Appunti Tecnologie e studi di fabbricazione - primo parziale

TOLLERANZE DIMENSIONALI

I fattori che determinano le prestazioni di un prodotto fabbricato, oltre alle proprietà meccaniche e

fisiche, includono:

- Dimensioni: dimensioni lineari o angolari di un componente specificate sul disegno della parte

- Tolleranze: variazioni consentite rispetto alle dimensioni della parte specificate consentite in

produzione.

Dimensioni

Una dimensione è "un valore numerico espresso in opportune unità di misura e indicato su un disegno,

ecc., per definire la dimensione o la caratteristica geometrica, o entrambe, di una parte o di una

caratteristica della parte"

La dimensione indica la dimensione della parte desiderata dal progettista, se la parte può essere

realizzata senza errori o variazioni nel processo di fabbricazione. Le dimensioni vengono inserite

all’interno del disegno attraverso la quotatura, non tutte le misure del prodotto sono importanti, sul

disegno vengono inserite solo quelle necessarie.

A seconda dei componenti su cui si inserisce la quota si vuole porre l’attenzione su cose diverse.

Ad esempio, in questo caso vogliamo minimizzare gli errori delle quote A, B, C, mentre la componente in

mezzo è la risultante delle altre tre.

Tolleranze

Una tolleranza è "la quantità totale di cui una dimensione specifica può variare: è la differenza tra i

limiti massimo e minimo". Le variazioni si verificano in qualsiasi processo di produzione, che si

manifestano come variazioni nella dimensione della parte. Le tolleranze possono essere dimensionali o

geometriche. Le tolleranze dimensionali riguardano le singole quotature, mentre le tolleranze

geometriche, o di forma, riguardano la geometria del pezzo.

Tolleranza di forma rispetto alla superficie A

Rugosità in micron

Se è presente un indicatore di rugosità la

superficie è funzionale

Superficie di riferimento Parte filettata

Passo dei

filetti

Indica la

filettatura

Tolleranze dimensionali

La quotatura sui disegni indica la misura di riferimento, cioè la dimensione nominale D, che è diversa da

quella che otteniamo poi nella pratica, dimensione effettiva De. La dimensione nominale individua la

linea dello zero.

Perché il pezzo sia accettabile è necessario che De sia compresa tra due dimensioni limite Dmax e

Dmin. La differenza fra dimensione limite superiore e dimensione limite inferiore è detta campo di

tolleranza, o solo tolleranza.

t=Dmax-Dmin

es=Dmax-D

Dove es è lo scostamento superiore.

ei=Dmin-D

t=es-ei

Dove ei è lo scostamento inferiore.

Per convenzione consideriamo positivi i valori degli scostamenti sopra la linea dello zero, e negativi

quelli sotto. La tolleranza è detta bilaterale quando si trova a cavallo della linea dello zero (quindi lo

scostamento superiore è positivo, mentre quello inferiore negativo), invece è detto unilaterale quando si

trova completamente sopra o sotto la linea dello zero, (gli scostamenti sono entrambi positivo o

entrambi negativi). Le tolleranze sono particolarmente importanti per gli accoppiamenti, cioè le

connessioni di due elementi (ad esempio l’accoppiamento albero foro). L’accoppiamento può essere a

gioco, incerto, a interferenza.

Quando la dimensione effettiva dell’albero risulta sempre minore della dimensione effettiva del foro, si

dice che presentano un gioco effettivo Ge, e si ha un accoppiamento mobile. Si definiscono inoltre gioco

massimo Gmax, differenza fra dimensione limite superiore del foro e dell’albero, e gioco minimo Gmin,

come differenza fra dimensione limite inferiore del foro e dell’albero.

Si parla invece di accoppiamento con interferenza effettiva Je, quando la dimensione effettiva

dell’albero è sempre maggiore della dimensione effettiva del foro, e in questo caso si parla di

accoppiamento stabile. Si definiscono interferenza minima Jmin, come la differenza tra la dimensione

limite inferiore dell’albero e la dimensione limite superiore del foro, e interferenza massima Jmax,

come la differenza fra la dimensione limite superiore dell’albero e la dimensione limite inferiore del

foro. Se l’accoppiamento non presenta ne le caratteristiche di quello a gioco ne di quello con

interferenza, si tratta di accoppiamento incerto.

Le tolleranze, per essere utilizzate come indice di qualità del pezzo, devono essere riferite alle

dimensioni del pezzo in questione. Data una certa dimensione D possiamo definire una grandezza i che

rappresenta la misura base del grado di precisione con cui possiamo realizzare il componente. Una

volta definito il valore di i è possibile calcolare la qualità delle tolleranze.

Calcoliamo i come:

Attraverso la tabella possiamo calcolare la qualità:

Dove i numeri da 5 a 17 indicano la qualità delle tolleranze.

La qualità della tolleranza non basta a definire il tipo di accoppiamento, ma per quello serve conoscere

la posizione della tolleranza.

Sistema albero base o foro base

Per motivi economici, solitamente, si utilizza un sistema che permette di ottenere tutti i tipi di

accoppiamento (stabile, mobile, incerto). Questo consiste nel mantenere fissa la posizione della

tolleranza di uno dei due elementi, e cambiare la posizione della tolleranza dell’altro, per ottenere gli

accoppiamenti diversi.

Nel sistema foro base

Tolleranze: approccio statistico

I processi di produzione sono processi stocastici. Il processo scelto non garantisce di ottenere sempre

misure precise. Possiamo associare a ogni processo un grafico di Gauss, che indica la probabilità di

avere le dimensioni comprese all’interno di terminati intervalli.

La tolleranza può essere vista come l’intervallo della gaussiana corrispondente a ±3σ. In questo caso

il 99,9..% dei pezzi saranno all’interno del campo di tolleranza a ±3σ.

Si sceglie, quindi il processo produttivo in base alla gaussiana associata, conoscendo la gaussiana

possiamo calcolare la quantità di pezzi che saranno da scartare (più o meno).

La forma della gaussiana dipende sia dal macchinario utilizzato, che dai parametri di processo.

Processi associati a gaussiane molto strette solitamente hanno un costo molto alto, e/o tempi di

lavorazione molto lunghi. Non sempre è conveniente fare il processo più preciso, a volte è

economicamente conveniente avere una quantità di pezzi scartati maggiore invece di utilizzare

lavorazioni più costose.

L’importante è che sia possibile l’accoppiamento

Esempio accoppiamento foro albero con gioco:

Foro Gioco min

Tolleranza Asse del sistema accoppiato

Albero

Gioco max Tolleranza

& T1

2

-e/e: campo di tolleranza ↑

L: lunghezza del componente T1 &

2

X

x

XX x x y 301 352

301

352 -

- x x

x x

-ex XXXX

x

x x

x I

x x e

d

f L

Il processo di lavorazione associato alla curva σ1 non da scarti di produzione, ma è più costo, poiché

più preciso, invece il processo di lavorazione associato alla curva σ2, da scarti da produzione, ma ha

un costo minore.

Accoppiamento selettivo: è un processo che serve ad utilizzare anche i pezzi non in tolleranza consiste

nell’accoppiare normalmente i pezzi in tolleranza, mentre quelli fuori tolleranza vengono accoppiati fra

loro: ad esempio un foro troppo grande viene accoppiato con un albero con lo stesso problema, in

questo modo l’accoppiamento funziona comunque. In questo modo non ci sono scarti, si riducono quindi

i costi di produzione, ma si aggiungono di gestione per accoppiare i pezzi non in tolleranza.

Tolleranze geometriche Le tolleranze geometriche su riferiscono all’aspetto

macroscopico della geometria dell’oggetto. Se sono

indispensabili per il funzionamento del componente,

vengono indicate sul disegno attraverso i simboli della

tabella.

Le tolleranze geometriche possono essere sia di forma

che di dimensione.

Le tolleranze di forma sono definite dall’ampiezza della

fascia entro la quale devono essere compresi gli errori,

ad esempio rettilineità, planarità, circolarità,

cilindricità, concicità.

Le tolleranze di posizione, invece, sono riferite a una

superficie di riferimento, sono infatti definite

dall’ampiezza della fascia entro la quale deve essere

compresa la deviazione di una superficie, rispetto a

quella di riferimento. Ad esempio inclinazione,

parallelismo,normalità, concentricità, simmetria).

Per misurare le grandezze in tolleranza dovremmo fissare il

pezzo, e per fare ciò dobbiamo eliminare la possibilità di

movimento dei 6 gradi di libertà che ha. Si definiscono 3

piani di riferimento, piano d’appoggio e due piani

perpendicolari.

A livello di programmazione dei processi produttivi si cerca

di lavorare superfici in tolleranza di forma tra di loro con lo

stesso piazzamento sul pezzo. I sistemi di fissaggio

(fixturing) hanno due scopi: riferire correttamente la

geometria del pezzo e fornire la forza di afferraggio

sufficiente a contrastare le forze di processo.

Tornitura

La tornitura è un processo di lavorazione per asportazione di truciolo, che consiste nel realizzare la

forma del componente asportando il volume in eccesso. Si introduce un interferenza fra un oggetto di

materiale più duro (utensile) e il pezzo che vogliamo lavorare. L’utensile di materiale più duro si muove

rispetto all’asse di rotazione del pezzo. Consente di realizzare oggetti assial-simmetrici (il pezzo

ruotando ritorna più o meno nella stessa posizione con l’utensile). Questo sistema porta a errori di forma

principalmente di due tipi.

Se il pezzo rimane fermo e si muove intorno a lui l’utensile, si formerà un errore sulla cilindricità, che

dipende dal controllo del sistema di realizzazione degli assi, che non è detto che descrivano una

circonferenza. Crea il truciolo che è il materiale in eccesso che viene asportato.

La macchina è il tornio, sul mandrino viene montato il pezzo e con delle manovelle possiamo muoverlo sul

piano variando il raggio. Si prende il semilavorato, da rifinire, lo posiziono sul mandrino e poi movimento

l’utensile per creare il pezzo. I mandrini sono autocentranti, e hanno tre elementi mobili detti cani, che si

possono avvicinare o allontanare.

Quando, durante il processo di asportazione di truciolo, l’utensile entra in contatto con il componente si

generano delle forze in tutte le direzioni, che provocano una deformazione. A fine lavorazione il pezzo

ottenuto deve essere misurato.

A seconda della tornitura usata possiamo ottenere due tipi di tolleranze geometriche differenti:

-

Misurazione

A fine lavorazione i componenti devono essere m