Disegno Meccanico - Appunti

NUMERI DI RENARD

I valori numerici possono essere ordinati secondo una progressione aritmetica o geometrica.

• La progressione aritmetica viene usata di rado nella tecnica (è usata però per la

lunghezza dei gambi delle viti) e consiste nel far rimanere costante la differenza fra

due termini consecutivi: − =

a a K

i+1 i

Si osserva dalla figura che la definizione non è molto precisa per piccole misure, mentre per grandi

dimensioni gli elementi sono troppo poco diversi fra loro.

• La progressione geometrica è molto applicata nella tecnica perché riesce a coprire

un ampio intervallo di dimensioni con un numero minimo di valori. Nella

progressione geometrica risulta costante il rapporto:

a =

i+1 K

a i

Si osserva dalla figura che la definizione è ugualmente precisa per piccole e grandi dimensioni.

• La serie di numeri normali o di Renard è una serie geometrica

1

=

=

ha come primo termine e come ragione della serie K 10 n

a 1

0

quindi: 1

a = =

i+1 K 10 (con n = 5,10,20,40)

n

a i

Si definiscono così quattro serie numeriche diverse (chiamate R5, R10, R20,

R40), i cui elementi prendono il nome di numeri di Renard e presentano

l’interessante proprietà di dividere l’unità esponenziale in un numero n di parti

intermedie.

Proprietà della serie di Renard

1. I prodotti ed i rapporti dei termini di una serie sono pure termini della

stessa

2. Il valore della R10 pari a 3,15 approssima abbastanza bene il valore di

π e pertanto le superfici cilindriche possono essere termini della serie

3. Il valore di R10 pari a 1,4 approssima abbastanza bene il valore di

e quindi le diagonali dei quadrati sono elementi della serie

2 4

TOLLERANZE

Tolleranze dimensionali

•

Dimensioni e forme reali si discostano da quelle ideali, pertanto è necessario precisare entro quali

limiti le inesattezze dimensionali non compromettono le funzionalità del componente. 5

Grado di tolleranza normalizzato

Nel sistema ISO sono previsti 20 gradi di tolleranza normalizzati che sono funzione della

dimensione nominali del componente (più grande è il componente maggiore la tolleranza). 6

La posizione delle tolleranze

• Per fori lo scostamento fondamentale è quello inferiore E per posizioni da A ad H e

i

quello superiore per posizioni da K a Z.

La posizione H è quella per cui lo scostamento fondamentale è nullo.

• Per gli alberi lo scostamento fondamentale è quello superiore e per posizioni da a ad

i

h e quello inferiore per posizioni da k a z.

La posizione h è quella per cui lo scostamento fondamentale è nullo.

Accoppiamenti ALBERO-BASE

Vantaggi: è richiesta una minore dotazione di calibri per esterni, più costosi di quelli per

interni; è facile reperire barre trafilate già rettificate e unificate con tolleranza h.

Svantaggi: è necessario lavorare una più estesa gamma di fori, lavorazione costosa.

Accoppiamenti FORO-BASE

Vantaggi: è richiesta una minore lavorazione dei fori evitando quindi costose operazioni.

Svantaggi: è richiesto un numero maggiore di calibri per il controllo dei fori. 7

Tolleranze geometriche

•

Limitano lo scostamento di un elemento in rapporto a forma, orientamento e posizione, senza tener

conto delle dimensioni.

Principio di indipendenza

Ciascuna prescrizione dimensionale o geometrica specificata su un disegno deve essere rispettata in

modo indipendente.

Le eccezioni che impongono l’interdipendenza fra dimensione e geometria sono:

1. esigenze di inviluppo (non deve essere superato l’inviluppo della forma perfetta).

2. Applicazione della condizione di MASSIMO o minimo materiale.

Condizione di MASSIMO materiale (Maximum Material Condition – MMC [M] ).

Condizione in cui il pezzo contiene la massima quantità di materiale entro i limiti dimensionali

stabiliti; ad es. il perno più grande e il foro più piccolo.

Condizione di minimo materiale (Minimum Material Condition – LMC [L] ).

Condizione in cui il pezzo contiene la minima quantità di materiale entro i limiti dimensionali

stabiliti; ad es. il perno più piccolo e il foro più grande. 8

MATERIALI PER L’INGEGNERIA MECCANICA

Per secoli il materiale ingegneristico più utilizzato è stato il legno, con l’ausilio di piccoli

componenti in metallo. Solo dopo la rivoluzione industriale, con lo sviluppo della siderurgia, si è

passati al progressivo incremento dei metalli ed all’eliminazione del legno come materiale tecnico.

Tra le due guerre mondiali si è sviluppata, soprattutto in Germania e negli Usa la tecnologia delle

materie plastiche. I materiali ceramici, per quanto antichissimi, hanno subito comunque una

evoluzione nell’ultimo secolo. I compositi appartengono agli ultimi 60 anni di tecnologia.

Suddividiamo i materiali ingegneristici moderni in quattro categorie

• Metalli

Tecnicamente formati da metallo puro o da leghe.

Materiale principale: acciaio-ghisa lega di ferro, carbonio ed altri elementi

Lavorazione principale:

Innalzamento temperatura sino a fusione, Formatura allo stato fluido in apposita forma ,

Consistenza col raffreddamento

Caratteristica fondamentale:

• Buona conducibilità elettrica e termica,

• Buona resistenza meccanica,

• Discreta resistenza all’usura,

• Elevato peso specifico,

• Saldabilità e lavorabilità meccanica elevata.

• Ceramici

Tecnicamente formati da ossidi metallici

Materiali principali: silice, allumina, ma anche carburi, nitruri etc

Lavorazione principale:

Formatura a freddo di polveri. Reazioni di sinterizzazione con innalzamento della temperatura ma

senza arrivare a fusione. Raffreddamento.

Caratteristica fondamentale:

• Buon isolamento elettrico e termico.

• Buona resistenza alle alte temperature.

• Buona resistenza all’usura ed elevata durezza.

• Contenuto peso specifico.

• Scarsa lavorabilità dopo cottura.

• Resine o materie plastiche

Tecnicamente formati da catene polimeriche

Materiale principale: carbonio

Lavorazione principale:

Polimerizzazione di monomero (materia prima). Innalzamento della temperatura sino allo stato

semifluido. Formatura allo stato fluido in apposita forma. Consistenza col raffreddamento.

Caratteristica fondamentale:

• Buon isolamento elettrico.

• Scarsa resistenza alla temperatura.

• Costo contenuto.

• Basso peso specifico. 9

• Elevata riciclabilità.

• Compositi

Tecnicamente formati da materiali eterogenei: metallo + ceramico, ceramico + resina, metallo +

resina.

Lavorazione principale:

Coesione di un componente allo stato di fibra o polvere o granulare con una matrice

Caratteristica fondamentale:

• Si cerca di ottenere in un unico prodotto i vantaggi dei diversi materiali.

• Ad esempio: elevata resistenza meccanica e basso peso.

• Oppure: elevata resistenza meccanica e elevata resistenza termica.

• La resistenza dei materiali:

Metallici: resistenza a compressione quasi uguale alla resistenza a trazione

Ceramici: resistenza a compressione molto maggiore di quella a trazione (anche di 10 volte)

Resine: resistenze paragonabili.

Metallici: resistenza a fatica

Ceramici: resistenza ad usura, resistenza alle intemperie.

• La scelta del progettista

Utilizzazione (funzionalità)

Costo

Lavorabilità

Durata di vita prevista ma anche Estetica e Ergonomia 10

RUGOSITA’

La rugosità della superficie è l’insieme delle irregolarità superficiali lasciate dal processo di

lavorazione.

Definizione secondo la UNI 3963 (1978)

Rugosità R è il valore medio delle ordinate (y ,y …y ) del profilo rilevato rispetto alla sua linea

a 1 2 n

media.

L’indice di rugosità medio R è dato da:

a

(dove l è la lunghezza del tratto di misura, parallelo alla linea media; y = ordinata riferita alla linea

media, misurata perpendicolarmente a questa)

oppure approssimativamente

n y

∑

=

R

a n

i=1

Rugosità R è la distanza tra due linee parallele alla linea media passanti mediamente tre i 5 picchi

z

più alti e le 5 valli più basse entro i limiti della lunghezza di base.

R è dato da:

z + + − + +

(y y ...y ) (y y ...y )

= 1 3 9 2 4 10

R

z 5

(dove y sono l’ordinata dei picchi più alti e y l’ordinata delle valli più basse)

dispari pari 11

PROCESSI DI LAVORAZIONE

I processi di lavorazione si possono suddividere in due grandi categorie:

1. Lavorazione senza asportazione di truciolo

• Fonderia

• Lavorazione plastiche

• Lavorazione della lamiera

2. Lavorazione con asportazione di truciolo

• Tornitura

• Fresatura

• Trapanatura

• Fucinatura o forgiatura

La forgiatura o fucinatura è un processo di produzione industriale di trasformazione plastica di

pezzi metallic, solitamente portati allo stato e lavorati quindi con ripetute scosse di un maglio, una

pressa per forgiatura (o con martello ed incudine per i maniscalchi).

La resistenza meccanica del materiale forgiato è maggiore rispetto a quella dello stesso materiale

fuso.

Una variante della forgiatura è la forgiatura a stampo, detta anche stampaggio. Consiste nella

trasformazione di pezzi mediante una pressa, il cui utensile è costituito da due stampi che, oltre a

malleare il metallo, imprimono una determinata geometria al pezzo lavorato.

Macchine utensili

• Tornio

Macchina a moto rotatorio più diffusa e antica, funziona tenendo in rotazione il pezzo in

lavorazione mentre un utensile tagliente ne asporta il materiale in eccesso rispetto alla forma voluta.

• Fresatrice

Più versatile del tornio, nella sua forma più semplice una fresatrice non è altro che un motore,

solitamente piuttosto potente, su cui è fissata tramite un mandrino un utensile dotato di bordi

taglienti (fresa) che ruotano sull'asse della punta stessa. Il principio è lo stesso del trapano, ma le

frese sono progettate per svolgere l'azione di taglio sul lato dell'utensile invece che sulla punta,

quindi erodendo il materiale invece che forandolo.

• Trapano

Il trapano è una macchina utensile, utilizzata per eseguire fori o lavorazioni che richiedano l'utilizzo

di utensili circolari, come ad esempio le punte elicoidali, gli alesatori, i maschi, le filiere. Esistono

versioni a colonna e portatili. 12

COLLEGAMENTI MECCANICI

Classificazione

• AMOVIBILI (viti e bulloni, perni