Le tolleranze dimensionali

Le tolleranze dimensionali | Mechatronicsly

I processi di fabbricazione sono necessariamente imprecisi e questo non consente la realizzazione di oggetti le cui dimensioni corrispondano esattamente a quelle stabilite dal progetto (dimensioni nominali).

Le principali ragioni di tale discrepanza sono:

  • Imprecisione delle macchine utensili, per effetto ad esempio dell’usura dell’utensile durante la lavorazione;
  • Eventuali imprecisioni di montaggio e di attrezzature utilizzate;
  • Imprecisioni degli strumenti di misura utilizzati per il controllo dimensionale;
  • Abilità dell’operatore.

Si rende perciò necessario definire il valore massimo e il valore minimo che la dimensione del pezzo può assumere: il campo di tolleranza è la differenza tra questi valori, entro i quali devono ricadere le dimensioni dell’oggetto.

In figura 1, PH rappresenta la dimensione nominale come stabilita dal progetto, PA e PB sono i valori limite (inferiore e superiore) entro i quali varieranno le dimensioni effettive del pezzo. AB è il campo di tolleranza. I due segmenti AH e HB, nei quali il campo di tolleranza AB viene diviso dall’asse zero (cioè l’asse che passa per l’estremo destro della dimensione nominale, detto anche linea zero) vengono chiamati rispettivamente scostamento inferiore (ei) e scostamento superiore (es).

Ad esempio, se la dimensione nominale è 40 mm e i limiti inferiori e superiori sono 39,8 mm e 40,2 mm rispettivamente, il campo di tolleranza è 40,2 – 39,8) = 0,4 mm e gli scostamenti inferiore e superiore sono ei = es = 0,2 mm.

Figura 1
Figura 1

Grado di precisione

Le lavorazioni meccaniche non richiedono tutte la stessa precisione: basti confrontare la grande precisione richiesta dalla lavorazione di un pistone per un motore a scoppio con quella, assai minore, necessaria per realizzare una normale struttura per carpenteria metallica. La precisione di una lavorazione può quindi variare di caso in caso a seconda delle prestazioni che si richiedono al pezzo e della qualità del materiale utilizzato.

Ogni pezzo da lavorare è dunque caratterizzato da un proprio grado di precisione: tale grado gli viene assegnato in sede di progetto e da esso dipende il campo di tolleranza della lavorazione, che sarà tanto più ristretto quanto maggiore deve essere la precisione, vedi la figura 2. Naturalmente, bisogna tenere presente che a un maggior grado di precisione è associato sempre un costo di produzione maggiore.

Figura 2
Figura 2

Posizione del campo di tolleranza

Non sempre i segmenti AH e HB, che costituiscono gli scostamenti inferiore e superiore, sono tra loro uguali, ovvero in posizione simmetrica rispetto all’asse zero, come si vede nella figura 1. Le diverse posizioni del campo di tolleranza e l’asse zero possono dare luogo a varie situazioni, cosa comprensibile se si pensa ai vari casi di due pezzi accoppiati.

  • bilaterale simmetrica, ei = es;
  • bilaterale asimmetrica superiore, ei < es;
  • bilaterale asimmetrica inferiore, ei > es;
  • unilaterale inferiore (o per difetto), quando gli scostamenti inferiore e superiore sono entrambi di segno negativo;
  • unilaterale superiore (o per eccesso): quando gli scostamenti inferiore e superiore sono entrambi di segno positivo.
  • Figura 3
    Figura 3

    Casi particolari, ma frequenti, sono infine quelli in cui lo scostamento inferiore o quello superiore sono nulli (ei = 0 oppure es = 0).

    Il sistema ISO

    Per assicurare la funzionalità corretta di un pezzo meccanico e poterlo quindi considerare preciso, è sufficiente che la sua dimensione si trovi all’interno di due limiti, cioè la tolleranza, che definiscono la variazione dimensionale ammessa nella costruzione.

    La creazione di un sistema ISO di tolleranze e accoppiamenti e il suo rispetto da parte delle aziende produttrici dà tutta una serie di vantaggi riassumibili in:

    • Facilità di montaggio dei pezzi senza dover procedere a costose operazioni di aggiustaggio;
    • Funzionalità e durata secondo quanto previsto nella progettazione;
    • Intercambiabilità tra i pezzi.

    Esempi di quote in tolleranza

    Il linguaggio ISO si può meglio comprendere esaminando un paio di esempi.

    Quota: 50g8, ove 50= Diametro nominale, g= Tipo di scostamento dalla linea dello zero, 8= Grado di precisione IT.

    Vediamo per prima la tabella degli scostamenti fondamentali:

    Scostamenti fomdamentali alberi e fori
    Scostamenti fondamentali alberi e fori

    Adesso, dalla tabella degli scostamenti per gli alberi:

    Tabella Alberi: scostamento superiore
    Tabella Alberi: scostamento superiore

    Dunque, fino a questo momento sappiamo che: dn (diametro nominale albero) = 50,000 mm; dmax (diametro massimo) = 49,991 mm.

    E infine dalla tabella delle tolleranze:

    Tolleranze per gradi di precisione da IT1 a IT18 ISO
    Tolleranze per gradi di precisione da IT1 a IT18 ISO

    si trova una tolleranza, dato dn e grado di precisione IT8, pari a 39 μm.

    In conclusione la quota significa: dn=50,000 mm; dmax=49,991 mm; dmin=49,952 mm (ovvero dmax – 0,039 mm).

    Altro esempio

    Quota: 36m5, ove 36 mm= Diametro nominale, m= Tipo di scostamento dalla linea dello zero, 5= Grado di precisione IT.

    Dalle tabelle precedenti ricaviamo: Scostamento inferiore = +9μm, Tolleranza = 11 μm. Con tale dati possiamo dire che la quota si riferisce ad un albero con dn=36 mm, dmin=36,009 mm, dmax=36,200 mm.