Disegno di macchine

Indice generale

• Norme e strumenti per il disegno
  • Normazione e unificazione
  • La normazione oggi
  • Norme per il disegno tecnico
• Proiezioni ortografiche
  • Generalità
  • Sistemi di proiezione
  • La proiezione degli oggetti
  • Casi particolari
  • Scelta delle viste
• Sezioni, intersezioni e sviluppi
  • Norme di rappresentazione
  • Classificazione delle modalità di sezionamento
  • Rappresentazione delle superfici sezionate
  • Convenzioni di rappresentazione
• Il disegno e lavorazioni meccaniche
  • Introduzione
  • Formatura dallo stato liquido: elementi di fonderia
  • Lavorazioni per deficit di plasticate
  • Tornitura
  • Fresatura
  • Operazioni di foratura e alesatura
• Il disegno nella pratica industriale
  • Elementi per la gestione dei disegni
• La quotatura
  • Criteri di indicazione delle quote
  • Convenzioni particolari di quotatura
  • Tipi di quotatura
• Tolleranze dimensionali
  • Gli errori nei pezzi costruiti
  • Le tolleranze dimensionali e il controllo tra due limiti
  • Tipi di accoppiamento
  • Sistemi di tolleranze e accoppiamenti
  • Tolleranze generali
  • Le “Tolleranze ISO”
  • Nuove norme per le dimensioni lineari
  • Indicazione delle quote di tolleranza
  • Accoppiamenti nel sistema ISO
  • Serie e catene di quote tollerate
• Le tolleranze geometriche
  • Generalità
  • Il linguaggio GD&T secondo le norme ISO e ASME
  • Interdipendenza fra dimensioni e forma
  • Classificazione delle tolleranze geometriche
  • Indicazione delle tolleranze geometriche sui disegni
  • I riferimenti
  • Tolleranze di forma
  • Tolleranze di orientamento
  • Tolleranze di posizione
  • Tolleranze di oscillazione
  • Finiture superficiali e rugosità
• Filettature
  • Elementi principali di una filettatura
  • Sistemi di filettature
  • Esecuzione delle filettature
  • Rappresentazione degli elementi filettati
  • Tolleranze per filettature
• Collegamenti filettati
  • Viti e bulloni
  • Inserti filettati
  • Dadi
  • Rosette
  • Classi di bulloneria
  • Dispositivi antisvitamento spontaneo
  • Il disegno degli organi di collegamento filettati
• Collegamenti smontabili non filettati
  • I collegamenti albero mozzo
  • Chiavette e linguette
  • Spine e perni
  • Accoppiamenti scanalati
  • Altri collegamenti
  • Chiavette trasversali
  • Anelli di sicurezza ed arresto
• Collegamenti permanenti
  • Premessa
  • Collegamenti forzati
  • Chiodature e rivettature
  • Collegamenti saldati
  • Caratteristiche delle saldature
• Trasmissione del moto
  • Trasmissione del moto rotatorio
  • Supporti e cuscinetti
  • Giunti, innesti, freni
• Altri componenti delle macchine
  • Tenute e guarnizioni
  • Molle

Norme e strumenti per il disegno

Normazione e unificazione

La produzione industriale si basa su un carattere iterativo, in cui ogni fase lavorativa del prodotto deve essere controllata e organizzata in maniera tale da consentire una resa sempre uguale. Nella produzione in serie industriale, la macchina richiede che un dato modello debba essere concepito come univoco, che quindi non subisca ulteriori modifiche nel corso del tempo; di conseguenza deve essere definito uno standard, o norma campione, al quale si fa costante riferimento.

Si parla di norma per fare riferimento ad una regola che fissa le condizioni di esecuzione di un oggetto o di elaborazione di un prodotto di cui si vogliano unificare l'impiego o assicurare l'intercambiabilità. La normazione è l'azione che porta a stabilire ed applicare regole per mettere ordine in un determinato campo di attività, al fine di raggiungere un'economia generale ottimale, tenuto conto delle esigenze funzionali e di sicurezza. Oggetti tipici di normazione sono le unità di misura, i termini ed i simboli, la sicurezza di persone e cose.

Dalla normazione seguono le specifiche, cioè indicazioni precise di un insieme di condizioni che devono essere soddisfatte da un determinato prodotto, materiale o processo. L'unificazione è una forma di normazione che riunisce diverse prescrizioni dimensionali o altre specificazioni, in modo da definire prodotti intercambiabili od accoppiabili. Nacquero, agli inizi del ‘900, i primi enti nazionali di unificazione; in Italia l'UNI nasceva nel 1921, ente che, con il passare del tempo, ha permesso di abbattere costi, migliorare la produzione e ridurre vari tipi di prodotti con la stessa funzione. La norma tiene conto dell'evoluzione industriale, fotografando la situazione industriale in un determinato periodo ed adattando quindi la normativa allo standard del tempo. È stata poi redatta una nuova normativa, la UNI EN ISO, allo scopo di adattarsi alle nuove tecnologie, ma anche di proporre maggior chiarezza nei suoi contenuti.

La normazione oggi

La normazione ha acquistato un peso ed un'autorità crescente anche con lo sviluppo dei concetti di qualità totale e di soddisfazione e tutela del consumatore. Secondo il regolamento UE del 2012 la norma è una specifica tecnica, adottata da un organismo di normazione riconosciuto, per applicazione ripetuta e continua, alla quale non è obbligatorio conformarsi e che appartenga a una delle seguenti categorie:

• Norma internazionale.
• Norma europea.
• Norma armonizzata.
• Norma nazionale.

Le norme sono identificate da numeri e sigle: queste indicano l'ente che ha elaborato la norma e, per quanto riguarda l'Italia, sono:

• UNI. Identifica tutte le norme nazionali italiane; se è l'unica sigla sulla norma significa che questa è stata elaborata direttamente dalle commissioni UNI o dagli Enti Federati.
• EN. Identifica le norme elaborate dal CEN. Le norme EN devono essere recepite dai paesi membri del CEN, servono ad uniformare la normativa tecnica in tutta Europa, per cui non è consentita l'esistenza di norme che non concordino con il loro contenuto. La sigla di riferimento diventa, per l'Italia, UNI EN.
• ISO, per le norme elaborate dall'ISO che sono un riferimento applicabile in tutto il mondo. In Italia la sigla diventa UNI ISO, o UNI EN ISO se adottata in tutta Europa.
• UNI CEN/TS e UNI CEN ISO/TS sono specifiche tecniche, europee od internazionali, recepite a livello nazionale italiano.

Nell'ambito di questo argomento si può poi andare incontro a quattro diverse regole:

• La specifica tecnica prescrive i requisiti richiesti a prodotti, processi e servizi.
• Il codice di pratica raccomanda regole e procedure per progettare, costruire, controllare e usare i prodotti.
• Una norma può comprendere un codice di pratica o coincidere con esso.
• Una regola tecnica può comprendere norme, specifiche tecniche, codici di pratica, e va obbligatoriamente osservata.

Norme per il disegno tecnico

Le prime norme erano rivolte proprio al disegno tecnico, con lo scopo di stabilirne le forme grammaticali e sintattiche che avrebbero assicurato chiarezza ed uniformità di significato.

Scrittura

La norma UNI EN ISO 3098 (che sostituisce la UNI 7559) prescrive alcuni requisiti generali ed esemplifica i caratteri dell'alfabeto latino, ma anche greco e cirillico, nonché i vari segni particolari in uso nelle varie lingue europee. Per tutte le scritture è previsto, accanto al carattere leggero (tipo A), con rapporto 1:14 fra grossezza della linea ed altezza dei caratteri minuscoli e maiuscoli, quello pesante (tipo B), con rapporto rispettivamente 1:10 e 7:10.

Bisogna però sempre tenere conto di cinque principi fondamentali, per evitare confusione o fraintendimenti nella lettura del documento:

• Distinguibilità dei caratteri, infatti bisogna evitare confusioni fra lettere e cifre simili.
• Spaziatura fra i caratteri di spessore almeno doppio rispetto a quello delle linee.
• Stessa grossezza di linee per caratteri maiuscoli, minuscoli e cifre.
• Altezze dei caratteri, normalizzate 1,8, 2,5, 3,5, 5, 7, 10, 14, 20 mm.
• Opportuno contrasto tra scritte e sfondo.

Linee

La ISO prevede una norma dedicata alle linee da usare in ogni tipo di disegno e comunicazione tecnica, ed una norma per le linee da usare nei disegni di ingegneria meccanica ed industriale. Le linee previste dall'unificazione secondo la norma UNI EN ISO 128 si distinguono per spessore e tipo di tratto e sono indicate nella seguente tabella:

Lo spessore (o grossezza) della linea varia da 0,13 a 2 mm. Nei disegni tecnici si utilizzano due spessori, definiti grosso e fine, in rapporto 2:1 tra loro ed in valore assoluto proporzionati alla grandezza del disegno.

Nell'impiego delle linee unificate vige una specie di ordine gerarchico, per cui una linea più significativa potrà prevalere sulle altre, secondo il seguente ordine:

1. Contorni e spigoli in vista (linea continua grossa).
2. Contorni e spigoli nascosti (linea a tratti).
3. Tracce di piani di sezione (linea mista, fine e grossa, alle estremità e alle variazioni della traccia dei piani di sezione).
4. Assi di simmetria o tracce di piani di simmetria (linea mista fine).
5. Linee per applicazioni particolari (linea mista fine).
6. Linee di riferimento (linea continua fine regolare).

La distanza minima fra due linee parallele non dovrebbe essere inferiore al doppio dello spessore della linea più grossa usata e comunque non minore di 0,7 mm. Nel caso in cui le linee vengono usate come richiamo, la loro estremità sarà:

• Una freccia, se la linea termina su un contorno.
• Un punto, se termina su una superficie.
• Nessun segno particolare se termina su una linea di riferimento o misura.

Scale di disegno

È ovvio che, in alcuni casi, in base al contesto, risulta opportuno diminuire o aumentare le dimensioni del disegno rispetto a quelle reali. Il rapporto fra le dimensioni del disegno e le dimensioni effettive dell'oggetto rappresentato prende il nome di scala del disegno. Nel caso in cui la scala del disegno sia 1:k, si stanno riducendo le dimensioni del disegno rispetto a quelle reali; viceversa, se la scala dovesse essere k:1, se ne stanno aumentando le dimensioni. Le scalepreviste dall'unificazione sono riportate qui accanto. Una regola per scegliere la scala si basa sull'assumere 2 mm sul disegno come dimensione minima per elementi significativi; dettagli che appaiono più piccoli di quella misura dovrebbero portare ad un aumento della scala di rappresentazione.

Fogli da disegno

La norma UNI EN ISO 5457 riguarda esclusivamente i fogli per il disegno tecnico. I disegni possono essere su carta di varie dimensione, purché liscia. I fogli vengono squadrati con un'incorniciatura tracciata con linea continua di grossezza minima di 0,7 mm, posta almeno a 10 mm dal bordo del foglio, a 20 mm per il bordo sinistro.

Proiezioni ortografiche

Generalità

Il sistema delle proiezioni ortogonali consiste nel proiettare ortogonalmente, da distanza infinita, sul piano del disegno, l'oggetto da rappresentare: i raggi proiettanti ne disegneranno sul quadro il contorno e le linee essenziali. In altre parole, la proiezione è la vista di un oggetto riportato sul piano di rappresentazione per mezzo di rette passanti per i punti più significativi, ossia i punti in cui queste rette intersecano il piano, i quali definiscono le proiezioni dell'oggetto. Quando un oggetto viene disposto con una faccia parallela al quadro, si parla di proiezioni ortografiche.

Per collocare una forma nello spazio geometrico si fissano gli elementi di riferimento costituiti da tre piani fondamentali, un piano orizzontale, un piano verticale ed un piano laterale, fra loro ortogonali. Si immagina quindi di intersecare i due piani, orizzontale e verticale, in modo da formare quattro angoli dietrori retti; per convenzione a ciascun dietro si assegna un numero romano, da I a IV, in senso antiorario e progressivo.

La proiezione dell'oggetto può quindi avvenire in due modalità:

• La proiezione verrà definita come "del primo dietro", o con metodo europeo, se l'oggetto viene investito da due fasci di raggi, paralleli tra loro, perpendicolari ai due piani; ciascuna immagine proiettata sui piani è una proiezione ortogonale dell'oggetto, che si troverà tra l'osservatore ed i piani di proiezione.
• La proiezione verrà definita come "del terzo dietro", o con metodo americano, se lo stesso oggetto si trova nel terzo dietro ed i fasci di raggi paralleli intersecheranno i piani di proiezione, ubicati, a differenza del caso precedente, tra l'oggetto e l'osservatore. In questo caso l'oggetto appare riflesso sui piani di proiezione.

La differenza fondamentale tra i due metodi ora visti sta quindi nella posizione dei piani di proiezione e dell'oggetto da rappresentare rispetto ai punti di osservazione. Per il metodo europeo si può immaginare di puntare un fascio di luce su un oggetto e di vederne proiettata la sua ombra sulla parete retrostante; nel metodo americano si deve immaginare di scattare delle fotografie ad ogni parete dell'oggetto, che quindi apparirà nella rappresentazione dallo stesso lato dell'osservatore. Le norme internazionali impongono di segnalare nel riquadro delle iscrizioni il metodo di rappresentazione utilizzato tramite la rappresentazione della proiezione di un tronco di cono.

Sistemi di proiezione

Il metodo europeo

Si ponga l'oggetto da rappresentare all'interno di una scatola a forma di parallelepipedo e si proiettino ortogonalmente tutti i punti secondo sei direzioni perpendicolari tra loro sulle sei facce interne della scatola. Queste proiezioni rappresentano quindi sei viste diverse del pezzo. La denominazione unificata delle viste è la seguente:

• Vista secondo A, ossia la vista anteriore o principale; le viene spesso dato il nome di prospetto.
• Vista secondo B, la vista dall'alto, o pianta.
• Vista secondo C, da sinistra o profilo.
• Vista secondo D, da destra.
• Vista secondo E, dal basso.
• Vista secondo F, posteriore.

Di solito sono sufficienti tre proiezioni per dedurre in modo preciso e senza ambiguità la forma di un oggetto. Qualunque sia il metodo principale, è necessario stabilire una vista principale: in linea di massima si assume come tale quella che rappresenta l'oggetto nella sua posizione di utilizzazione, oppure quella che mette in evidenza la maggior parte delle caratteristiche del pezzo.

Il metodo americano

Si immagini di avere un oggetto all'interno di una scatola di vetro e di osservarlo da sei differenti posizioni; tutte le viste appariranno tra i piani ubicati tra l'osservatore e l'oggetto. Aprendo poi la scatola si nota che, a differenza metodo europeo, la vista dall'alto si trova al di sopra della vista principale, la vista da destra è posta a destra e quella da sinistra a sinistra.

Il metodo delle frecce di riferimento

Negli anni ‘80 è stato introdotto un nuovo metodo di disposizione delle viste, il metodo delle frecce, sostitutivo dei due metodi descritti. Secondo questo metodo si devono indicare con delle frecce, sulla vista principale, le direzioni di osservazione delle altre viste, contrassegnando ogni freccia con una lettera maiuscola; le viste possono essere disposte in qualsiasi posizione ed ognuna risulta identificata dalla stessa freccia.

Le proiezioni degli oggetti

Le linee in vista di un disegno hanno uno di questi tre significati:

• Possono rappresentare l'intersezione di due superfici.
• Possono rappresentare il contorno di un pezzo.
• Possono rappresentare la traccia di una superficie, piana o non, perpendicolare ai piani di proiezione.

Il processo di visualizzazione consiste quindi nel formarsi mentalmente un'immagine dell'oggetto, passando successivamente da una linea all'altra, fino a che il significato di tutte le linee sia univocamente determinato. Per rappresentare l'interno di un pezzo si ricorre di solito alle sezioni, come si vedrà in seguito; è necessario però sapere alcune semplici regole per rappresentare linee non in vista. La linea da usare è di tipo a tratti, con spessore 1 o 1/2; oltre a questo, è importante seguire poche semplici regole:

• Non bisogna lasciare uno spazio nel punto in cui una linea a tratti confina con una linea di contorno continua grossa.
• Le linee a tratti devono toccarsi quando formano angoli ad L o a T.
• Una linea a tratti non dovrebbe mai intersecare una linea continua grossa.
• Più linee nascoste parallele devono essere disegnate sfalsate.
• Quando più linee a tratti si incontrano, devono essere unite.

Le regole precedenti hanno valore assolutamente generale; un disegno nel quale esse non risultino rispettate non è corretto.

Metodi pratici di proiezione

È importante spaziare le diverse proiezioni ed evitare di disegnare sul bordo da disegno. Un consiglio utile è quello di lasciare tra i 30 ed i 60 mm tra una proiezione e l'altra. Per rappresentare poi le varie proiezioni è consigliato usare un angolo di 45° tra due o più viste.

Proiezione di oggetti con superfici inclinate od oblique e viste ausiliarie

Si definisce inclinata una superficie perpendicolare ad uno dei piani di proiezione, ma inclinata rispetto ai due piani adiacenti; essa appare distorta in una delle tre viste, mentre appare come una linea in un'altra.