI 6386 E UNI 6387)

  • Albero - Termine usato convenzionalmente per designare gli elementi esterni di un pezzo, anche non cilindrici.

 

  • Foro - Termine usato convenzionalmente per designare gli elementi interni di un pezzo, anche non cilindrici.
  • Dimensione nominale - Numero che esprime, nell'unità prescelta, il valore di una dimensione lineare. Nel disegno è detta quota. Nelle figure che rappresentano le tolleranze, determina la posizione della linea dello zero. Ad essa vengono riferiti gli scostamenti.

Dn   per i fori
dn   per gli alberi

  • Dimensione effettiva - Dimensione di un elemento determinata mediante misurazione.

 

  • Scostamento - Differenza algebrica tra la dimensione effettiva e la dimensione nominale (o teorica). Se la differenza è positiva, la dimensione effettiva è più grande di quella nominale; se negativa, più piccola.

E = Deff – Dn          per fori
e = deff – dn     per alberi
 

 


Dimensione nominale, effettiva e scostamenti


  • Scostamento superiore - Differenza algebrica tra la dimensione massima accettabile e la dimensione nominale (può essere positivo o negativo).

ES = Dmax – Dn       per fori
es = dmax - dn         per alberi

  • Scostamento inferiore - Differenza algebrica tra la dimensione minima accettabile e la dimensione nominale (può essere positivo o negativo).

EI = Dmin – Dn        per fori
ei = dmin –dn           per alberi

  • Scostamento fondamentale - Definisce la posizione della zona di tolleranza rispetto alla linea del- lo zero. Può essere sia lo scostamento superiore sia lo scostamento inferiore. Per convenzione si sceglie quello più prossimo alla linea dello zero.

 

  • Dimensione massima - Massima dimensione ammessa. E’ la somma algebrica della dimensione nominale e dello scostamento superiore.

Dmax = Dn + ES
dmax = dn + es

  • Dimensione minima - Minima dimensione ammessa. E’ la somma algebrica della dimensione nominale e dello scostamento inferiore.

Dmin = Dn + El
Dmin = dn + ei


 

 

 


Parametri che caratterizzano le tolleranze


  • Giuoco - Differenza tra le dimensioni del foro e dell'albero, prima del montaggio, quando la dimensione del foro è maggiore di quella dell'albero.

G=D-d

  • Interferenza - Differenza tra le dimensioni dell'albero e del foro, prima dei montaggio, quando la dimensione dell'albero è maggiore di quella del foro.

I = d - D

  • Accoppiamento - Relazione risultante dalla differenza, prima del montaggio, tra le dimensioni di due contorni (foro ed albero) destinati ad essere .accoppiati. I due elementi dell'accoppiamento hanno la stessa dimensione nominale.

  • Accoppiamento con giuoco (libero) - Accoppiamento che assicura sempre giuoco tra albero e foro, dopo il montaggio (albero è sempre più piccolo o uguale al foro).

dmax [ Dmin
Gmax = Dmax – dmin
Gmin = Dmin – dmax
 

 


  • Accoppiamento con interferenza (bloccato o sta- bile) - Accoppiamento che assicura sempre interferenza tra albero e foro, dopo il montaggio (albero sempre più grande o uguale al foro).

dmin á Dmax
Imax = dmax – Dmin
Imin = dmin - Dmax
 

 



  • Accoppiamento incerto - Accoppiamento in cui si può verificare giuoco o interferenza dopo il montaggio, secondo la dimensione effettiva dell'albero e del foro Si potrà avere:

- Albero più piccolo del foro: accoppiamento con giuoco;
- Albero più grande del foro: accoppiamento con interferenza.
Dmax > dmin  e dmax > Dmin
Gmax = Dmax - dmin
Imax = dmax - Dmin
 

 



SISTEMA DI TOLLERANZE ISO

Si possono ricavare tutti i parametri relativi ad una dimensione in tolleranza se si conoscono, oltre alla dimensione la tolleranza ed uno scostamento o i due scostamenti

Noti:          Dn, EI e IT
si avrà:       Dmin = Dn + EI
Dmax = Dmin + IT

Noti:          dn, es e IT
si avrà:       dmax = dn + es
dmin = dmax - IT

Noti:          Dn, EI e ES
si avrà:       Dmin = Dn + EI
Dmax = Dn + ES
GRADI DI TOLLERANZE NORMALIZZATI IT

Il sistema ISO prevede 20 "gradi di tolleranze" normalizzati, designati con le lettere IT seguite da un numero, di cui 18 (da ITI a ITI8) di uso generale per la gamma di dimensioni nominali da 0 a 3150 mm (riportati nella seguente tabella) e due (ITOI e ITO) di uso non generale per la sola gamma di dimensioni nominali da 0 a 500 mm.

La lavorazione è tanto più precisa, quanto più piccola è la tolleranza concessa (grado).


 

 

 


 


Interpretando i valori della tabella, possiamo dire che:
a parità di qualità di lavorazione, il valore della tolleranza aumenta con la dimensione nominale (colonne verticali),
a parità di dimensione nominale, il valore della tolleranza aumenta con i numeri che ne rappresentano il grado (la qualità), esprimendo lavorazioni via via più grossolane e meno precise (righe orizzontali).

Si rimanda alla tabella ISO UNI 2861 1, appendice A, per i valori delle tolleranze fondamentali dei gradi ITOI e ITO perché non sono utilizzate nella pratica.


POSIZIONE DELLE TOLLERANZE

Nel sistema ISO la posizione della tolleranza viene designata da una o più lettere maiuscole per i fori (A ..... ZC) e minuscole per gli alberi (a ..... zc). Ad ogni posizione corrisponde un valore. dello scostamento fondamentale (cioè la minima distanza della tolleranza dalla linea dello zero).

Una classe di tolleranza deve essere designata con una o più lettere rappresentanti lo scostamento fondamentale ed un numero rappresentante il grado di tolleranza normalizzato.
 

 


a)  la tecnica usata per indicare una dimensione con tolleranza ISO (in questo caso foro);
b)  il significato dei termini della sigla;
c)  il valore dei parametri letti sulle tabelle.

Una volta nota la distanza della tolleranza dalla linea dello zero definita dalla lettera e seguita dal corrispondente grado, si possono determinare gli scostamenti superiore e inferiore per la determinazione della dimensione massima e minima.

Si possono quindi calcolare
Dmin = Dn + El = 35,009 mm
Dmax = Dmin + IT = 35,034 mm
El = Dmax - Dn = + 0,034 mm

La designazione della quota in tolleranza con gli scostamenti sarà:
 



La figura seguente (UNI ISO 2861 1) visualizza, per gli alberi e per i fori, la posizione degli scostamenti fondamentali, a volte coincidenti con lo scostamento superiore e a volte con lo scostamento inferiore.
 

 


Per una maggior comprensione della figura si osservi:

  • Foro di posizione B

Diametro interno ben delimitato poichè lo spostamento fondamentale EI non dipende dalla qualità della lavorazione, ma solo dalla dimensione nominale.
Diametro esterno non definito poiché dipendente dalla tolleranza.

Dmax = Dmin + IT (con IT dipendente dal grado)

2) Foro di posizione M
Diametro esterno ben delimitato, ma non unico, poiché
lo scostamento fondamentale ES dipende dal grado di tolleranza, oltre che dalla dimensione nominale.
Diametro interno non definito poiché dipendente dal- la tolleranza

Dmin = Dmax – IT

  • Fori di posizione da P a ZC

Diametro esterno ben definito poiché dipendente da ES. Diametro interno non definito poiché dipende dalla tolleranza.

Per gli alberi valgono considerazioni del tutto simili.

Sul libro di testo nella tabella 6.6 sono riportati i valori numerici degli scostamenti fondamentali degli alberi e nella tabella 6.7 quelli dei fori.


ACCOPPIAMENTI CON TOLLERANZE ISO

 

Nel sistema ISO, gli accoppiamenti vengono designati convenzionalmente indicando:

  • la dimensione nominale comune ai due pezzi accoppiati;

 

  • la posizione e il grado di tolleranza rispettivamente del foro e dell'albero.

Esempio:      & 60 H8/f7;   & 50 P7/h6;

Nell'esecuzione degli accoppiamenti, soprattutto se precisi, occorre tener presente che si lavorano più facilmente le dimensioni esterne (alberi) e meno facilmente quelle interne (fori).
Perciò di solito, ipotizzando la stessa accuratezza di lavorazione, si accoppia un albero con grado di tolleranza IT(n) con un foro di grado IT(n+I).
Lo schema della seguente figura rappresenta la relazione tra i gradi di tolleranze e le lavorazioni normalmente usate in officina.

 

 

Corrispondenza tra gradi di tolleranze e lavorazioni

 

Con il sistema di tolleranze ISO, è possibile combinare tra di loro alberi e fori con posizione della tolleranza qualsiasi, ottenendo un numero elevato di accoppiamenti, che richiederebbero molti calibri di controllo.
Per evitare questo inconveniente, sono usati i sistemi di accoppiamento “albero base” e “foro base”.
Sistema di accoppiamento ALBERO BASE

Insieme di accoppiamenti nel quale la dimensione massima dell'albero coincide sempre con la dimensione nominale (posizione h, es=O).
I diversi accoppiamenti si ottengono variando la posizione e il grado di tolleranza del foro come si vede nella seguente figura.
 


 

 

Sistemi di accoppiamento ALBERO BASE

Questo sistema è adottato nella costruzione di trasmissioni, di apparecchi di sollevamento e nelle officine di meccanica generale, in particolar modo quando si usano alberi di acciaio trafilati, calibrati o rettificati, messi in commercio già lavorati con posizione della tolleranza "h".


Sistema di accoppiamento FORO BASE

Insieme di accoppiamenti nel quale la dimensione minima del foro coincide sempre con la dimensione nominale (posizione H, EI=0)

I diversi accoppiamenti si ottengono variando la posizione e il grado di tolleranza dell'albero come si deduce dalla seguente figura.
 


Sistema di accoppiamento FORO BASE
Questo sistema, permettendo di ridurre gli alesatori per la finitura dei fori e i calibri di controllo, viene adottato di preferenza nell'industria automobilistica, nell'industria aeronautica e in generale nella costruzione di macchine utensili.

ACCOPPIAMENTI RACCOMANDATI 

 

Con i sistemi di accoppiamento "albero base" e "foro base", si riducono già notevolmente le possibili combinazioni di posizioni e tolleranze, per la formazione degli accoppiamenti, che comunque rimangono ancora troppo elevate.

Allo scopo di limitare ulteriormente gli utensili per la lavorazione e i calibri per il controllo. le tabelle UNI ISO presentano una serie di accoppiamenti raccomandati, da usare nella progettazione.

La tabella seguente riporta alcuni accoppiamenti di comune impiego, foro base e albero base, con le rispettive applicazioni.  


ESEMPI DI CALCOLO DI ACCOPPIAMENTI

1) Accoppiamento libero:    Giunto a forcella (vedi figura)

foro:                &   5 H9                albero:                   &      5 d8    
Dn = 5                                                 dn = 5
ES = + 0,030                                       es = - 0,030
EI = 0                                                  ei = - 0,048

Accoppiamento:     Gmax = 0,078     Gmin = 0,030
 

 


Giunto a forcella

 

 


2) Accoppiamento incerto:    Spina cilindrica (vedi figura)

foro:                &   6 H7                albero:                   &      6 m6   
Dn = 6                                                 dn = 6
ES = + 0,012                                        es = + 0,012
EI = 0                                                  ei = + 0,004

Accoppiamento:     Gmax = 0,008     Gmin = 0,012

Spina cilindrica



3) Accoppiamento stabile:    Perno di centraggio (vedi figura)

foro:                &   12 H7              albero:                   &      12 r6   
Dn = 12                                                dn = 12
ES = + 0,018                                        es = - + 0,034
EI = 0                                                  ei = + 0,023

Accoppiamento:     Gmax = 0,0334   Gmin = 0,005
 


Perno di centraggio

 

QUOTE SENZA INDICAZIONE DELLA TOLLERANZA

 (UNI 150 2768 parte  1a - Sostituisce UNI 5307)

Nei disegni tecnici è opportuno indicare la tolleranza solo per quelle quote le cui dimensioni sono interessate da particolari condizioni di funzionalità. Per le altre dimensioni è spesso sufficiente la precisione ottenibile con i normali processi produttivi.

La norma UNI ISO 27/68/1 stabilisce le tolleranze generali per le dimensioni lineari ed angolari prive di indicazioni di tolleranze specifiche.

 

Esse sono raggruppate in quattro classi di tolleranza: fine, media, grossolana e molto grossolana.

Le tolleranze generali per le dimensioni lineari e gli scostamenti limite ammessi per le dimensioni angolari sono riportati nella tabella seguente.


 


Quando si intendono applicare le tolleranze generali secondo la norma UNI ISO 2768, si devono riportare all'interno o nei pressi del riquadro delle iscrizioni, il riferimento a questa norma e la classe di tolleranza prescelta, designata con le lettere riportate in tabella.

 

Esempio:

UNI ISO 2768 - m


 

INDICAZIONE DELLE TOLLERANZE SUI DISEGNI
(UNI 3976=ISC406)

Nella seguente figura sono riportati alcuni esempi di tolleranze non unificate dal sistema ISO ed espresse con valori numerici o con limitazioni del valore massimo o minimo.

Gli scostamenti devono essere scritti uno sopra l'altro con il relativo segno (anche se positivo): sopra lo scostamento superiore e sotto lo scostamento inferiore.

Gli scostamenti di una quota devono essere espressi con lo stesso numero di cifre decimali, eccetto il caso di scostamento nullo.


 

 


Indicazioni delle tolleranze non unificate

In questa figura sono indicate quote con tolleranze unificate ISO. La tolleranza può essere espressa con il solo simbolo ISO, oppure in modo più completo con l’aggiunta degli scostamenti.
 


Indicazioni delle tolleranze unificate

La seguente figura rappresenta la quotatura di accoppiamenti.
Le indicazioni relative al foro vengono poste sopra, quelle relative all’albero sotto.
 

 
 

Quotatura di accoppiamenti con tolleranza

RELAZIONE TRA TOLLERANZA E RUGOSITÀ
(UNI 150 428711 - SOSTITUISCE UNI 396312)

Come già visto, la rugosità superficiale di un pezzo dipende, oltre che da altri fattori, dal tipo di accoppiamento, dalla tolleranza di tale accoppiamento e dall'eventuale movimento reciproco dei pezzi assemblati.
Le tolleranze e la rugosità risultano strettamente connesse tra di loro, al punto che non si può garantire la funzionalità delle tolleranze, se non prescrivendone la corrispondente rugosità.

In particolare si può dire che il valore da attribuire alla rugosità superficiale:

  • diminuisce con il diminuire della tolleranza
  • aumenta con l'aumentare delle dimensioni del pezzo.

Conviene ricordare però, che il costo di produzione cresce con il diminuire del grado di rugosità superficiale richiesto. Quindi, compatibilmente con le tolleranze applicate, sarà bene prescrivere, per la lavo- razione, il massimo valore di rugosità possibile.

Nella consapevolezza che solo una lunga esperienza in questo campo può garantire buoni risultati, nella tabella seguente vengono riportati, a titolo indicativo, i valori della rugosità massima consigliata in funzione della tolleranza, dalla tabella UNI 396312.
 

 

Rugosità Ra massima ottenibile in funzione della tolleranza

 

Fonte: http://194.116.86.2/omarpoint/disegno/Shared%20Documents/Tolleranze.doc

Sito web da visitare: http://194.116.86.2/omarpoint/

Autore del testo: non indicato nel documento di origine

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