10459 - Disegno, progettazione e organizzazione industriale Volume 1
advertisement
VINCENZO RISOLO BRUNA BASSI DISEGNO, PROGETTAZIONE E ORGANIZZAZIONE INDUSTRIALE 1 Normativa del disegno tecnico Quotatura dei disegni Collegamenti meccanici Progettazione di macchine Elementi commerciali Edizione OPENSCHOOL 1 LIBRODITESTO 2 E-BOOK+ 3 RISORSEONLINE 4 PIATTAFORMA HOEPLI VINCENZO RISOLO BRUNA BASSI Disegno, progettazione e organizzazione industriale Volume 1 · · · Normativa del disegno tecnico Quotatura dei disegni Collegamenti meccanici Progettazione di macchine Elementi commerciali · EDITORE ULRICO HOEPLI MILANO Copyright © Ulrico Hoepli Editore S.p.A. 2019 Via Hoepli 5, 20121 Milano (Italy) tel. +39 02 864871 – fax +39 02 8052886 e-mail hoepli@hoepli.it www.hoepli.it Tutti i diritti sono riservati a norma di legge e a norma delle convenzioni internazionali Indice MODULO A LA NORMATIVA TECNICA Unità A1 Terminologia e formato dei fogli da disegno A1.1 Il disegno tecnico ........................................................................................... 3 Generalità .............................................................................................................. 3 A1.2 Definizioni e terminologia........................................................................... 5 Il codice dei disegni.............................................................................................. 7 A1.3 Formati dei fogli da disegno e disposizione degli elementi grafici ................................................................................. 11 Formato dei fogli da disegno............................................................................. 12 A1.4 Piegatura dei fogli da disegno ................................................................14 VERIFICA UNITÀ A1 ..........................................................................................................15 Quotatura di raggi .............................................................................................. 58 Quotatura delle sfere......................................................................................... 59 Quotatura degli smussi..................................................................................... 60 Quotatura di profili quadri................................................................................. 60 Quotatura di profilati, barre, tubi ...................................................................... 61 Quotatura di elementi uguali ed equidistanti ................................................. 61 A4.6 Conicità, rastremazione, inclinazione ............................................... 62 Conicità ............................................................................................................... 62 Rastremazione....................................................................................................63 Inclinazione ........................................................................................................ 64 Quotatura di complessivi .................................................................................. 65 Quotatura di elementi con particolari specifiche .......................................... 66 VERIFICA UNITÀ A4 .........................................................................................................67 VERIFICHE SOMMATIVE MODULO A .......................................................................... 71 Unità A2 I simboli, le linee, la scala A2.1 Riquadri delle iscrizioni nei disegni tecnici ...................................... 17 A2.2 Grafica dei simboli ....................................................................................... 17 A2.3 Le linee nel disegno tecnico: tipologia, spessore e applicazione nei disegni....................................................................... 18 A2.4 La scala nei disegni tecnici .................................................................... 20 VERIFICA UNITÀ A2 ......................................................................................................... 21 Unità A3 Le proiezioni ortogonali, le sezioni, la campitura A3.1 Le proiezioni ortogonali: metodi di proiezione ...............................23 MODULO B DISPOSITIVI DI COLLEGAMENTO Unità B1 Tolleranze di lavorazione e rugosità B1.1 Introduzione alle tolleranze di lavorazione ..................................... 77 Premessa............................................................................................................ 77 B1.2 Indicazioni generali .................................................................................... 78 Generalità ............................................................................................................23 Definizioni........................................................................................................... 78 A3.2 Denominazione delle viste...................................................................... 25 A3.3 Le proiezioni prospettiche (secondo la UNI EN ISO 5456-4:2002) ............................................................................................... 25 A3.4 Le proiezioni assonometriche (secondo la UNI EN ISO 5456-3:2001)......................................................................................................26 A3.5 Viste particolari, parziali, locali ............................................................ 27 A3.6 Le sezioni ........................................................................................................ 28 B1.3 Definizione di tolleranze di lavorazione ............................................ 79 B1.4 Le tolleranze nel sistema ISO ................................................................ 84 B1.5 Accoppiamenti con gioco e con interferenza ................................. 85 Modalità di esecuzione delle sezioni ..............................................................31 A4.1 La quotatura .................................................................................................. 47 B1.8 Calcolo e indicazione delle tolleranze sui disegni tecnici – I segni grafici secondo la Norma UNI ISO 129-1:2011..................................................................................... 98 B1.9 Tolleranze per le filettature metriche ISO a profilo triangolare.................................................................................. 101 Premessa............................................................................................................ 47 Alcune regole per una buona quotatura ......................................................... 48 Lunghezza di avvitamento .............................................................................102 Qualità di lavorazione .....................................................................................102 A4.2 Elementi per la quotatura ........................................................................ 48 B1.10 La rugosità ...................................................................................................104 Linee di riferimento ........................................................................................... 48 Linee di misura o porta-quota ......................................................................... 49 Terminali o frecce .............................................................................................. 49 Quota o dimensione .......................................................................................... 50 B1.11 Indicazione delle rugosità sui disegni tecnici .............................105 B1.12 Criteri per la scelta della rugosità ...................................................... 107 VERIFICA UNITÀ B1 .......................................................................................................109 VERIFICA UNITÀ A3 ........................................................................................................ 43 Unità A4 La quotatura A4.3 Disposizione delle quote ......................................................................... 52 Criterio A.............................................................................................................. 52 Criterio B ............................................................................................................. 53 Accoppiamenti incerti ....................................................................................... 86 B1.6 Accoppiamenti foro-base e albero-base ........................................... 86 B1.7 Qualità e posizione delle tolleranze.................................................... 87 Posizione della tolleranza................................................................................. 89 Definizioni ........................................................................................................104 Unità B2 I collegamenti meccanici smontabili: filettature, linguette, chiavette A4.4 Sistemi di quotatura .................................................................................. 53 B2.1 I collegamenti meccanici ...................................................................... 114 Quotatura in serie .............................................................................................. 54 Quotatura in parallelo ....................................................................................... 54 Quotatura combinata ........................................................................................ 55 Quotatura progressiva o a quote sovrapposte o in sequenza .................... 55 Quotatura per coordinate.................................................................................. 56 B2.2 Collegamenti meccanici smontabili e non smontabili ........................................................................................ 114 B2.3 Collegamenti smontabili: le filettature ............................................ 115 A4.5 Convenzioni particolari di quotatura (secondo la Norma UNI ISO 129-1:2011) ..........................................57 B2.4 I passi delle filettature metriche ISO................................................ 118 B2.5 Designazione delle filettature metriche ISO ................................. 120 Quotatura di archi, corde, angoli.......................................................................57 Quotatura di cerchi e cilindri ............................................................................ 58 B2.6 Tipologie di filettature ............................................................................ 120 Generalità ......................................................................................................... 114 Profili delle filettature metriche..................................................................... 117 Esempi di designazione.................................................................................. 120 III B2.7 Rappresentazione delle filettature nei disegni tecnici ............122 B2.8 Categorie della bulloneria in acciaio ................................................. 124 B2.9 Classi di resistenza di viti e dadi ....................................................... 125 B2.10 Forma di viti e dadi ................................................................................... 126 B2.11 Sistemi antisvitamento di viti e dadi .............................................. 127 B2.12 Collegamenti smontabili filettati (applicazioni) ......................... 129 Accoppiamento con vite mordente................................................................ 129 Collegamento con vite passante ...................................................................130 Collegamento con vite prigioniera .................................................................130 B2.13 Organi di collegamento non filettati ................................................. 132 Assi e alberi ...................................................................................................... 132 Linguette ......................................................................................................... 133 Chiavette........................................................................................................... 135 Accoppiamenti con spine ............................................................................... 136 Accoppiamenti con perni ................................................................................ 137 Alberi a profilo scanalato ................................................................................ 138 Biette ................................................................................................................. 141 MODULO C LA TRASMISSIONE DEL MOTO Unità C1 Dispositivi e componenti di macchine C1.1 Introduzione ................................................................................................207 C1.2 Alberi di trasmissione .............................................................................207 Alberi orizzontali ............................................................................................. 208 Alberi verticali ................................................................................................. 209 C1.3 Supporti per alberi .................................................................................... 214 Alcune tipologie di supporti commerciali ..................................................... 215 C1.4 Dispositivi di lubrificazione .................................................................. 215 C1.5 Cuscinetti radenti ...................................................................................... 216 Caratteristiche tecnologiche delle bronzine ................................................ 217 Materiali di costruzione per bronzine .......................................................... 217 C1.6 Cuscinetti volventi .................................................................................... 219 Classificazione dei cuscinetti volventi ......................................................... 219 Caratteristiche di un cuscinetto volvente ................................................... 220 VERIFICA UNITÀ B2 ......................................................................................................142 Unità B3 I collegamenti meccanici non smontabili: C1.7 Designazione dei cuscinetti volventi .............................................. 224 Struttura e designazione della sigla dei cuscinetti ................................... 224 Codifica del foro del cuscinetto ................................................................... 225 le saldature, cenni sulle fusioni B3.1 Collegamenti meccanici non smontabili ......................................... 149 Generalità ......................................................................................................... 149 Sistemi di saldatura ........................................................................................ 149 C1.8 Criteri nell’applicazione e nel montaggio dei cuscinetti volventi ............................................................................ 225 Esempi di applicazioni ................................................................................... 226 B3.2 Saldature autogene ..................................................................................150 B3.3 Saldature eterogenee ..............................................................................150 C1.9 Calcolo dei cuscinetti volventi ............................................................ 229 Saldobrasatura.................................................................................................150 Brasatura .......................................................................................................... 151 C1.10 Guarnizioni e tenute statiche e dinamiche ...................................232 VERIFICA UNITÀ C1 ....................................................................................................... 237 B3.4 Preparazione dei lembi di saldatura (cianfrinatura)................... 152 B3.5 Saldatura con gas (ossiacetilenica) ................................................ 155 B3.6 Saldatura ad arco elettrico con elettrodo rivestito .....................156 B3.7 Saldatura TIG ..............................................................................................158 B3.8 Saldatura MIG e MAG ............................................................................... 159 B3.9 Saldatura ad arco sommerso............................................................... 161 B3.10 Saldatura per punti ................................................................................... 162 B3.11 Saldatura laser ........................................................................................... 164 B3.12 Saldatura a ultrasuoni............................................................................. 164 B3.13 Rappresentazione schematica delle saldature nei disegni tecnici ..................................................................................... 165 B3.14 Quotatura delle saldature ......................................................................168 B3.15 Simboli numerici dei processi di saldatura ................................... 170 B3.16 Controllo delle saldature ....................................................................... 172 B3.17 Cenni sulle fusioni .................................................................................... 172 B3.18 Fonderia ......................................................................................................... 173 B3.19 Forni per la fusione ................................................................................... 173 Cubilotto ........................................................................................................... 174 Forni elettrici ................................................................................................... 175 B3.20 Il processo di fonderia ............................................................................. 175 B3.21 Cenni sui processi speciali di fusione ............................................ 176 Pressofusione .................................................................................................. 176 Colata in conchiglia ......................................................................................... 177 Microfusione..................................................................................................... 177 VERIFICA UNITÀ B3 ...................................................................................................... 178 Unità B4 Chiodature e incollaggi B4.1 Le chiodature ..............................................................................................184 B4.2 Chiodi e normativa di riferimento ......................................................184 B4.3 Ribattini e rivetti ........................................................................................189 B4.4 Gli incollaggi ................................................................................................190 B4.5 Classificazione degli adesivi (solo sintetici) ............................... 191 VERIFICA UNITÀ B4 ......................................................................................................193 VERIFICHE SOMMATIVE MODULO B .......................................................................195 IV Durata di un cuscinetto ................................................................................. 229 Unità C2 Le molle C2.1 Le molle ....................................................................................................... 256 Generalità ........................................................................................................ 256 Caratteristiche meccaniche delle molle ...................................................... 256 C2.2 C2.3 C2.4 C2.5 La molla di compressione ..................................................................... 257 La molla di trazione..................................................................................259 La molla di torsione ..................................................................................259 La molla di flessione .............................................................................. 260 Molle a fogli e a balestra ................................................................................262 C2.6 Materiali da costruzione delle molle.................................................262 C2.7 La normativa sulle molle .......................................................................263 C2.8 Applicazione di alcuni tipi di molle ...................................................263 VERIFICA UNITÀ C2 ......................................................................................................265 Unità C3 Trasmissione del moto con giunti C3.1 I giunti............................................................................................................ 268 Generalità ........................................................................................................ 268 C3.2 I giunti rigidi ................................................................................................ 268 C3.3 I giunti elastici ............................................................................................269 C3.4 I giunti articolati ........................................................................................ 271 C3.5 I giunti oleodinamici ................................................................................ 272 C3.6 I giunti di sicurezza .................................................................................. 272 VERIFICA UNITÀ C3 ...................................................................................................... 274 Unità C4 Trasmissione del moto con ruote dentate C4.1 La trasmissione del moto ..................................................................... 284 C4.2 Classificazione delle ruote dentate .................................................287 C4.3 Caratteristiche geometriche delle ruote dentate ...................... 288 C4.4 Proporzionamento di ruote dentate ................................................ 290 C4.5 Ingranaggi cilindrici a denti elicoidali ..............................................293 C4.6 Ingranaggi conici ...................................................................................... 294 C4.7 Ingranaggi a vite senza fine................................................................ 295 C4.8 Rappresentazione convenzionale delle ruote dentate ........... 295 VERIFICA UNITÀ C4 ..................................................................................................... 301 Unità C5 Trasmissione del moto con cinghie, funi, catene C5.1 Trasmissioni con cinghie ...................................................................... 306 C5.2 Trasmissioni di potenza tramite cinghia ....................................... 308 C5.3 Tipologie di trasmissione a cinghia ................................................. 308 C5.4 Caratteristiche delle cinghie piatte .................................................. 309 C5.5 Caratteristiche delle cinghie trapezoidali ...................................... 310 C5.6 Galoppini o tenditori ................................................................................. 314 C5.7 Caratteristiche delle cinghie sincrone ............................................ 315 C5.8 Struttura delle cinghie sincrone ......................................................... 316 C5.9 Pulegge per cinghie dentate................................................................. 316 C5.10 Trasmissione con funi metalliche ...................................................... 318 C5.11 Materiali e dimensionamento delle funi .........................................324 C5.12 Pulegge per funi .........................................................................................325 C5.13 Trasmissioni con catene ........................................................................327 C5.14 Tipologie di catene ....................................................................................327 C5.15 Ruote per catene (pignoni e corone) ..............................................329 C5.16 Rappresentazione grafica di pignone e corona commerciali e lavorati..........................................................329 C5.17 Sicurezza e manutenzione delle catene.........................................331 VERIFICA UNITÀ C5 ......................................................................................................332 VERIFICHE SOMMATIVE MODULO C ...................................................................... 334 MODULO D MATERIALI PER LE COSTRUZIONI MECCANICHE Ghise grigie ......................................................................................................352 Ghise bianche (UNI EN 12513:2011) ............................................................352 Ghise malleabili (UNI EN 1562:2012) ..........................................................352 Ghisa sferoidale (UNI EN 1563:2018) ..........................................................353 Ghise speciali ..................................................................................................353 Ghise particolari ..............................................................................................353 D1.7 Alluminio, magnesio e relative leghe ...............................................354 Generalità e caratteristiche tecnologiche ....................................................354 D1.8 Processo di produzione dell’alluminio ...........................................355 Produzione dei semilavorati ......................................................................... 356 D1.9 Normativa UNI di riferimento ............................................................... 357 D1.10 Leghe di alluminio .................................................................................... 357 I principali elementi di lega e loro caratteristiche ......................................359 D1.11 Classificazione internazionale delle leghe di alluminio ......... 360 Anodizzazione delle leghe di alluminio ........................................................363 D1.12 Leghe leggere di magnesio...................................................................363 D1.13 Il rame ............................................................................................................ 364 D1.14 Le leghe di rame ....................................................................................... 366 D1.15 Bronzo ............................................................................................................367 D1.16 Ottone ............................................................................................................ 368 Designazione degli ottoni .............................................................................. 369 D1.17 Designazione ISO delle leghe di rame ..............................................370 D1.18 Zinco ................................................................................................................ 373 D1.19 Piombo .......................................................................................................... 373 D1.20 Leghe antifrizione ..................................................................................... 374 VERIFICA UNITÀ D1 ....................................................................................................... 375 Unità D2 Materie plastiche D2.1 Materie plastiche ....................................................................................... 378 Unità D1 Materiali metallici ferrosi e non ferrosi D1.1 Materiali per le costruzioni meccaniche .........................................345 Materiali metallici ferrosi ................................................................................345 Materiali metallici non ferrosi ........................................................................345 Materie plastiche ............................................................................................345 Materiali compositi ......................................................................................... 346 D1.2 Materiali metallici ferrosi ...................................................................... 346 D1.3 Classificazione degli acciai.................................................................. 346 Acciai legati (speciali).....................................................................................347 D1.4 Normative UNI sugli acciai ................................................................... 348 D1.5 Le ghise ......................................................................................................... 351 Generalità ......................................................................................................... 351 D1.6 I vari tipi di ghisa .......................................................................................352 La normativa UNI ............................................................................................. 378 Polimeri termoplastici ..................................................................................... 378 Processi di lavorazione dei materiali termoplastici ................................... 379 Polimeri termoindurenti ................................................................................. 380 Elastomeri ........................................................................................................381 D2.2 Cenni sui materiali compositi ............................................................. 382 VERIFICA UNITÀ D2 ..................................................................................................... 385 VERIFICHE SOMMATIVE MODULO D ...................................................................... 387 Appendice ..........................................................................................................391 Come utilizzare il coupon per scaricare la versione digitale del libro (eBook+) e i contenuti digitali integrativi (risorse online) ...................................412 V Presentazione Il testo è destinato agli studenti degli Istituti Tecnici Tecnologici indirizzo Meccanica, Meccatronica ed Energia. L’opera è articolata in due volumi, il primo indirizzato agli studenti del secondo biennio consegue la finalità di completare quanto già sviluppato nel primo biennio allargando l’orizzonte dei disegnatori dalla mera manualità, all’applicazione delle ferree regole della progettazione in un crescendo di giustificata difficoltà. Si tratta di un percorso logico che lo studente, che approccia al disegno prima e alla progettazione poi, deve compiere per comprendere in maniera chiara e con cognizione di causa i processi produttivi che sono alla base della moderna organizzazione industriale. Il secondo volume (per le classi quinte dei medesimi istituti) abbraccia i concetti fondamentali degli studi di fabbricazione e dell’organizzazione industriale con lo sviluppo di cicli di lavorazione da realizzare su macchine tradizionali e CNC. Viene dato ampio spazio ad attrezzi e utensili per le differenti macchine utilizzate nei processi produttivi, integrando con una serie di esercizi di programmazione svolti su torni CNC e su centri di lavoro. La pianificazione della produzione, i sistemi di gestione qualità secondo la ISO 9001 e la salute e la sicurezza nei luoghi di lavoro secondo il D.Lgs. 81/08 e s.m.i., completano il ciclo della filiera produttiva. Alcune Norme UNI citate nel testo sono state ritirate senza sostituzione, ma ancora abbondantemente utilizzate da produttori, da Uffici Tecnici e Aziende e a disposizione sullo store online dell’UNI. Il corso recepisce le indicazioni ministeriali sui nuovi Istituti Tecnici del settore tecnologico ed è in linea con quanto previsto dall’editoria scolastica in materia di libri digitali. IMPOSTAZIONE DIDATTICA L’opera, sviluppata in moduli, pone nell’introduzione di ciascuna unità una serie di obiettivi da raggiungere caratterizzati da competenze, conoscenze e abilità attese, verificate al termine delle stesse con prove di verifica formativa. Al fine di fornire agli studenti un valido supporto didattico e di autovalutazione, in ciascuna unità sono previsti test di verifica a risposta breve e test vero/falso; inoltre l’azione di verifica e autovalutazione è completata da una serie di esercizi svolti e proposti attraverso i quali lo studente potrà determinare il suo grado di apprendimento. Al termine di ogni modulo è prevista una verifica sommativa strutturata analogamente alle verifiche formative. Un’area di progetto conclude la fase della conoscenza o del “SAPERE”, per affrontare la fase del “SAPER FARE” e del “SAPERE COME FARE”. Verranno quindi sviluppati due progetti nei quali gli studenti potranno dimostrare le competenze acquisite nello studio dei moduli precedenti. AREA DIGITALE L’area digitale dell’e-Book+ comprende: test di verifica interattivi vero/falso; tavole di consultazione. VI MATERIALI ONLINE Sul sito www.hoepliscuola.it, è disponibile una Guida docente che contiene due progetti interamente svolti, anche in ottica CLIL, oltre all’indice completo e a un estratto delle slide in PowerPoint disponibili online e su chiavetta USB. I docenti potranno svolgere le lezioni mediante LIM riducendo il più possibile le lezioni frontali. COMPETENZE GENERALI RELATIVE ALL’INDIRIZZO E ALL’ARTICOLAZIONE L’indirizzo Meccanica, Meccatronica ed Energia ha lo scopo di far acquisire allo studente al termine del percorso quinquennale specifiche competenze nell’ambito dei diversi contesti produttivi, le tematiche e le competenze connesse alla progettazione, la realizzazione e la gestione dei sistemi produttivi e l’organizzazione del lavoro. In particolare nell’articolazione Meccatronica, secondo le Linee guida ministeriali, si acquisiscono competenze che caratterizzano il profilo professionale in relazione ai moderni processi produttivi, in un mercato interno e internazionale sempre più competitivo e globalizzato. COMPETENZE GENERALI RELATIVE ALLA DISCIPLINA La disciplina Disegno Progettazione e Organizzazione Industriale deve concorrere, nell’ambito della programmazione del consiglio di classe, al raggiungimento dei seguenti risultati di apprendimento, espressi in termini di competenze: ◗ conoscere le principali norme del disegno tecnico e saperle applicare; ◗ utilizzare software mediante i quali realizzare particolari e semplici progettazioni; ◗ conoscere le principali macchine utensili e i loro principi di funzionamento; ◗ conoscere il campo dei materiali per poter effettuare scelte in merito al loro trattamento e lavorazione; ◗ agire nel controllo e nella conduzione dei processi, rispetto ai quali un tecnico è in grado di contribuire all’innovazione e all’adeguamento tecnologico e organizzativo; ◗ gestire progetti secondo le procedure e gli standard previsti dai sistemi aziendali di gestione della qualità e della sicurezza; ◗ redigere relazioni tecniche e documentare le attività individuali e di gruppo; ◗ elaborare cicli di lavorazione, analizzando e valutando i costi; ◗ redigere istruzioni tecniche e manuali di uso; ◗ utilizzare gli strumenti di comunicazione e di team working più appropriati per intervenire in contesti organizzativi e professionali di riferimento. RINGRAZIAMENTI Si ringraziano le seguenti aziende che hanno fornito immagini e/o cataloghi da cui trarre spunto per esempi di pratica utilità didattica: Bulloneria Emiliana (Srl), San Cesario sul Panaro (MO); Canepari Ingranaggi, Parma; EUROTRAS s.r.l.s.u., Bascapè (PV); Mollificio Bergamasco S.p.A., Carvico (BG); Redaelli Tecna S.p.A, Milano; SKF Italia; Latermec, Torrile (PR). Un particolare ringraziamento va all’Ing. Carlo Formentini per la consulenza informatica, alla ditta F.Q.S. Snc di Acestilli Davide & C., per il supporto tecnico e all’Ing. Alessadro Casappa per la consulenza tecnica. Una dedica speciale a Sissi, Alan, Benedetta, Carlo, Vittoria, Violante, Enea... eccellenti motivatori. Vincenzo Risolo Bruna Bassi VII L’OFFERTA DIDATTICA HOEPLI L’edizione Openschool Hoepli offre a docenti e studenti tutte le potenzialità di Openschool Network (ON), il nuovo sistema integrato di contenuti e servizi per l’apprendimento. Edizione OPENSCHOOL + + + LIBRO DI TESTO eBOOK+ RISORSE ONLINE PIATTAFORMA DIDATTICA Il libro di testo è l’elemento cardine dell’offerta formativa, uno strumento didattico agile e completo, utilizzabile autonomamente o in combinazione con il ricco corredo digitale offline e online. Secondo le più recenti indicazioni ministeriali, volume cartaceo e apparati digitali sono integrati in un unico percorso didattico. Le espansioni accessibili attraverso l’eBook+ e i materiali integrativi disponibili nel sito dell’editore sono puntualmente richiamati nel testo tramite apposite icone. L’eBook+ è la versione digitale e interattiva del libro di testo, utilizzabile su tablet, LIM e computer. Aiuta a comprendere e ad approfondire i contenuti, rendendo l’apprendimento più attivo e coinvolgente. Consente di leggere, annotare, sottolineare, effettuare ricerche e accedere direttamente alle numerose risorse digitali integrative. Scaricare l’eBook+ è molto semplice. È sufficiente seguire le istruzioni riportate nell’ultima pagina di questo volume. Il sito della casa editrice offre una ricca dotazione di risorse digitali per l’approfondimento e l’aggiornamento. Nella pagina web dedicata al testo è disponibile MyBookBox, il contenitore virtuale che raccoglie i materiali integrativi che accompagnano l’opera. Per accedere ai materiali è sufficiente registrarsi al sito www.hoepliscuola.it e inserire il codice coupon che si trova nella terza pagina di copertina. Per il docente nel sito sono previste ulteriori risorse didattiche dedicate. La piattaforma didattica è un ambiente digitale che può essere utilizzato in modo duttile, a misura delle esigenze della classe e degli studenti. Permette in particolare di condividere contenuti ed esercizi e di partecipare a classi virtuali. Ogni attività svolta viene salvata sul cloud e rimane sempre disponibile e aggiornata. La piattaforma consente inoltre di consultare la versione online degli eBook+ presenti nella propria libreria. È possibile accedere alla piattaforma attraverso il sito www.hoepliscuola.it. Modulo A LA NORMATIVA TECNICA Lo scopo di questo modulo è fornire una preparazione a chi, per motivi differenti, potrebbe non avere acquisito le competenze necessarie per affrontare gli argomenti dei moduli successivi. Si trattano le tematiche riguardanti gli elementi fondamentali del disegno tecnico: i tipi di linea, i formati dei fogli di disegno, la simbologia, la scala, il riquadro delle iscrizioni ecc. Vengono rivisitate le proiezioni ortogonali e le differenti tipologie di campitura (sezioni). Un’unità è dedicata esclusivamente alla quotatura e vengono analizzati tutti i possibili casi in cui può essere quotato un particolare meccanico. A1 Terminologia e formato dei fogli da disegno A2 I simboli, le linee, la scala A3 Le proiezioni ortogonali, le sezioni, la campitura A4 La quotatura UnitÀ A1 Terminologia e formato dei fogli da disegno CONOSCENZE ➜ Conoscere il significato di unificazione e le funzioni di ISO, CEN e UNI. ➜ Conoscere e saper definire il disegno di insieme, di un gruppo, di un particolare. ➜ Conoscere i formati A1, A2, A3 e A4, prendendo come base il formato A0. ➜ Conoscere i formati allungati e le relative dimensioni. ➜ Conoscere il significato di formato di riferimento. ➜ Conoscere la distanza dai bordi della cornice nel caso dei formati A0 e A1 e nel caso in cui il disegno debba essere fascicolato. ➜ Conoscere la funzione del codice disegno e come si definisce. ➜ Conoscere la funzione del riquadro delle iscrizioni. ABILITÀ ➜ Saper ricercare una norma tecnica e saperla interpretare. ➜ Saper dare una corretta definizione di disegno e saper distinguere un disegno di gruppo, di particolare, di insieme. ➜ Saper scegliere un formato specifico e piegarlo in maniera corretta. ➜ Conoscere l’importanza del riquadro delle iscrizioni e sapere come si costruisce. ➜ Saper compilare una distinta componenti. COMPETENZE ➜ Conoscendo le norme tecniche, attraverso l’abilità acquisita, sapere come cercarle, leggerle e interpretarle. ➜ Conoscere le definizioni del disegno tecnico, per dare una corretta interpretazione a un elaborato. ➜ Conoscere e saper fare scelte sui formati dei fogli da disegno, per produrre un elaborato in ottemperanza alle norme di riferimento. 2 Terminologia e formato dei fogli da disegno Unità A1 A1.1 IL DISEGNO TECNICO GENERALITÀ Qualunque manufatto, per essere realizzato, richiede una comunicazione che avviene attraverso un linguaggio appropriato, mediante il quale un operatore realizza ciò che un progettista o un disegnatore ha ideato e disegnato. Il linguaggio attraverso il quale disegnatore e operatore comunicano è il disegno. Questo tipo di comunicazione è indipendente dalla distanza fisica tra i due interlocutori e dalla lingua che essi abitualmente parlano. Sempre più spesso, per effetto della globalizzazione dei mercati, ci troviamo di fronte a progetti asiatici o indiani o americani realizzati in Europa o progetti europei realizzati in ogni angolo del mondo e questo non solo nel campo della meccanica o della cantieristica. Pensiamo, infatti, alla progettazione e alla realizzazione di aerei, transatlantici, centrali elettriche, automobili, oppure oggetti più piccoli come: rubinetti, bottiglie, vasetti, piastrelle ecc. Che cosa accade se un particolare di una macchina realizzata in Italia, ma che opera in Giappone si rompe e deve essere sostituito? Il particolare (definito pezzo di ricambio) è costruito in Italia e spedito oppure portato e montato da personale specializzato, oppure viene spedito il disegno e operatori giapponesi realizzano il particolare progettato in Italia e provvedono direttamente alla sua sostituzione. Il disegno è un linguaggio universale, un sistema di simboli tecnici che formano un vocabolario universale ben noto a disegnatori e operatori di produzione. La leggibilità deve essere chiara e l’interpretazione dei simboli usati deve essere la medesima per chiunque. Il disegno riproduce graficamente un’idea e non deve dare adito a interpretazioni diverse dall’intenzione del progettista. È indispensabile che il linguaggio usato nei disegni, come tutte le lingue, abbia le sue regole “grammaticali” certe e rispettate, in misura talvolta maggiore di altre forme di comunicazione. Queste regole o convenzioni, consentono di rappresentare in maniera schematica un particolare elemento, facendo risparmiare tempo nell’esecuzione, semplificando il disegno e rendendolo comprensibile in modo rapido e preciso. Occorre altresì che il numero degli elementi sottoposti a convenzioni, sia limitato e organizzato secondo una determinata designazione. Di fondamentale importanza sarà poi l’assoluto rispetto di queste regole da parte dei costruttori. Le unificazioni La modalità di fissare convenzioni di rappresentazione e definirle adeguatamente alle necessità tecniche delle differenti tipologie di organi, materiali, prove, prende il nome di unificazione. È compito degli Organi Nazionali recepire e pubblicare nel proprio Paese le tabelle comprendenti le prescrizioni e le regole che, con il progredire delle tecnologie meccaniche, elettriche, elettroniche, architettoniche ecc., si rendano necessarie. 3 Modulo A La normativa tecnica TAB. A1.1 Condizione necessaria è che ogni Ente di Unificazione Nazionale, nel recepire ed emanare le Norme, faccia in modo che esse concordino con quelle emanate dal sistema internazionale. Esiste una federazione internazionale denominata ISO (International Organization for Standardization) che ha il precipuo scopo di fissare le unificazioni internazionali. Anche l’Unione Europea si è mossa in questa direzione e ha individuato una serie di barriere tecniche da eliminare; barriere rappresentate da norme e regolamentazione diverse nei vari Paesi. Gli stati europei si sono impegnati ad armonizzare le singole norme esistenti, riferendosi a una normazione internazionale elaborata dal CEN (Comitè Europèen de Normalisation). In Italia, l’Ente di Unificazione è denominato UNI (Unificazione Nazionale Italiana). Al suo interno l’UNI è suddiviso in Commissioni che si occupano dei vari settori di attività. Al CEN sono federati diversi Enti che operano per temi e settori differenti. L’UNI pubblica e aggiorna le Norme che hanno ormai superato le cinquemila unità. Per quanto detto sopra, solo una parte di esse interessa il settore metalmeccanico ed è solo di una parte di esse che parleremo in questa unità. Alcune norme sono state ritirate e non sostituite, ma sono citate in questo volume perché molti produttori e utilizzatori vi fanno ancora riferimento e sono tuttora reperibili per l’acquisto nello store UNI. L’intento è quello di fornire agli allievi la possibilità di apprendere l’uso della norma mediante l’applicazione pratica della norma stessa. Parlando ad esempio delle filettature o delle rugosità, limiteremo il nostro campo di studio alla sola simbologia e alla loro rappresentazione grafica con relative tabelle, senza avventurarci nei complessi labirinti normativi che potranno essere sviluppati come attività di approfondimento. Imparare facendo è lo spirito con cui, si auspica, gli studenti si avvicineranno a questo nuovo modo di studiare. In tal modo, al termine del primo anno del secondo biennio di studio, saranno acquisite quelle conoscenze e competenze per l’interpretazione della Normativa UNI, che consentiranno allo studente di rappresentare in maniera chiara e inequivocabile, attraverso il linguaggio tecnico, differenti organi meccanici e leggere disegni di particolari e semplici disegni di insieme. Nella tabella sottostante, Tab. A1.1, sono riportati i più importanti enti di unificazione e lo Stato di appartenenza. ENTI DI UNIFICAZIONE STATO Internazionale Italia Francia Germania Inghilterra Spagna C.S.I. Comunità Europea Giappone USA USA USA 4 ENTE ISO UNI AFNOR DIN BSI AENOR GOST EURONORM JIS SAE AISI ASTM ORGANISMO International Standard Organization Unificazione Nazionale Italiana Association Française de Normalisation Deutsche Industrie Normen British Standards Institution Asociación Española de Normalización y Certificación Unific. Governat. delle Rep. Sovietiche Norme Europee Japanese Industrial Standard Society Atomotive Engineers American Iron & Steel Institute American Society for Testing & Material Terminologia e formato dei fogli da disegno Unità A1 A1.2 DEFINIZIONI E TERMINOLOGIA Numerose sono le definizioni di disegno e, al fine di regolamentare la materia, la Norma UNI ISO 10209-1:1995, seppur nata per chiarire definizioni e significati, resta vaga come per certi aspetti il concetto stesso di disegno. TAB. A1.2 Estratto dalla UNI ISO 10209-1:1995 Disegni tecnici - Terminologia - Tipi di disegno Nella tabella UNI ISO 10209-1:1995 sono elencati in ordine alfabetico i vari tipi di disegni tecnici che possono essere eseguiti. È bene che ogni disegnatore conosca la terminologia unificata, che qui viene riportata, eccetto alcuni termini (es. disegno a matita, disegno a mano libera ecc.) che sono di uso comune e non richiedono definizione o che non interessano il disegno meccanico. 1 Abbozzo • 2 Bozza: Rappresentazione grafica generalmente a 26 Disegno dl percorso: Disegno che rappresenta il collegauno stadio iniziale di elaborazione, suscettibile di variazioni per mento materiale o logico tra diversi sistemi (es. mediante tubazioni, cavi, connessioni logiche ecc.). quanto attiene la sua stesura definitiva. 5 Diagramma: Rappresentazione grafica, generalmente in un 27 Disegno di perizia: Disegno utilizzato come ausilio alla stesistema di coordinate, esprimente la relazione tra due o più va- sura di una perizia. riabili. 6 Disegno: Rappresentazione grafica comunque eseguita su di 28 Disegno dl progetto: Disegno eseguito come ausilio alla progettazione. In relazione ai vari livelli: può contenere maggiori un supporto qualsiasi (v. n. 40) o minori particolari (rientrano in questo termine i n. 12 e 16) 10 Disegno automatico: Disegno eseguito con elemento tracciante guidato automaticamente. 29 Disegno di sottoinsieme: Equivale al n. 18. 11 Disegno come costruito: Disegno che rappresenta un 30 Disegno di spedizione: Disegno con le informazioni necescomponente o una costruzione intera nella loro configurazione sarie per il trasporto dell’oggetto rappresentato. realmente eseguita. 12 Disegno costruttivo: Disegno corredato da tutte le informa- 31 Disegno manuale: Disegno eseguito manualmente con o zioni necessarie per costruire e controllare l’oggetto rappresentato. senza l’ausilio di attrezzi. 13 Disegno di approvazione: Disegno eseguito per ottenere 33 Disegno per comando numerico: Disegno predisposto per facilitare la programmazione manuale o automatica di pezzi da un benestare. costruire con macchine a comando numerico. 14 Disegno di autorizzazione: Disegno eseguito per ottenere 34 Disegno pittografico: Disegno che, con buona approssimazione, mostra una vista tridimensionale dell‘oggetto (es. disegni un’autorizzazione (enti pubblici). in assonometria o in prospettiva). 15 Disegno di brevetto: Disegno eseguito seconda le prescrizioni dell’ufficio brevetti. 35 Disegno preliminare: Equivale ai n. 1, 2. 16 Disegno di calcolo: Disegno generalmente eseguito come 36 Disegno prestampato parzialmente: Disegno che viene completato in relazione alla specifica applicazione. ausilio per Io svolgimento di calcoli. 17 Disegno di componente: Disegno che rappresenta un og- 37 Disegno rilevato: Disegno ottenuto mediante rilievo diretto. getto facente parte di un insieme di ordine superiore (v. n. 18, 20) . 18 Disegno dl gruppo: Disegno che rappresenta con maggiori 38 Disegno schematico: Disegno con alto grado di astrazione e simbolismi. informazioni una parte di un insieme (v. n. 20). 19 Disegno di imballaggio: Disegno con le informazioni ne- 39 Disegno semplificato: Disegno esprimente la funzione e le dimensioni fondamentali di un oggetto, semplificando la sua cessarie per l’imballaggio di un prodotto. configurazione reale. 20 Disegno di insieme: Disegno che rappresenta gruppi e/o 40 Disegno tecnico: Disegno eseguito con finalità tecniche, in relazione sia alle modalità di stesura, sia alle informazioni tracomponenti di un insieme nella loro posizione reciproca. smesse (in generale si dice semplicemente “disegno”) (n. 6). 21 Disegno dl installazione: Disegno che fornisce informazio- 41 Originale: Disegno eseguito in modo diretto, generalmente in esemplare unico, e conservato in modo duraturo. ni necessarie alla posa in opera di un insieme. 22 Disegno di montaggio: Disegno che rappresenta un insie- 43 Riproduzione: Rappresentazione grafica ottenuta mediante me o un gruppo con le informazioni relative all‘assemblaggio dei un qualsiasi procedimento di riproduzione (es. eliografico, elettrostatico, fotografico, microfilm). vari componenti. 23 Disegno di offerta: Disegno utilizzato come ausilio di spe- 44 Schizzo: Disegno eseguito usualmente a mano libera e che cificazioni tecniche sia nelle richieste di offerte, sia nelle offerte. può trascurare l’accuratezza grafica senza compromettere l’interpretazione. Generalmente è uno stadio preparatorio di ulteriori livelli di rappresentazione. 24 Disegno di ordinazione: Disegno utilizzato come ausilio di 45 Segno grafico: Figura convenzionale per trasmettere un messaggio. capitolati di ordinazione. 25 Disegno dl particolare: Disegno tecnico che rappresenta un singolo particolare, con o senza relazioni o collegamenti con altre parti. 5 Modulo A La normativa tecnica Il disegno, nella tabella UNI ISO 10209-1:1995, è definito come “Rappresentazione grafica comunque eseguita su di un supporto qualsiasi”. La medesima tabella definisce in maniera più puntuale il concetto di disegno tecnico. Si definisce semplicemente disegno, un disegno eseguito con finalità tecniche, in relazione sia alle modalità di stesura, sia alle informazioni trasmesse. Tra le molteplici definizioni richiamate dalla Tab. A1.2, si ritiene utile porre l’attenzione su una parte della terminologia utilizzata che ci consentirà di comprendere meglio, nel proseguo del corso, i concetti espressi. Un disegno è classificabile in relazione al rapporto con le parti che lo costituiscono. Avremo allora, come recita la Norma UNI: Il disegno d’insieme è definito come un disegno che rappresenta gruppi e/o componenti di un insieme nella loro posizione reciproca. Il disegno di gruppo è definito come un disegno che rappresenta con maggiori informazioni una parte di un insieme. Il disegno di particolare rappresenta un singolo particolare con o senza relazioni o collegamenti con altre parti. FIG. A1.1 Classificazione dei disegni CLASSIFICAZIONE DEI DISEGNI Disegno di insieme o complessivo Disegno di gruppo Disegno di particolare In un disegno di insieme, detto anche complessivo, i singoli particolari che lo compongono devono essere identificati da un numero inserito in un cerchio (pallinatura). A tale numero, inserito in una tabella nello stesso foglio, corrisponderà la posizione nel complessivo, la denominazione, la quantità di pezzi da produrre, il materiale di cui è costituito, il codice disegno ed eventuali note per trattamenti superficiali e altre specifiche tecniche. Tutte queste indicazioni devono essere riportate nel disegno del particolare a cui si riferiscono. Questa tabella ha diverse funzioni di cui riportiamo le più importanti: ◗ la relazione tra i vari particolari; ◗ la specifica se si tratta di elemento commerciale o se deve essere prodotto; ◗ un elenco dettagliato per l’Ufficio acquisti che dovrà provvedere all’approvvigionamento; ◗ determinare la pianificazione di produzione; ◗ determinare il costo di produzione. 6 Terminologia e formato dei fogli da disegno Unità A1 FIG. A1.2 Distinta componenti Tale tabella deve essere presente in tutti i disegni e prende il nome di Distinta componenti. Nella figura sottostante, Fig. A1.2, si riporta un esempio. La norma di riferimento è la UNI ISO 7573. Possono essere realizzati dei disegni di insieme di carattere speciale per scopi ben determinati, per esempio: per predisporre layout di installazioni macchine, per evidenziare il montaggio dei vari particolari, per l’inserimento in manuali di uso e manutenzione, per la compilazione di cataloghi o listini, per basamenti di fondazione o specifici collegamenti con strutture in cemento armato o vie di corsa (nel caso di carroponti) ecc. I disegni di insieme non hanno tutte le quote necessarie alla costruzione dei singoli particolari; questa specificità è riservata ai disegni di particolare che rappresentano in maniera esaustiva l’indicazione del materiale, le lavorazioni da eseguire, la finitura delle superfici, eventuali trattamenti, le quote, le tolleranze ecc. La quotatura dei disegni d’insieme è finalizzata esclusivamente alle quote d’ingombro. IL CODICE DEI DISEGNI I disegni sono sempre codificati per facilitare la loro tracciabilità. Il codice che caratterizza ogni singolo elaborato è determinato dall’Ufficio tecnico. Generalmente tale codice è definito codice parlante in quanto, essendo costituito da specifici caratteri alfanumerici che richiamano la proprietà, l’anno di costruzione della macchina, la tipologia di macchina, se è un particolare tornito, fresato, commerciale ecc., conoscendo il codice di inserimento dei vari dati, si è anche in grado di interpretarlo. L’insieme di tutti questi elementi costituisce un codice disegno ma, non esistendo una specifica norma che stabilisca le modalità del codice stesso, ogni azienda è libera di personalizzarlo secondo le proprie esigenze. 7 Modulo A La normativa tecnica FIG. A1.3 Disegno di insieme o complessivo 8 Terminologia e formato dei fogli da disegno Unità A1 FIG. A1.4 Disegno di gruppo 9 Modulo A La normativa tecnica FIG. A1.5 Disegno di particolare 10 Terminologia e formato dei fogli da disegno Unità A1 A1.3 FORMATI DEI FOGLI DA DISEGNO E DISPOSIZIONE DEGLI ELEMENTI GRAFICI I fogli per il disegno devono avere corrispondenza con la Norma UNI EN ISO 5457:2010, ma esistono altre norme relative a formati differenti da quelli utilizzabili per il disegno tecnico (per esempio: fogli per formati artistici, carte da lettere e altro). Il formato base A0 è un foglio con area di 1 m2, di forma rettangolare con lato maggiore 1189 e lato minore 841 mm. Il rapporto tra lato più lungo e lato più corto è: 2 . Questa formula ci consente di conoscere tutti gli altri formati che si ottengono dimezzando il lato più lungo e mantenendo invariato il rapporto tra i lati. È possibile ottenere ogni formato successivo, partendo dal formato A0, dividendo per due il lato maggiore come si evince dalla Fig. A1.6. FIG. A1.6 Formato dei fogli da disegno La designazione dei fogli da disegno è contraddistinta dalla lettera A, seguita da un numero che corrisponde al numero di dimezzamento per giungere al formato desiderato, ovviamente partendo dal formato base indicato con la sigla A0. Come si evince dalla Fig. A1.6, si utilizzano anche i formati A5 e A6, ma non per il disegno tecnico per il quale il formato A4 costituisce il formato minimo di riferimento. 11 Modulo A La normativa tecnica Nel disegno tecnico sono previsti altresì formati allungati le cui dimensioni si ottengono moltiplicando n volte la metà del lato minore e sommando il prodotto ottenuto al valore della base. Ad esempio A4 × 4 è un formato 297 × 210 ottenuto con la seguente relazione: 210 + (210 : 2) × 4 = 630 Le dimensioni dei fogli da disegno possono avere un errore di ±2 mm fino a 600 mm; per dimensioni superiori l’errore massimo ammissibile è di ±3 mm. Quando i fogli da disegno sono utilizzati con il lato più lungo tenuto orizzontalmente come base, si dice che sono utilizzati in orizzontale (o secondo la ISO Tipo X), se vengono utilizzati tenendo come base il lato minore si diranno in verticale (o secondo la normativa ISO Tipo Y). In genere, i disegni tecnici riportano, in corrispondenza dell’angolo inferiore destro, un riquadro per le iscrizioni; tale riquadro fornisce il senso di lettura del disegno stesso. FORMATO DEI FOGLI DA DISEGNO I fogli vengono squadrati con una cornice tracciata mediante linea continua di spessore 0,5 mm, posta dal bordo del foglio a 20 mm per i formati A0 e A1 mentre tale bordo risulta essere di 10 mm per gli altri formati. Qualora i fogli debbano essere fascicolati, come evidenziato nella Fig. A1.7, il bordo può essere aumentato a 20 mm e sempre sul lato sinistro per consentire la foratura. FIG. A1.7 Squadratura dei fogli da disegno Scala graduata e sistema di coordinate Per i disegni da sottoporre a microfilmatura, si raccomandata il tracciamento di una scala graduata e di un sistema di coordinate come indicato nella Fig. A1.8. In tali disegni possono essere riportate ulteriori indicazioni allo scopo di precisare posizioni e riferimenti dei disegni stessi sui fogli, in maniera specifica per esigenze di riproduzione, quali per esempio: ◗ Riferimenti di centratura localizzata nella mezzeria dei lati per consentire la centratura del foglio sulla tavola dell’apparecchio di microfilmatura (vedi Norma UNI ISO 6428). 12 Terminologia e formato dei fogli da disegno Unità A1 ◗ Scala graduata di riferimento localizzata sul margine orizzontale, appoggiata alla squadratura e simmetrica rispetto al riferimento di centratura. FIG. A1.8 Scala graduata e sistema di coordinate formati A0-A1 ◗ Coordinate localizzate sempre sul margine, aventi maglie di dimensioni comprese tra i 25 e i 75 mm e contraddistinte da lettere sul lato minore e numeri sul lato maggiore. ◗ Riferimenti di orientamento e segni per la rifilatura completano questa tipologia di squadratura. FIG. A1.9 Scala graduata e sistema di coordinate formati A2-A3-A4 13 Modulo A La normativa tecnica A1.4 PIEGATURA DEI FOGLI DA DISEGNO Qualunque sia il tipo di formato può essere piegato secondo precise regole che consentono di ridurre le dimensioni fino a renderle uguali a quelle del formato A4, facilitandone l’archiviazione. Le modalità di piegatura di un foglio sono evidenziate nella Fig. A1.10. FIG. A1.10 Piegatura dei fogli da disegno 14 Terminologia e formato dei fogli da disegno Unità A1 VERIFICA UnitÀ Domande a risposta breve 1 Fornisci una definizione di unificazione. 2 Spiega la funzione della normativa del disegno tecnico. A1 ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 3 Fornisci una definizione di disegno di particolare. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 4 Descrivi la differenza sostanziale tra il disegno di particolare e il disegno di gruppo. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 5 Qual è il formato minimo di riferimento? 6 Cosa rappresenta la scala graduata nella squadratura del foglio? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 7 Quali sono le dimensioni del formato A0? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 8 Come si chiama l’ente italiano che si occupa della emanazione e aggiornamento delle norme concernenti il disegno tecnico? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 9 Cos’è la distinta dei componenti? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 10 Quali sono le caratteristiche principali della distinta dei componenti? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... Test vero o falso 1 La Norma UNI ISO 10209-1:1995 definisce la terminologia delle varie tipologie di disegno. 2 Il disegno d’insieme riporta tutte le quote dei particolari. 3 La pallinatura ha la funzione di identificare tutti gli elementi che costituiscono un disegno d’insieme. 4 La distinta componenti ha la funzione di verificare che il disegnatore abbia disegnato tutto. 5 Il codice disegno viene stabilito dall’Ufficio tecnico. 6 Il codice disegno si definisce “parlante” perché a esso è collegato un file audio. 7 Il formato A0 ha un’area di 1 m2. 8 Le dimensioni di un formato A4 sono 210 × 297. 9 Le dimensioni dei formati dei fogli da disegno possono avere un errore di ±10 mm. 10 I formati A5 e A6 non si usano per il disegno tecnico. V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F 15 UnitÀ A2 I simboli, le linee, la scala CONOSCENZE ➜ Conoscere il significato del riquadro delle iscrizioni e della norma che ne definisce le caratteristiche. ➜ Conoscere le prescrizioni della Norma UNI EN ISO 3098-1:2015 e di cosa si occupa. ➜ Conoscere la norma che definisce spessori e significato delle linee utilizzate nel disegno tecnico. ➜ Conoscere i vari tipi di scala e cosa si intende per scala naturale. ➜ Conoscere cosa rappresenta la scala nell’esecuzione di un disegno tecnico. ABILITÀ ➜ Saper compilare un riquadro delle iscrizioni in tutte le sue parti. ➜ Saper utilizzare con competenza i differenti tipi di linea utilizzati nel disegno tecnico. ➜ Saper utilizzare le scale negli elaborati grafici. ➜ Sapere distinguere l’utilità della scala 1:1 rispetto a scale di ingrandimento o di riduzione. ➜ Saper applicare le prescrizioni previste dalla Norma UNI EN ISO 3098-1:2015 relativa alle altezze dei testi nei disegni. COMPETENZE ➜ Disegnare e compilare secondo normativa un riquadro delle iscrizioni in tutte le sue parti. ➜ Disegnare scegliendo la scala più opportuna. ➜ Applicare le altezze dei testi come previsto da specifica norma nell’esecuzione di un disegno. ➜ Applicare con competenza l’utilizzo di lettere consigliate e non consigliate. ➜ Impostare un disegno in un particolare formato, conoscendo le dimensioni del foglio e la scala utilizzata. 16 I simboli, le linee, la scala Unità A2 A2.1 RIQUADRI DELLE ISCRIZIONI NEI DISEGNI TECNICI Ogni foglio, contenente un disegno, deve avere nell’angolo inferiore destro, quello che comunemente è chiamato cartiglio, ma che la Norma UNI EN ISO 7200:2007 definisce “Riquadro delle iscrizioni”. Nel riquadro delle iscrizioni devono essere contenute tutte le informazioni necessarie per identificare, interpretare e utilizzare un disegno. Il riquadro delle iscrizioni ha una larghezza variabile da 175÷190 mm e un’altezza in funzione delle reali necessità. È costituito da due zone: una principale e una secondaria come evidenziato in Fig. A2.1. La zona principale deve contenere La zona secondaria deve contenere § La ragione sociale dell’Azienda § La posizione occupata dal particolare nel disegno di § Il numero o il codice del disegno § La denominazione del particolare § Il nominativo del disegnatore § La quantità di particolari nel disegno di insieme o di (che determina la proprietà del disegno) § Il responsabile della revisione insieme o di gruppo gruppo § Le indicazioni delle quote senza tolleranza § Il materiale di cui è costituito il particolare § La scala con cui è stato realizzato il disegno § Eventuali trattamenti termici o di protezione § Il metodo della proiezione utilizzato § Altri elementi identificativi § La data di esecuzione FIG. A2.1 Riquadro delle iscrizioni A2.2 GRAFICA DEI SIMBOLI Come si è precedentemente visto, il disegno rappresenta il linguaggio della tecnica ed è quindi logico che le prime forme di normazione siano state finalizzate a stabilire con chiarezza e uniformità di significato la forma grafica dei caratteri alfabetici, numerici e dei simboli. Si è passati dal normografo alle lettere ricalcabili per arrivare ai differenti stili di font di un computer, transitando per la personalizzazione dei bravi disegnatori che operavano a mano libera. 17 Modulo A La normativa tecnica L’evoluzione tecnologica ha modificato le modalità per imprimere su un disegno lettere, numeri e simboli per i quali devono sempre valere le prescrizioni previste dalla Norma EN ISO 3098-1:2015 che, tra le altre cose, recita: ◗ Distinguibilità dei caratteri (evitare per quanto possibile nelle indicazioni alfanumeriche, i caratteri D, I, J, l, Q che darebbero adito a possibile confusione con le cifre 0 e 1). ◗ Spaziatura tra i caratteri di spessore almeno doppio rispetto a quello delle linee al fine di evitare problemi in fase di riproduzione o di riduzione. ◗ Stessa grossezza di linea per i caratteri maiuscoli, minuscoli e cifre. ◗ Altezza dei caratteri non inferiore a 2,5 mm. Ricordiamo che le altezze normalizzate sono: 2,5, 3,5, 5, 7, 14, 20 mm. I formati A0 e A1 non possono avere altezze inferiori a 3,5 mm. ◗ Opportuno contrasto tra iscrizioni e sfondo ricordando che esistono specifiche prescrizioni per i disegni destinati alla microfilmatura. A2.3 LE LINEE NEL DISEGNO TECNICO: TIPOLOGIA, SPESSORE E APPLICAZIONE NEI DISEGNI Gli spessori e con essi il significato delle linee che vengono utilizzate nel disegno tecnico, sono stabiliti dalla Norma UNI EN ISO 128-20:2002. La denominazione delle varie linee è costituita da una lettera maiuscola dell’alfabeto: A, B, C, D ecc. Il rapporto fra gli spessori delle linee, è assunto considerando unitario lo spessore della linea Tipo A. Si richiama l’attenzione sul corretto utilizzo dei vari tipi di linea nel disegno tecnico, in quanto esse costituiscono una sorta di alfabeto di comunicazione attraverso il foglio da disegno. Nella Fig. A2.2, sono riportati i principali tipi di linea utilizzati nel disegno tecnico. FIG. A2.2 Principali tipi di linee Vediamo ora come vengono definite queste linee in quali occasioni si utilizzano e qual è lo spessore corrispondente (Tab. A2.1). 18 I simboli, le linee, la scala Unità A2 Denominazione Tipo A Tipo di linea Applicazione Spessore Continua grossa A1 Contorni e spigoli in vista 1 Tipo B Continua fine regolare B1 Spigoli fittizi in vista B2 Linea di misura B3 Linea di riferimento B4 Linea di richiamo B5 Tratteggi di sezioni B6 Contorni delle sezioni ribaltate in luogo B7 Assi di simmetria composti da un solo tratto 1 Tipo C Tipo D Continua fine irregolare Continua fine irregolare a zig-zag C1/ D1 Interruzioni di viste e di sezioni non coincidenti con l’asse di simmetria 1 Tipo E A tratti grossa E1 Contorni nascosti 1 Tipo F A tratti fine F1 Spigoli nascosti 1 Tipo G Mista fine G1 Assi di simmetria G2 Tracce di piani di simmetria G3 Traiettoria G4 Linee di circonferenze primitive 1 Tipo H Mista fine con estremità e cambio di direzione grossa H1 Tracce di piani di sezione Tipo J Mista grossa J1 Indicazione di superfici o zone oggetto di prescrizioni particolari 1 Mista fine a due tratti brevi K1 Contorno di pezzi vicini K2 Posizioni intermedie ed estreme di parti mobili K3 Contorni iniziali eliminati con successive lavorazioni (sovrametalli) K4 Parti posizionate anteriormente a un piano di sezione 1 Tipo K TAB. A2.1 Applicazioni dei vari tipi di linea ∕4 ∕4 ∕2 ∕4 ∕4 1-1∕4-1 ∕4 Nelle figure seguenti (Fig. A2.3 e Fig. A2.4) vediamo un esempio di rappresentazione convenzionale dei vari tipi di linea. FIG. A2.3 Esempio di applicazione dei vari tipi di linea 19 Modulo A La normativa tecnica FIG. A2.4 Applicazione dei vari tipi di linea A2.4 LA SCALA NEI DISEGNI TECNICI La scala con cui si effettua un disegno rappresenta il rapporto tra la dimensione reale del pezzo, supposto di grandezza unitaria e il numero di volte che il pezzo stesso si rappresenta ingrandito o ridotto. Si definiscono nel seguente modo: ◗ scala naturale se il rapporto fra la rappresentazione e il pezzo è 1:1; ◗ scala di riduzione se il rapporto è 1:2, cioè l’oggetto deve essere rappresentato sul foglio da disegno con dimensioni dimezzate rispetto a quelle che realmente possiede; ◗ scala di ingrandimento se il rapporto è 2:1. In questo caso le dimensioni dell’oggetto sono rappresentate nel disegno raddoppiate rispetto a quelle reali. La scala utilizzata in un disegno tecnico deve essere quella indicata nel riquadro delle iscrizioni. Quando in un disegno si usano più scale si indica la principale nel cartiglio, mentre le altre si pongono a fianco del numero di posizione o della lettera che indica la vista (o la sezione) di dettaglio. La Norma UNI EN ISO 5455, raccomanda le seguenti scale di ingrandimento o di riduzione: Scala di ingrandimento FIG. A2.5 Scale nei disegni tecnici SCALA NATURALE Scala di riduzione 20 50 :1 20 :1 10 :1 5 :1 2 :1 1:1 1:2 1:5 1 : 10 1 : 20 1 : 50 1 : 100 1 : 200 1 : 500 1 : 1000 Se dovessero essere necessari ingrandimenti o riduzioni, la gamma può essere estesa in entrambe le direzioni come rappresentato in Fig. A2.5. I simboli, le linee, la scala Unità A2 VERIFICA UnitÀ A2 Domande a risposta breve 1 Dove deve essere collocato il riquadro delle iscrizioni nel foglio da disegno? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 2 Qual è la norma di riferimento del riquadro delle iscrizioni? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 3 Che cosa deve contenere il riquadro delle iscrizioni nella zona principale? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 4 Che cosa prevede la Norma UNI EN ISO 3098-1:2015? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 5 Perché non devono essere utilizzati i caratteri D, I, J, l, Q? 6 Qual è l’altezza minima del testo nei formati A0 e A1? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 7 Per cosa è utilizzata la linea Tipo A? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 8 Per cosa è utilizzata la linea Tipo H? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 9 Che cosa rappresenta la scala in un disegno tecnico? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 10 La scala 1:5 è una scala di riduzione o ingrandimento? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... Test vero o falso 1 Il riquadro delle iscrizioni si dispone nell’angolo a sinistra del foglio. 2 La norma di riferimento del riquadro delle iscrizioni è la UNI EN ISO 7200:2007. 3 I caratteri D, I, J, l, Q non si dovrebbero utilizzare perché sono difficili da scrivere a mano libera. 4 Nei disegni l’altezza dei testi non deve essere maggiore di 2,5 mm. 5 Nei formati A0-A1 l’altezza massima utilizzabile è di 3,5 mm. 6 La denominazione dei vari tipi di linea è costituita da una lettera maiuscola. 7 La scala 2:1 è una scala di riduzione. 8 La linea tipo H si utilizza per indicare le tracce dei piani di sezione. 9 I rapporti fra gli spessori delle linee sono assunti considerando unitario lo spessore della linea Tipo A. V F V F V F V F V F V F V F V F V F 10 Gli spessori e il significato delle linee utilizzate nel disegno tecnico sono stabiliti dalla Norma UNI EN ISO 128-20:2002. V F 21 UnitÀ A3 Le proiezioni ortogonali, le sezioni, la campitura CONOSCENZE ➜ Conoscere la definizione di proiezione ortogonale e la norma di riferimento. ➜ Conoscere i differenti metodi di rappresentazione. ➜ Conoscere la norma che codifica le sezioni o campiture. ➜ Conoscere la definizione di sezione. ➜ Conoscere le differenti modalità di esecuzione delle sezioni. ➜ Conoscere qual è l’angolo delle linee di tratteggio. ➜ Conoscere quali sono gli elementi che non si tratteggiano. ➜ Sapere che le proiezioni ortogonali sui piani PV, PO, PL, si chiamano viste. ➜ Sapere quali sono gli elementi che non si sezionano. ABILITÀ ➜ Saper vedere e rappresentare una proiezione ortogonale. ➜ Saper applicare la norma di riferimento delle proiezioni ortogonali. ➜ Saper rappresentare un oggetto con il metodo europeo, americano e delle frecce. ➜ Saper rappresentare gli oggetti mediante le proiezioni prospettiche e le proiezioni assonometriche. ➜ Saper rappresentare le sezioni applicando la relativa norma di riferimento. ➜ Saper riconoscere l’inutilità delle viste sezionate superflue. COMPETENZE ➜ Disegnare oggetti utilizzando le più opportune proiezioni. ➜ Rappresentare qualunque tipo di sezione, conoscendo le specifiche norme tecniche. ➜ Saper applicare l’uso delle viste evitando quelle superflue. 22 Le proiezioni ortogonali, le sezioni, la campitura Unità A3 A3.1 LE PROIEZIONI ORTOGONALI: METODI DI PROIEZIONE GENERALITÀ Il metodo di rappresentazione di un oggetto attraverso le sue proiezioni ortogonali, è semplice e veloce, consente una rapida quotatura e l’apposizione di ogni altra valida indicazione per l’esecuzione dell’oggetto stesso. La maggiore difficoltà di questo sistema consiste nel fatto che l’intuizione della forma dell’oggetto richiede uno sforzo tanto maggiore quanto più complesso è il particolare. Il procedimento consiste nel proiettare l’oggetto sul foglio da disegno ortogonalmente e da distanza infinita. I raggi proiettati ne disegnano il contorno e le linee essenziali. La proiezione è la vista di un oggetto riportata sul piano di rappresentazione (il foglio da disegno), per mezzo di rette passanti per i punti più significativi dell’oggetto stesso. Le proiezioni ortogonali sono definite dalla Norma UNI EN ISO 5456-2:2001 che concorda con la ISO 128-82. Questa norma prevede due metodi di rappresentazione: ◗ il metodo europeo o del primo dietro (abbreviato con la sigla E); ◗ il metodo americano o del terzo dietro (abbreviato con la sigla A). La terza edizione della Norma UNI EN ISO 5456-2:2001, ha introdotto un terzo metodo di disposizione delle viste: il metodo delle frecce che può essere sostitutivo dei due metodi precedenti o complementare a essi. FIG. A3.1 Simboli grafici: a. metodo europeo b. metodo americano c. metodo delle frecce FIG. A3.2 Piani delle proiezioni ortogonali Volendo collocare nello spazio geometrico un oggetto di qualsivoglia forma, fissiamo alcuni elementi costituiti da tre piani fondamentali (un piano orizzontale, un piano verticale e un piano laterale tra loro ortogonali) e avremo la figura a lato Fig. A3.2. 23 Modulo A La normativa tecnica Come si può notare dalla Fig. A3.2, i piani x-z, y-x, z-y, identificano rispettivamente il piano verticale PV, il piano orizzontale PO e il piano laterale PL. L’asse x viene definito linea di terra LT. Le proiezioni ortogonali ottenute sul piano verticale, orizzontale e laterale, sono definite viste. Non esiste una norma che determini il numero di viste da realizzare, è la complessità dell’oggetto da rappresentare che ne determina il numero. È buona norma rappresentare un oggetto con il numero di viste minimo; condicio sine qua non, è essere certi di non creare equivoci o incompletezza del disegno. In linea di massima sia con il metodo europeo, sia con il metodo americano, si utilizzano le viste A-B-C- come evidenziato nella Fig. A3.3 e nella Fig. A3.4. FIG. A3.3 Proiezioni ortogonali (metodo europeo) FIG. A3.4 Proiezioni ortogonali (metodo americano) FIG. A3.5 Proiezioni ortogonali (metodo delle frecce) 24 Le proiezioni ortogonali, le sezioni, la campitura Unità A3 A3.2 DENOMINAZIONE DELLE VISTE Le differenti viste rappresentate attraverso il metodo delle proiezioni ortogonali, hanno la seguente denominazione: FIG. A3.6 Viste di rappresentazione A – Vista anteriore (PV) 1° prospetto B – Vista dall’alto (PO) 1° pianta C – Vista da sinistra (PL) 1° profilo D – Vista da destra 2° profilo E – Vista dal basso 2° pianta F – Vista posteriore 2° prospetto A Metodo del primo diedro (metodo europeo – E) C B FIG. A3.7 Viste in relazione al metodo B Metodo del terzo diedro (metodo americano – A) C A B Metodo delle frecce C A A B A3.3 LE PROIEZIONI PROSPETTICHE (secondo la UNI EN ISO 5456-4:2002) Le proiezioni prospettiche consistono nel proiettare sul piano del disegno, da un punto “O” posto a distanza finita che corrisponde al punto di osservazione, l’oggetto da rappresentare. La rappresentazione tridimensionale riproduce con la massima fedeltà l’oggetto, esattamente come viene visto dall’occhio umano; di facile interpretazione, risulta tuttavia di complessa realizzazione e quindi utilizzata raramente nel disegno meccanico. 25 Modulo A La normativa tecnica ⓑ ⓐ FIG. A3.8 Proiezioni prospettiche: a. frontale; b. accidentale; c. razionale ⓒ A3.4 LE PROIEZIONI ASSONOMETRICHE (secondo la UNI EN ISO 5456-3:2001) Con le proiezioni assonometriche il disegno, oggetto della realizzazione, viene presentato in un’unica vista, quella più significativa. Con questa metodologia tridimensionale si ottiene una rappresentazione molto simile a quella visualizzata dall’osservatore; l’oggetto, tuttavia, è riprodotto in maniera approssimata in quanto le dimensioni della forma sono un po’ falsate. Tali proiezioni, a fronte di una discreta interpretazione della forma dell’oggetto da disegnare, consentono una veloce e facile esecuzione. Il sistema è caratterizzato dalla proiezione dell’oggetto da rappresentare, da una distanza infinita secondo direzioni ortogonali o oblique al piano di disegno e coincidenti con il foglio. Tra le diverse assonometrie previste dalle tabelle della Norma UNI EN ISO 5456-3:2001, le più importanti e maggiormente utilizzate sono: ◗ assonometria ortogonale isometrica; ◗ assonometria ortogonale dimetrica; ◗ assonometria cavaliera. Tutte e tre le assonometrie riproducono, con sufficiente precisione, l’oggetto da rappresentare, ma ne alterano la proporzionalità della forma (Fig. A3.9). ⓐ FIG. A3.9 Assonometrie previste dalla Norma UNI EN ISO 5456-3:2001: a. isometrica; b. dimetrica; c. cavaliera Assonometria ortogonale isometrica Gli angoli del sistema di riferimento con l’asse orizzontale risultano essere: α = β = 30° Il rapporto tra le unità di misura sui tre assi di rappresentazione risulta: lx, ly, lz = 1:1:1 [segue] 26 Le proiezioni ortogonali, le sezioni, la campitura Unità A3 ⓑ ⓒ Assonometria ortogonale dimetrica Gli angoli del sistema di riferimento con l’asse orizzontale risultano essere: α = 7°, β = 42° Il rapporto tra le unità di misura sui tre assi di rappresentazione risulta: lx, ly , lz = 1⁄2 :1:1 Assonometria cavaliera Gli angoli del sistema di riferimento con l’asse orizzontale risultano essere: α = 0°, β = 45° Il rapporto tra le unità di misura sui tre assi di rappresentazione risulta: lx , ly , lz = 1⁄2 :1:1 A3.5 VISTE PARTICOLARI, PARZIALI, LOCALI Durante l’esecuzione di disegni complessi, al fine di facilitare la lettura, a volte conviene realizzare la rappresentazione dell’oggetto solo parzialmente mediante l’esecuzione di una vista parziale come rappresentato in Fig. A3.10. Questa metodologia vale anche per i casi in cui sia superflua la rappresentazione di tutta la vista dell’oggetto data la sua semplicità o la facilità di interpretazione. Per mettere in evidenza una specificità dell’oggetto, si ricorre a una vista obliqua in cui la direzione di osservazione è segnalata da una freccia e una lettera maiuscola. L’oggetto rappresentato in Fig. A3.10 è caratterizzato da una particolarità della forcella nella parte terminale superiore, pertanto, per facilitarne l’interpretazione senza creare equivoci, si ricorre a una vista parziale. La vista è interrotta da una linea mista fine irregolare come espressamente previsto dalla UNI EN ISO 128-20:2002 (linea tipo C). FIG. A3.10 Vista parziale 27 Modulo A La normativa tecnica Il metodo delle viste locali ha come caratteristica principale quella di sostituire a una vista completa solo la vista del particolare che si vuole mettere in evidenza. Si fa ricorso a tale rappresentazione solo in presenza di particolari simmetrici tranne che per l’elemento per il quale si ricorre alla vista locale. Tali viste sono collegate alla vista dell’elemento principale mediante una (linea tipo G UNI EN ISO 128-20:2002) e il loro contorno è disegnato con linea di tipo A (UNI EN ISO 128-20:2002) come si può osservare dalla Fig. A3.11 in cui si è messa in evidenza “l’asola” che pertanto potrà essere correttamente dimensionata (quotata). FIG. A3.11 Vista locale Vi sono oggetti che per la loro forma, se si rappresentassero con le viste ortogonali, risulterebbero raffigurati con prospettiva non funzionale alla lettura o peggio ancora alla produzione in quanto, la vista ortogonale non evidenzia la forma esatta dell’oggetto. Si ricorre quindi alla vista ribaltata. Questa consiste nel ruotare sull’asse orizzontale rispetto al centro di rotazione “O” l’oggetto per poi procedere alla sua proiezione ortogonale, come si desume osservando la Fig. A3.12. FIG. A3.12 Vista ribaltata A3.6 LE SEZIONI Una sezione è definita come la rappresentazione secondo il metodo delle proiezioni ortogonali di una delle due parti in cui è diviso l’oggetto da un taglio ideale eseguito secondo uno o più piani o altre superfici (la norma di riferimento è la UNI ISO 128-44:2006). L’utilità delle sezioni consiste nel descrivere in maniera chiara e senza equivoci interpretativi, ciò che senza di esse sarebbe quasi impossibile rappresentare e quotare, e quindi realizzare, senza incorrere in probabili errori. Pensiamo infatti a un oggetto cavo i cui contorni interni possono essere tracciati con linee di tipo E o F UNI EN ISO 128-20:2002. Ciò non comporta grandi difficoltà se la cavità è elementare e/o singola. Tutto si complica se le cavità sono diverse, con differenti profondità o con profili distinti. Interpretare con la quotatura una tale eventualità potrebbe indurre in errore colui che partendo dal disegno deve eseguire la realizzazione pratica del particolare. 28 Le proiezioni ortogonali, le sezioni, la campitura Unità A3 FIG. A3.13 Esempio di sezione 1 FIG. A3.14 Esempio di sezione 2 Si ricorre allora a viste dell’oggetto in sezione o più semplicemente a sezioni. In questo caso l’oggetto, rappresentato nella Fig. A3.13, viene tagliato da un piano ortogonale rispetto all’asse orizzontale. La vista che ne consegue è la figura contrassegnata dalle lettere A-A che rappresenta l’oggetto dopo il taglio ortogonale secondo il punto di osservazione A-A, questa vista è definita anche sezione. Vediamo con alcuni esempi di chiarire ulteriormente la definizione di sezione. In Fig. A3.14, è rappresentato il medesimo oggetto della precedente Fig. A3.13 da cui abbiamo eliminato la parte sinistra dell’elemento stesso. Tutto ciò che il piano di taglio taglia, (poiché dobbiamo immaginarlo come una “lama”), deve essere tratteggiato. Come si vede nella Fig. A3.15, il piano di taglio, taglia l’oggetto in due metà. Nella vista conseguente tutto ciò che è “tagliato” dal piano, viene rappresentato con il tratteggio. FIG. A3.15 Piano di taglio 29 Modulo A La normativa tecnica Una sezione quindi si ottiene immaginando di asportare la parte dell’oggetto interposta tra l’osservatore e il piano di sezione e proiettando, secondo il metodo delle proiezioni ortogonali, la parte dell’oggetto rimanente. Al fine di distinguere una sezione da una vista, è importante mettere bene in evidenza la superficie tagliata dal piano di sezione. La normativa prevede che queste superfici siano tratteggiate con linea tipo B secondo la UNI EN ISO 128-20:2002, disposte a 45°, parallele ed equidistanti. Questa metodologia consente a chiunque osservi un disegno, di identificare immediatamente, tramite il tratteggio (detto anche campitura), la parte di un oggetto sezionata. Qualora nel disegno esistessero altre viste, la traccia del piano di taglio deve essere indicata con linea di tipo H UNI EN ISO 128-20:2002 contrassegnata da estremità grassettate come si può osservare dalla Fig. A3.16. FIG. A3.16 Traccia del piano di taglio La direzione, ovvero il senso di lettura della sezione, è indicata da due frecce, sulle quali devono essere collocate due lettere maiuscole. La proiezione che rappresenta la sezione sarà identificata dalla stessa coppia di lettere maiuscole separate da un trattino e posizionate in alto a destra della vista che identifica la sezione stessa, come rappresentato nella Fig. A3.17. In particolare, in analogia con il metodo delle frecce, la sezione può essere collocata in posizione diversa rispetto alle classiche posizioni delle proiezioni ortogonali. FIG. A3.17 Rappresentazione del piano di taglio FIG. A3.18 Sezione localizzata Le sezioni devono essere realizzate solo quando sono effettivamente necessarie, devono rendere più chiaro, leggibile e interpretabile un disegno e quindi non devono essere eseguite sezioni che non aggiungono informazioni oltre a quelle esistenti, o insinuano dubbi e compromettono l’essenzialità del disegno stesso. A volte, anziché eseguire una sezione completa con uno o più piani, si ricorre a sezioni localizzate in corrispondenza di una parte dell’oggetto di interesse particolare come rappresentato nella Fig. A3.18. Come si può notare nella medesima figura, si usa delimitare la parte sezionata con una linea di tipo C UNI EN ISO 12820:2002. 30 Le proiezioni ortogonali, le sezioni, la campitura Unità A3 MODALITÀ DI ESECUZIONE DELLE SEZIONI Le sezioni si possono eseguire secondo vari sistemi, fermo restando che la preferenza deve cadere sulla modalità che meglio mette in risalto la morfologia dell’oggetto. Le modalità per eseguire una sezione sono le seguenti: ◗ in funzione dei piani di sezionamento § con un solo piano § con due o più piani paralleli § con piani concorrenti o consecutivi ◗ in funzione dell’estensione § sezioni parziali § semi-sezioni ◗ in funzione della posizione § sezioni ribaltate in loco § sezioni successive § sezioni in vicinanza Sezioni con un solo piano (longitudinale o trasversale) FIG. A3.19 Sezione longitudinale Una sezione longitudinale, come si desume dalla Fig. A3.19, sarà effettuata con un solo piano passante per l’asse longitudinale dell’oggetto. Come messo in evidenza dalla Fig. A3.20, una sezione trasversale sarà effettuata con un solo piano perpendicolare rispetto all’asse longitudinale dell’oggetto. FIG. A3.20 Sezione trasversale 31 Modulo A La normativa tecnica FIG. A3.21 Esempi di sezioni longitudinali FIG. A3.22 Esempi di sezioni trasversali 32 Le proiezioni ortogonali, le sezioni, la campitura Unità A3 FIG. A3.23 Stesso piano di taglio con opposta direzione di freccia La vista sezionata deve essere disposta rispettando la posizione del piano di sezione, il verso delle frecce e le regole delle proiezioni ortogonali. In tale modalità nelle viste sezionate, saranno visibili anche i contorni delle parti in vista non sezionate. Come si osserva nella sottostante Fig. A3.23, gli stessi piani di taglio con direzione opposta della freccia, determinano viste completamente differenti. Quando si osserva una sezione, si dovrebbero vedere le linee oltre il piano di taglio e quindi non vanno omesse. Nella Fig. A3.24, vediamo due rappresentazioni del medesimo oggetto, una corretta l’altra errata. FIG. A3.24 Errore di sezione È importante evitare sempre la rappresentazione di viste sezionate inutili per non pregiudicare la comprensione degli oggetti rappresentati. Tale ridondanza oltre a essere un’inutile perdita di tempo, può indurre in errore chi deve dare una corretta interpretazione a fini produttivi. Nelle figure che seguono osserviamo due esempi di viste sezionate inutili. 33 Modulo A La normativa tecnica FIG. A3.25 Esempio 1 di viste superflue FIG. A3.26 Esempio 2 di viste superflue Sezioni con piani paralleli FIG. A3.27 Sezione con piani paralleli 34 Quando la sezione viene effettuata con due o più piani paralleli è necessario sfalsare il tratteggio della metà del passo; inoltre il cambio del piano di sezione deve essere messo in evidenza con ingrossamento del tratto della linea tipo H UNI EN ISO 128-20:2002 all’intersezione delle tracce dei piani di sezione. Questa prassi di sfalsamento del tratteggio, nella pratica, spesso non viene applicata per velocizzare l’esecuzione dell’elaborato. Si affida la chiarezza interpretativa al posizionamento dei piani di sezione, indicati in maniera chiara e inequivocabile sulle viste. Occorre notare che la variazione del piano di sezione, creando uno spigolo vivo, implica una linea continua sulla sezione A-A come visibile nella Fig. A3.27. Le proiezioni ortogonali, le sezioni, la campitura Unità A3 Sezioni con piani concorrenti o consecutivi Questo sistema di sezionamento si utilizza spesso nel caso di simmetrie assiali. Come si nota in Fig. A3.28, per rendere fedele e chiara la sezione, evitando viste di scorcio, abbiamo ruotato il piano di sezione che risulta inclinato rispetto al piano del disegno per ridurlo parallelo a quest’ultimo. FIG. A3.28 Sezione con piani concorrenti Questo sezionamento deve essere eseguito scegliendo i piani di taglio in modo tale da far risultare la sezione più rappresentativa possibile. Da notare come il cambio di direzione risulta grassettato per effetto della rappresentazione dei due piani identificati dalla linea tipo H UNI EN ISO 128-20:2002. Sezioni parziali Nelle sezioni parziali non si indica il piano di sezione. Possiamo immaginare di realizzare una rottura del pezzo, asportandone solo la parte soggetta a rottura per consentire la vista interna di quel particolare punto. La sezione parziale è delimitata dalla linea tipo C o tipo D UNI EN ISO 128-20:2002 che inizia e finisce sul contorno dell’oggetto come evidenziato nella Fig. A3.29. 35 Modulo A La normativa tecnica FIG. A3.29 a. Sezione parziale 1 b. Sezione parziale 2 c. Sezione parziale 3 ⓐ ⓑ ⓒ Semi-sezioni FIG. A3.30 a. Semi-sezione 1 b. Semi-sezione 2 c. Semi-sezione 3 Le semi-sezioni sono definite anche sezioni a un quarto in quanto la parte dell’oggetto che viene immaginata tagliata dal piano di sezione rappresenta appunto un quarto dell’oggetto. Trova applicazione nei particolari simmetrici che spesso sono rappresentati con una semi-sezione in cui la linea di separazione è contraddistinta dall’asse di simmetria. La rappresentazione della semi-sezione non richiede alcuna indicazione, tuttavia, qualora fosse necessaria un’altra vista, il piano di sezione viene tracciato fino all’intersezione degli assi; le restanti condizioni di indicazione di frecce e lettere maiuscole non cambiano, come risulta dalla Fig. A3.30. ⓐ ⓒ ⓑ 36 Le proiezioni ortogonali, le sezioni, la campitura Unità A3 Sezioni ribaltate in loco È possibile ribaltare una sezione in loco (o in luogo o localmente), quando l’oggetto ha almeno un asse di simmetria. L’oggetto viene tagliato mediante un piano di sezione rappresentato dall’asse di simmetria quindi viene ruotato di 90° intorno a questa traccia. Questa tipologia di sezione è eseguita per risparmiare tempo e spazio, ma sempre nella condizione di massima chiarezza. I contorni delle sezioni così ottenute devono essere tracciati con linee di tipo B UNI EN ISO 128-20:2002 e deve essere rappresentato solo ciò che si osserva nel piano della sezione come rappresentato nella Fig. A3.31. Da notare come sui ganci sia punzonato il carico massimo che il gancio può sollevare (nel caso specifico 6 t). FIG. A3.31 a. Sezione ribaltata in loco (esempio 1) b. Sezione ribaltata in loco (esempio 2) ⓐ ⓑ Sezioni successive Nel caso di sezioni successive (o sezioni a piani successivi) la sezione disegnata, contrariamente alle regole generali delle proiezioni ortogonali, deve comprendere unicamente la sola parte dell’oggetto realmente sezionata eliminando tutto quanto non faccia parte della vista. Si noti come in questa situazione, rappresentata dalla Fig. A3.32, devono essere indicate le tracce dei piani di sezione con frecce, lettere e ispessimento del tratto iniziale e finale del piano di taglio. FIG. A3.32 Sezioni successive La sezione successiva può anche essere considerata come una successione di sezioni vicine oppure come allineamento di sezioni trasversali. In questo caso, come si evince dalla Fig. A3.33 a pagina seguente la vista può essere posizionata sul prolungamento della traccia del piano di sezione senza la classica indicazione costituita da frecce e lettere, ma solo da frecce. 37 Modulo A La normativa tecnica FIG. A3.33 Sezioni successive con vista sulla traccia del piano di taglio Sezioni in vicinanza La sezione in vicinanza corrisponde in parte alla sezione ribaltata in loco, ossia si seziona l’oggetto con la stessa procedura quindi si posiziona la sezione non sovrapposta al disegno, ma nelle sue vicinanze. Qualora la sezione venga localizzata sul prolungamento della traccia del piano di sezione non necessita, come precedentemente visto, delle indicazioni del piano di taglio, ossia: frecce, ispessimento del tratto iniziale e finale, lettere e coppia di lettere. (vedi Fig. A3.34a) Se si localizza la sezione in una posizione diversa rispetto alla traccia del piano di sezione, purché questo non produca confusione, occorre inserire tutti gli elementi caratteristici della sezione: frecce, ispessimento del tratto iniziale e finale, lettere e coppia di lettere. (vedi Fig. A3.34b) La sezione rappresenta quindi solo ciò che effettivamente si vede dopo il sezionamento. Il contorno di questa tipologia di sezione è rappresentato con linea tipo A UNI EN ISO 128-20:2002. FIG. A3.34 a. Sezione in vicinanza b. Sezione in posizione diversa 38 ⓐ ⓑ Le proiezioni ortogonali, le sezioni, la campitura Unità A3 Qualora la superficie da sezionare dovesse occupare una piccola parte dell’oggetto, per esempio la sezione di tutti i profilati, le lamiere ecc., la sezione si può annerire come messo in evidenza nella Fig. A3.35. Se viceversa la superficie da sezionare occupa molto spazio dell’oggetto è possibile sezionare solo una parte parallela al contorno dell’oggetto stesso come evidenziato in Fig. A3.36. FIG. A3.35 Sezioni di piccoli spessori TAB. A3.1 Elementi che non si sezionano FIG. A3.36 Sezioni di grandi superfici Denominazione Figura Dadi e viti Spine Perni Sezioni di nervature Maglie di catene Sfere di cuscinetti Razze di ruote dentate, razze di pulegge, in generale tutte le razze Chiavette, linguette ed elementi similari Fig. A3.37 Fig. A3.38 Fig. A3.39 Fig. A3.40 Fig. A3.41 Fig. A3.42 Fig. A3.43 Fig. A3.44 FIG. A3.37 FIG. A3.40 FIG. A3.38 FIG. A3.41 FIG. A3.42 FIG. A3.39 39 Modulo A La normativa tecnica FIG. A3.43 FIG. A3.44 Il tratteggio o campitura FIG. A3.45 Sezione di pezzi contigui 40 La tabella UNI 3972 stabilisce le norme connesse al tratteggio delle parti sezionate. In un disegno il tratteggio indica semplicemente quali sono le parti che sono state sezionate senza entrare nel dettaglio su quali siano i materiali che compongono i pezzi oggetto della sezione stessa. Nel caso generale il tratteggio viene indicato con linee di tipo B inclinate di 45° rispetto all’asse del pezzo o rispetto a linee di un contorno significativo e devono essere tra loro parallele. Sono consentiti angoli diversi da 45°, ma compresi sempre tra 30° e 60°, nel caso in cui il tratteggio coincida con assi di simmetria o linee di contorno. Il passo, ovvero la distanza tra le linee di sezione, deve essere compreso tra 1,5 e 4 mm. Il tratteggio deve essere inserito in un disegno in maniera accurata: non devono esserci linee di diversa lunghezza, linee di spessore differente, linee troppo sottili, linee troppo distanti o fuori dalle linee del contorno che delimita la sezione. Qualora la superficie sezionata risulti essere molto ampia si può limitare il tratteggio alla sola zona adiacente il contorno come visto alla Fig. A3.36. Nel caso di “complessivi” il tratteggio dello stesso pezzo deve avere la medesima inclinazione mentre il tratteggio di pezzi contigui deve avere diversa inclinazione o diverso passo. Infatti nei complessivi il tratteggio aiuta a non confondere particolari differenti definiti appunto dal cambio di inclinazione o dal differente passo. Le proiezioni ortogonali, le sezioni, la campitura Unità A3 Indicazioni convenzionali Il tratteggio costituisce anche una modalità di differenziazione dei vari materiali che costituiscono un meccanismo. Nel caso si tratti di un solo particolare, il tratteggio avrà le medesime caratteristiche. Nel disegno tecnico si differenziano i vari materiali secondo la loro natura. In questo caso la distinzione viene fatta in quattro grandi categorie: ◗ aeriformi; ◗ liquidi; ◗ solidi; ◗ terreno. FIG. A3.46 Principali tipologie di materiali Tratteggio che identifica materiali aeriformi nel caso di importanza funzionale Tratteggio che identifica fluidi Tratteggio generico di una superficie sezionata Tratteggio che identifica terreno Nel disegno tecnico può essere necessaria una ulteriore distinzione dei materiali solidi. La norma prevede ulteriori specificazioni rappresentate nella Fig. A3.47. FIG. A3.47 Tratteggio di materiali differenti Tratteggio generico di una superficie sezionata Tratteggio che identifica terreno Tratteggio che identifica materiali ausiliari: pietre e marmi in edilizia, materie plastiche in meccanica [segue] 41 Modulo A La normativa tecnica Tratteggio che identifica materiali da mettere in particolare evidenza Tratteggio che identifica avvolgimenti elettrici Tratteggio che identifica materiali isolanti (es. guarnizioni) Tratteggio che identifica conglomerati cementizi Tratteggio che identifica il legno Convenzioni di rappresentazione La normativa vigente, in materia di rappresentazione dei tratteggi, enumera una serie di eccezioni alla regola in materia generale che impone il tratteggio delle parti sezionate. Vi sono tuttavia casi in cui per convenzione non si esegue il tratteggio, ma si rappresentano come se fossero sezionati. Gli elementi che convenzionalmente non si tratteggiano sono: le nervature, gli alberi, le spine e i perni, i chiodi e i ribattini, le viti e i dadi, le razze in genere (siano esse di pulegge o di ruote dentate), sfere e rulli di cuscinetti, maglie di catene ecc. Queste convenzioni particolari sono state analizzate nella Tab. A3.1. Nel caso di elementi che normalmente non si tratteggiano, ma che presentano particolarità che richiedono ulteriori lavorazioni meccaniche, quali esecuzioni di fori, tagli o altro, devono essere sezionati con sezioni parziali limitate alla particolarità. 42 Le proiezioni ortogonali, le sezioni, la campitura Unità A3 VERIFICA UnitÀ A3 Domande a risposta breve 1 Qual è una definizione tecnica di proiezione ortogonale? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 2 Qual è il simbolo che specifica il metodo di rappresentazione europeo? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 3 Qual è la Norma UNI che “codifica” le sezioni? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 4 Qual è una definizione tecnica di sezione? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 5 Da cosa è identificato il punto di vista nelle sezioni? 6 Quando devono essere eseguite le sezioni? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 7 Quando si esegue una sezione con piani paralleli, cosa occorre fare nella vista che rappresenta la sezione? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 8 Con quale tipo di linea è delimitata la sezione parziale? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 9 Quali sono i principali elementi che non si sezionano? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 10 Quali sono i possibili angoli con cui devono essere tracciate le linee di sezione e quando si utilizzano? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... Test vero o falso 1 Le proiezioni ortogonali sono definite dalla Norma UNI EN ISO 5456-2:2001. 2 Le proiezioni ortogonali ottenute sul piano verticale, orizzontale e laterale, sono definite viste. 3 Nella assonometria cavaliera gli angoli del sistema di riferimento con l’asse orizzontale risultano essere: α = 0°, β = 45°. 4 La norma che codifica l’esecuzione delle sezioni è la UNI ISO 128-44:2006. 5 La traccia del piano di taglio deve essere indicata con linea di tipo H UNI EN ISO 128-20:2002. 6 La direzione, ovvero il senso di lettura della sezione, è indicata da due frecce. 7 Un pezzo meccanico può avere più di una traccia di piani di taglio. 8 La traccia del piano di taglio deve essere sempre longitudinale all’asse del pezzo. 9 Le nervature non si sezionano mai. 10 L’inclinazione delle linee di sezione è scelta dal disegnatore. 43 Modulo A La normativa tecnica Esercizi 1 Esercizio svolto L’esercizio rappresentato in Fig. A3.48 è caratterizzato da: pianta, profilo e prospetto. Quale vista potresti eliminare? FIG. A3.48 Svolgimento Riteniamo che non siano tutte viste fondamentali infatti il profilo o il prospetto sono viste superflue e quindi una delle due si può eliminare. 2 Esercizio svolto L’esercizio rappresentato in Fig. A3.49 è caratterizzato da: pianta, profilo e prospetto. Quale vista potresti eliminare? FIG. A3.49 Svolgimento Non sono tutte viste fondamentali; infatti il profilo o il prospetto sono viste superflue e quindi una delle due si può eliminare. 3 Esercizio proposto Il disegno rappresentato in Fig. A3.50, così come proposto, è carente di una vista. Ricava la vista mancante. FIG. A3.50 44 Le proiezioni ortogonali, le sezioni, la campitura Unità A3 4 Esercizio proposto Il disegno sottostante Fig. A3.51 non consente la conoscenza delle specificità dei fori e dello spessore della piastra. Completa il disegno rappresentando la sezione secondo il piano di taglio A-A. FIG. A3.51 5 Esercizio proposto Il perno sottostante è provvisto di fori longitudinali e ortogonali rispetto al proprio asse. Completa il disegno applicando la sezione più appropriata. FIG. A3.52 6 Esercizio proposto Il particolare sottostante così come proposto in Fig. A3.53, non può essere prodotto. Completa l’elaborato al fine della produzione. FIG. A3.53 45 UnitÀ A4 La quotatura CONOSCENZE ➜ Sapere quale norma stabilisce le convenzioni e le prescrizioni delle quotature. ➜ Sapere quali sono gli elementi di una quotatura. ➜ Conoscere i criteri A e B di inserimento delle quote. ➜ Conoscere quanti e quali sono i sistemi di quotatura. ➜ Conoscere la definizione di smusso e le motivazioni della sua esecuzione. ➜ Sapere quali elementi indicare per quotare un profilato. ➜ Conoscere la definizione di inclinazione, conicità e rastremazione. ➜ Conoscere il metodo di calcolo di inclinazione, conicità e rastremazione. ABILITÀ ➜ Saper definire in maniera esaustiva il significato di quota. ➜ Sapere cosa utilizzare in un disegno di produzione, conoscendo il corretto significato di quotatura funzionale e tecnologica. ➜ Saper distribuire con attenzione le quote su tutte le viste. ➜ Saper inserire le quote nei disegni nella corretta posizione. ➜ Sapere come utilizzare i vari terminali previsti dalla specifica normativa. ➜ Saper inserire correttamente le varie sigle utilizzabili in un disegno. ➜ Saper quotare correttamente smussi, raccordi, sfere ecc. COMPETENZE ➜ Disegnare oggetti, utilizzando i più opportuni sistemi di quotatura. ➜ Applicare con competenza le principali norme tecniche inerenti le quotature. ➜ Applicare correttamente la simbologia che può essere utilizzata in fase di quotatura. 46 La quotatura Unità A4 A4.1 LA QUOTATURA PREMESSA La quotatura è parte integrante del disegno e deve essere inserita nel contesto del disegno stesso, osservando scrupolosamente le convenzioni e le prescrizioni della Norma UNI ISO 129-1:2011. Volendo dare una definizione di quotatura, possiamo affermare che: La quotatura è l’insieme di informazioni inserite in un disegno che comunicano a chiunque lo legga, la forma, la dimensione e ogni altra notizia utile dell’oggetto disegnato. L’insieme delle informazioni inserite in un disegno, necessarie per definire in maniera esaustiva un oggetto, deve essere immesso tenendo presente che l’oggetto disegnato, qualora faccia parte, come spesso succede, di un meccanismo, deve rispondere a esigenze geometriche, funzionali e tecnologiche. A ognuna di queste esigenze, corrisponde rispettivamente: ◗ una quotatura geometrica; ◗ una quotatura funzionale; ◗ una quotatura tecnologica. La quotatura geometrica, deve fornire tutti i dettagli della geometria del pezzo da realizzare; nessuno degli elementi deve essere interpretabile e deducibile. Ogni dimensione della quotatura geometrica deve essere riportata una sola volta e apposta nella vista che rende chiaramente e inequivocabilmente il senso della quota stessa. La quotatura funzionale deve occuparsi principalmente di inserire nel disegno le quote essenziali alla funzione per cui il pezzo è stato progettato. Per esempio: se si tratta di un perno è funzionale il diametro di accoppiamento, la sua tolleranza, l’indicazione di una eventuale filettatura o le quote di uno spacco di linguetta ecc. Al contrario, le quote non funzionali rappresentano tutte le altre quote non fondamentali per il corretto funzionamento del pezzo. Sono considerate tali le quote il cui errore dimensionale, durante la fase di produzione, non influenza la possibilità d’impiego del pezzo. La quotatura tecnologica deve ispirarsi alla modalità di realizzazione del pezzo e sarà influenzata o influenzerà il processo di fabbricazione. Non potendo scrivere sui disegni il processo utilizzato, a meno che non sia espressamente richiesto, appare evidente che l’inserimento delle quote tecnologiche dipenderà dalle competenze e dalla scelta del processo tecnologico effettuata dal disegnatore. Risulterà univoca solo nel caso in cui siano definite le modalità esecutive con il relativo cartellino di lavorazione. Abbiamo visto (paragrafo A2.1) che ogni foglio contenente un disegno deve riportare nella parte inferiore destra, il riquadro delle iscrizioni nel quale obbligatoriamente deve essere indicata tra le altre cose, la scala con cui l’oggetto è stato disegnato. Po47 Modulo A La normativa tecnica tremmo allora ipotizzare che chiunque necessiti delle quote le possa dedurre attraverso la misurazione e la eventuale trasformazione nella scala indicata. Così invece non avviene e non dovrebbe mai avvenire in quanto la quotatura è obbligatoria per una serie di ragioni già viste, ma anche per: ◗ evitare le distorsioni della geometria nel caso di riproduzioni; ◗ l’impossibilità di rilevare dal disegno dimensioni inferiori al millimetro o frazioni di esso; ◗ facilitare la lettura rispetto al rilievo; ◗ conoscere, rispetto alla quota stabilita, l’errore massimo e minimo (tolleranze di lavorazione di cui si tratterà nel modulo successivo) che l’esecutore può compiere nella realizzazione dell’oggetto. ALCUNE REGOLE PER UNA BUONA QUOTATURA È buona norma per chi si approccia a quotare un disegno mettersi nei panni di chi deve costruire l’oggetto disegnato e immaginarne la realizzazione. In questo sarà fondamentale il know how del disegnatore. Le quote si devono sempre porre sul disegno in modo tale che l’esecutore non sia costretto a eseguire operazioni aritmetiche per ricavare una dimensione dalle altre. Un’attività di squadra facilita lo scambio di informazioni migliorando gli elementi in uscita. Le quote vanno distribuite razionalmente in modo tale da sfruttare tutte le viste a disposizione. Si deve pertanto evitare la concentrazione di quote su una sola vista o riproporre quote già esistenti perché, oltre a complicare la lettura del disegno, potrebbero portare a equivoci. Non inserire in un disegno quote che non possono essere misurate. A4.2 ELEMENTI PER LA QUOTATURA LINEE DI RIFERIMENTO Secondo la Norma UNI ISO 129-1:2011, le linee di riferimento o linee di estensione, tracciate con linea di tipo B, (continua fine) indicano gli elementi di cui si vuole precisare la distanza o la dimensione. Le linee di riferimento non devono attraversare le linee di contorno. Iniziano dal punto o dall’entità a cui fanno riferimento e hanno una lunghezza tale da sopravanzare di circa 2 millimetri la linea porta-quota. Hanno direzione perpendicolare rispetto alla dimensione da misurare a eccezione di quando la chiarezza del disegno non imponga linee di riferimento oblique. In linea di massima, come linee di riferimento, si possono utilizzare le tracce dei piani di taglio, le linee di contorno o gli assi di simmetria. Di norma non si utilizzano spigoli o parti nascoste (linee di tipo E o F); in questo caso è da preferire una sezione dell’oggetto in modo tale che le parti nascoste risultino in vista. 48 La quotatura Unità A4 Le intersezioni fittizie di pezzi raccordati o smussati devono essere messi in evidenza prolungando le due linee di contorno, estendendole di circa 2 mm oltre la loro intersezione oppure indicando con un punto la loro intersezione, da cui partiranno le linee di riferimento. LINEE DI MISURA O PORTA-QUOTA La linea di misura o porta-quota è tracciata con linea di tipo B (continua fine). È costituita da un segmento rettilineo o arco di circonferenza che rappresenta la dimensione (o quota) che si vuole indicare. È tracciata parallelamente alla dimensione da quotare e ortogonale rispetto alle linee di riferimento. Per evitare equivoci interpretativi, quando esistono sezioni, bisogna fare in modo che le linee di estensione non attraversino il disegno per lunghi tratti sovrapponendosi ad altre linee. In queste circostanze si può mettere la quota all’interno del disegno, ma è opportuno cancellare parte delle linee di sezione al fine di rendere leggibile la quota stessa. È sempre bene evitare l’incrocio delle linee di misura con le linee di estensione. Pertanto si disporranno le quote minori vicine al contorno del pezzo e le maggiori in allontanamento da esso. Le linee di misura devono essere distanti dai contorni ed equidistanti tra loro per facilitare la lettura e lasciare in evidenza il contorno del pezzo. Qualora occorresse quotare un pezzo forato, di cui abbiamo eseguito una semi-sezione, al fine di rendere il disegno esteticamente gradevole e per una facile interpretazione esecutiva, avremo cura di inserire le quote interne su un lato e quelle esterne sul lato opposto. TERMINALI O FRECCE Le linee porta quota hanno dei terminali che possono essere differenti a seconda della tipologia di disegno: meccanico, edile, elettrico, elettronico ecc. Nei disegni meccanici il terminale è rappresentato da una freccia piena o, in alcune circostanze particolari, da una circonferenza piena di diametro variabile da 1÷3 mm. Nella Fig. A4.1 alcune tipologie di terminali. FIG. A4.1 Terminali per la quotatura FIG. A4.2 Applicazione di alcuni terminali 49 Modulo A La normativa tecnica I terminali o frecce devono avere dimensioni proporzionate allo spessore della linea e alle dimensioni del disegno; possono essere costituite da frecce aperte o chiuse, ma, se chiuse, devono essere annerite. Devono essere poste all’interno delle linee di estensione o di riferimento a meno che lo spazio non sia insufficiente; solo in questo caso possono essere localizzate all’esterno delle linee di estensione. QUOTA O DIMENSIONE Nel disegno meccanico le quote rappresentano la parte numerica della dimensione reale indipendentemente dalla scala di rappresentazione utilizzata, sono espresse in millimetri, ma l’unità di misura si omette essendo considerata sottintesa. Per chiarezza di lettura e interpretazione nessuna linea deve sovrapporsi o attraversare il gruppo di cifre e/o lettere che costituiscono la quota. Qualora non si possa fare diversamente, le linee che intersecano la quota devono essere interrotte. FIG. A4.3 Esempio di quotatura con interruzione dell’asse Osservando la Fig. A4.3 rileviamo che: 1. La quota (50) è definita quota ausiliaria poiché il suo valore numerico è deducibile da operazioni algebriche con altre quote. In quanto ausiliaria si include tra parentesi e non è mai accompagnata da tolleranze di lavorazione. 2. La simbologia (= =) inserita sulla quota 10 ha il seguente significato: i due fori ∅6 devono essere realizzati in posizione equidistante dai bordi della piastra di spessore 10. Qualora la quota (ad esempio ∅6) non possa essere collocata all’interno delle linee di estensione per mancanza di spazio, si posizionerà esternamente preferibilmente a destra. Analoga soluzione deve essere adottata per le frecce qualora non ci fosse lo spazio sufficiente. Mai ridurre le dimensione delle frecce, delle lettere, dei numeri e delle iscrizioni in genere, che nel medesimo disegno non possono essere di dimensioni differenti. Quando una quota rappresenta una dimensione non in scala, (ad esempio la rappresentazione accorciata di un albero), come nella sottostante Fig. A4.4, deve essere sottolineata con linea di tipo A. FIG. A4.4 Esempio di quotatura interrotta 50 La quotatura Unità A4 Quando le linee di misura o porta-quota vengono interrotte, è il caso di pezzi simmetrici disegnati fino all’asse di simmetria, le linee di quota si interrompono dopo l’asse. Ne è un esempio la Fig. A4.5. FIG. A4.5 Quotatura di pezzi simmetrici Quando vi sono molte linee di misure parallele le quote si scrivono sfalsate e non in centro come visibile nella Fig. A4.6. Le quote, quando si sovrappongono agli assi di simmetria, non si scrivono in centro per evitare che l’asse separi le cifre; in questi casi si posizionano indifferentemente a destra o a sinistra dell’asse stesso. FIG. A4.6 Quotatura con molte linee parallele La quota può essere completata da simboli o lettere e che ne sono parte integrante. I simboli maggiormente utilizzati sono: ◗ diametro ∅ ◗ raggio R ◗ filettatura M, W, G ◗ sfera S ◗ tolleranza H, h 51 Modulo A La normativa tecnica È importante ricordare che una quota non può essere ripetuta, cioè una dimensione del pezzo deve essere scritta una sola volta. FIG. A4.7 Alcuni simboli abbinati alla quotatura A4.3 DISPOSIZIONE DELLE QUOTE Secondo le disposizioni della Norma UNI ISO 129-1:2011, le quote possono essere disposte su un disegno secondo due criteri: criterio A e criterio B. CRITERIO A Le cifre devono essere disposte parallelamente alla linea di misura o porta-quota, al di sopra di essa e leggermente staccate (offset di quota). In questo modo il disegno risulta leggibile orientando il foglio sia in orizzontale che in verticale con rotazione di 90° in senso orario come evidenziato nella Fig. A4.8. 52 La quotatura Unità A4 FIG. A4.8 Esempio di quotatura con criterio A CRITERIO B Le cifre devono essere lette solo dalla base del disegno. In questo caso le linee di misura verticali e oblique devono essere interrotte nella parte centrale per contenere la quota. FIG. A4.9 Esempio di quotatura con criterio B FIG. A4.10 Quotatura di spigoli Quando le linee di contorno sono concorrenti le linee di riferimento si devono prolungare oltre la loro intersezione come messo in evidenza nella Fig. A4.10. A4.4 SISTEMI DI QUOTATURA La Norma UNI ISO 129-1:2011 elenca le varie modalità mediante le quali quotare i disegni tecnici, intendendo per modalità o sistemi di quotatura il modo con cui vengono disposte le quote relative al pezzo disegnato. I sistemi di quotatura maggiormente in uso sono i seguenti: 1. quotatura in serie; 2. quotatura in parallelo; 53 Modulo A La normativa tecnica 3. quotatura combinata; 4. quotatura progressiva (o a quote sovrapposte o in sequenza); 5. quotatura per coordinate. QUOTATURA IN SERIE Con la quotatura in serie vengono messe in evidenza le distanze tra elementi contigui. Come si osserverà nella Fig. A4.11, questa tipologia di quotatura forma una serie o catena di quote parziali collocate in successione una con l’altra. Non è stabilito un elemento di riferimento o di partenza delle quote stesse e quindi questo non avverrà nemmeno in fase di realizzazione o di collaudo dell’oggetto disegnato. Questo sistema di quotatura si applica quando è importante la lunghezza di ogni singolo elemento e quando l’eventuale accumularsi di errori non compromette l’utilizzazione del pezzo. Essendo questa una condizione poco frequente, la quotatura in serie, da sola, viene utilizzata molto raramente. Utilizzando questa procedura, la quota complessiva è automaticamente determinata. Quest’ultima, essendo ausiliaria, dovrebbe essere omessa o al più inserita tra parentesi tonde. Tuttavia è opportuno indicarla in quanto definisce in maniera funzionale la dimensione dell’ingombro dell’oggetto o il taglio del pezzo grezzo. FIG. A4.11 Quotatura in serie QUOTATURA IN PARALLELO La quotatura in parallelo viene utilizzata quando occorre evitare errori tra elementi contigui. Con questo sistema ogni quota fa riferimento a un punto fisso che viene assegnato in relazione alla funzionalità del pezzo, per esempio una base d’appoggio, la partenza di un perno ecc. È una metodologia molto utilizzata, consigliata quando per la costruzione del particolare vengono utilizzate macchine utensili a spostamento progressivo oppure a Controllo Numerico. Nelle Fig. A4.12 e Fig. A4.13, si possono osservare due esempi di quotatura in parallelo. 54 La quotatura Unità A4 FIG. A4.12 Quotatura in parallelo 1 FIG. A4.13 Quotatura in parallelo 2 QUOTATURA COMBINATA FIG. A4.14 Quotatura combinata La quotatura combinata è una combinazione della quotatura in serie e in parallelo. Si ricorre a questo metodo molto spesso. È il metodo più utilizzato in quanto soddisfa sia le esigenze funzionali che costruttive. Nella Fig. A4.14 un esempio di quotatura combinata. QUOTATURA PROGRESSIVA O A QUOTE SOVRAPPOSTE O IN SEQUENZA La quotatura progressiva (o a quote sovrapposte o in sequenza) è un sistema simile alla quotatura in parallelo con una variante grafica che consente di risparmiare spazio purché la chiarezza del disegno non sia messa in discussione. Qualora si debba indicare l’origine della quotatura essa può essere rappresentata con una circonferenza avente la dimensione di 3 mm. 55 Modulo A La normativa tecnica Con il sistema di quotatura progressiva si ha un’unica linea di riferimento. L’origine è indicata con quota zero e le frecce hanno un unico verso in allontanamento dall’origine. La quota è scritta in prossimità della freccia nella doppia modalità: 1. sopra la linea di riferimento e staccata leggermente da essa; 2. sul prolungamento della linea di riferimento verticale. FIG. A4.15 Quotatura progressiva QUOTATURA PER COORDINATE La quotatura per coordinate viene utilizzata ogni qualvolta occorra praticare una serie di lavorazioni (in linea di massima forature, ma non solo) aventi diametri differenti e variamente disposti secondo un riferimento preso come origine per la quotatura. Le quote vengono raggruppate in un’unica tabella nella quale, oltre alle coordinate x-y, viene riportata anche la coordinata z che rappresenta la profondità della lavorazione da eseguire. La norma prevede tre differenti modalità di applicazione di questo sistema di quotatura: 1. in coordinate cartesiane (Fig. A4.16); 2. in coordinate polari (Fig. A4.17); 3. in coordinate polari con rullo di misura (Fig. A4.18). FIG. A4.16 Quotatura per coordinate cartesiane 56 La quotatura Unità A4 FIG. A4.17 Quotatura in coordinate polari FIG. A4.18 Quotatura in coordinate polari con rullo di misura A4.5 CONVENZIONI PARTICOLARI DI QUOTATURA (secondo la Norma UNI ISO 129-1:2011) QUOTATURA DI ARCHI, CORDE, ANGOLI FIG. A4.19 Quotatura di corde, angoli, archi 57 Modulo A La normativa tecnica QUOTATURA DI CERCHI E CILINDRI Quando si quotano superfici cilindriche (rappresentate in pianta da cerchi) le linee di riferimento devono essere portate fuori dal contorno del pezzo parallelamente a uno degli assi principali. La quotatura delle superfici cilindriche può anche passare per il centro formando con gli assi di simmetria angoli di 30° e 45°. In questa situazione le quote non possono essere in numero maggiore di due. Di un cerchio si quota sempre il diametro e mai il raggio. Il simbolo ∅ precede la quota del diametro ed è obbligatoria tutte le volte che si pone su una superficie cilindrica rappresentata in modo parallelo all’asse di simmetria. Il simbolo ∅ si omette quando si quota un cerchio in quanto, anche visivamente, si intuisce che si tratta di un diametro. FIG. A4.20 Utilizzo del simbolo QUOTATURA DI RAGGI Nel caso di quotatura di raggi, si inserisce la quota preceduta dalla lettera maiuscola R. Quando l’arco è maggiore di una semicirconferenza è preferibile indicare il diametro e i raccordi si quotano sempre indicando il raggio R e mai il diametro ∅. ⓐ FIG. A4.21 Quotatura di raggi: a. due modalità corrette; b. tre modalità errate ⓑ Nel caso in cui in un disegno vi siano molti raccordi uguali è conveniente scrivere nel riquadro delle iscrizioni (cartiglio) l’indicazione: Raccordi non quotati R = valore. 58 La quotatura Unità A4 La linea di quota deve sempre avere direzione radiale e le frecce devono essere collocate all’interno. In mancanza di spazio è possibile collocare la freccia all’esterno prolungando la linea di misura oltre la freccia. Qualora il centro di curvatura O risulti troppo distante dall’arco di circonferenza oggetto della quotatura, (ad esempio fuori foglio), la linea di misura può essere spezzata e deviata con angolo di 90° su un altro centro fittizio O1, ma sempre radiale nel tratto terminale della freccia. La quota ax che si indicherà, sarà quella reale a (quindi ax = a) che, senza dubbio, risulterà fuori scala. Un esempio di questa applicazione è evidenziato nella Fig. A4.22. FIG. A4.22 Quotatura con centro di curvatura distante dall’arco di circonferenza QUOTATURA DELLE SFERE Nella quotatura di una superficie sferica la quota del raggio deve sempre essere preceduta dalla lettera maiuscola S seguita dalla lettera maiuscola R o dal simbolo ∅. FIG. A4.23 Quotatura di sfere 59 Modulo A La normativa tecnica QUOTATURA DEGLI SMUSSI Si definisce smusso un tratto conico di lunghezza limitata avente lo scopo di eliminare lo spigolo vivo di estremità. Qualora l’angolo sia di 45° la quotatura si indica con la quota, valore dello smusso, × l’angolo. A titolo di esempio: 1×45°. Analogamente ai raccordi, qualora in un disegno vi siano più smussi uguali, è consigliabile ricorrere all’indicazione nel riquadro delle iscrizioni indicando nello spazio appropriato: Smussi non quotati: valore × 45°. FIG. A4.24 Quotatura di smussi: modalità corrette Gli smussi non si quotano mai in serie con altre quote perché si ottengono a fine lavorazione con operazione specifica e indipendente. Nella Fig. A4.24a si mette in evidenza come lo smusso non può essere quotato in serie perché rappresenta una lavorazione di tornitura indipendente. Prima si tornisce la lunghezza 20 e in un secondo momento si effettua lo smusso. FIG. A4.25 Quotatura di smussi: modalità errate QUOTATURA DI PROFILI QUADRI Nella quotatura di elementi a sezione quadrata si fa precedere la dimensione dal simbolo . La superficie riconducibile al quadro deve essere identificata da due diagonali tracciate con linea sottile tipo B UNI EN ISO 128-20:2002. Non si utilizza tale simbolo quando dal disegno si evince in maniera inequivocabile che si tratta di un quadro. Nella FIG. A4.26 Quotatura di profili quadri Fig. A4.26 una specificazione eloquente. 60 La quotatura Unità A4 QUOTATURA DI PROFILATI, BARRE, TUBI Per questa tipologia di elementi vale la Norma UNI ISO 5261:2011. Tale procedura si può applicare anche quando gli elementi in oggetto non sono utilizzati specificatamente in carpenteria. La quotatura rappresentata nella Fig. A4.27 avviene in maniera semplice con le seguenti indicazioni: Simbolo unificato – dimensione caratteristica – lunghezza FIG. A4.27 Quotatura di profilati QUOTATURA DI ELEMENTI UGUALI ED EQUIDISTANTI Quando non ha rilevanza il valore, bensì l’uguaglianza tra le due parti dell’elemento come rappresentato in Fig. A4.28, si pone il simbolo di uguaglianza “=” al posto della quota. Questo metodo deve anche prevedere la quota totale dalla quale discende l’uguaglianza: le due quote sono sempre in abbinamento. FIG. A4.28 Quotatura di elementi equidistanti FIG. A4.29 Quotatura di elementi ripetuti ed equidistanti Elementi ripetuti ed equidistanti si possono quotare indicando quante volte si ripete il passo, il valore del passo e la dimensione complessiva (Fig. A4.29). Nel caso di fori disposti su una circonferenza a distanza angolare costante la quotatura può avvenire come in Fig. A4.30, cioè occorre indicare: ◗ il diametro dei fori; ◗ il passo angolare; ◗ il diametro della circonferenza primitiva relativa ai centri dei fori. 61 Modulo A La normativa tecnica Questi parametri possono anche essere inclusi in una tabella. FIG. A4.30 Quotatura di fori equidistanti su una circonferenza Nel caso di pezzi simili che si differenziano soltanto per alcune quote si può evitare, il più delle volte, di ripetere il disegno. Si possono mettere delle lettere al posto delle quote e riportare in una tabella, in calce, le dimensioni di ciascun tipo di disegno. Tale procedura è resa evidente nella Fig. A4.31. FIG. A4.31 Quotatura di pezzi simili con differenza di alcune quote A4.6 CONICITÀ, RASTREMAZIONE, INCLINAZIONE CONICITÀ Si definisce conicità C il rapporto tra la differenza dei due diametri D (diametro grande) e d (diametro piccolo) di due sezioni di cono a distanza L fra queste grandezze, misurata in senso assiale. C= FIG. A4.32 Simbolo unificato di conicità 62 D−d α = 2tg 2 L α = 2arctg D−d 2L La quotatura Unità A4 Nei disegni meccanici la conicità, secondo la Norma UNI EN ISO 3040:2016, deve essere indicata utilizzando il relativo simbolo orientato nel senso della conicità. La conicità può anche essere espressa: ◗ come variazione di 1 mm di diametro per una lunghezza k (espressione 1 : k); ◗ come variazione di diametro p subìta dal cono su una lunghezza di 100 mm lungo l’asse del cono; ◗ con l’indicazione dell’angolo F; ◗ con l’indicazione dei diametri D – d e della lunghezza del cono L. FIG. A4.33 Esempio 1 di quotatura di conicità In definitiva la conicità si può matematicamente definire come: C= D −d 1 α = = p% = 2tg 2 L k Esempi di quotatura di conicità: FIG. A4.34 Esempio 2 di quotatura di conicità FIG. A4.35 Esempio 3 di quotatura di conicità RASTREMAZIONE FIG. A4.36 Rastremazione F Si definisce rastremazione il rapporto tra la differenza della dimensione maggiore S e minore s di due sezioni di una piramide o tronco di piramide a base quadrata o poligonale e la distanza L tra le due sezioni. 63 Modulo A La normativa tecnica Il significato e le analogie con la conicità, ci consentono di scrivere le seguenti relazioni: Rastremazione = S−s 1 α = = 2tg L k 2 Nella Fig. A4.37 un esempio di quotatura di rastremazione. FIG. A4.37 Esempio di quotatura di rastremazione INCLINAZIONE Si definisce inclinazione il rapporto tra la differenza delle dimensioni H e h misurate in senso normale a una data direzione e la distanza L tra le due posizioni. FIG. A4.38 Simbolo unificato di inclinazione FIG. A4.39 Quotatura di inclinazione Inclinazione = H −h = tgβ L Conicità = 2arctg D −d 2L La differenza tra conicità e inclinazione consiste nel fatto che l’inclinazione è definita su una sola superficie (o linea) mentre la conicità interessa tutta la superficie del solido. La quotatura di un’inclinazione, come rappresentato in Fig. A4.39, si effettua indicando: ◗ l’angolo G e le quote relative di H, h, L; ◗ l’apposito simbolo (orientato nel senso dell’inclinazione), con il valore in percentuale, analogamente alla conicità, dell’inclinazione stessa. 64 La quotatura Unità A4 QUOTATURA DI COMPLESSIVI Nel caso di quotatura di complessivi, vale la regola generale di indicare soltanto le quote d’ingombro e la posizione degli elementi. FIG. A4.40 Quotatura di un complessivo 65 Modulo A La normativa tecnica QUOTATURA DI ELEMENTI CON PARTICOLARI SPECIFICHE Parti di pezzi meccanici possono necessitare di particolari trattamenti superficiali quali: zincatura, verniciatura, cromatura, indurimenti superficiali ecc. In questi casi viene fatto uso della linea tipo J UNI EN ISO 128-20:2002 (tratto-punto grossa) tracciata in posizione nella parte interessata. Nella Fig. A4.41 è rappresentato un esempio di quotatura di un particolare meccanico su cui deve essere effettuata una cromatura con spessore 30 µ. FIG. A4.41 Quotatura di particolari trattamenti superficiali 66 La quotatura Unità A4 VERIFICA UnitÀ A4 Domande a risposta breve 1 Qual è la Norma UNI che definisce le modalità di inserimento della quotatura in un disegno? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 2 Qual è una significativa definizione di quotatura funzionale e quotatura tecnologica? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 3 Quali sono gli elementi che contraddistinguono una quotatura e qual è la relativa norma di riferimento? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 4 Le quote sono disposte in un disegno secondo i criteri A e B. Descrivi i due criteri e indica la norma di riferimento. ................................................................................................................................................................................................................................................................. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 5 Quali sono le modalità di esecuzione della quotatura per coordinate? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 6 Uno smusso deve sempre essere eseguito a 45°? 7 Quando su una quota si dispone il simbolo di uguaglianza =? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 8 Cosa si intende per conicità? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 9 Come si definiscono matematicamente: conicità, rastremazione e inclinazione? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 10 Quali devono essere le quote apposte su un complessivo? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... Test vero o falso 1 La quotatura geometrica si utilizza esclusivamente in geometria. 2 La quotatura funzionale è una quotatura corretta. 3 Le proiezioni ortogonali sono definite dalla Norma UNI EN ISO 5456-2:2001. 4 In un disegno, non bisogna inserire quote non misurabili. 5 Una quota ausiliaria si deve sempre omettere. 6 Nella quotatura non si devono utilizzare mai lettere, ma solo numeri. 7 Una quota non in scala si deve sottolineare con linea tipo A. 8 In un disegno, le quote possono essere ripetute sulle varie viste. 9 Le quote possono essere disposte secondo il criterio A e B. 10 La quotatura in serie non ha un elemento di riferimento o di partenza. 11 Nella tabella che indica la quotatura per coordinate, si indica anche l’asse Z. 12 Gli smussi non si quotano mai in serie. 13 Nei complessivi si inseriscono solo le quote di ingombro. 67 Modulo A La normativa tecnica Esercizi 1 Esercizio proposto Il disegno sottostante Fig. A4.42, ai fini della sua realizzazione è carente della quotatura. Inserisci la quotatura tecnologica. FIG. A4.42 2 Esercizio proposto Il disegno sottostante Fig. A4.43, non può essere realizzato per la mancanza della quotatura e del completamento della vista. Completa il disegno e inserisci la quotatura funzionale. FIG. A4.43 3 Esercizio proposto Nel disegno sottostante Fig. A4.44, inserisci la quotatura funzionale al fine di consentire la sua realizzazione. FIG. A4.44 68 La quotatura Unità A4 4 Esercizio proposto Il disegno sottostante Fig. A4.45, per essere realizzato necessita della quotatura. Inserisci la quotatura funzionale. FIG. A4.45 5 Esercizio proposto Dopo aver verificato la completezza del disegno sottostante Fig. A4.46, inserisci la quotatura tecnologica. FIG. A4.46 69 Modulo A La normativa tecnica 6 Esercizio proposto Dopo aver verificato la completezza del disegno sottostante Fig. A4.47, inserisci la quotatura tecnologica. FIG. A4.47 70 La normativa tecnica Modulo A VERIFICHE SOMMATIVE MODULO CONOSCENZE Domande a risposta breve 1 Qual è il rapporto tra i vari formati dei fogli da disegno? 2 Qual è la funzione degli elementi obbligatori nel riquadro delle iscrizioni? A ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 3 Indica una scala di ingrandimento e una di riduzione. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 4 Quali sono i metodi più importanti di rappresentazione delle proiezioni ortogonali? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 5 Come deve essere indicata nei disegni tecnici la traccia dei piani di taglio? 6 Dare una significativa definizione di quotatura funzionale e quotatura tecnologica. 7 Perché gli smussi non si quotano in serie con altre quote? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 8 La quotatura in parallelo è utilizzata specificatamente durante l’esecuzione di pezzi sulle macchine utensili CNC. Perché? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 9 Come può essere eseguita la quotatura nel caso di elementi ripetuti ed equidistanti? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 10 Quali sono le differenze sostanziali tra conicità, rastremazione e inclinazione? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 71 Modulo A La normativa tecnica ` E COMPETENZE ABILITA 2 Esercizi 1 Esercizio proposto Il disegno sottostante Fig. A4.48, è sicuramente carente di sezioni, quotature e qualche vista. Analizza l’elaborato quindi, scelto il formato più consono, completalo disegnando anche il riquadro delle iscrizioni. FIG. A4.48 2 Esercizio proposto Il disegno sottostante Fig. A4.49, è carente di sezioni, quotature e viste. Analizza l’elaborato quindi, scelto il formato più consono, completa il disegno inserendo anche il riquadro delle iscrizioni. FIG. A4.49 72 La normativa tecnica Modulo A 3 Esercizio proposto Il disegno sottostante (Fig. A4.50), appare sezionato. Analizzata la vista, completa la pianta tracciando il piano di taglio che dà luogo alla sezione A-A, quindi ridisegna l’elemento riproporzionandolo e avendo come base il foro centrale di ∅100. FIG. A4.50 4 Esercizio proposto Analizzato il disegno sottostante (Fig. A4.51) e dopo aver corretto gli eventuali errori, completalo e ridisegnalo. FIG. A4.51 5 Esercizio proposto Verifica i disegni sottostanti e ridisegnali nel foglio appropriato inserendo il riquadro delle iscrizioni. FIG. A4.52 FIG. A4.53 FIG. A4.54 73 Modulo A La normativa tecnica FIG. A4.55 FIG. A4.56 FIG. A4.57 FIG. A4.58 FIG. A4.59 74 Modulo B DISPOSITIVI DI COLLEGAMENTO In questo modulo si affrontano argomenti quali le tolleranze di lavorazione e lo stato delle superfici. Si studiano gli accoppiamenti smontabili e non smontabili, quindi filettature, saldature, chiodature e dispositivi funzionali agli accoppiamenti quali linguette, chiavette, spine, perni e profili scanalati. L’analisi e la comprensione del funzionamento di questi elementi faciliterà gli studenti nella scelta dell’elemento più appropriato per sviluppare la progettazione di dispositivi più complessi. Potrebbe essere utile per confrontarsi con problematiche pratiche di progettazione esercitarsi con i cataloghi dei produttori per migliorare le capacità di problem solving. Oltre ai cataloghi, si suggerisce l’utilizzo di strumenti come Internet e YouTube, che offrono vaste opportunità sotto forma di tabelle, normative e filmati di lavorazioni. B1 Tolleranze di lavorazione e rugosità B2 I collegamenti meccanici smontabili: filettature, linguette, chiavette B3 I collegamenti meccanici non smontabili: le saldature, cenni sulle fusioni B4 Chiodature e incollaggi UnitÀ B1 Tolleranze di lavorazione e rugosità CONOSCENZE ➜ Sapere cos’è un diametro nominale e cosa rappresenta. ➜ Conoscere i sistemi di rappresentazione delle tolleranze sui disegni tecnici. ➜ Sapere come si esegue la scelta di una tolleranza di lavorazione. ➜ Conoscere il significato di accoppiamento foro-base e albero-base. ➜ Conoscere il significato di rugosità. ➜ Conoscere il significato di superficie lappata, rettificata, reale, sgrossata. ➜ Sapere cos’è il campo di rugosità raggiungibile dalle diverse macchine utensili in relazione agli specifici processi di lavorazione. ABILITÀ ➜ Rappresentare le tolleranze sui disegni tecnici. ➜ Rappresentare le tolleranze di lavorazione mediante l’utilizzo dei differenti segni grafici. ➜ Scegliere e utilizzare un accoppiamento foro-base o albero-base. ➜ Determinare la tolleranza nelle filettature. ➜ Definire il grado di rugosità delle superfici in funzione della lavorazione. ➜ Determinare la migliore superficie conoscendone le definizioni. ➜ Determinare qual è il campo di rugosità raggiungibile dalle diverse macchine utensili o processi di lavorazione. ➜ Determinare la tolleranza delle filettature metriche ISO a profilo triangolare. COMPETENZE ➜ Definire in maniera corretta gli accoppiamenti tra i diversi elementi. ➜ Inserire le tolleranze di lavorazione in un disegno tecnico, sia mediante segni grafici sia numericamente. ➜ Scegliere e/o determinare il grado di lavorazione di una macchina utensile e la conseguente qualità di lavorazione. 76 Tolleranze di lavorazione e rugosità Unità B1 B1.1 INTRODUZIONE ALLE TOLLERANZE DI LAVORAZIONE PREMESSA La normativa relativa alle tolleranze di lavorazione attualmente in vigore è la UNI EN ISO 286-1:2010: Sistema di tolleranze e accoppiamenti, principi fondamentali per tolleranze, scostamenti e accoppiamenti. Lo scopo della norma è di fissare i principi fondamentali di un sistema di tolleranze per accoppiamenti, fornendo i valori calcolati delle tolleranze e degli scostamenti fondamentali. Anche se nella norma si fa riferimento a pezzi cilindrici a sezione circolare, le tolleranze e gli scostamenti riportati nelle tabelle si applicano a tutti i pezzi lisci anche se non a sezione circolare. I termini generali di foro e albero includono anche lo spazio contenente o contenuto, compreso tra due superfici, due piani paralleli e/o tangenti di un qualunque pezzo, come la larghezza di una scanalatura, lo spessore di una chiavetta, ecc. Prima di addentrarci nel complesso mondo delle tolleranze occorre precisare alcuni termini che ci accompagneranno per un tratto del nostro cammino durante l’esposizione del non facile mondo della progettazione. Progettare vuol dire ideare e disegnare meccanismi cioè particolari che insieme in maniera sinergica, costituiscono situazioni che forniscono e/o producono movimenti, rotazioni, spostamenti ecc. All’inizio dell’era industriale, ma anche oggi nel caso di produzione di piccoli lotti, quando cioè non era richiesta quella che oggi chiamiamo intercambiabilità, gli aggiustatori meccanici provvedevano con la loro competenza tecnica a eliminare tutti i problemi di accoppiamento tra i vari elementi durante la fase di montaggio. Questo presupponeva una selezione dei pezzi da accoppiare in gruppi dimensionali simili. Era l’abilità dell’aggiustatore che ritoccava e adattava i singoli particolari uno a uno, eseguendo quello che ancora oggi definiamo aggiustaggio e consentendo la fase vera e propria di montaggio. Tuttavia, anche se questo procedimento darebbe risultati accettabili ancora oggi, richiede risorse umane altamente specializzate, tempi notevoli e quindi costi elevati. Il metodo utilizzato oggi, anche in funzione delle mutate esigenze produttive prevalentemente associate alla produzione di massa, è legato all’intercambiabilità dei pezzi. L’intercambiabilità prevede che i pezzi vengano realizzati in un range dimensionale tale da consentire in ogni caso il montaggio con altri particolari con i quali è previsto il loro accoppiamento senza alcuna azione di aggiustaggio. Questa metodologia, su cui si basano la produzione di massa o le lavorazioni in serie, presenta alcuni aspetti indiscutibilmente positivi: ◗ la possibilità di produrre i particolari in luoghi diversi dal luogo di montaggio e in tempi diversi, creando quindi scorte di magazzino; ◗ la possibilità di eseguire il montaggio in “catena”, non esistendo problemi di accoppiamento e quindi di adattamento tra i vari particolari; 77 Modulo B Dispositivi di collegamento ◗ l’intercambiabilità nel caso di pezzo rotto o deteriorato dall’usura, quindi una sostituzione rapida ed economica senza la necessità di manodopera specializzata. Non entreremo nel merito dei vari punti trattati perché tutti e tre hanno dei risvolti negativi che in parte saranno trattati nel secondo volume, quando si tratterà in maniera più esaustiva la produzione. Tuttavia per evitare di lasciare dei vuoti diremo che: ◗ il primo punto, cioè la possibilità di produrre in luoghi e in tempi differenti, ha creato il fenomeno della delocalizzazione della produzione. Inoltre i magazzini rappresentano un costo che le aziende non possono più permettersi, ma questo sarà oggetto di studio del quinto anno; ◗ il secondo punto ha generato l’effetto di alienazione delle risorse umane in catena oggi sempre più spesso sostituite da manipolatori antropomorfi; ◗ il terzo punto è legato a logiche di mercato e tendenze del momento, oltre all’innovazione tecnologica. Talvolta però la veloce obsolescenza dei pezzi di ricambio non consente l’intercambiabilità con modelli precedenti. B1.2 INDICAZIONI GENERALI DEFINIZIONI Prima di tutto prendiamo confidenza con alcuni termini fondamentali. Albero: indica in maniera convenzionale qualunque elemento esterno di un pezzo, anche non cilindrico. Foro: indica in maniera convenzionale qualunque elemento interno di un pezzo, anche non cilindrico. La dimensione nominale è definita anche quota. Qualora indicata in un disegno, tale valore esprime la dimensione lineare da cui scaturiscono le dimensioni limite (massima e minima), definite anche scostamenti superiori e inferiori. Tale dimensione viene anche definita linea dello zero. Identificheremo con Dn la dimensione nominale di un foro e con dn la dimensione nominale di un albero. La dimensione effettiva è la dimensione lineare rilevata con misurazione strumentale. Lo scostamento è costituito dalla differenza algebrica tra una dimensione, massima o minima, e la corrispondente dimensione nominale. Lo scostamento superiore è costituito dalla differenza algebrica tra la dimensione massima e la corrispondente dimensione nominale. Lo scostamento inferiore è costituito dalla differenza algebrica tra la dimensione minima e la corrispondente dimensione nominale. Lo scostamento fondamentale è costituito dallo scostamento più vicino alla linea dello zero e che in relazione a tale linea colloca l’area di tolleranza. La dimensione limite massima è costituita dalla dimensione massima ammessa per un elemento. La dimensione limite minima è costituita dalla dimensione minima ammessa per un elemento. 78 Tolleranze di lavorazione e rugosità Unità B1 Il gioco rappresenta la differenza positiva tra le dimensioni del foro e dell’albero. L’interferenza è la differenza, in valore assoluto, tra le dimensioni del foro e dell’albero quando questa differenza è negativa. Albero-base rappresenta il sistema di accoppiamento in cui le tolleranze degli alberi sono tutte collocate in posizione h, dove cioè lo scostamento superiore è pari a zero. Il foro-base rappresenta il sistema di accoppiamento in cui le tolleranze di tutti i fori sono collocate in posizione H, dove cioè lo scostamento inferiore è zero. B1.3 DEFINIZIONE DI TOLLERANZE DI LAVORAZIONE La Norma UNI EN ISO 286-1:2010, che ha sostituito la UNI 6386-88, si occupa di tolleranze e accoppiamenti e si riferisce a dimensioni di pezzi lisci che vengono chiamati fori o alberi. Nelle applicazioni meccaniche vi è differenza tra le tolleranze dimensionali e le tolleranze geometriche di forma o posizione. Le prime, di fondamentale importanza, si occupano esclusivamente delle misure lineari degli oggetti e del loro scostamento rispetto ai valori indicati sui disegni. Le seconde si riferiscono alla forma (superfici) e alle posizioni dei piani e degli assi degli oggetti, con una particolare attenzione alle condizioni di planarità, parallelismo e perpendicolarità previste in fase di progettazione. Con il termine tolleranza si definisce il range dimensionale entro il quale può avvenire la variazione della dimensione reale, e che pertanto corrisponde alla differenza tra la dimensione massima e la dimensione minima, con l’imprescindibile supposto che questa infici il funzionamento e l’intercambiabilità dell’oggetto con altri pezzi analoghi. Come rappresentato in Fig. B1.1, la tolleranza corrisponde all’errore massimo e minimo che un operatore può commettere nella produzione di un pezzo. FIG. B1.1 Rappresentazione grafica della tolleranza Se ipotizzassimo un diametro nominale D = 50 e accettassimo dimensioni che vanno da ∅ 50,113 a ∅ 49,987, avremmo: S–I=t Quindi 50,113 – 49,987 = 0,126 Il valore 0,126 sarà definito tolleranza. Per chiarire ulteriormente il concetto di tolleranza di lavorazione teniamo presente che l’idea del progettista implica la preparazione di un elaborato grafico (disegno) che ha come conseguenza una fase esecutiva, obiettivo finale della fase progettuale. Attraverso un processo tecnologico opportunamente scelto si verifica la trasformazione del pezzo da grezzo a prodotto finito. Tuttavia questa trasformazione con appropriate macchine utensili comporta inevitabili errori. 79 Modulo B Dispositivi di collegamento Questi errori possono essere dovuti a diversi fattori: ◗ dimensioni; ◗ superfici; ◗ geometria. FIG. B1.2 Curva gaussiana degli scostamenti 80 Per effetto di questi errori, il pezzo reale si discosterà sempre dalla geometria e dalle dimensioni previste dal progettista. Vediamo nello specifico l’analisi degli errori dimensionali. Prima di tutto si constaterà che la dimensione nominale (Dn) imposta dal progettista è differente dalla dimensione effettiva (Deff). Questa differenza è messa in evidenza con opportuni strumenti di misura o di controllo e sarà oggetto di studio della disciplina Tecnologia meccanica di processo e di prodotto (metrologia). Durante la fase di progettazione, tuttavia, occorre definire in maniera precisa i limiti entro i quali deve essere contenuto l’errore di lavorazione ammissibile, cioè la tolleranza, in modo che non venga messa in discussione la funzionalità e conseguentemente l’intercambiabilità del pezzo. L’esame di un altro fondamentale concetto, legato alla qualità delle superfici (errori superficiali), cioè alla “rugosità delle superfici”, verrà trattato nel paragrafo B1.10 Per il momento ci limiteremo a dire che si dovrà sempre cercare il giusto compromesso tra le esigenze funzionali e quelle economiche. Non si potrà però prescindere dal fatto che le esigenze funzionali impongono tolleranze ristrette e quindi rugosità bassa, che spesso vuol dire rettifica o lucidatura, mentre le esigenze economiche impongono tolleranze larghe e quindi alti valori di rugosità di lavorazione. In un disegno maggiore è il numero delle quote con tolleranza, maggiore è il costo di produzione. È bene quindi introdurre le tolleranze solo laddove è necessario, cioè quando sono finalizzate alla funzionalità del pezzo. Il processo produttivo implica una variazione determinante tra la dimensione nominale e la dimensione effettiva; questa differenza è definita scostamento. In relazione a una serie di eventi che si verificano durante la fase esecutiva di un processo produttivo, è possibile rilevare, per la medesima dimensione e a parità di processo produttivo, su un lotto di pezzi (intendendo per lotto un numero definito di pezzi) scostamenti variabili da un pezzo all’altro e statisticamente distribuibili su una curva gaussiana, rappresentata in Fig. B1.2. Tolleranze di lavorazione e rugosità Unità B1 La dimensione effettiva Deff è dunque inclusa in un intervallo che dipenderà sia dalla precisione sia dalla qualità della lavorazione stessa. Nella fase progettuale sarà cura del progettista fissare con assoluta precisione non solo la dimensione, ma anche l’intervallo entro cui dovrà essere compresa la dimensione del prodotto finito, cioè l’intervallo (Dmax÷Dmin). L’intervallo, come si può dedurre dalla Fig. B1.3, altro non è che la tolleranza. FIG. B1.3 Grafico di una tolleranza Esaminando gli errori geometrici possiamo affermare che, in maniera analoga alla defi nizione degli errori dimensionali, anche il raggiungimento della forma teorica, così come prevista dal progettista, è pressoché impossibile durante la fase esecutiva. Pertanto si dovranno stabilire i limiti entro i quali la forma del pezzo potrà differire dalla forma reale, cioè determinare lo scostamento tra la forma reale e la forma geometrica di un pezzo, e fra la sua posizione effettiva e quella del suo modello ipotetico. Vediamo cosa si intende e quali sono le caratteristiche di un pezzo a cui si può imporre una tolleranza geometrica attraverso la simbologia utilizzata dalla specifica Norma UNI EN ISO 1101:2017. Occorre inoltre osservare che mentre per l’errore di forma il riferimento è solo relativo alla forma ideale, per gli errori di posizione, orientamento e oscillazione occorre fare un’ulteriore considerazione, e cioè che la forma di un pezzo non ha solo un valore per se stessa, bensì deve essere messa in relazione anche con altre superfici. Per esempio: se una superficie deve essere perpendicolare a un’altra che funge da superficie di riferimento, occorre indicare il piano di riferimento con la simbologia rappresentata in Fig. B1.4 e in Fig. B1.5. 81 Modulo B Dispositivi di collegamento TAB. B1.1 Segni grafici per tolleranze FIG. B1.4 Tolleranza perpendicolarità (orientamento) FIG. B1.5 Tolleranza di parallelismo (orientamento) Come previsto dalla Norma UNI EN ISO 1101:2017, nella rappresentazione grafica di un disegno devono essere utilizzati i simboli visti nella Tab. B1.1 (questo nel caso in cui occorra indicare le tolleranze di forma, posizione e orientamento). Essendoci oneri economici nell’esecuzione e nella verifica di dimensioni con tolleranza sia dimensionale che di forma e/o posizione, occorre limitare tale intervento soltanto a situazioni in cui ciò è indispensabile per la funzionalità dei pezzi. 82 Tolleranze di lavorazione e rugosità Unità B1 Le indicazioni specificate mediante la simbologia vista nella Tab. B1.1 devono essere inserite in un riquadro rettangolare diviso in due o più caselle, nelle quali si indicherà da sinistra verso destra: ◗ il simbolo; ◗ il valore della tolleranza espresso in mm con, se necessario, il simbolo ∅; ◗ la lettera o le lettere che identificano la superficie o le superfici di riferimento. Il riquadro rettangolare sopra descritto sarà unito alla superficie del pezzo mediante linea di tipo B UNI EN ISO 128-20 (continua sottile fine), e come terminale avrà una freccia situata sulla linea di contorno dell’elemento o sul prolungamento del contorno se la tolleranza si riferisce a una linea o a una superficie, come si può dedurre dalla Fig. B1.6. FIG. B1.6 Tolleranza riferita a superfici Qualora la tolleranza sia riferita all’asse valido per tutto il pezzo, la simbologia sarà localizzata sull’asse, come in Fig. B1.7. FIG. B1.7 Tolleranza riferita a un asse valido per tutto il pezzo Nel caso in cui l’asse sia valido solo per una parte del pezzo la simbologia sarà localizzata in corrispondenza della linea di misura, come rappresentato in Fig. B1.8. FIG. B1.8 Tolleranza riferita a un asse valido per una parte di pezzo 83 Modulo B Dispositivi di collegamento Qualora riquadri e riferimenti non possano essere uniti in modo chiaro e inequivocabile mediante linea continua fine, il terminale anziché una freccia può essere un triangolo pieno con la base allocata sulla linea del contorno dell’elemento di riferimento. Tale situazione è rappresentata nella Fig. B1.9. FIG. B1.9 Altra modalità di localizzazione della tolleranza Qualora il riquadro delle tolleranze non possa essere unito in modo chiaro all’elemento di riferimento, si ricorre a una lettera maiuscola inserita in un rettangolo da collegare anche al riquadro delle tolleranze, come rappresentato in Fig. B1.10. FIG. B1.10 Altra modalità di localizzazione della tolleranza B1.4 LE TOLLERANZE NEL SISTEMA ISO In maniera convenzionale il sistema di tolleranze è riferito, per ragioni di comodità e per semplicità, solo ad accoppiamenti cilindrici caratterizzati da un albero e dal corrispondente foro. Tuttavia, tutte le considerazioni che verranno fatte hanno validità per qualsiasi accoppiamento che, secondo la UNI EN ISO 286-1:2010, viene definito come la connessione tra due pezzi, uno esterno e l’altro interno. 84 Tolleranze di lavorazione e rugosità Unità B1 FIG. B1.11 Rappresentazione grafica della tolleranza Un albero e un foro, qualora debbano essere accoppiati, hanno la medesima quota nominale, che risulterà tale solo formalmente, in quanto, quasi sempre, saranno differenti nella dimensione effettiva per effetto delle lavorazioni meccaniche eseguite. Affinché possa verificarsi un accoppiamento, la quota nominale dell’albero e del foro devono essere le medesime, ma, al fine dell’accettazione dei pezzi per la fase di montaggio, la dimensione effettiva di ogni singolo pezzo deve essere contenuta nel range di tolleranza stabilita dal progettista. Sintetizzando, si può affermare che nel caso di un accoppiamento, le quote nominali di albero e foro sono le medesime, mentre le relative quote effettive sono differenti, anche se in maniera impercettibile. La quota nominale nella rappresentazione grafica delle tolleranze rappresenta la linea dello zero. In determinate situazioni la quota effettiva dell’albero o del foro o di entrambi può coincidere con la linea dello zero, ma solo per una coincidenza casuale. In linea più generale la dimensione effettiva avrà, rispetto alla linea dello zero, uno scostamento sopra tale linea (scostamento positivo) o sotto la linea (scostamento negativo). La differenza tra tali scostamenti rappresenta e definisce la tolleranza. Nella Fig. B1.11 è rappresentato graficamente questo concetto. Tolleranza T = intervallo entro cui può oscillare la dimensione effettiva. B1.5 ACCOPPIAMENTI CON GIOCO E CON INTERFERENZA In un accoppiamento si crea un gioco quando la dimensione effettiva dell’albero è inferiore alla dimensione effettiva del foro, come rappresentato in Fig. B1.12a. Quando invece la dimensione effettiva dell’albero è maggiore della dimensione effettiva del foro abbiamo un’interferenza, come rappresentato in Fig. B1.12b. In questa tipologia di accoppiamento (interferenza), il montaggio avviene applicando all’albero una pressione più o meno accentuata. Si può anche ricorrere a un 85 Modulo B Dispositivi di collegamento montaggio mediante dilatazione termica, allargando il foro o riducendo il diametro dell’albero, generalmente mediante azoto liquido. La formazione di gioco o interferenza è in relazione alla posizione relativa delle zone di tolleranza. Si hanno accoppiamenti con gioco quando la zona di tolleranza del foro è tutta al di sopra di quella dell’albero. Qualora la zona di tolleranza del foro risulti completamente al di sotto di quella dell’albero si hanno accoppiamenti con interferenza. ⓐ ⓑ FIG. B1.12 Accoppiamenti: a. con gioco; b. con interferenza ACCOPPIAMENTI INCERTI Gli accoppiamenti incerti si ottengono quando le zone di tolleranza dell’albero e del foro non risultano decisamente separate, ma si accavallano. Tali accoppiamenti possono generare sia un gioco che una interferenza. B1.6 ACCOPPIAMENTI FORO-BASE E ALBERO-BASE Nell’assegnare le tolleranze per determinare gli accoppiamenti, si possono ottenere giochi o interferenze secondo le esigenze tecniche richieste al pezzo sia durante le fasi di montaggio che di funzionamento. La combinazione delle varie zone di tolleranza generate dalle tolleranze assegnate agli alberi e ai fori dà luogo a particolari sistemi di accoppiamento. Ipotizzando di fissare lo scostamento superiore di un albero uguale a zero, troveremo che la dimensione massima dell’albero, indipendentemente dal suo diametro nominale, risulterà coincidente con la linea dello zero. Un sistema di accoppiamento è definito albero–base quando gli accoppiamenti (giochi o interferenze) si ottengono variando, secondo necessità, solo il valore delle zone di tolleranza dei fori. 86 Tolleranze di lavorazione e rugosità Unità B1 Le relative rappresentazioni grafiche sono visualizzate nelle Fig. B1.13 e Fig. B1.14. Un sistema di accoppiamento è definito foro-base quando si prendono come riferimento i fori con scostamento inferiore uguale a zero e si fanno variare le zone di tolleranza degli alberi. Non esiste una regola per la scelta di un sistema piuttosto che un altro; entrambi sono considerati sottoinsiemi del sistema di tolleranza ISO. La scelta è lasciata al progettista ed è del tutto personale scegliere il sistema foro-base o albero-base, purché sia rispettata la funzionalità del pezzo. In linea di massima la scelta viene eseguita in funzione degli strumenti di misura e/o di controllo. Generalmente, ma non in maniera vincolante, le aziende automobilistiche preferiscono il sistema foro-base, mentre altri settori industriali preferiscono il sistema albero-base. FIG. B1.13 Schema di accoppiamento sistema albero-base FIG. B1.14 Schema di accoppiamento sistema foro-base B1.7 QUALITÀ E POSIZIONE DELLE TOLLERANZE Il sistema ISO prevede due campi di dimensioni e precisamente un campo fino a 500 mm e un campo da 500 mm fino a 3150 mm. Sono altresì previste 19 qualità di tolleranze per le dimensioni fino a 500 mm, che vengono numerate con la seguente serie: 01 – 0 – 1 – 2 – 3 – 4 – 5 – 6 ............ 15 – 16 – 17 A questo valore numerico si antepone la sigla IT (International Tolerance) pertanto la qualità della tolleranza sarà indicata con la sigla: IT01 – IT0 – IT1 – IT2 – IT3 – IT4 – IT5 – IT6 ............ IT15 – IT16 – IT17 87 Modulo B Dispositivi di collegamento TAB. B1.2 QUALITÀ E POSIZIONE DELLE TOLLERANZE GRADO DI PRECISIONE IT01 IT0 IT1 IT2 IT3 IT4 IT5 IT5 IT6 IT7 IT8 IT9 IT10 IT11 IT12 IT12 IT13 IT14 IT15 IT16 IT17 CAMPI DI APPLICAZIONE Oggetti di altissima precisione nel campo dell’ottica e dell’orologeria Meccanica fine Lavorazione di strumenti di misura di alta precisione Accoppiamenti meccanici Meccanica media Lavorazioni grossolane (laminazione, trafilatura, stampaggio): produzione di pezzi non destinati a un accoppiamento Meccanica grossolana Nel sistema ISO le espressioni “grado di precisione” e “qualità di lavorazione” assumono un significato sostanzialmente identico. In sostanza i concetti di precisione e qualità lasciano intuire il fondamentale concetto di costo della precisione e conseguentemente di costo di produzione. Per ottenere un’alta precisione nei processi produttivi occorre ricorrere a lavorazioni di elevata qualità che richiedono materiali, dispositivi e tecnologie avanzate, oltre a tempistiche produttive lunghe e accurate che comportano sensibili aumenti di costi di produzione. Il valore numerico del grado di precisione è dato dalla differenza tra lo scostamento superiore e lo scostamento inferiore. Per fori: IT= Es – Ei Per alberi: IT= es – ei Il calcolo delle tolleranze, si effettuerà utilizzando le seguenti relazioni: TAB. B1.3 Relazioni per il calcolo delle tolleranze Per fori IT = Dmax – Dmin da cui Dmax = Dmin + IT IT = dmax – dmin ES = Dmax – Dn es = dmax – dn EI = Dmin – Dn 88 da cui Dmin = Dn + EI ei = dmin– dn Per alberi da cui dmax = dmin + IT da cui dmin = dn + ei Tolleranze di lavorazione e rugosità Unità B1 FIG. B1.15 Zona di tolleranza Facendo riferimento alla Fig. B1.15 e alla Tab. B1.2 possiamo affermare che: quanto minore è il numero associato alla sigla IT, tanto minore è il valore della tolleranza e quindi tanto maggiore è il grado di precisione e la conseguente qualità di lavorazione. POSIZIONE DELLA TOLLERANZA Assegnando una lettera a una dimensione si definisce il valore dello scostamento fondamentale. Per convenzione si assegna una lettera MAIUSCOLA per indicare i FORI e una lettera minuscola per indicare gli alberi. Le lettere H/h (foro/albero) indicano la posizione dell’area di tolleranza dei fori e degli alberi che hanno la dimensione minima-massima coincidente con la linea dello zero. I particolari da accoppiare si quoteranno assegnando la stessa dimensione nominale (dimensione nominale di accoppiamento) e differenziando le dimensioni effettive mediante scostamenti diversi. Per chiarire meglio il concetto espresso facciamo un esempio. Volendo determinare il valore del campo di tolleranza di un pezzo e servendoci della Tab. B1.4, osserviamo che il campo di tolleranza di un cilindro con dimensione nominale ∅40 mm e qualità di lavorazione (grado di precisione) IT6, risulta essere 16 μm (micrometri). Qualora il grado di precisione del pezzo di eguali dimensioni fosse IT15 (per esempio un pezzo lavorato per laminazione), il campo di tolleranza risulterebbe essere 1,00 mm (cioè 1000 μm). Osserviamo infine che, a parità di qualità di lavorazione (grado di precisione), il valore del campo di tolleranza è tanto maggiore quanto più grandi sono le dimensioni del pezzo. Restando nel medesimo esempio, qualora il diametro del cilindro fosse di 150 mm, il suo campo di tolleranza diventerebbe di 25 μm; per un valore di IT15 troveremo 1,6 mm cioè 1600 μm. 89 90 IT01 0,3 0,4 0,4 0,5 0,6 0,6 0,8 1 1,2 2 2,5 3 4 Gruppi dimensioni (mm) da 1 a 3 oltre 3 fino a 6 oltre 6 – fino a 10 oltre 10 – fino a 18 oltre 18 – fino a 30 oltre 30 – fino a 50 (40) oltre 50 – fino a 80 oltre 80 – fino a 120 oltre 120 – fino a 180 (150) oltre 180 – fino a 250 oltre 250 – fino a 315 oltre 315 – fino a 400 oltre 400 – fino a 500 6 5 4 3 2 1,5 1,2 1 1 0,8 0,6 0,6 0,5 IT0 8 7 6 4,5 3,5 2,5 2 1,5 1,5 1,2 1 1 0,8 IT1 10 9 8 7 5 4 3 2,5 2,5 2 1,5 1,5 1,2 IT2 15 13 12 10 8 6 5 4 4 3 2,5 2,5 2 IT3 20 18 16 14 12 10 8 7 6 5 4 4 3 IT4 27 25 23 20 18 15 13 11 9 8 6 5 4 IT5 40 36 32 29 25 22 19 16 13 11 9 8 6 IT6 63 57 52 46 40 35 30 25 21 18 15 12 10 IT7 97 89 81 72 63 54 46 39 33 27 22 18 14 IT8 155 140 130 115 100 87 74 62 52 43 36 30 25 IT9 250 230 210 185 160 140 120 100 84 70 58 48 40 IT10 400 360 320 290 250 220 190 160 130 110 90 75 60 IT11 630 570 520 460 400 350 300 250 210 180 150 120 100 IT12 970 890 810 720 630 540 460 390 330 270 220 180 140 IT13 1550 1400 1300 1150 1000 870 740 620 520 430 360 300 250 IT14 2500 2300 2100 1850 1600 1400 1200 1000 840 700 580 480 400 IT15 VALORI NUMERICI (in μm) DELLE TOLLERANZE FONDAMENTALI secondo la Norma UNI EN ISO 286-1:2010 4000 3600 3200 2900 2500 2200 1900 1600 1300 1100 900 750 600 IT16 6300 5700 5200 4600 4000 3500 3000 2500 2100 1800 1500 – – IT17 Modulo B Dispositivi di collegamento TAB. B1.4 Tolleranze di lavorazione e rugosità Unità B1 TAB. B1.5 91 Modulo B Dispositivi di collegamento TAB. B1.6 92 Tolleranze di lavorazione e rugosità Unità B1 Per definire quindi in maniera esaustiva una zona di tolleranza occorre indicare, nell’ordine: ◗ il valore nominale; ◗ un simbolo letterale indicante la posizione; ◗ un numero indicante la qualità. Esempio: FORO di 60 mm, posizione H, qualità 6 = ∅60 H6 albero di 32 mm, posizione g, qualità 7 = ∅32 g7 Ricordare sempre che la lettera maiuscola indica il foro mentre la lettera minuscola indica l’albero. Un accoppiamento è designato dalla dimensione comune (dimensione nominale) seguita dai simboli del foro e dell’albero separati da una linea di frazione (esempio: ∅38H7 / f6). Noto il valore del campo di tolleranza è possibile, attraverso ulteriori tabelle, definire lo scostamento. FIG. B1.16 Grafico degli scostamenti Presentando in maniera molto semplificata il grafico della Fig. B1.16, derivante dalla Tab. B1.6, possiamo affermare che: nei quadranti 1 e 3 gli scostamenti sia dei fori che degli alberi sono sempre positivi, mentre nei quadranti 2 e 4 gli scostamenti dei fori e degli alberi sono sempre negativi. Ovviamente le posizioni H-h coincidono con la linea dello zero. Eliminando quindi la zona delle posizioni j-js-k in cui gli accoppiamenti sono incerti, troveremo che da A/a fino a H/h gli accoppiamenti sono sempre con gioco, mentre da M/m fino a ZC/zc gli accoppiamenti sono con interferenza. Ovviamente gioco e interferenza aumenteranno se ci avvicineremo alle posizioni limite, rispettivamente A/a oppure ZC/zc. 93 Modulo B Dispositivi di collegamento Nelle pagine seguenti sono riportate le tabelle relative agli scostamenti fondamentali per fori sup. ES e inf. EI e per alberi sup. es e inf. ei, in funzione del grado di tolleranza, secondo quanto previsto dalla Norma UNI EN ISO 286-1:2010. TAB. B1.7 Dimensione nominale in mm da 0 3 6 10 14 18 24 30 40 50 65 80 100 120 140 160 180 200 225 250 280 315 355 400 450 fino a: 3 6 10 14 18 24 30 40 50 65 80 100 120 140 160 180 200 225 250 280 315 355 400 450 500 SCOSTAMENTI FONDAMENTALI (Ei) Secondo quanto previsto dalla Norma UNI EN ISO 286-1:2010 SCOSTAMENTI FONDAMENTALI (Es) GRADO DI TOLLERANZA A 270 270 280 290 290 300 300 310 320 340 360 380 410 460 520 580 660 740 820 920 1050 1200 1350 1500 1650 B 140 140 150 150 150 160 160 170 180 190 200 220 240 260 280 310 340 380 420 480 540 600 680 760 840 C 60 70 80 95 95 110 110 120 130 140 150 170 180 200 210 230 240 260 280 300 330 360 400 440 480 CD 34 46 56 D 20 30 40 50 50 65 65 80 80 100 100 120 120 145 145 145 170 170 170 190 190 210 210 230 230 E 14 20 25 32 32 40 40 50 50 60 60 72 72 85 85 85 100 100 100 110 110 125 125 135 135 EF 10 14 18 F 6 10 13 16 16 20 20 25 25 30 30 36 36 43 43 43 50 50 50 56 56 62 62 68 68 FG 4 6 8 G 2 4 5 6 6 7 7 9 9 10 10 12 12 14 14 14 15 15 15 17 17 18 18 20 20 H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 JS IT/2 IT/2 IT/2 IT/2 IT/2 IT/2 IT/2 IT/2 IT/2 IT/2 IT/2 IT/2 IT/2 IT/2 IT/2 IT/2 IT/2 IT/2 IT/2 IT/2 IT/2 IT/2 IT/2 IT/2 IT/2 J6 2 5 5 6 10 8 8 10 10 13 13 16 16 18 18 18 22 22 22 25 25 29 29 33 33 J7 4 6 8 10 10 12 12 14 14 18 18 22 22 26 26 26 30 30 30 36 36 39 39 43 43 J8 6 10 12 15 15 20 20 24 24 28 28 34 34 41 41 41 47 47 47 55 55 60 60 66 66 K7 0 3 5 6 6 6 6 7 7 9 9 10 10 12 12 12 13 13 13 16 16 17 17 18 18 K8 0 5 6 8 8 10 10 12 12 14 14 16 16 20 20 20 22 22 22 25 25 28 28 29 29 >K8 0 TAB. B1.8 SCOSTAMENTI FONDAMENTALI (Es) Dimensione nominale in mm da 0 3 6 10 14 18 24 30 40 50 65 80 100 120 140 160 180 200 225 250 280 315 355 400 450 94 fino a: 3 6 10 14 18 24 30 40 50 65 80 100 120 140 160 180 200 225 250 280 315 355 400 450 500 Secondo quanto previsto dalla Norma UNI EN ISO 286-1:2010 GRADO DI TOLLERANZA M7 -2 0 0 0 1 0 1 0 2 0 2 0 2 0 0 2 0 0 3 0 1 0 2 48 25 M8 -2 2 1 2 5 4 6 5 7 5 8 6 10 8 8 11 9 9 12 9 12 11 13 59 25 >M8 -2 -4 -6 -7 -7 -8 -8 -9 -9 -11 -11 -13 -13 -15 -15 -15 -17 -17 -17 -20 -20 -21 -21 -23 -23 N7 -5 -4 -4 -5 -5 -7 -7 -8 -8 -9 -9 -10 -10 -12 -12 -12 -14 -14 -14 -14 -14 -16 -16 -17 -17 N8 -4 -2 -3 -3 -3 -3 -3 -3 -3 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -4 -5 -5 -5 -5 -5 -5 -5 -6 -6 P -6 -12 -15 -18 -18 -22 -22 -26 -26 -32 -32 -37 -37 -43 -43 -43 -50 -50 -50 -56 -56 -62 -62 -68 -68 R -10 -15 -19 -23 -23 -28 -28 -34 -34 -41 -43 -51 -54 -63 -65 -68 -77 -80 -84 -94 -98 -108 -114 -126 -132 S -14 -19 -23 -28 -28 -35 -35 -43 -43 -53 -59 -71 -79 -92 -100 -108 -122 -130 -140 -158 -170 -190 -208 -232 -252 T -41 -48 -54 -66 -75 -91 -104 -122 -134 -146 -166 -180 -196 -218 -240 -268 -294 -330 -360 U -18 -23 -28 -33 -33 -41 -48 -60 -70 -87 -102 -124 -144 -170 -190 -210 -236 -258 -284 -315 -350 -390 -435 -490 -540 V -39 -47 -55 -68 -81 -102 -120 -146 -172 -202 -228 -252 -284 -310 -340 -385 -425 -475 -530 -595 -660 X Y Z ZA ZB ZC -20 -26 -32 -40 -60 -28 -35 -42 -50 -80 -34 -42 -52 -67 -97 -40 -50 -64 -90 -130 -45 -60 -77 -108 -150 -54 -63 -73 -98 -136 -188 -64 -75 -88 -118 -160 -218 -80 -94 -112 -148 -200 -274 -97 -114 -136 -180 -242 -325 -122 -144 -172 -226 -300 -405 -146 -174 -210 -274 -360 -490 -178 -214 -258 -335 -445 -585 -210 -254 -310 -400 -525 -690 -248 -300 -365 -470 -620 -800 -280 -340 -415 -535 -700 -900 -310 -380 -465 -600 -780 -1000 -340 -425 -520 -670 -880 -1150 -385 -470 -575 -740 -960 -1250 -425 -520 -640 -820 -1050 -1350 -475 -580 -710 -920 -1200 -1550 -525 -650 -790 -1000 -1300 -1700 -590 -730 -900 -1150 -1500 -1900 -660 -820 -1000 -1300 -1650 -2100 -740 -920 -1100 -1450 -1850 -2400 -820 -1000 -1250 -1600 -2100 -2600 Tolleranze di lavorazione e rugosità Unità B1 Sono doverose alcune note per una corretta interpretazione delle tabelle successive. Nota 1: tutti i valori presenti nelle tabelle sono espressi in µm. Nota 2: relativamente alla posizione Js (tolleranza bilaterale simmetrica), il valore dello scostamento inferiore (+) è uguale a quello dello scostamento superiore (–); pertanto avremo che: IT IT e conseguentemente Ei = + Es = − 2 2 Nota 3: Per la posizione J sono previsti scostamenti solo per le qualità IT6, IT7 e IT8, mentre per le posizioni K, M sono previsti scostamenti diversi a seconda che la qualità sia inferiore, superiore o uguale a IT8. Nota 4: Le posizioni CD, EF e G non sono utilizzate per diametri > 10 mm. Nota 5: Le posizioni da P a ZC sono caratterizzate da scostamenti differenti a seconda che la qualità sia inferiore, superiore o uguale a IT7. Per gli IT > 7 mm il valore dello scostamento deve essere incrementato del valore di Δ calcolato con la seguente relazione: Δ = ITn – ITn–1 Per comprendere e calcolare il valore di Δ facciamo un esempio. Per un ∅60 e per un IT7 il valore di Δ sarà calcolato sottraendo al valore di IT7 il valore di IT6; avremo pertanto: Δ = (Valore di IT7) – (Valore di IT6) = (30 – 19) = 11 µm TAB. B1.9 SCOSTAMENTI FONDAMENTALI (es) Dimens. nominale in mm da fino a: 0 3 6 10 14 18 24 30 40 50 65 80 100 120 140 160 180 200 225 250 280 315 355 400 450 3 6 10 14 18 24 30 40 50 65 80 100 120 140 160 180 200 225 250 280 315 355 400 450 500 Secondo quanto previsto dalla Norma UNI EN ISO 286-1:2010 GRADO DI TOLLERANZA a b -270 -140 -270 -140 -280 -150 -290 -150 -290 -150 -300 -160 -300 -160 -310 -170 -320 -180 -340 -190 -360 -200 -380 -220 -410 -240 -460 -260 -520 -280 -580 -310 -660 -340 -740 -380 -820 -420 -920 -480 -1050 -540 -1200 -600 -1350 -680 -1500 -760 -1650 -840 c cd d e ef f fg g h js -60 -70 -80 -95 -95 -110 -110 -120 -130 -140 -150 -170 -180 -200 -210 -230 -240 -260 -280 -300 -330 -360 -400 -440 -480 -34 -46 -56 -20 -30 -40 -50 -50 -65 -65 -80 -80 -100 -100 -120 -120 -145 -145 -145 -170 -170 -170 -190 -190 -210 -210 -230 -230 -14 -20 -25 -32 -32 -40 -40 -50 -50 -60 -60 -72 -72 -85 -85 -85 -100 -100 -100 -110 -110 -125 -125 -135 -135 -10 -14 -18 -6 -10 -13 -16 -16 -20 -20 -25 -25 -30 -30 -36 -36 -43 -43 -43 -50 -50 -50 -56 -56 -62 -62 -68 -68 -4 -6 -8 -2 -4 -5 -6 -6 -7 -7 -9 -9 -10 -10 -12 -12 -14 -14 -14 -15 -15 -15 -17 -17 -18 -18 -20 -20 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 IT/2 IT/2 IT/2 IT/2 IT/2 IT/2 IT/2 IT/2 IT/2 IT/2 IT/2 IT/2 IT/2 IT/2 IT/2 IT/2 IT/2 IT/2 IT/2 IT/2 IT/2 IT/2 IT/2 IT/2 IT/2 95 Modulo B Dispositivi di collegamento SCOSTAMENTI FONDAMENTALI (ei) Dimens. nominale in mm da 0 3 6 10 14 18 24 30 40 50 65 80 100 120 140 160 180 200 225 250 280 315 355 400 450 fino a 3 6 10 14 18 24 30 40 50 65 80 100 120 140 160 180 200 225 250 280 315 355 400 450 500 TAB. B1.10 Secondo quanto previsto dalla Norma UNI EN ISO 286-1:2010 GRADO DI TOLLERANZA j5/j6 -2 -2 -2 -3 -3 -3 -3 -4 -4 -5 -7 -9 -9 -11 -11 -11 -13 -13 -13 -16 -16 -18 -18 -20 -20 j7 -4 -4 -5 -6 -6 -8 -8 -10 -10 -12 -12 -15 -15 -18 -18 -18 -21 -21 -21 -26 -26 -28 -28 -32 -32 k4-k7 0 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 4 4 5 5 altri k 0 m 2 4 6 7 7 8 8 9 9 11 11 13 13 15 15 15 17 17 17 20 20 21 21 23 23 n 4 8 10 12 12 15 15 17 17 20 20 23 23 27 27 27 31 31 31 34 34 37 37 40 40 p 6 12 15 18 18 22 22 26 26 32 32 37 37 43 43 43 50 50 50 56 56 62 62 68 68 r 10 15 19 23 23 28 28 34 34 41 43 51 54 63 65 68 77 80 84 94 98 108 114 126 132 s 14 19 23 28 28 35 35 43 43 53 59 71 79 92 100 108 122 130 140 158 170 190 208 232 252 t 41 48 54 66 75 91 104 122 134 146 166 180 196 218 240 268 294 330 360 u 18 23 28 33 33 41 48 60 70 87 102 124 144 170 190 210 236 258 284 315 350 390 435 490 540 v 39 47 55 68 81 102 120 146 172 202 228 252 284 310 340 385 425 475 530 595 660 x y z za zb 20 26 32 40 28 35 42 50 34 42 52 67 40 50 64 90 45 60 77 108 54 63 73 98 136 64 75 88 118 160 80 94 112 148 200 97 114 136 180 242 122 144 172 226 300 146 174 210 274 360 178 214 258 335 445 210 254 310 400 525 248 300 365 470 620 280 340 415 535 700 310 380 465 600 780 350 425 520 670 880 385 470 575 740 960 425 520 640 820 1050 475 580 710 920 1200 525 650 790 1000 1300 590 730 900 1150 1500 660 820 1000 1300 1650 740 920 1100 1450 1850 820 1000 1250 1600 2100 zc 60 80 97 130 150 188 218 274 325 405 480 585 690 800 900 1000 1150 1250 1350 1550 1700 1900 2100 2400 2600 Come per la lettura delle tabelle relative agli scostamenti fondamentali dei fori, anche per gli alberi inseriamo delle note chiarificatrici. Nota 1: relativamente alla posizione js (tolleranza bilaterale simmetrica), il valore dello scostamento inferiore negativo è uguale a quello dello scostamento superiore positivo IT IT e conseguentemente es = + ei = − 2 2 Nota 2: per la posizione j sono previsti scostamenti solo per le qualità IT5, IT6 e IT7. La qualità IT8 prevede solo lo scostamento del gruppo dimensionale da 1 a 3 mm. Nota 3: La posizione k prevede scostamenti positivi per le qualità da IT4 a IT7; per tutte le altre qualità, lo scostamento è uguale a 0. Nota 4: anche per gli alberi, e non poteva essere altrimenti, le posizioni cd, ef e fg sono utilizzate esclusivamente per diametri maggiori di 10 mm, come da Tab. B1.9. Volendo conferire a un accoppiamento particolari caratteristiche, la scelta dal punto di vista teorico può cadere su un numero elevato di coppie foro-albero. È sufficiente infatti variare la posizione o la qualità e il sistema di accoppiamento, con le specifiche peculiarità, può variare anche in maniera significativa. Al fine di evitare tale circostanza, è conveniente fare riferimento a coppie di accoppiamento sperimentate e d’impiego generale, per le quali, tra l’altro, è possibile effettuare il controllo/collaudo con limitati strumenti di misura/controllo. Per questo motivo sono stati introdotti i due sistemi di accoppiamenti visti in precedenza, denominati foro base e albero base. Per ciascun accoppiamento si prende come fissa la posizione con scostamento fondamentale sulla linea dello zero (H – h); la scelta della posizione del campo di tolleranza dell’altro elemento definisce le caratteristiche dell’accoppiamento. 96 Tolleranze di lavorazione e rugosità Unità B1 Le Tab. B1.11 e Tab. B1.12 danno un esempio dei possibili accoppiamenti unificati con la tipologia dell’accoppiamento e il relativo campo di applicazione. TAB. B1.11 TOLLERANZE ISO – SISTEMA FORO BASE – INDICAZIONI IMPIEGO Secondo quanto previsto dalla Norma UNI EN ISO 286-1:2010 Tipologia di accoppiamento Descrizione accoppiamento Campo di applicazione H6 / n6 Stabile bloccato Bronzine fisse; accoppiamenti senza chiavetta per trasmissione di piccole coppie. H6 / k6 Incerto Accoppiamenti con chiavetta per trasmissione di forti coppie; coperchi e bussole per cuscinetti a sfere. H6/h6 Mobile di scorrimento Accoppiamento canotti, innesti, manicotti, parti scorrevoli su guide di precisione. H6 / j6 Incerto di spinta Montaggio ingranaggi fissi su alberi. H6 / g6 Mobile di scorrimento Ingranaggi scorrevoli, cilindri e stantuffi idraulici. H7 / u6 Stabile bloccato alla pressa Accoppiamenti precisi per trasmettere forti coppie anche senza chiavetta. H7 / s6 Stabile bloccato alla pressa Accoppiamenti non smontabili, bussole forzate, boccole in genere, anelli di spallamento. H7 / n6 Incerto smontabile con sforzo notevole Calettamento bussole di bronzo o ghisa, calettamento di organi bloccati reciprocamente con chiavette, spine ecc. da smontare raramente. H7 / k6 Incerto smontabile con piccolo sforzo Calettamento di organi bloccati reciprocamente con chiavette, spine ecc., da smontare facilmente. Calettamenti da eseguire in particolari meccanici già montati, incastri di precisione, chiavette, calettamenti di cuscinetti a sfere o a rulli. H7 / j6 Incerto smontabile con piccolo sforzo Calettamento di organi bloccati reciprocamente con chiavette, spine ecc., da smontare facilmente. Calettamenti da eseguire in particolari meccanici già montati, incastri di precisione, chiavette, spine di centraggio, bulloni calibrati. Utilizzato principalmente per accoppiamenti lunghi e montaggi in condizioni difficili, cuscinetti a sfere o a rulli. H7 / h6 Mobile di scorrimento Centraggi e accoppiamenti di precisione, scorrevoli assialmente o dotati di moto rotatorio lento o a carattere oscillatorio, con lubrificazione incerta. H7 / f7 Mobile di scorrimento Accoppiamenti rotanti molto veloci con centraggio anche imperfetto, con lubrificazione a sostentazione anche non perfettamente idrodinamica. H7 / g6 Mobile di scorrimento Accoppiamenti rotanti a velocità periferiche medie (da 2 a 4 m/s) con buon centraggio. H8 / h9 Mobile di scorrimento Calettamenti smontabili a mano, coppie a rotazione lenta, con lubrificazione non forzata, di media precisione. H8 / f8 Mobile con piccolo gioco Accoppiamenti rotanti in genere, con carichi non elevati e senza necessità di centraggio di precisione. E9 / h8 Mobile con medio gioco Cuscinetti a snodi montati su alberi ricavati direttamente da barre commerciali con tolleranza h11 o h8. E9 / f8 Mobile con forte gioco Snodi e guide soggetti a ingranarsi. Cuscinetti veloci destinati a lavorare a temperatura elevata. Mobile libero grossolano Fori di snodi o spine di comandi a mano, bussole o organi scorrevoli senza importanza. H11 / h11 97 Modulo B Dispositivi di collegamento TAB. B1.12 TOLLERANZE ISO – SISTEMA ALBERO BASE – INDICAZIONI IMPIEGO Secondo quanto previsto dalla Norma UNI EN ISO 286-1:2010 Tipologia di accoppiamento Descrizione accoppiamento Campo di applicazione N8 / h7 Bloccato serrato Parti fisse smontabili con pressioni elevate. Montaggio con mazzuolo a mano o pressa. M7 / h6 Bloccato normale Parti fisse smontabili con media pressione. Montaggio con mazzuolo a mano o a pressa. K7 / h6 Bloccato leggero Parti fisse smontabili con leggera pressione. Montaggio con mazzuolo. J7 / h6 Di spinta Parti che non devono scorrere una rispetto all’altra. Montaggio e smontaggio con mazzuolo. H7 / h6 Di scorrimento Parti che si muovono leggermente una rispetto all’altra. Montaggio e smontaggio a mano. K8 / h7 Bloccato leggero Parti fisse smontabili con leggera pressione. Montaggio con mazzuolo. J8 / h7 Di spinta Caratteristiche simili ad accoppiamento J7 / h6, ma con minor precisione. Montaggio e smontaggio con mazzuolo. H8 / h7 Di scorrimento Caratteristiche simili ad accoppiamento H7 / h6, ma meno precise. Montaggio e smontaggio a mano. G7 / h6 Libero stretto Parti con mobilità relativa l’una rispetto all’altra, con gioco poco apprezzabile. Montaggio e smontaggio a mano. F8 / h7 Libero normale Caratteristiche simili ad accoppiamento G7 / h6, ma con gioco apprezzabile. Montaggio e smontaggio a mano. H8 / h8 Di scorrimento Accoppiamenti senza sforzo di organi soggetti a lubrificazione. Montaggio e smontaggio a mano. F8 / h8 Libero normale Parti in accoppiamento con gioco variabile da piccolissimo ad abbondante. D10 / h8 Libero amplissimo Parti in accoppiamento con gioco molto ampio. H11 / h11 Di scorrimento Parti in accoppiamento che richiedono facilità di smontaggio a mano, ma con gioco limitato. B11 / h11 Libero largo Parti libere con gioco limitato. Montaggio e smontaggio a mano senza esigenze di precisione. A11 / h11 Libero amplissimo Parti molto libere con gioco abbondante. H11 / a11 Mobile libero grossolano Accoppiamenti scorrevoli con o senza lardone di registrazione. B1.8 CALCOLO E INDICAZIONE DELLE TOLLERANZE SUI DISEGNI TECNICI I segni grafici secondo la Norma UNI ISO 129-1:2011 Abbiamo visto la definizione di gioco, interferenza e incertezza di un accoppiamento. Vediamo adesso di chiarire ulteriormente i concetti visti sopra con l’aiuto di relazioni matematiche che aiuteranno a calcolare il gioco massimo e minimo, gli scostamenti superiore e inferiore e l’incertezza massima e minima. 98 Tolleranze di lavorazione e rugosità Unità B1 Nel caso dell’accoppiamento con gioco è sempre assicurata una determinata tolleranza sia di montaggio che di funzionamento, in maniera tale che il gioco predeterminato in fase di progettazione permanga in ogni situazione. Nel caso di accoppiamenti foro-base, il diametro massimo dell’albero è sempre inferiore rispetto al diametro minimo del foro. Il gioco massimo e minimo è determinato dalla seguente relazione: Gioco (G = D – d) con dmax < Dmin che in altri termini assume il seguente significato: il gioco è uguale alla differenza tra il diametro del foro e quello dell’albero. Pertanto, per calcolare il gioco massimo e minimo, utilizzeremo le seguenti relazioni: Gmax = Dmax – dmin Gmin = Dmin – dmax Nel caso di un accoppiamento con interferenza (o stabile), quando cioè è sempre assicurata interferenza tra albero e foro, avremo il diametro minimo dell’albero maggiore del diametro massimo del foro. In queste circostanze l’interferenza massima e minima si calcolerà con la seguente relazione: Interferenza (I = d – D) con dmin > Dmax Imax = dmax – Dmin Imin = dmin – Dmax Per quanto concerne l’accoppiamento incerto, le scelte effettuate possono generare gioco o interferenza. Avremo gioco quando il diametro dell’albero è minore del diametro del foro, mentre avremo interferenza quando il diametro dell’albero è maggiore di quello del foro. In termini matematici: Dmax > dmin ➩ Gmax = Dmax – dmin (gioco massimo) dmax > Dmin ➩ Imax = dmax – Dmin (interferenza massima) Nella Fig. B1.11 (pag. 85) sono rappresentati tutti i parametri di una tolleranza. Possiamo definirli matematicamente con noti soltanto alcuni di essi (generalmente tabellati) come la dimensione, l’IT e uno o due scostamenti. Le relazioni che intercorrono tra essi infatti sono le seguenti: TAB. B1.13 RELAZIONI DI CALCOLO DELLE TOLLERANZE Parametri noti Parametri calcolati Parametri noti Parametri calcolati Dn; EI; IT Dmin = dn+ EI Dmax = dmin + IT dn; ei; eS; dmax= dn+ es dmin = dn+ ei Dn; ES; IT Dmax = Dn + ES Dmin = Dmax – IT dn; ei; IT dmin = dn+ ei dmax = dn + IT Dn; EI; ES Dmin = Dn + EI Dmax = Dn + ES dn; eS; IT dmax = dn + es dmin = dmax – IT 99 Modulo B Dispositivi di collegamento Nei disegni possono essere indicate sia le tolleranze unificate secondo il sistema ISO, sia le tolleranze non unificate dal medesimo sistema. In entrambe le modalità non cambia il metodo di indicazione. Ad esempio nella figura Fig. B1.17 possiamo osservare l’indicazione di una tolleranza non unificata espressa mediante valori numerici. FIG. B1.17 Tolleranza espressa con valori numerici Nella Fig. B1.18 vediamo due modalità di inserimento di una tolleranza unificata mediante l’indicazione letterale e l’indicazione numerica. FIG. B1.18 Inserimento di una tolleranza unificata: a. con valori letterali b. con valori numerici ⓐ ⓑ Nota 1: come si può notare sia nella Fig. B1.17 che nella Fig. B1.18, il valore della tolleranza è posizionato dopo la quota nominale e nello specifico il valore dello scostamento positivo è sempre in alto, mentre il valore dello scostamento negativo è sempre in basso. Nota 2: la tolleranza in un disegno può essere indicata mediante entrambe le forme (sia letterale sia numerica). Dal punto di vista della produzione è sicuramente più pratico leggere direttamente lo scostamento, perché questo evita nella fase di programmazione o nella fase esecutiva vera e propria la consultazione di tabelle per determinare il valore degli scostamenti corrispondenti. 100 Tolleranze di lavorazione e rugosità Unità B1 Qualora si tratti di tolleranze di accoppiamento, le stesse devono essere posizionate, come in Fig. B1.19a, in forma letterale, in cui il valore nominale è seguito dalla lettera che indicherà posizione e IT del foro, seguito dalla lettera (posizione) e IT con cui sarà eseguito l’albero separate da una linea di frazione. Nella Fig. B1.19b osserviamo lo stessa indicazione di accoppiamento, ma nella forma alfanumerica. Si noti come la quota riferita all’albero segue sempre, sottostante, quella del foro. FIG. B1.19 Indicazione di accoppiamento: a. letterale; b. numerica ⓐ ⓑ B1.9 TOLLERANZE PER LE FILETTATURE METRICHE ISO A PROFILO TRIANGOLARE Per le viti il sistema ISO e le tabelle UNI 5541 prevedono tre posizioni di tolleranza, come si evince dalla Fig. B1.20: ◗ per il diametro medio; ◗ per il diametro esterno; ◗ per il diametro di nocciolo. FIG. B1.20 Posizione di tolleranza di viti e madreviti 101 Modulo B Dispositivi di collegamento Posizione e: per viti di qualità grossolana o con rivestimento galvanico di grande spessore (generalmente zincatura a caldo o a freddo). Posizione g: per viti utilizzate nelle applicazioni ordinarie. Posizione h: per viti di precisione senza gioco radiale. Per le madreviti sono previste invece due posizioni di tolleranza: G e H, come messo in evidenza dalla Fig. B1.21. FIG. B1.21 Posizione e grado di precisione delle tolleranze di viti e madreviti I parametri in base ai quali viene scelto il grado di precisione, sia nel caso di viti che di madreviti, sono: ◗ lunghezza di avvitamento; ◗ qualità di lavorazione. LUNGHEZZA DI AVVITAMENTO La lunghezza di avvitamento definisce la lunghezza della sezione di filettatura in comune tra vite e madrevite quando queste sono accoppiate ed è misurata lungo l’asse della filettatura stessa. I valori limite delle lunghezze di avvitamento sono tabellati, e tali tabelle sono organizzate in relazione al diametro nominale e al passo delle filettature stesse. I valori limite di avvitamento sono suddivisi in tre macro gruppi: ◗ S: lunghezza di avvitamento corta; ◗ N: lunghezza di avvitamento normale; ◗ L: lunghezza di avvitamento lunga. QUALITÀ DI LAVORAZIONE Sono previste tre qualità di lavorazione. Precisa: per filettature di precisione con piccolissimo gioco tra vite e madrevite. Media: per accoppiamenti normali e per bulloneria di categoria A avente lavorazione media e tolleranze ristrette. 102 Tolleranze di lavorazione e rugosità Unità B1 Grossolana: per bulloneria di categoria C avente lavorazione grossolana e tolleranza ampia. Riguardo alle lunghezze di avvitamento (S-N-L) e alla qualità di lavorazione (Precisa-Media-Grossolana), mediante specifiche tabelle è possibile determinare i campi di tolleranza raccomandati per le filettature. Un esempio di designazione TAB. B1.14 Supponendo una lunghezza di avvitamento corta (S) e una qualità di lavorazione media, si consiglia una filettatura con un campo di tolleranza 5g-6g. Per una vite con grado di precisione (5) e posizione di tolleranza (g) sul diametro medio e grado di precisione (6) e posizione di tolleranza (g) sul diametro esterno avremo M8 5g 6g. 103 Modulo B Dispositivi di collegamento B1.10 LA RUGOSITÀ Qualunque sia l’accuratezza con cui una superficie viene lavorata, quando viene esaminata con specifici strumenti (generalmente rugosimetri o proiettori di profili), si rilevano sempre scabrosità costituite da solchi e creste, che determinano scostamenti circoscritti più o meno estesi della superficie reale rispetto a quella ideale indicata dal disegno. La necessità di una buona qualità dei prodotti lavorati implica non soltanto l’utilizzo di materiali con le migliori caratteristiche meccanico-tecnologiche, ma anche l’applicazione nei disegni di tolleranze dimensionali appropriate. Tali condizioni non avranno riscontro oggettivo qualora anche la finitura superficiale non sia ottimale. Appare pertanto evidente soprattutto nei pezzi destinati all’accoppiamento, quanto il grado di finitura sia di fondamentale importanza e quanto il profilo della superficie influisca sulla resistenza sia a fatica che a usura del pezzo stesso. Non sempre il raggiungimento di un basso valore di rugosità rappresenta la soluzione migliore dal punto di vista economico. In alcune applicazioni un minimo di rugosità risulta essere fondamentale, ad esempio per tutti quei particolari che necessitano di lubrificazione. In queste applicazioni, qualora le irregolarità sulla superficie non fossero sufficientemente appropriate, il lubrificante (olio o grasso) potrebbe scivolare sulla superficie, non assolvendo lo scopo per cui è preposto. Gli effetti della rugosità coinvolgono diversi settori della progettazione. I più rappresentativi sono sicuramente quelli sul rumore e sulle vibrazione degli impianti, ma non può e non deve essere trascurata anche la trasmissione del calore. DEFINIZIONI Per comprendere meglio il concetto di grado di finitura superficiale è bene dare alcune definizioni. Superficie ideale: è la superficie geometrica che definisce idealmente il pezzo ed è rappresentata in modo convenzionale sui disegni. Superficie reale: è la superficie effettivamente ottenuta per mezzo delle lavorazioni meccaniche. Superficie misurata: è la superficie rilevata dagli strumenti di misura detta anche superficie micro-geometrica. Superficie di riferimento: è la superficie utilizzata per la misurazione degli errori geometrici. Ipotizzando di tagliare con un piano perpendicolare la superficie di un oggetto, otterremo delle linee di sezione, come messo in evidenza dalla Fig. B1.22, che possiamo definire come: – Profilo ideale: è il profilo risultante dall’intersezione del piano di rilievo con la superficie geometrica. – Profilo reale: è il profilo risultante dall’intersezione del piano di rilievo con la superficie reale. – Profilo tecnico: è il profilo evidenziato da specifici strumenti (rugosimetri, proiettori di profilo ecc.) 104 Tolleranze di lavorazione e rugosità Unità B1 FIG. B1.22 Profili di una superficie B1.11 INDICAZIONE DELLE RUGOSITÀ SUI DISEGNI TECNICI La rugosità, indicata con il simbolo Ra, si esprime in μm (micrometri). Si ricorda che un micrometro corrisponde a un milionesimo di metro e quindi a un millesimo di millimetro. Il valore numerico che esprime il massimo valore ammissibile di rugosità deve essere inserito sopra il segno grafico che indica appunto la rugosità della superficie. Alcuni esempi. FIG. B1.23 Indicazione della rugosità nei disegni tecnici 1 Indicazione generica della rugosità. 2 Indicazione della rugosità da ottenere con asportazione di truciolo. 3 Indicazione della rugosità da ottenere senza asportazione di truciolo. 4 Indicazione della rugosità da ottenere con fresatura e sovrametallo di 3 mm. Nel disegno della Fig. B1.24 è rappresentato un esempio di come si deve indicare la rugosità nei disegni tecnici. Nel riquadro delle iscrizioni (cartiglio) si indica la rugosità generale delle superfici e tra parentesi le rugosità specifiche, come indicato in Fig. B1.25. 105 Modulo B Dispositivi di collegamento FIG. B1.24 Indicazione della rugosità nei disegni tecnici In altri termini il significato è il seguente: tutte le superfici del pezzo devono avere rugosità Ra = 1,2 μm, a eccezione delle superfici con rugosità specifica (che deve essere indicata tra parentesi). FIG. B1.25 Rugosità specifiche da inserire nel riquadro delle iscrizioni Occorre richiamare l’attenzione del lettore su un principio particolarmente importante. Come per la quotatura e l’inserimento delle tolleranze di lavorazione, anche l’inserimento di una rugosità in un disegno meccanico implica la sua misurazione; pertanto tale inserimento richiede una qualità di lavorazione e quindi un costo che è tanto maggiore quanto più bassa è la rugosità, anche per effetto delle macchine utensili, anche di tipo speciale, che saranno utilizzate per il suo raggiungimento. È bene quindi non abbondare nei disegni in maniera indiscriminata con le rugosità e i suoi valori, ma finalizzarle esclusivamente per assicurare la funzionalità della superficie e quindi del particolare meccanico. Il suo segno grafico può a volte essere utilizzato per indicare circostanze aggiuntive al valore di Ra, come raffigurato in Fig. B1.26. FIG. B1.26 Indicazione di specifiche lavorazioni Come visto in precedenza, il simbolo della rugosità può anche prescrivere, quando necessario: 1. il valore del sovrametallo per successive lavorazioni, ponendo tale valore a sinistra del simbolo e in millimetri; 2. la tipologia di lavorazione attraverso la quale raggiungere lo stato superficiale; 3. l’orientamento preferenziale dei solchi (spesso determinati dal processo di lavorazione utilizzato). In questa circostanza la simbologia è localizzata a destra del simbolo. 106 Tolleranze di lavorazione e rugosità Unità B1 B1.12 CRITERI PER LA SCELTA DELLA RUGOSITÀ La Tab. B1.15 mette in relazione la rugosità di una superficie con la tipologia di applicazione del pezzo da realizzare, mentre la relazione tra la rugosità e la tipologia di lavorazione è trattata nella Tab. B1.16. TAB. B1.15 Rugosità Ra μm TIPOLOGIA APPLICAZIONE 0,025 Piani di appoggio di micrometri, specchi e blocchi di riscontro. 0,05 Facce di calibri d’officina e piani di appoggio di comparatori. 0,1 Facce di calibri a corsoio, perni d’articolazione, utensili di precisione, cuscinetti super-finiti, accoppiamenti stagni ad alta pressione in moto alternato, superfici accoppiate di parti in moto alternativo a tenuta di liquido sotto pressione e superfici levigate di tenuta senza guarnizione. 0,2 Supporti di alberi a gomito e alberi a camme, perni di biella, superficie di camme, diametro cilindri pompe idrauliche, cuscinetti lappati, perni turbine, accoppiamenti stagni mobili a mano, guide tavole macchine utensili, cuscinetti reggispinta per alberi ad alte velocità, perni di alberi di rotori di turbine, di riduttori ecc. 0,4 Alberi scanalati, cuscinetti alberi motore, diametro esterno di stantuffi, diametro cilindri, perni grandi macchine elettriche, accoppiamenti alla pressa, gambi di valvole, superfici di tenuta di seggi e otturatori di valvole, saracinesche, ecc., perni di alberi a gomito e portate di linee d’alberi, cuscinetti di metallo bianco, superfici di parti scorrevoli come pattini e relative guide. 0,8 Tamburi, freni, fori brocciati, cuscinetti bronzo, parti di precisione, denti di ingranaggi, cuscinetti rettificati, superfici di tenuta di flange senza guarnizione, perni di alberi a gomito e portate di linee d’alberi, cuscinetti di metallo bianco, superfici di parti scorrevoli come pattini e relative guide, superfici di tenuta dei seggi valvole motore. 1,6 Facce particolari di ingranaggi, alberi e fori, ingranaggi, teste cilindro, scatole ingranaggi di ghisa, faccia pistone, superfici di tenuta di flange con guarnizioni metalliche. 3,2 Perni e cuscinetti per trasmissioni a mano, superfici di accoppiamento di parti fisse smontabili, imposte di centramento, ecc. 6,3 Superfici di tenuta di flange con guarnizioni comuni. 107 Modulo B Dispositivi di collegamento TAB. B1.16 Relazione tra lavorazione e rugosità raggiungibile 108 Tolleranze di lavorazione e rugosità Unità B1 VERIFICA UnitÀ B1 Domande a risposta breve 1 Fornisci una definizione di intercambiabilità. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 2 Quali sono gli aspetti positivi determinati dall’intercambiabilità? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 3 Fornisci una definizione di albero. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 4 Che cosa esprime la dimensione nominale? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 5 Che cosa determina la tolleranza di lavorazione? 6 Fornisci una definizione di tolleranza. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 7 Qual è la norma di riferimento per le tolleranze? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 8 Quali sono gli errori che possono essere commessi durante una lavorazione? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 9 Fornisci una definizione di accoppiamento con interferenza. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 10 Fornisci una definizione di accoppiamento con gioco. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 11 Che cosa rappresenta il diametro nominale? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 12 Fornisci una definizione di accoppiamento foro-base. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 13 Fornisci una definizione di accoppiamento albero-base. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 14 Qual è il significato di un accoppiamento H7/g6? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 15 Come si calcolano il gioco massimo e il gioco minimo? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 16 Come si calcolano il diametro massimo e il diametro minimo? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 17 Dal punto di vista di chi deve produrre, in un disegno è migliore la rappresentazione della tolleranza con il sistema numerico o letterale? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 109 Modulo B Dispositivi di collegamento 18 Con quali lettere dell’alfabeto si identificano gli alberi e i fori? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 19 Che cosa determina la lunghezza di avvitamento di una filettatura? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 20 Quali sono le qualità di lavorazione previste per una filettatura? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 21 Che cos’è la rugosità? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 22 Su cosa influisce un basso grado di rugosità in una lavorazione e quali sono le motivazioni? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 23 Dove devono essere prevalentemente inserite le basse rugosità in un disegno? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 24 Fornisci una definizione di superficie ideale e superficie reale. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 25 Con quale strumento si misura la rugosità? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... Test vero o falso 1 Per intercambiabilità s’intende lo scambio tra più pezzi. 2 È definito albero un qualunque pezzo cilindrico con più gradini. 3 La quota nominale in una rappresentazione grafica esprime la linea dello zero. 4 Si hanno accoppiamenti con gioco quando la zona di tolleranza del foro è tutta al di sopra di quella dell’albero. 5 V F V F V F V F Il sistema ISO prevede due campi di dimensioni e precisamente un campo fino a 200 mm e un campo da 200 mm fino a 2500 mm. 6 La sigla IT ha il significato di “tolleranze italiane”. 7 Una qualità IT16 stabilisce un campo di applicazione destinato alla meccanica grossolana. 8 Una qualità IT3 stabilisce un campo di applicazione destinato alla meccanica fine o di precisione. 9 Grado di precisione e qualità di lavorazione hanno il medesimo significato. 10 Nelle tolleranze agli alberi si assegna sempre la lettera maiuscola e ai fori la lettera minuscola. 11 In un accoppiamento si ha gioco quando il diametro dell’albero è minore del diametro del foro. 12 In produzione è meglio avere la tolleranza espressa in termini letterali. 13 Per le viti il sistema ISO prevede tre posizioni di tolleranza, per le madreviti solo due. 14 I valori limite delle lunghezze di avvitamento sono suddivisi in tre macro-gruppi S-N-L. 15 La rugosità nei disegni tecnici è indicata con il simbolo Ra e si esprime in μm (micrometri). 110 V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F Tolleranze di lavorazione e rugosità Unità B1 Esercizi 1 Esercizio svolto Conoscendo il valore del diametro di un foro assegnato (∅20 H7) e trovati i valori tabellati dello scostamento inferiore EI e dell’IT, calcola lo scostamento superiore ES e il diametro massimo e minimo. Indica il ∅20 H7 (valore letterale delle tolleranze) in valore numerico (vedi Tab. B1.3). Rappresenta quindi graficamente i valori ottenuti. Svolgimento Dn = ∅20 FIG. B1.27 IT7 = 0,021 (Valore tabellato) EI = 0 Valore tabellato Dmin = Dn + EI ¹ 20 + 0 = 20 Dmax = Dmin + IT ¹ 20 + 0,021 = 20,021 ES = Dmax – Dn ¹ 20,021 – 20 = 0,021 ES – EI = tolleranza ∅20H7 ¹ ∅200+0,021 2 Esercizio svolto Conoscendo il valore del diametro di un foro assegnato ( 32 F8) e trovati i valori tabellati dello scostamento inferiore EI e dell’IT, calcola lo scostamento superiore ES, il diametro massimo e minimo del foro. Indica il 32 F8 (valore letterale delle tolleranze) in valore numerico (vedi Tab. B1.3). Rappresenta quindi graficamente i valori ottenuti. Svolgimento Dn = 32 FIG. B1.28 IT = 0,039 EI = +0,025 Dmin = Dn + EI = 32 + 0,025 = 32,025 Dmax = Dmin + IT = 32,025 + 0,039 = 32,064 ES = 32,064 – 32 = 0,064 ES – EI = tolleranza 32 F8 ¹ ∅32++0,064 0,025 3 Esercizio svolto Conoscendo il valore del diametro di un albero assegnato ( 32 g6) e trovati i valori tabellati dello scostamento superiore es e dell’IT, calcola lo scostamento inferiore ei, il diametro massimo e minimo dell’albero. Indica il 32 g6 (valore letterale delle tolleranze) in valore numerico (vedi Tab. B1.3). Svolgimento dn = 32 es = –0,009 (valore tabellato) IT = 0,016 (valore tabellato) dmax = 32 – 0.009 = 31,991 dmin = 31,991 – 0.016 = 31,975 ei = dmin – dn = 31,975 – 32 = –0.025 Valore letterale: 32 g6 Valore numerico: ∅32−−0,009 0,025 111 Modulo B Dispositivi di collegamento 4 Esercizio proposto Determina i valori di tolleranza numerici in sostituzione di quelli letterali presenti nella Tab. B1.3. Valori letterali 112 Valori numerici Valori letterali ∅20 H6 ∅20 h6 ∅35 F7 ∅35 f7 ∅42 G6 ∅42 g6 ∅30 H7 ∅30 h7 ∅18 B9 ∅18 b9 ∅35 E8 ∅35 e8 ∅12 F6 ∅12 f6 ∅28 R6 ∅28 r6 Valori numerici UnitÀ B2 I collegamenti meccanici smontabili: filettature, linguette, chiavette CONOSCENZE ➜ Conoscere e distinguere i vari collegamenti meccanici smontabili. ➜ Conoscere le differenti tipologie di filettature e saperle scegliere in funzione delle specifiche applicazioni. ➜ Conoscere gli elementi per determinare la scelta di una vite. ➜ Conoscere la differenza tra alberi e assi. ➜ Conoscere la differenza tra una linguetta e una chiavetta. ➜ Conoscere il funzionamento della linguetta e della chiavetta. ➜ Conoscere i profili scanalati e le loro applicazioni. ABILITÀ ➜ Scegliere tra i differenti collegamenti meccanici smontabili quello più appropriato alle esigenze di progettazione. ➜ Riconoscere le differenti tipologie di filettature, saperle scegliere in funzione delle loro applicazioni e saperle rappresentare nei disegni tecnici. ➜ Riconoscere gli alberi e gli assi e sapere quale utilizzare in una progettazione. ➜ Saper scegliere da specifiche tabelle una linguetta o una chiavetta e saperle dimensionare. ➜ Definire i profili scanalati, applicarli, dimensionarli e disegnarli. COMPETENZE ➜ Disegnare l’accoppiamento meccanico più appropriato per un progetto conoscendone le specificità. ➜ Rappresentare correttamente una specifica filettatura. ➜ Scegliere tra gli assi e gli alberi il più indicato da utilizzare in una progettazione. 113 Modulo B Dispositivi di collegamento B2.1 I COLLEGAMENTI MECCANICI GENERALITÀ Qualunque manufatto, scaturito da lavorazioni meccaniche e atto a essere inserito in un meccanismo più complesso, potrà far parte di una delle due possibili famiglie di collegamenti meccanici: ◗ collegamenti meccanici smontabili; ◗ collegamenti meccanici non smontabili. B2.2 COLLEGAMENTI MECCANICI SMONTABILI E NON SMONTABILI I collegamenti meccanici smontabili consentono di separare con sufficiente semplicità due o più elementi che insieme costituiscono un dispositivo semplice o complesso senza provocare deterioramento o danno agli elementi stessi. Gli elementi che consentono questa tipologia di accoppiamento sono prevalentemente commerciali: viti, bulloni, spine, copiglie, perni, linguette, chiavette, anelli di arresto, profili scanalati, giunti ecc. I manufatti derivanti da lavorazioni meccaniche sono spesso uniti fra loro in modo da formare sistemi più complessi. L’assemblaggio o, ancora meglio, l’unione o giunzione di parti meccaniche può essere eseguita con tecniche diverse a seconda dei materiali e delle caratteristiche richieste dall’unione. Le unioni possono essere smontabili o fisse, ma spesso si parla anche di giunzioni discontinue e giunzioni continue. Le giunzioni discontinue sono realizzate tramite collegamenti meccanici smontabili. Sono quelle maggiormente utilizzate nelle costruzioni meccaniche poiché consentono un facile smontaggio al fine di effettuare una manutenzione o sostituzione di un particolare oppure una ispezione. Immaginiamo la sostituzione di un cuscinetto con la protezione di un coperchio saldato oppure l’ispezione del contenuto di un serbatoio con il passo d’uomo saldato e non bullonato e ancora la sostituzione di un “musettoÓ di una vettura da competizione o la ruota o il pedale di una bicicletta ecc. Le giunzioni discontinue presentano il vantaggio che i carichi tra un elemento e l’altro sono trasferiti tramite forze concentrate in punti localizzati anziché da sforzi che esercitano la loro azione su superfici come nel caso delle saldature, nelle quali ciò avviene lungo tutto il cordone. Le giunzioni discontinue realizzate tramite collegamenti meccanici smontabili, offrono diversi vantaggi rispetto alle altre possibili soluzioni tecniche. Un vantaggio offerto da questa tipologia di giunzione consiste nella possibilità di unire anche materiali differenti, inoltre l’assenza di saldature, quindi di bloccaggio dei particolari collegati, può consentire un eventuale movimento relativo tra i particolari connessi. Un esempio può essere rappresentato dalle cerniere. 114 I collegamenti meccanici smontabili: filettature, linguette, chiavette Unità B2 Tuttavia le giunzioni meccaniche discontinue non si possono utilizzare per tutte le tipologie di materiale. Vi sono alcuni materiali non particolarmente adatti a tali giunzioni. Ad esempio nei materiali visco-elastici (polimeri) le concentrazioni di sforzo possono portare a fenomeni di eccessiva deformazione dovuta allo strisciamento, mentre nei materiali fragili (ceramiche) portano ben presto a cedimenti per fatica. Tale collegamento meccanico nei materiali compositi può dar luogo a inconvenienti sotto forma di cedimenti interlaminari. Altro possibile svantaggio di questa tipologia di collegamento è la scarsa efficienza strutturale rispetto ad altri collegamenti molto più efficaci quali l’incollaggio o la saldatura. Infine il problema legato alla presa di gioco, può essere causa di vibrazioni che possono implicare svitamenti e rumore. Le giunzioni continue (o non smontabili) sono prevalentemente ottenute tramite saldature, chiodature e incollaggi. Non consentono lo smontaggio degli elementi che costituiscono il collegamento se non distruggendo in maniera permanente il collegamento stesso. Volendo quindi schematizzare avremo: FIG. B2.1 I collegamenti meccanici COLLEGAMENTI SMONTABILI NON SMONTABILI Collegamenti separabili con operazioni non complesse Collegamenti che non consentono la separazione senza danneggiamento FILETTATURE SALDATURE LINGUETTE CHIAVETTE CHIODATURE ALBERI A PROFILO SCANALATI INCOLLAGGI PERNI O SPINE B2.3 COLLEGAMENTI SMONTABILI: LE FILETTATURE La filettatura è un rilievo a sezione costante, molto spesso a profilo triangolare, a forma di elica, realizzato su una superficie cilindrica. L’elica cilindrica è la curva tracciata sulla superficie esterna di un cilindro da un punto G o G1 dotato contemporaneamente di moto circolare e assiale che percorre la traiettoria in senso orario (G) o antiorario (G1). 115 Modulo B Dispositivi di collegamento FIG. B2.2 Rappresentazione schematica dell’elica di filettatura P π⋅ d Quando questo risalto comunemente detto filetto si avvolge sulla superficie esterna di un elemento cilindrico o conico prende il nome di vite; quando al contrario si avvolge sulla superficie interna di un foro prende il nome di madrevite. Vite e madrevite costituiscono un accoppiamento filettato. Il profilo pieno della vite si inserisce nel profilo vuoto della madrevite. La rotazione di uno dei due elementi provoca uno scorrimento assiale generando l’accoppiamento. L’avvolgimento della vite nella madrevite o della madrevite sulla vite produce lo spostamento di uno dei due elementi corrispondente al passo a ogni rotazione di 360°. Possiamo anche dire che un punto (P) che percorre un giro completo sull’elica si sposta di una distanza uguale al passo. Osservando la Fig. B2.2 possiamo ricavare la seguente relazione: tg α = Il passo è la distanza tra una cresta del filetto e la successiva oppure, similmente, la distanza tra un vano e il successivo. Ciò vale sia per la vite sia per la madrevite. Appare superfluo specificare che possiamo avere un accoppiamento filettato soltanto a parità di passo tra vite e madrevite. Elenchiamo gli elementi che caratterizzano una filettatura: ◗ Profilo base: è il profilo ideale che caratterizza la filettatura ottenuto mediante una sezione diametrale, principalmente di tipo triangolare, ma anche quadrata, trapezoidale, a dente di sega ecc. ◗ Triangolo generatore: è il triangolo individuato in un semipiano del profilo base che contiene i fianchi di un filetto. ◗ Passo del profilo: rappresenta la distanza misurata parallelamente all’asse di filettatura tra punti omologhi posti su due fianchi paralleli e consecutivi. Come vedremo potrà essere grosso o fine. 116 I collegamenti meccanici smontabili: filettature, linguette, chiavette Unità B2 ◗ Senso di avvitamento: può essere destrorso o sinistrorso. ◗ Diametro esterno de (per la vite): è il diametro misurato sulla cresta del filetto e coincide con il diametro nominale. Viene utilizzato per la designazione convenzionale della filettatura. ◗ Diametro medio dm (per la vite): è il diametro misurato sulla linea media. ◗ Diametro di nocciolo dn (per la vite): è il diametro misurato sul fondo del filetto della vite e corrisponde al diametro del cilindro su cui è avvolto il risalto con il suo specifico profilo base. ◗ Diametro esterno De (per la madrevite): corrisponde al diametro misurato sul fondo del filetto della madrevite. Coincide con il diametro nominale e viene utilizzato per la designazione convenzionale della filettatura. ◗ Diametro di nocciolo Dn (per la madrevite): corrisponde al diametro misurato sulla cresta del filetto della madrevite. ◗ Diametro medio Dm (per la madrevite): è il diametro misurato sulla linea media della madrevite. ◗ Angolo dell’elica α: corrisponde all’angolo tra un piano perpendicolare all’asse di filettatura e la tangente condotta per il punto dell’elica posto all’intersezione tra un fianco del filetto e un cilindro di diametro pari al diametro medio di filettatura. ◗ Numero di filetti per pollice: nel caso delle filettature Withworth e/o Gas identifica il numero di filetti completi per pollice. Si ricorda che un pollice corrisponde a 25,4 mm. PROFILI DELLE FILETTATURE METRICHE Come si evince dalla Fig. B2.3 (estratta dalla UNI 4534:2016), il profilo ideale di una filettatura metrica ISO è un triangolo equilatero con angolo al vertice di 60°. Il profilo nominale della madrevite presenta troncature al vertice sia sulle creste sia sul fondo dei filetti in relazione al profilo di base. Al contrario, il profilo nominale della vite presenta troncature solo sulla cresta e arrotondamenti sul fondo. FIG. B2.3 Profilo ideale di una filettatura 117 Modulo B Dispositivi di collegamento Le dimensioni che proporzionano la forma del filetto (valori H) sono in funzione del passo (P). Vedere Tab. B2.1. Proporzionamento della forma del filetto TAB. B2.1 H = 0,86603 P d1 = D1 = (d – 2H1) = d – 1,08253 P 3 H) = d – 0,64952 P 4 H1 = 5 H = 0,54127 P 8 d2 = D2 = (d – h3 = 17 H = 0,61343 P 24 d3 = (d – 2h3) = d – 1,22687 P r= H = 0,14434 P 6 Schematizzazione di una filettatura metrica ISO. FIG. B2.4 Rappresentazione tecnica di una filettatura metrica ISO FIG. B2.5 Rappresentazione schematica di una filettatura metrica ISO B2.4 I PASSI DELLE FILETTATURE METRICHE ISO Il sistema ISO definisce per le filettature metriche un insieme di diametri nominali unificati. Tali diametri nominali sono divisi in tre gruppi: G1, G2 e G3. Durante la fase di progettazione sono da preferire i diametri del gruppo G1. I diametri dei gruppi G2 e G3 devono essere limitati a specifiche circostanze progettuali o come scelte secondarie. A ogni diametro nominale è associato un passo detto grosso o normale e uno o più passi detti fini. 118 I collegamenti meccanici smontabili: filettature, linguette, chiavette Unità B2 Al di sotto del diametro nominale 2,2 mm troviamo solo un passo. Nella Tab. B2.2 (estratta dalla UNI 4534:2016 – Filettature metriche a profilo triangolare. Dimensioni nominali) sono rappresentati alcuni diametri nominali con i relativi passi grossi e passi fini. TAB. B2.2 FILETTATURE METRICHE A PROFILO TRIANGOLARE PASSI: GROSSI E FINI Diametri Passo Serie passi fini nominali grosso G1 G2 G3 1,6 0,35 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2 3 4 0,35 1,8 0,35 2 0,35 2,2 0,45 2,5* 0,45 × 3 0,5 × 0,6 × 3,5* 4 4,5 5 5,5 6 0,7 × 0,75 × 0,8 × ------ × 1 × 7 1 × 1,25 × × 9 1,25 × × 1,5 × × × 1,5 × × × 1,75 × × × 2 × ×** × 2 × × × 2,5 × × × 2,5 × × × 2,5 × × × 3 × × × 3 × × × 3,5 × × × 33 3,5 × × × 4 × × × 39 4 × × × 4,5 × × × × 4,5 × × × × 5 × × × × 5 × × × × 8 10 11 12 14** 16 18 20 22 24 27 30 36 42 45 48 52 * Evitare l’uso delle filettature contrassegnate dall’asterisco ** La filettatura M14 × 1,25 è riservata alle candele di accensione per motori a scoppio. 119 Modulo B Dispositivi di collegamento B2.5 DESIGNAZIONE DELLE FILETTATURE METRICHE ISO Le filettature metriche ISO sono indicate con la lettera M seguita dal valore del diametro nominale. Quando la filettatura è a passo grosso, essendo univoco, si omette. ESEMPI DI DESIGNAZIONE M 12: sottintende una filettatura metrica con diametro nominale 12 e passo 1,75. Quando invece la filettatura è a passo fine (essendo i passi più di uno), occorre indicare su quale di quelli previsti è caduta la scelta del progettista. L’indicazione della filettatura a passo fine sarà indicata dalla lettera maiuscola M seguita dal diametro nominale e dal passo scelto. M 12 × 1: sottintende una filettatura metrica con diametro nominale 12 e passo fine 1 scelto tra i passi 1 – 1,25 – 1,5 come risulta dalla Tab. B2.2. Qualora una filettatura venisse realizzata con dimensioni non unificate, situazione tuttavia limite, occorre sempre indicare il diametro nominale seguito dal passo e dalla lettera maiuscola M. 12 × 0,5 M: sottintende una filettatura metrica con diametro nominale 12 e passo non unificato 0,5. B2.6 TIPOLOGIE DI FILETTATURE Profilo triangolare (ISO, Whitworth) Le filettature con profilo triangolare Whitworth (UNI 2709:1945, ritirata senza sostituzione), sono prevalentemente utilizzate per viti di collegamento. Si ricorda che le filettature Whitworth hanno il passo espresso in pollici e l’angolo al vertice del triangolo generatore è di 55° come indicato in Fig. B2.6. FIG. B2.6 Filettatura triangolare Whitworth 120 I collegamenti meccanici smontabili: filettature, linguette, chiavette Unità B2 Filettature trapezoidali FIG. B2.7 Filettature a profilo trapezoidale Le filettature con profilo trapezoidale sono prevalentemente utilizzate per viti di manovra che possono essere sia manuali sia motorizzate. Il profilo di queste viti è rappresentato in Fig. B2.7. Possono essere: ◗ trapezia normale TpN; ◗ trapezia fine TpF; ◗ trapezia grossa TpG. Le viti filettate trapezie sono ormai state sostituite da quelle a ricircolo di sfere le quali pur avendo costi d’impiego notevolmente superiori, migliorano di molto la prestazione, riducendo l’attrito. Filettature a dente di sega FIG. B2.8 Filettature a dente di sega Il profilo a dente di sega, o trapezio asimmetrico è utilizzato nei collegamenti filettati tra tubi sottili soggetti a sforzi nella sola direzione assiale. Il filetto infatti ha uno dei fianchi inclinato di 3° ed è questo fianco che reagisce in maniera efficace al carico. Il profilo particolare è rappresentato in Fig. B2.8. Filettature a profilo circolare FIG. B2.9 Filettature a profilo circolare 121 Modulo B Dispositivi di collegamento L’applicazione più comune si ha nell’attacco Edison delle lampade elettriche a incandescenza. Gli attacchi posso essere grossi (indicati con la sigla E27) oppure piccoli (indicati con la sigla E14). È normata dall’unificazione elettrica UNEL. Il profilo è rappresentato in Fig. B2.9. Filettature Gas FIG. B2.10 Filettature Gas Le filettature Gas possono essere a tenuta stagna o non a tenuta stagna. Un esempio di designazione è G1": G (iniziale di Gas), seguita dal diametro nominale della filettatura espresso in pollici che in questo esempio vale 1. Il profilo è rappresentato in Fig. B2.10. La filettatura Gas è sostanzialmente una filettatura Whitworth a passo fine, utilizzata prevalentemente per il collegamento delle tubazioni. La sua designazione avviene mediante indicazioni convenzionali. Nella pratica (sempre riferendosi al nostro esempio) si usa G1" o BSPP (British Standard Pipe Parallel) per indicare una filettatura Gas cilindrica. Per la filettatura Gas conica si utilizza R1" oppure BSPT (Bristish Standard Pipe Taparel). B2.7 RAPPRESENTAZIONE DELLE FILETTATURE NEI DISEGNI TECNICI Madrevite FIG. B2.11 Rappresentazione di una madrevite 122 I collegamenti meccanici smontabili: filettature, linguette, chiavette Unità B2 Vite FIG. B2.12 Rappresentazione di una vite Sequenza delle operazioni da eseguire per ottenere un foro filettato OPERAZIONE Centrare UTENSILE PRODOTTO DELL’OPERAZIONE Punta da centro ⓐ Forare Punta elicodale ⓑ Svasare Svasatore ⓒ Maschiare o filettare a macchina Maschio ⓓ Maschiatura e filettatura La maschiatura è un’operazione mediante la quale si possono ottenere le filettature. Consiste nell’avvitare il maschio mediante un attrezzo denominato giramaschi nel foro opportunamente preparato. FIG. B2.13 Giramaschi con maschio 123 Modulo B Dispositivi di collegamento Un’analoga operazione si può effettuare per filettare una vite. In questo caso il dispositivo si chiama filiera e l’attrezzo mediante il quale si blocca la filiera, prende il nome di girafiliera. FIG. B2.14 Filiera FIG. B2.15 Girafiliera La filettatura si realizza anche con lavorazione di tornitura. Con il tornio è possibile realizzare filettature interne ed esterne. Attualmente tali filettature sono eseguite utilizzando opportuni inserti in metallo sinterizzato che, oltre ad assicurare una elevata accuratezza del profilo, consentono una elevata produttività. FIG. B2.16 Filettatura per asportazione di truciolo mediante macchina utensile (tornio) B2.8 CATEGORIE DELLA BULLONERIA IN ACCIAIO TAB. B2.3 Abbiamo visto nell’unità B1 (Tolleranze per le filettature metriche ISO a profilo triangolare), le tolleranze e il relativo metodo di scelta e rappresentazione per le filettature metriche a profilo triangolare; vediamo ora la classificazione dei bulloni secondo le Norme UNI ISO 3740 e 4759. La classificazione avviene secondo la specifica categoria e la relativa classe di resistenza. Le categorie suddividono i bulloni (dado-vite) in relazione alla tolleranza e alla qualità di lavorazione (vedi Tab. B2.3). CATEGORIA DI BULLONI Qualità di lavorazione Tolleranze sulle filettature 124 Diametro non filettato Diametro filettato Viti Dadi A Media Media 6g 6H B Media Grossolana 6g 6H C Grossolana Grossolana 8g 7H I collegamenti meccanici smontabili: filettature, linguette, chiavette Unità B2 Viti e dadi sono classificati in base alla qualità del processo produttivo con cui sono stati realizzati. Come visto nella Tab. B2.3, sono previste esecuzioni di tipo: A, B, C. Nella categoria A la lavorazione è accurata su tutti gli elementi della vite e le parti filettate hanno tolleranze medie generali: ◗ 6 g per le viti; ◗ 7 H per i dadi. Nella categoria B le parti filettate hanno le stesse tolleranze della A, mentre gli altri elementi hanno tolleranze più larghe. Nella categoria C la lavorazione è meno curata su tutti gli elementi della vite e le parti filettate hanno tolleranze generali grossolane. ◗ 8 g per le viti; ◗ 7 H per i dadi. B2.9 CLASSI DI RESISTENZA DI VITI E DADI Descriviamo brevemente le classi di resistenza di viti e dadi secondo le norme UNI EN 20898 e UNI EN 20898/2. La classe di resistenza di una vite è indicata con una o due cifre separate da un punto; queste cifre sono legate dalle caratteristiche meccaniche del materiale utilizzato per la loro fabbricazione. In particolare Rm indica il carico di rottura, Rs il carico di snervamento. R Il 1° numero rappresenta il rapporto m con Rm espresso in N/mm2. 100 R Il 2° numero rappresenta il rapporto s w 10 con Rm e Rs espressi in N/mm2. Rm A titolo di esempio, una vite con classe di resistenza 10.9 è stata fabbricata con un materiale che ha: Rm = 10 da cui Rm = 10 × 100 = 1000 N/mm2 100 Rs 9 × Rm 9 × 1000 w 10 = 9 da cui Rs = = = 900 N/mm2 Rm 10 10 La classe di resistenza dei dadi è indicata mediante le sigle 4D, 5S, 8G, 10K, in base alla durezza superficiale del materiale. TAB. B2.4 CLASSI DI RESISTENZA DI VITI E DADI Materiale Viti Dadi Bassa resistenza 3.6 – 4.6 – 4.8 4S Media resistenza 5.6 – 5.8 – 6.6 4D – 5S Alta resistenza 8.8 6S – 8G Altissima resistenza 10.9 10K La Tab. B2.4 consiglia gli accoppiamenti in base alla classe di resistenza di viti e dadi. La resistenza meccanica di una vite o di un dado, può essere prolungata nel tempo mediante appropriati trattamenti protettivi. Ad esempio: zincatura, cromatura, fosfatazione ecc. 125 Modulo B Dispositivi di collegamento La loro scelta dipende dalla resistenza alla corrosione e all’estetica del prodotto che si vuole realizzare. In ambienti particolarmente aggressivi per la corrosione si ricorre a viti e dadi in acciaio inossidabile (AISI 304) o in ottone. (Prevalentemente, ma non solo, in ambienti in cui vi è presenza di nebbia salina). Nella designazione completa di viti e dadi, oltre alla designazione della filettatura, si riportano anche la categoria di esecuzione, la classe di resistenza e gli eventuali trattamenti protettivi. La designazione di una vite con filettatura metrica di diametro nominale 12 mm a passo grosso, con lunghezza 50 mm, categoria di esecuzione A, classe di resistenza 10.9, con trattamento protettivo di zincatura corrisponde a: VITE UNI EN ISO 21269:2007 M12 × 50 – A – 10.9 – zincata La designazione di un dado con filettatura metrica di diametro nominale 24 mm a passo fine di 2 mm, categoria di esecuzione A, classe di resistenza 5S e trattamento protettivo di fosfatazione, corrisponde a: DADO ISO 5588 M24 × 2 – A – 5S – fosfatato B2.10 FORMA DI VITI E DADI Viti e dadi possono avere forme diverse. Mentre le viti sono caratterizzate da una testa e da un gambo, i dadi sono sempre solidi forati e filettati con geometria alquanto differente. Prevalentemente sono utilizzati dadi a profilo esagonale (alti-normali-bassi) le cui altezze possono essere calcolate con le seguenti relazioni: TAB. B2.5 Dimensioni dei dadi M12 ¹ Dn =12 Appendice TAB. A 4 126 Dado basso Dado normale Dado alto h = 0,5 Dn h = 0,8 Dn h = Dn Esistono tuttavia anche dadi a sezione quadrata, esagonale a intagli, esagonali ciechi con calotta sferica, esagonali con calotta piatta, ad aletta, zigrinati ecc. Sono tutti elementi unificati e per praticità si consiglia l’uso di specifici cataloghi dei costruttori. Così come i dadi anche le viti, pur caratterizzate da gambo e testa, possono avere teste con differenti profili, mentre il gambo può essere completamente o parzialmente filettato. Le teste maggiormente utilizzate sono quelle esagonali, svasate piane con esagono incassato, cilindriche a esagono incassato. Esistono anche viti a testa tonda, a testa quadra, a testa cilindrica con intaglio, ad alette, a testa zigrinata, tiranti a occhio ecc. Vi sono anche viti senza testa comunemente detti grani, con il terminale di avvitamento a intaglio, a esagono incassato ed estremità piana smussata, cilindrica, conica, a coppa ecc. Anche per questi elementi, si consiglia l’uso di specifici cataloghi dei costruttori. I collegamenti meccanici smontabili: filettature, linguette, chiavette Unità B2 FIG. B2.17 Rappresentazione di viti senza testa B2.11 SISTEMI ANTISVITAMENTO DI VITI E DADI Negli accoppiamenti smontabili si utilizzano altri elementi preposti al corretto funzionamento dell’accoppiamento stesso. In alcuni di questi, sottoposti a vibrazioni, dilatazione termica, urti ecc. (per esempio: compressori, motori a scoppio, carroponti), vi è la tendenza all’allentamento dei bulloni. Ricordiamo che per bullone s’intende l’accoppiamento di dado e vite (con o senza rosetta). Questa problematica deve essere contrastata da opportuni sistemi tecnici adatti allo scopo. Uno dei mezzi più semplici è il controdado consistente in un secondo dado avvitato sopra il dado principale quando questo è stato serrato con la coppia di serraggio richiesta. Il controdado, forzato contro il dado principale per effetto della pressione esercitata, impedisce il suo svitamento. Un altro elemento con funzione antisvitamento è rappresentato dalle copiglie. Le copiglie sono costituite da barrette di materiale differente secondo la loro applicazione. Possono essere in acciaio, in rame, in alluminio ecc. con sezione semicircolare e ripiegata a forcella durante la fabbricazione fino a far combaciare le due superfici piane. L’elemento è inserito in un foro eseguito specificatamente nel gambo della vite ad avvenuto serraggio del dado. Essendo il foro eseguito “in opera” cioè a montaggio avvenuto, la quotatura del foro per copiglie non è mai indicata nei disegni di fabbricazione. 127 Modulo B Dispositivi di collegamento Appendice TAB. A 55 TAB. A 56 Inserita la copiglia nel foro, le estremità sono ripiegate in direzione opposta; tale operazione trattiene la copiglia nel foro, bloccando il dado e impedendo il suo svitamento. Le copiglie sono elementi unificati secondo la UNI EN ISO 1234:2000. Con l’applicazione delle copiglie si consiglia l’uso di dadi con intagli. FIG. B2.18 Copiglie Appendice TAB. A 47 TAB. A 48 TAB. A 50 FIG. B2.19 Applicazione di copiglie Altri utili e funzionali dispositivi in alternativa alle copiglie sono le spine che, a seconda dell’applicazione, possono essere elastiche, coniche, cilindriche. FIG. B2.20 Rappresentazione grafica di spina elastica FIG. B2.22 Rappresentazione grafica di spina conica FIG. B2.21 Spine elastiche FIG. B2.23 Rappresentazione di spina cilindrica FIG. B2.24 Spine cilindriche Molto spesso sotto le superfici d’appoggio dei dadi e delle teste delle viti si interpone una rosetta o una piastrina. Lo scopo è creare una superficie più regolare ripartendo la pressione su una superficie maggiore soprattutto quando il materiale tra vite e dado è poco resistente. 128 I collegamenti meccanici smontabili: filettature, linguette, chiavette Unità B2 Vi sono rosette e piastrine di sicurezza, per perni, rosette elastiche, (dette anche grower), rosette piane ecc. tutte con il medesimo scopo: impedire lo svitamento del dado o della vite. Anche per questi elementi è consigliato durante la progettazione l’utilizzo di specifici cataloghi di costruttori. FIG. B2.25 Rosette (grower) e piane Appendice TAB. A 39 B2.12 COLLEGAMENTI SMONTABILI FILETTATI (APPLICAZIONI) ACCOPPIAMENTO CON VITE MORDENTE FIG. B2.26 Collegamento con vite a testa esagonale FIG. B2.27 Collegamento con vite TCEI (Testa Cilindrica Esagono Incassato) L’accoppiamento con vite mordente è utilizzato quando uno dei due elementi da accoppiare, generalmente la base, non consente l’esecuzione di un foro passante per l’inserimento completo della vite. Si utilizza altresì quando l’operazione di montaggio-smontaggio non è troppo frequente. In questo accoppiamento viene praticato un foro passante nella piastra superiore, mentre nella piastra inferiore o piastra base, si realizza un foro filettato passante, se possibile, o cieco. È utilizzato l’accoppiamento con vite mordente anche quando la progettazione non consente l’utilizzo del bullone per motivi d’interferenza con altri elementi circostanti oppure quando non vi è la possibilità di accoppiare il dado alla vite per carenza di spazi di manovra degli attrezzi di serraggio (bussole, chiavi fisse, dinamometriche ecc.). Il foro di passaggio della vite nella piastra superiore deve essere dimensionato in relazione al campo della meccanica in cui opera la progettazione: di precisione, grossolana o media precisione e carpenteria. Ricordiamo che quando la sporgenza della testa della vite può rappresentare un pericolo o pregiudicare il funzionamento dell’accoppiamento, si deve utilizzare una 129 Modulo B Dispositivi di collegamento vite a testa cilindrica a esagono incassato (vite TCEI) o in alternativa, soprattutto per piccoli spessori, viti a testa svasata. Entrambe le tipologie di viti sopra descritte necessitano di specifica sede di alloggiamento della testa. COLLEGAMENTO CON VITE PASSANTE FIG. B2.28 Collegamento con vite passante Il collegamento con vite passante è il collegamento maggiormente utilizzato nella meccanica grossolana o di media precisione. Si propone tutte le volte in cui è richiesta un’elevata azione di serraggio oppure quando i pezzi da accoppiare hanno uno spessore troppo piccolo, in relazione alla vite da utilizzare, tale da non consentire la realizzazione di un foro filettato. In queste circostanze si può utilizzare anche la tecnica di saldare un dado per aumentare lo spessore della superficie sulla quale non è realizzabile un filetto. L’accoppiamento si realizza praticando due fori lisci passanti su entrambi gli elementi da collegare avendo cura di realizzare i fori con un diametro maggiore del diametro nominale della vite. Gli elementi filettati sono un dado con funzione di madrevite, una rosetta e una vite. L’azione di serraggio dei pezzi è esercitata sulla testa della vite. Tale azione determina nella vite uno sforzo di trazione in cui la sezione resistente corrisponde al diametro di nocciolo della vite stessa. COLLEGAMENTO CON VITE PRIGIONIERA Il collegamento con vite prigioniera è generalmente utilizzato quando la base a cui collegare altri elementi è costituita da materiali teneri o nel complesso della progettazione per difficoltà o complessità di lavorazione, che comporta un costo elevato di montaggio-smontaggio. È il caso del collegamento al monoblocco nei motori automobilistici, della testata e altri elementi quali i collettori di scarico. In queste 130 I collegamenti meccanici smontabili: filettature, linguette, chiavette Unità B2 circostanze lo smontaggio e il relativo montaggio non deteriorano la filettatura della madrevite. Sulla superficie della base si realizza un foro filettato cieco in cui si avvita una vite prigioniera caratterizzata da un cilindro filettato su entrambe le estremità e una parte centrale non filettata. FIG. B2.29 Collegamento con vite prigioniera Il lato avvitato nella madrevite (foro filettato) è definito radice e generalmente corrisponde al tratto di filetto più corto. Il tratto filettato più lungo è definito gambo; ha l’estremità bombata e sporge dalla base per poter essere accoppiata all’estremità opposta con un dado. FIG. B2.30 Elementi caratteristici di una vite prigioniera Il lato radice è completamente avvitato nel pezzo base ed esercita su di esso una coppia di serraggio molto elevata per consentire l’avvitamento anche della sezione del tratto parzialmente filettato o a filetto incompleto. L’avvitamento avviene con due dadi avvitati sul gambo, (utilizzando il superiore) mentre lo svitamento avviene sempre con due dadi (utilizzando l’inferiore). Come si può facilmente intuire in questa tipologia di applicazione è possibile svitare il dado superiore, sfilare l’elemento bloccato e lasciare avvitato il prigioniero alla base per la successiva operazione di collegamento. Quest’operazione preserva il foro filettato (madrevite) la cui realizzazione in caso di deterioramento sarebbe onerosa. FIG. B2.31 Sistema di avvitamento di una vite prigioniera 131 Modulo B Dispositivi di collegamento FIG. B2.32 Prigioniero avvitato Come abbiamo visto il mercato offre un consistente numero di elementi indispensabili per eseguire in sicurezza gli accoppiamenti smontabili, dalle forme più varie adatte a tutte le esigenze della progettazione meccanica e a tutte le applicazioni necessarie allo sviluppo di questa disciplina. È compito del progettista saper scegliere tra questi elementi i più adatti alla soluzione progettuale che sta studiando, non perdendo mai di vista almeno due dei tanti aspetti che necessariamente dovrà affrontare: l’aspetto funzionale e l’aspetto economico. A tale scopo un valido aiuto è fornito dai cataloghi tecnici e dalla specifica normativa di riferimento. B2.13 ORGANI DI COLLEGAMENTO NON FILETTATI ASSI E ALBERI Gli assi hanno lo scopo di supportare ruote, carrucole per funi e catene, pulegge e dispositivi simili e non trasmettono alcun momento torcente. Possono essere fissi o mobili: nei primi avremo sollecitazioni di tipo statico mentre negli assi mobili la sollecitazione sarà di tipo rotante. FIG. B2.33 La ruota panoramica ruota su un asse Gli alberi hanno la funzione di trasmettere un momento torcente. Possiamo trovarli nei motori, nelle turbine e nei cambi ecc. Possono quindi essere sollecitati a torsione oppure a torso-flessione. 132 I collegamenti meccanici smontabili: filettature, linguette, chiavette Unità B2 LINGUETTE FIG. B2.34 Linguetta UNI 6604 La linguetta è un dispositivo meccanico, alloggiato in un’opportuna sede realizzata negli alberi e nel foro dei mozzi, la cui funzione è di consentire la trasmissione del moto. Il collegamento albero-mozzo è quello maggiormente utilizzato nelle progettazioni meccaniche. Gli elementi (definiti mozzi), collegati all’albero con linguetta, devono essere bloccati nel loro movimento assiale. La Fig. B2.35, riporta un esempio di montaggio albero-mozzo con linguetta. FIG. B2.35 Accoppiamento con linguetta Dalla medesima figura si evince che la spinta alla rotazione e quindi il moto viene trasmesso dai fianchi della linguetta pertanto sia la sede realizzata nel mozzo che quella realizzata nell’albero, devono essere prive di inclinazioni e con un grado di rugosità compreso tra 0,8 e 1,6 (0,8 < Ra < 1,6). La linguetta stessa deve essere costruita con lo stesso grado di rugosità. Essendo un accoppiamento smontabile, la linguetta deve essere montata con interferenza sull’albero e con un leggero gioco tra fianchi della linguetta e sede del mozzo. Vedremo le reciproche tolleranze in sede di dimensionamento delle linguette stesse. Agendo sui fianchi è evidente che questo dispositivo, nel trasmettere il moto, non evidenzia nell’accoppiamento nessuna eccentricità di sistema, diversamente da quanto avviene in un accoppiamento per la trasmissione del moto con chiavetta come verrà illustrato nella specifica sezione. La lavorazione di queste sedi sulle macchine utensili avviene con una fresa a candela per quanto riguarda lo spacco nell’albero e, dovendo le superfici dei fianchi essere lisce e senza gradini, tale operazione deve avvenire in un’unica passata. Lo spacco nel mozzo (foro) sarà eseguito con processi produttivi differenti, brocciatura o stozzatura, scelti in base al numero dei pezzi da lavorare. Durante la lavorazione, qualora la linguetta sia realizzata su una fresatrice, al fine di evitare vibrazioni con conseguente aumento della rugosità delle superfici, oltrepassato il diametro ∅12 della fresa, è consigliabile utilizzare una fresa con diametro minore per poi completare l’operazione con il diametro definitivo. 133 Modulo B Dispositivi di collegamento Esempio: sede di diametro 14, pre-taglio con ∅8, quindi fresa ∅14. Nel caso si operasse su centro di lavoro, è possibile utilizzare una fresa ad esempio di ∅8 realizzando un ciclo con interpolazione circolare. La sede nel mozzo deve necessariamente essere passante qualora sia utilizzata una brocciatrice; nel caso si utilizzi la stozzatrice, potremmo avere anche un foro cieco, tuttavia questa sarà una situazione limite. Brocciatrice e stozzatrice sono macchine utensili mediante le quali si realizzano uno o più spacchi in un foro. FIG. B2.36 Dimensionamento dello spacco di linguetta sull’albero FIG. B2.37 Dimensionamento dello spacco di linguetta nel mozzo 134 Si vedrà nella disciplina Tecnologia meccanica di processo e di prodotto la specifica modalità esecutiva di questa lavorazione relativamente alla diversa modalità operativa delle due macchine suddette. Per concludere possiamo aggiungere che un accoppiamento albero-mozzo, realizzato con linguetta, consente al mozzo un movimento assiale permettendo nel contempo un facile smontaggio e rimontaggio dello stesso, operazione che, come vedremo, non è possibile ottenere in un accoppiamento realizzato tramite chiavetta. Vista la modalità di funzionamento, la linguetta lavora sfruttando la resistenza a taglio del materiale di cui è costituita. Le linguette, in relazione alla loro forma geometrica, seguono differenti norme UNI, quelle maggiormente utilizzate rientrano nella tabella UNI 6604. I collegamenti meccanici smontabili: filettature, linguette, chiavette Unità B2 CHIAVETTE Le chiavette sono elementi prismatici con la particolarità di avere la superficie superiore inclinata (a forma di cuneo) con conicità 1:100. Possono essere con o senza nasello. Il nasello è una specie di dente posizionato all’estremità della chiavetta; rimane al di fuori della cava del mozzo e rende agevole il montaggio e lo smontaggio dell’elemento. FIG. B2.38 Accoppiamento con chiavetta senza nasello FIG. B2.39 Accoppiamento con chiavetta con nasello Il loro montaggio avviene per forzamento nella sede ricavata sia nell’albero sia nel mozzo, pertanto, anche la superficie superiore della sede nel mozzo deve possedere la superficie con inclinazione di 1:100. Questo implica una lavorazione della sede del mozzo con la macchina utensile stozzatrice o in alternativa con un’operazione lunga, laboriosa e personalizzata della sede stessa mediante un’attività manuale di aggiustaggio. Queste soluzioni sono economicamente onerose per effetto della bassa produttività realizzativa. Per ottenere l’accoppiamento e la conseguente trasmissione del moto è necessario avere del gioco tra i fianchi della chiavetta e le sedi degli elementi da accoppiare, mentre tra la superficie superiore del mozzo e della chiavetta l’interferenza aumenterà con l’aumentare della penetrazione della stessa nell’accoppiamento. Questa interferenza provoca un disassamento tra gli elementi e lo sviluppo di una considerevole forza di attrito tra i due diametri inferiori e le superfici superiori della chiavetta e della sua sede. Tale situazione è evidenziata nella Fig. B2.38. 135 Modulo B Dispositivi di collegamento Dalla figura si vede inoltre come, a forzamento ultimato, si è prodotta un’eccentricità e, una compressione C sulla chiavetta e C 1 tra il diametro del mozzo e quello dell’albero nella parte inferiore dell’accoppiamento stesso. Questo genererà una forza di attrito Fa in grado di trasmettere la coppia. Il funzionamento della chiavetta sfrutta la capacità dei materiali con cui è costruita di resistere alla compressione, pertanto generalmente è realizzata con acciai aventi carico di rottura maggiore di 590 N/mm2. Il C40 o il C60 sono due acciai caratteristici per la costruzione sia delle chiavette sia delle linguette. Il materiale con cui questi elementi possono essere costruiti deve essere compatibile con il materiale dell’albero e del mozzo, quindi può essere impiegato anche l’acciaio inossidabile (AISI 304, AISI 316), oppure bronzi, ottoni ecc. In relazione alla loro geometria, le chiavette ribassate o concave, per effetto della loro modalità di funzionamento, trasmettono momenti piuttosto bassi; per contro quelle con nasello, sporgendo dal mozzo, creano problemi di sicurezza. Conseguentemente quelle maggiormente utilizzate sono quelle diritte. ACCOPPIAMENTI CON SPINE Le spine sono dispositivi meccanici costruiti con acciai il cui carico unitario di rottura a trazione deve essere maggiore di 1000 N/mm2, sono inserite in appositi fori. Possono essere cilindriche, coniche o elastiche. Le spine cilindriche garantiscono il collegamento per ostacolo e la loro stabilità nella sede è assicurata da un accoppiamento con interferenza in almeno uno dei pezzi da collegare, spesso è l’albero perché offre una lunghezza del foro maggiore. Il foro di alloggiamento della spina attraversa radialmente gli elementi da collegare e se un accoppiamento deve essere con interferenza, è bene che l’altro non abbia mai un gioco eccessivo. Le spine di questa tipologia si usano anche come spine di riferimento per dare la giusta posizione ai pezzi da collegare con altro sistema. È il caso di gusci di stampi, particolari di attrezzature meccaniche ecc. che, in una seconda fase, saranno bloccati con viti o bulloni. FIG. B2.40 Accoppiamento con spina conica D>d 136 FIG. B2.41 Accoppiamento con spina cilindrica I collegamenti meccanici smontabili: filettature, linguette, chiavette Unità B2 Le spine coniche (con conicità 1:50) sono inserite con forzamento in fori di uguale conicità. Anche per questa tipologia di spine, il foro attraversa radialmente uno o entrambi gli elementi da collegare assicurando il collegamento per ostacolo come le spine cilindriche, ma data la loro forma anche per attrito. Le spine, durante il funzionamento dell’accoppiamento, subiscono sollecitazioni a taglio, pertanto possono resistere a sforzi assiali e/o tangenziali piuttosto limitati. M Il valore dello sforzo a taglio cui può essere sottoposta una spina è: T " t N . d A volte questa tipologia di accoppiamento è utilizzata per la realizzazione di dispositivi di sicurezza in cui, intenzionalmente, si sceglie una spina con minore resistenza al trascinamento. Questo implica che la spina sia facilmente tranciata quando la macchina è sottoposta a sforzi maggiori o non previsti, rispetto al normale funzionamento. La rottura della spina evita il danneggiamento di organi più articolati e costosi e la sua facile e immediata sostituzione ripristina la funzionalità del dispositivo e quindi della macchina. Tuttavia non sempre può essere applicata in quanto, l’accoppiamento con spine, sia coniche che cilindriche, produce gioco assiale e come detto sopra non è possibile trasmettere momenti torcenti significativi. Ricordiamo che le spine sono caratterizzate da: ◗ Forma: cilindrica, conica, elastica, con foro filettato per fori ciechi. ◗ Finitura superficiale: rettificate, non rettificate. ◗ Trattamento termico: temprate, non temprate. La loro designazione prevede la seguente legenda: spina, diametro, lunghezza, riferimento UNI. Esempio: Spina 8 × 40 UNI 7283 che implica l’applicazione di una spina conica con diametro di 8 mm e lunghezza 40 mm secondo la tabella UNI 7283. ACCOPPIAMENTI CON PERNI FIG. B2.42 Accoppiamento con perni I perni sono organi meccanici di forma cilindrica prevalentemente in acciaio che consentono collegamenti articolati. Permettono quindi a due elementi collegati di ruotare in maniera reciproca. Solitamente il perno è costituito da una testa e un gambo; è bloccato assialmente a un’estremità con la testa che funge da spallamento, all’altra estremità del gambo, con 137 Modulo B Dispositivi di collegamento un dispositivo di bloccaggio (spina, copiglia, estremità filettata con dado, anello elastico di sicurezza, doppia spina ecc.). L’accoppiamento con questo dispositivo prevede che tra il diametro del perno e il diametro del foro vi sia sempre un accoppiamento con gioco. Generalmente si consiglia un accoppiamento foro-base H11/h11 al fine di consentire la rotazione reciproca degli elementi. Gli elementi che caratterizzano i perni sono: ◗ testa ◗ gambo con § piana § foro per copiglia § stretta o larga § sede per anello elastico § spina di riferimento ◗ perni senza testa FIG. B2.43 Accoppiamento con perni La scelta del perno da impiegare è effettuata in relazione alla funzionalità dell’accoppiamento, alla sua applicazione, alla sua praticità di montaggio e smontaggio e da ogni altra esigenza che scaturisce dalla progettazione. La designazione prevede la seguente legenda: perno, riferimento UNI, lettera A/B (presenza o meno di foro), diametro × lunghezza. Esempio: Perno UNI EN 22340:1993 A 8 × 25 Tipologie di perni FIG. B2.44 Rappresentazione di alcune tipologie di perni ALBERI A PROFILO SCANALATO Si ricorre all’utilizzo degli alberi a profilo scanalato quando il momento torcente da trasmettere è piuttosto elevato e quindi le chiavette o le linguette non sono indicate per tali applicazioni oppure quando l’accoppiamento deve garantire un centraggio ottimale o ancora quando uno dei due elementi deve traslare sotto carico rispetto all’altro. 138 I collegamenti meccanici smontabili: filettature, linguette, chiavette Unità B2 Gli alberi a profilo scanalato sono alberi su cui sono state ricavate delle cave equidistanti in direzione assiale. Le cave danno luogo ad altrettanti denti che s’impegnano in corrispondenti scanalature ricavate nella corrispettiva boccola scanalata. Questi elementi lavorano sui fianchi quindi per ostacolo; possono essere pensati come un accoppiamento con linguette multiple disposte e accoppiate sulla circonferenza dell’albero e del foro con passo costante. La trasmissione del momento torcente avviene per effetto delle forze tangenziali che s’interscambiano fianchi e denti all’atto della rotazione dell’albero. Questa tipologia di accoppiamento è proposta dai progettisti quando occorre ridurre le problematiche relative alle vibrazioni o all’inversione del moto; è altresì utilizzata tutte le volte che vi è la necessità di traslare in senso orizzontale o verticale dispositivi in presa, cioè trasmettere momento torcente durante la traslazione. Forma e dimensioni di alberi e mozzi a profilo scanalato con fianchi paralleli sono tabellati dalla UNI 8953 in funzione del diametro dell’albero e dal tipo di applicazione in cui sono utilizzati. La classificazione degli alberi a profilo scanalato avviene in funzione della forma dei fianchi/denti che possono assumere le seguenti strutture: a. fianchi paralleli (prevalentemente utilizzati per cambi di velocità di macchine utensili); b. denti dritti (per applicazione di carattere generale); c. denti con profilo evolvente (prevalentemente utilizzati nel settore automobilistico). FIG. B2.45 Sezione profilo scanalato a fianchi paralleli di albero e mozzo La designazione prevede nell’ordine i valori di N, d, D rispettivamente il numero di denti, il diametro interno e il diametro esterno. È altresì possibile utilizzare ulteriori sigle per indicare la tipologia di albero o eventuali trattamenti dopo la lavorazione. Sigle utilizzabili: ◗ S = albero scorrevole ◗ SC = albero scorrevole sotto carico ◗ T = mozzo trattato dopo la lavorazione ◗ NT = mozzo non trattato dopo la lavorazione 139 Modulo B Dispositivi di collegamento TAB. B2.6 Designazione profili scanalati secondo la UNI 8953 Designazione dei profili scanalati Designazione d N denti D B 6×11×14 11 6 14 3 6×13×16 13 6 16 3,5 6×16×20 16 6 20 4 6×18×22 18 6 22 5 6×21×25 21 6 25 5 6×23×28 23 6 28 6 6×26×32 26 6 32 6 6×28×34 28 6 34 7 8×32×38 32 8 38 7 8×36×42 36 8 42 7 8×42×48 42 8 48 8 8×46×54 46 8 54 9 8×52×60 52 8 60 10 8×56×65 56 8 65 10 8×62×72 62 8 72 12 10×72×82 72 10 82 12 10×82×92 82 10 92 12 10×92×102 92 10 102 14 10×102×112 102 10 112 16 10×112×125 112 10 125 18 Solo a fini di specificazione (il processo, infatti, sarà trattato nella disciplina Tecnologia meccanica di processo e di prodotto), la lavorazione con cui si effettua la “dentatura” nel mozzo si chiama brocciatura. Esempio di designazione per un albero di ∅i = 28, ∅e = 34, montato scorrevole: albero UNI 8953 6 × 28 × 34S. Esempio di designazione per un mozzo di analoghe dimensioni, trattato dopo la lavorazione: mozzo UNI 8953 6 × 28 × 34T. FIG. B2.46 Rappresentazione schematica di un profilo scanalato 140 Generalmente, data la complessità della rappresentazione dei profili scanalati, la normativa internazionale ha stabilito delle regole di rappresentazioni schematiche come rappresentato in Fig. B2.46. I collegamenti meccanici smontabili: filettature, linguette, chiavette Unità B2 È sempre possibile rappresentare i profili in maniera non schematica. Nel caso in cui si utilizzi la rappresentazione schematica si seguono le indicazioni delle filettature e delle dentature. BIETTE Le biette sono dispositivi impiegati nell’accoppiamento di due elementi coassiali, sollecitati a trazione e/o compressione. FIG. B2.47 Accoppiamento con bietta 141 Modulo A La normativa tecnica B2 VERIFICA UnitÀ Domande a risposta breve 1 Fornisci una definizione di collegamento meccanico smontabile. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 2 Con quale processo si ottengono prevalentemente le giunzioni continue? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 3 Come si può definire una filettatura? 4 Cos’è il passo di una filettatura? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 5 Che cosa rappresenta il diametro di nocciolo di una vite? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 6 In quali filettature dobbiamo conoscere il numero di filetti per pollice? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 7 Come sono indicate nei disegni tecnici secondo la ISO le filettature metriche? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 8 Elenca le più utilizzate tipologie di filettatura. 9 Elenca le operazioni per completare correttamente una filettatura. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 10 Descrivi a cosa servono il maschio e la filiera. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 11 Descrivi cosa s’intende per bullone. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 12 Come sono classificati i dadi e le viti? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 13 Cos’è e cosa rappresenta la classe di resistenza di una vite? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 14 Descrivi un elemento antisvitamento e spiegane il funzionamento. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 15 Qual è la differenza tra un collegamento con vite mordente e un collegamento con vite passante? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 16 Spiega il funzionamento di una vite prigioniera. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 17 Qual è la differenza sostanziale tra un albero è un asse? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 18 Qual è il funzionamento di una linguetta e di una chiavetta? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 19 Cosa sono e come funzionano le spine? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 20 Quando vengono utilizzati gli alberi a profilo scanalato? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 142 I collegamenti meccanici smontabili: filettature, linguette, chiavette Unità B2 Test vero o falso 1 Un collegamento può essere smontabile, non smontabile e divisibile. 2 Le giunzioni continue sono prevalentemente ottenute tramite bullonatura. 3 Vite e madrevite costituiscono un accoppiamento filettato. 4 Il passo di una filettatura rappresenta la distanza tra una cresta del filetto e la successiva. 5 I passi delle filettature possono essere grossi, medi, piccoli. 6 Le filettature metriche sono sempre indicate con la lettera minuscola “m”. 7 Il bullone è rappresentato da un dado e una rondella. 8 Le viti senza testa non esistono, questi elementi hanno sempre la testa. 9 I fori per le copiglie nei disegni non si indicano, ma si eseguono in opera secondo necessità. 10 Nella vite prigioniera la radice è sempre più lunga del gambo. 11 Una vite prigioniera si svita e si avvita con due dadi. 12 Gli assi trasmettono momento torcente, gli alberi no. 13 La linguetta ha la funzione di trasmettere il moto. 14 La chiavetta non può trasmettere il moto a meno che non abbia il nasello. 15 La chiavetta è indicata per gli accoppiamenti non smontabili. 16 Le spine possono essere utilizzate anche come elementi di riferimento per bloccaggi successivi. 17 Gli alberi a profilo scanalato possono traslare anche sotto carico. 18 Gli alberi a profilo scanalato si utilizzano quando il carico da trasmettere non è elevato. V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F Esercizi 1 Esercizio proposto Nel disegno di Fig. B2.48, dopo il suo completamento: a dimensiona lo spacco di linguetta da realizzare sul ∅50 h7; b determina e inserisci la tolleranza numerica e il grado di rugosità della superficie ∅30 h6; c determina le dimensioni e l’unificazione delle due cave di linguetta. FIG. B2.48 143 Modulo B Dispositivi di collegamento 2 Esercizio proposto Il disegno di Fig. B2.49 rappresenta la ruota folle di un dispositivo meccanico. Si chiede: a il disegno dei particolari da produrre completo di quotatura, tolleranze e gradi di rugosità; b di determinare gli elementi commerciali indicando le relative unificazioni. Nota: È consigliato l’uso di un manuale. FIG. B2.49 144 I collegamenti meccanici smontabili: filettature, linguette, chiavette Unità B2 3 Esercizio svolto Dimensiona secondo la tabella UNI (6604) una linguetta per un albero di diametro ∅25 con relativo mozzo. Esegui il disegno con quote di lavorazione del terminale d’albero e relativo mozzo. Indica la designazione della linguetta. Svolgimento Le linguette, secondo la norma citata, possono essere di forma “A” oppure di forma “B”. Le prime sono di forma arrotondata le seconde di tipo diritto. FIG. B2.50 Le dimensioni della linguetta devono essere desunte dalla tabella UNI 6604 da cui, nella Tab. B2.7, è stata estratta la riga relativa al ∅25. TAB. B2.7 Campo di applicazione Linguetta Diametro albero d Dimensioni Tolleranze su: Lunghezza nominali l* b h9 h b×h Da 22 a 30 8×7 0 0 –0,036 –0,090 Cava 18-90 Tolleranze sulla larghezza b Per alberi H9 N9 Profondità Per fori P9 D10 JS9 Albero t1 P9 +0,036 0 –0,015 +0,098 –0,015 ±0,018 0 –0,036 –0,051 +0,040 –0,051 Mozzo t2 Nom. Toll. Nom. Toll. 4 +0,2 0 3,3 +0,2 0 * Serie Lunghezze Unificate: 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 25 , 28, 32, 36, 40, 45, 50, 56, 63, 70, 80, 90, 100, 125, 140, 160, 180, 200, 220, 250, 280, 320, 360, 400 mm ⎛ ⎞ Le tolleranze sulla lunghezza della cava hanno i seguenti valori: fino a 28 mm ⎜⎜ +0.2 ⎟⎟ da 28 fino a 80mm 0 ⎝ ⎠ ⎛ +0.3 ⎞ ⎛ +0.5 ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ oltre 80mm ⎜⎜ ⎟⎟ . Il diametro dell’albero di cui dimensionare la linguetta e conseguentemente la ⎝ 0 ⎠ ⎝ 0 ⎠ realizzazione della lavorazione dello spacco e della cava, ricade nel range 22 ÷ 30. La linguetta avrà pertanto le seguenti dimensioni: base 8 mm e altezza 7 mm. La tolleranza su b, (base, realizzata in h9) risulta essere (0 – 0,036), mentre su h (altezza) sarà di (0 – 0,090). La lunghezza della linguetta potrà essere compresa tra 18 ÷ 90, secondo la serie delle lunghezze unificate come da elenco tabella. Scegliamo l = 32, tenendo sempre presente che la lunghezza dipenderà dal momento torcente (Mt ) che l’albero dovrà trasmettere. La profondità dello spacco dell’albero sarà t1 (4), mentre la cava avrà una profondità t2 (3,3). Prestare attenzione a: 1 La quotatura del valore t1 deve essere tangente alla superficie dell’albero perché è sul punto di tangenza che l’operatore esegue l’azzeramento dell’utensile (fresa a candela) con cui eseguirà lo spacco. 2 Il valore t2 non potrà essere inserito nel disegno perché non esisterà più, a lavorazione eseguita con stozzatrice o con brocciatrice, lo spigolo su cui appoggiare lo strumento di misura. Di conseguenza, noto il diametro del foro del mozzo, il valore t2 dovrà essere sommato alla dimensione del foro stesso. 145 Modulo B Dispositivi di collegamento FIG. B2.51 A questo punto abbiamo determinato, in relazione alle dimensioni della linguetta, anche le dimensioni, con relative tolleranze, che dovrà avere la sua sede nell’albero e nel mozzo. Le tolleranze saranno scelte in funzione del tipo di accoppiamento previsto. Non ci resta che scegliere la forma della linguetta; scegliamo la forma “A” e quindi la designazione da riportare nel riquadro delle iscrizioni sarà: Linguetta UNI 6604 A 8×7×32 Il medesimo procedimento deve essere seguito qualora si utilizzasse una linguetta ribassata UNI 7510 oppure una linguetta a disco UNI 6606, oppure una linguetta UNI 6605 (linguette con foro/i di fissaggio). Vale anche per le chiavette UNI 6607 UNI 6608 UNI 7513 UNI 75 15. 4 Esercizio svolto Verifica la sezione resistente di una linguetta UNI 6604. Dati di progetto: ■ Momento torcente Mt = 131313 Nmm ■ ■ ■ Carico di rottura del materiale della linguetta Rm = 590 N/mm2 Dimensione della linguetta: Linguetta UNI 6604 A 8×7×32 Verifica di resistenza a taglio. Svolgimento Dovendo verificare l’elemento indicato è bene capire perché limitiamo il calcolo solo alla resistenza a taglio. La linguetta è un organo meccanico attraverso il quale è possibile trasmettere il moto. Qualora l’accoppiamento tra due organi meccanici (un albero in rotazione e un altro elemento) non preveda un elemento di trascinamento (linguetta, chiavetta, spina ecc.) l’elemento accoppiato all’albero si definisce folle. Nel nostro caso la linguetta è montata sull’albero in un apposito intaglio e calettata sul mozzo mediante una specifica sede. La linguetta trasmette il moto attraverso i fianchi che sono evidentemente sollecitati a taglio. Verificheremo quindi la linguetta al semplice sforzo di taglio puro. Per calcolare le tensioni interne di tipo Y di una sezione rettangolare sollecitata a taglio, utilizzeremo la formula: τ= 3⋅T 2⋅ A dove T rappresenta lo sforzo di taglio e A l’area resistente. Nella figura sono indicati: ■ T = sforzo di taglio agente sulla linguetta. ■ b = braccio della forza. ■ Mt = momento torcente. 146 FIG. B2.52 I collegamenti meccanici smontabili: filettature, linguette, chiavette Unità B2 Ricaviamo quindi T dalla relazione: Mt = T ⋅ b quindi T = Mt b Sapendo che b è uguale a d/2 sostituendo i valori avremo: 131,313 T" " 10,505 N (sforzo di taglio) 12,5 Calcoliamo ora l’area resistente della linguetta. FIG. B2.53 Calcoliamo prima l’area A, escludendo le parti raccordate, quindi l’area della somma delle parti raccordate A1/2 che è uguale all’area di un cerchio di diametro 8. A = l ⋅ b = 55 ⋅ 8 = 440 mm2 (area A) A1 = π ⋅ d 2 3,14 ⋅ 82 = = 50,24 mm2 (area A1) 4 4 L’area totale risulterà: At = ( A + A1) = (440 + 50,24) = 490,24 mm2 . Procediamo a questo punto al calcolo delle tensioni. 3 ⋅ T 3 10,505 31,515 = ⋅ = = 0,03214 N/mm2 τ= 2 ⋅ A 2 490,24 980,5 σ Determiniamo adesso il valore della τ amm = amm 3 Sappiamo che la Xamm è data dalla relazione: R σ amm = m n dove Rm è il carico di rottura del materiale con cui è realizzata la linguetta, n è un coefficiente di sicurezza (valore tabellato reperibile sui manuali tecnici), per cui avremo: 590 σ amm = = 65,5 N/mm2 9 Nota: l’utilizzo di un coefficiente n = 9 può sembrare elevato, tuttavia viene fatta questa scelta in funzione delle diverse sollecitazioni meccaniche a cui è sottoposta una linguetta, sollecitazioni dinamiche, cinetostatiche, (a causa degli urti istantanei durante le rapide accelerazioni dell’albero), a fatica e alle vibrazioni trasmesse lungo il perno su cui è collocata. Pertanto avremo che: σ 65,5 " 37,8 N/mm2 τ amm = amm avrà il seguente valore: 3 3 Affinché la linguetta sia verificata a taglio, deve essere soddisfatta la seguente relazione: Y ≤ Yamm cioè la tensione di esercizio deve essere minore o al limite uguale della tensione ammissibile. Nel nostro caso la Ymax risultava essere 32,15 N/mm2 , mentre la Yamm è risultata essere 37,8 N/mm2. Essendo soddisfatta la relazione 32,15 N/mm2 ≤ 37,8 N/mm2, la linguetta è pienamente verificata. 147 UnitÀ B3 I collegamenti meccanici non smontabili: le saldature, cenni sulle fusioni CONOSCENZE ➜ Conoscere la classificazione delle saldature. ➜ Conoscere i processi di brasatura e saldobrasatura. ➜ Conoscere la preparazione dei lembi di saldatura. ➜ Conoscere i processi di controllo delle saldature. ➜ Sapere che cos’è la saldabilità. ➜ Sapere come si eseguono i principali processi di saldatura. ABILITÀ ➜ Definire in maniera inequivocabile un’unione permanente. ➜ Distinguere le saldature e scegliere sempre la più appropriata. ➜ Saper preparare le cianfrinature sui pezzi da saldare. ➜ Saper rappresentare le saldature nei disegni tecnici. ➜ Saper quotare una saldatura. ➜ Sapere che cos’è il sovrametallo. ➜ Saper progettare un particolare, da realizzare con processo fusorio. ➜ Saper distinguere l’utilizzo di un modello dalla sua colorazione. ➜ Saper differenziare un processo di microfusione da uno di pressofusione COMPETENZE ➜ Disegnare collegamenti non smontabili, indicando e quotando le saldature. ➜ Rappresentare qualunque tipo di saldatura, conoscendo le specifiche norme tecniche. ➜ Rappresentare tecnicamente un particolare da realizzare per fusione. ➜ Progettare e disegnare un giunto chiodato. 148 I collegamenti meccanici non smontabili: le saldature, cenni sulle fusioni Unità B3 B3.1 COLLEGAMENTI MECCANICI NON SMONTABILI GENERALITÀ Come già detto nel paragrafo B2.2, i collegamenti non smontabili hanno carattere di unioni permanenti. Possono essere di due tipologie: ◗ unioni saldate; ◗ unioni chiodate. Come vedremo esiste anche un’altra tipologia di unione permanente, ossia l’incollaggio di cui tratteremo brevemente nell’unità B4. In linea di massima le unioni permanenti sono utilizzate per la realizzazione di strutture piuttosto importanti quali: ◗ strutture di capannoni; ◗ tralicci; ◗ travature per ponti e coperture ecc; ◗ basamenti di grossi impianti. I collegamenti meccanici non smontabili nella loro realizzazione costituiscono quella che nel campo della meccanica si definisce carpenteria. SISTEMI DI SALDATURA I sistemi di saldatura hanno avuto, nel corso degli anni, uno sviluppo notevole e hanno sostituito quasi del tutto i processi di chiodatura. Si pensi per esempio ai costi economici che avrebbero alcuni particolari meccanici qualora dovessero essere prodotti mediante la lavorazione alle macchine utensili. Oggi attraverso processi di saldatura estremamente sofisticati, come vedremo in questa unità, è possibile garantire una resistenza del “giunto saldato”, uguale o addirittura migliore di quella posseduta dallo stesso particolare ottenuto da pezzo singolo con lavorazione alle macchine utensili, con costi di produzione di gran lunga inferiori. Attualmente i differenti procedimenti di saldatura sono elencati nella Norma UNI 1307 parte 1a e 2a. La 1a parte si occupa dei procedimenti di saldatura, la 2a parte codifica i vari tipi di giunti saldati. La rappresentazione schematica delle saldature nei disegni tecnici segue la Norma UNI EN ISO 2553:2014. TAB. B3.1 CLASSIFICAZIONE DEI PROCEDIMENTI DI SALDATURA AUTOGENE Per fusione Con gas Con arco elettrico ETEROGENE Per pressione / a resistenza elettrica Per punti a rulli a scintillio Saldobrasature Brasature dolci forti 149 Modulo B Dispositivi di collegamento B3.2 SALDATURE AUTOGENE Le saldature sono definite autogene, quando il metallo base fondendo, prende parte alla formazione del giunto. Il materiale d’apporto può esserci o non esserci secondo lo spessore del giunto che si dovrà realizzare. Qualora vi sia la necessità di utilizzare il materiale d’apporto, questo deve necessariamente essere tecnologicamente simile al metallo base, perché l’obiettivo è quello di ottenere una giunzione con continuità strutturale e resistenza meccanica uguale al pezzo da saldare. Lo stato fisico in cui si troveranno i pezzi all’atto della loro unione determinerà la tipologia di saldatura. Potremmo avere quindi: a. saldature per fusione in cui il metallo base si troverà allo stato liquido così come l’eventuale materiale d’apporto; b. saldature a pressione in cui i pezzi da unire si trovino allo stato pastoso. Generalmente tale stato viene raggiunto per l’effetto provocato dal passaggio di una corrente elettrica (effetto Joule). Inoltre la metodologia con cui si porterà a fusione il materiale dividerà ulteriormente le saldature in: c. saldature a gas; d. saldature ad arco. B3.3 SALDATURE ETEROGENEE Si definiscono saldature eterogenee le saldature in cui il metallo base non partecipa alla formazione del giunto. Il cordone di saldatura è costituito solo dal materiale d’apporto che sarà differente dal metallo base sia dal punto di vista chimico-tecnologico, sia dal punto di vista termico. Dovrà cioè essere caratterizzato da una temperatura di fusione inferiore. La formazione del cordone di saldatura determinerà la tipologia di saldatura che potrà essere definita saldobrasatura o brasatura. SALDOBRASATURA Si definisce saldobrasatura la saldatura in cui i lembi dei pezzi sono preparati con cianfrinature. Queste sono riempite dal metallo d’apporto che, fondendo, riempie il cianfrino costituendo il cordone di saldatura. Va ricordato che il metallo base deve essere preriscaldato con il cannello ossiacetilenico o in forno fino alla temperatura di fusione del materiale d’apporto. 150 I collegamenti meccanici non smontabili: le saldature, cenni sulle fusioni Unità B3 FIG. B3.1 Saldobrasatura Generalmente come materiale d’apporto si utilizza una lega di ottone (60% Cu, 40% Zn) con temperatura di fusione di circa 800 °C. La lega utilizzata nel processo deve essere caratterizzata sempre, oltre che da un basso punto di fusione, da una buona resistenza meccanica e da una scorrevolezza finalizzata a scorrere sulla cianfrinatura evitando la formazione di gocce; questa proprietà sarà facilitata dal riscaldamento dei cianfrini sui quali si formerà la lega di transizione. L’uso di disossidanti faciliterà il processo di saldobrasatura. Un’applicazione classica è costituita dalla saldobrasatura degli utensili al Widia su uno stelo in acciaio. Avendo infatti i due elementi temperature di fusione differenti non sarebbe possibile la loro unione mendiante saldatura. Stelo Inserto al Widia Saldobrasatura FIG. B3.2 Saldobrasatura di un inserto al Widia FIG. B3.3 Altri utensili al Widia BRASATURA Si definisce brasatura il processo di saldatura in cui i pezzi da saldare sono semplicemente appoggiati l’uno sull’altro e gli interstizi che rimangono tra i due elementi da saldare vengono riempiti con materiale d’apporto fuso. In questo caso il giunto è costituito da uno strato sottilissimo di metallo d’apporto che forma una lega col metallo base. Il processo conferisce al giunto una scarsa elasticità e resistenza meccanica. In relazione alla temperatura di fusione del metallo d’apporto le brasature sono de151 Modulo B Dispositivi di collegamento finite dolci quando la temperatura di fusione della lega ha una temperatura di fusione < 400 °C. Queste leghe sono costituite prevalentemente da stagno e piombo. Qualora vi fosse la necessità di ottenere un risultato migliore occorrerà aumentare la percentuale di stagno nella lega. Quando la temperatura di fusione della lega è > 450 °C, la brasatura è definita forte. Nel caso di brasature su acciai tecnologicamente differenti si utilizzano leghe di rame e argento. Differenti sono i fattori che influenzano la scelta della tipologia di saldatura, spesso è lo spessore dei pezzi da saldare, altre volte la posizione, altre ancora possono essere i dispositivi e le attrezzature a disposizione, non ultima le capacità dell’operatore ecc. La brasatura, per modalità esecutive, è simile alla saldobrasatura con l’eccezione della cianfrinatura non presente sui lembi da saldare. B3.4 PREPARAZIONE DEI LEMBI DI SALDATURA (CIANFRINATURA) La preparazione è eseguita secondo una particolare forma geometrica che essenzialmente dipende dallo spessore del pezzo da saldare. Tale preparazione consente una corretta esecuzione della saldatura stessa. Lembi o bordi di una saldatura, rappresentano le superfici che, in tutta la loro lunghezza, costituiscono la saldatura stessa. Definiamo bagno di fusione il metallo che durante il processo si trova allo stato liquido. I pezzi da collegare costituiscono il materiale base mentre il cordone che si costituirà e che comprenderà sia il materiale base sia il materiale d’apporto si chiama cordone di saldatura. FIG. B3.4 Posizioni di saldatura Entrambi solidificano per raffreddamento dopo essere stati fusi nella saldatura creando appunto il cordone di saldatura. Il cordone di saldatura come elemento fondamentale della giunzione insieme alla modalità della sua deposizione definisce la tipologia della saldatura stessa. In funzione del procedimento con cui si depositerà il cordone di saldatura, si determineranno le varie posizioni di saldatura. Il giunto saldato è il prodotto dell’azione di saldatura. In funzione della posizione dei pezzi da saldare, si distinguono le tipologie di giunti come da Fig. B3.5. 152 I collegamenti meccanici non smontabili: le saldature, cenni sulle fusioni Unità B3 TAB. B3.2 Tabelle di preparazione di alcune cianfrinature 153 Modulo B Dispositivi di collegamento FIG. B3.5 Esempi di giunti saldati Si definisce saldabilità, l’attitudine posseduta dai materiali metallici a saldarsi costituendo delle giunzioni. Queste giunzioni ricostruiscono un pezzo rotto o ne collegano più di uno conservando, dopo la giunzione con saldatura, esattamente le medesime caratteristiche meccanico-tecnologiche possedute dal pezzo stesso prima della rottura o le caratteristiche tecniche dei vari pezzi saldati. La saldabilità è condizionata dalla conducibilità termica del metallo base, dalla conducibilità elettrica nel caso di saldatura elettrica, dalla temperatura di fusione del metallo base, dalla temperatura di fusione e dalla massa volumica degli ossidi del metallo base e del metallo d’apporto. 154 I collegamenti meccanici non smontabili: le saldature, cenni sulle fusioni Unità B3 Definiamo metallo saldabile un metallo la cui temperatura di fusione è maggiore della temperatura di fusione del suo ossido. Questo implica che la massa volumica dell’ossido, è minore di quella del metallo fuso. Questo consente all’ossido (scoria), di galleggiare sul cordone e a raffreddamento avvenuto, sarà eliminato con speciali martelli e spazzole metalliche. B3.5 SALDATURA CON GAS (OSSIACETILENICA) La saldatura ossiacetilenica è nata con la saldatura ed è stata utilizzata per lungo tempo come fonte di calore per la saldatura per fusione. Di fondamentale importanza per le operazioni di riporto di leghe a base di cobalto o carburi di tungsteno, si dimostra ancora oggi insostituibile per la sua praticità nelle saldobrasature. Zone con riporto FIG. B3.6 Riporti con carburo di tungsteno FIG. B3.7 Particolari riportati con carburo di tungsteno FIG. B3.8 Riporti con carburo di tungsteno FIG. B3.9 Particolare del dorso dell’elica Il calore prodotto durante la fase di combustione dell’acetilene (C2H2) con l’ossigeno (O2) è erogato da un cannello nel quale i due gas vengono combinati opportunamente (52% acetilene, 48% ossigeno) mediante due rubinetti che consentono la produzione di una fiamma che, a seconda della sua composizione, potrà essere: ◗ neutra: corretta per la saldatura; ◗ carburante: eccesso di acetilene; ◗ ossidante o riducente: eccesso di ossigeno. Per le sue caratteristiche specifiche quali l’alta temperatura di fiamma, l’elevato contenuto termico, la facilità di regolazione al cannello, l’acetilene è il gas maggiormente utilizzato per portare a temperatura di fusione l’acciaio. 155 Modulo B Dispositivi di collegamento Come vedremo, l’applicazione di particolari cannelli consente, portando a fusione il materiale, di eseguire anche il taglio degli stessi. La fiamma prodotta all’estremità del cannello avrà le caratteristiche della Fig. B3.10 con temperature che decresceranno partendo da circa 3120 °C. FIG. B3.10 Temperature al cannello ossiacetilenico La reazione esotermica principale (C2H2 + O2 ¹ 2CO + H2 + 444 KJ), ha luogo nella zona del dardo, di colore bianco abbagliante, mentre nella zona di saldatura si combinano i prodotti della combustione (ossido di carbonio CO e idrogeno H), con l’ossigeno dell’aria, secondo le seguenti reazioni esotermiche secondarie: 2CO + O2 ¹ 2CO2 + 574 kJ H2 + O2 ¹ H2O + 243 kJ Questo metodo di saldatura non è economicamente vantaggioso per saldare grossi spessori, ma è principalmente indicato per la saldatura di spessori sottili, come nel caso di tubi o lamiere. Le attrezzature utilizzate, bombole contenenti ossigeno e acetilene, tubi flessibili, cannello ecc., sono facilmente trasportabili pertanto consentono di utilizzare i dispositivi sopra indicati anche per il taglio dei metalli e per il riscaldamento di superfici al fine eseguire, per esempio, le saldature eterogenee. B3.6 SALDATURA AD ARCO ELETTRICO CON ELETTRODO RIVESTITO La saldatura ad arco elettrico è il più diff uso procedimento di saldatura manuale. Il calore necessario per la fusione del materiale base è prodotto da un arco elettrico che s’innesca tra l’elettrodo metallico e il metallo base. Dal punto di vista chimico l’elettrodo fusibile è costituito da una parte interna denominata “anima” il cui materiale è simile al metallo base ed è ricoperta da uno specifico rivestimento che sviluppando gas, idrogeno e anidride carbonica, protegge sia l’arco sia il cratere di fusione. Il saldatore, dopo aver preparato la zona di saldatura, dirige e guida l’arco che viene innescato toccando il metallo base con la punta dell’elettrodo quindi, ritirandola a una distanza di qualche millimetro, inizia la saldatura. Il contatto tra elettrodo e metallo base produce nel circuito elettrico una corrente di corto circuito di elevata intensità che surriscalda sia l’elettrodo sia il metallo base. 156 I collegamenti meccanici non smontabili: le saldature, cenni sulle fusioni Unità B3 FIG. B3.11 Schema di impianto di saldatura elettrica I lembi dei pezzi da saldare devono essere opportunamente preparati per assicurare sia la corretta quantità di deposito di materiale corrispondente al cordone di saldatura, sia la giusta penetrazione nonché la facilità di saldatura. La saldatura all’arco elettrico è adatta per tutte le tipologie di acciaio, dagli acciai non legati agli acciai inossidabili, inoltre è largamente utilizzata anche per le leghe leggere, ghisa ecc. Non è utilizzata per leghe con basse temperature di fusione per effetto dell’alta temperatura generata dall’arco elettrico nel momento del contatto e nel caso di metal157 Modulo B Dispositivi di collegamento li reattivi (titanio, zirconio) perché troppo sensibili alla contaminazione da parte dell’ossigeno. Questa tipologia di saldatura non è utilizzata per unire spessori sottili, cioè minori di 2÷3 mm, poiché l’alta temperatura e quindi la facilità di fusione, provocherebbe dei fori nei pezzi da unire senza ottenere saldatura. La saldatura ad arco elettrico, per la sua praticità e per il basso costo delle attrezzature, è utilizzata nelle operazioni di manutenzione e riparazione, per le saldature nei cantieri e in opera e soprattutto nelle attività di bricolage. Un limite è rappresentato dalla realizzazione di cordoni di saldatura piuttosto brevi; questo per effetto dell’elettrodo relativamente corto. Tuttavia è possibile realizzare delle riprese di saldatura, ma rimane sempre la possibilità di discontinuità della saldatura stessa. B3.7 SALDATURA TIG La saldatura TIG (Tungsten Inert Gas) è un metodo di saldatura ad arco elettrico che si realizza in atmosfera inerte quasi sempre argon o elio o una combinazione dei due. L’arco è generato da una scintilla pilota che provoca la ionizzazione dell’atmosfera protettiva rendendola di conseguenza conduttrice. Questa saldatura è anche classificata tra le saldature con elettrodo infusibile, infatti, l’alta temperatura di fusione del tungsteno, elettrodo del processo, non consente la sua fusione durante la fase di saldatura per cui non partecipa al processo fusorio. L’elettrodo al tungsteno secondo la tipologia di saldatura può essere costituito da tungsteno puro quando la saldatura può tollerare un rischio di contaminazione del cordone di saldatura (saldature non particolarmente importanti). Questa tipologia di elettrodi in termini economici è quella meno costosa. FIG. B3.12 Schema di impianto di saldatura al TIG 158 I collegamenti meccanici non smontabili: le saldature, cenni sulle fusioni Unità B3 Gli elettrodi costituiti da una lega di tungsteno con 0,15÷0,4% di zirconio sono usati quando la saldatura viene eseguita su piccoli spessori. Dal punto di vista economico sono gli elettrodi più costosi. Una tipologia di elettrodi medi, sia dal punto di vista economico che della bontà di saldatura, è costituita da una lega di tungsteno con una percentuale di torio di circa 1,2%; questi elettrodi si utilizzano con corrente alternata. Quando lo spessore dei pezzi da saldare supera i 10÷12 mm si utilizza il materiale d’apporto che, immesso nell’area dell’arco elettrico, fonde e la sua solidificazione costituisce il cordone di saldatura. Il materiale d’apporto può essere costituito da bacchette quando si salda manualmente; quando si salda con sistemi automatici, è possibile utilizzare un filo raccolto in opportune bobine. Per impedire l’ossidazione del giunto saldato, la zona di saldatura costituita da metallo base fuso, materiale d’apporto, elettrodo al tungsteno, è immersa in un ambiente inerte, per consentire la saldatura anche dei materiali reattivi. Con la saldatura al TIG è possibile ottenere delle ottime saldature su quasi tutti i materiali. È un processo particolarmente idoneo per la saldatura di leghe di alluminio, di magnesio e di materiali reattivi come titanio e zirconio. Non è invece indicata per la saldatura di materiali con basse temperature di fusione: stagno, piombo, zinco. È molto utilizzata per la saldatura di spessori sottili, ma il suo utilizzo è possibile anche per spessori medio-alti, tuttavia non è economicamente vantaggiosa rispetto ad altri processi (MIG e arco sommerso) che si contraddistinguono per costi di produzione molto inferiori per effetto di una tempistica di formazione del cordone di saldatura di gran lunga minore. Il processo di saldatura al TIG è un processo costoso sia per le attrezzature utilizzate, sia per gli elettrodi (in tungsteno), ma è soprattutto il gas protettivo utilizzato che ne aumenta il costo. Questa metodologia di saldatura è riservata ai materiali più pregiati/costosi e agli spessori più sottili per esempio nel campo degli elettrodomestici: cestelli di lavatrici, lavastoviglie ecc. B3.8 SALDATURA MIG E MAG Le diciture MIG e MAG sono acronimi di Metal Inert Gas e Metal Active Gas cioè definiscono la tipologia di gas utilizzato nelle saldature. Più conosciute come saldature a filo continuo, si differenziano dalla saldatura al TIG perché entrambe non utilizzano un elettrodo fusibile ma un elettrodo costituito da un filo avvolto su una bobina che costituisce anche il metallo d’apporto. Il diametro del filo e le sue caratteristiche tecnologiche dipendono dallo spessore e dalle caratteristiche dei pezzi da saldare. Il gas utilizzato determina la tipologia di saldatura. La saldatura MIG utilizza un gas inerte, generalmente argon o elio. Entrambi i gas assicurano una efficace protezione dell’arco nella zona di fusione con l’atmosfera; sono gas relativamente costosi e quindi la saldatura MIG viene riservata per particolari saldature oppure per saldature con esigenze specifiche. 159 Modulo B Dispositivi di collegamento La saldatura MAG utilizza l’anidride carbonica (CO2), molto economica o in alternativa una miscela di gas (80% argon, 15% CO2, 5% ossigeno), relativamente più costosa, ma con risultati notevolmente migliori. FIG. B3.13 Schema di impianto di saldatura MIG e MAG La saldatura può essere eseguita manualmente o in automatico. Nel primo caso l’operatore ha il controllo della saldatura per tutta la durata del processo. Nel secondo caso la pistola da cui fuoriesce il filo, è posta su supporti e il pezzo o i pezzi da saldare possiedono il moto relativo mediante il quale avviene la saldatura. Nelle saldature con manipolatori antropomorfi generalmente è la pistola che si muove e il pezzo/i restano in posizione statica, ma ovviamente dipende dalla tipologia dei pezzi da saldare e dalla loro quantità e dalla forma del cordone di saldatura. Una specificità della saldatura al MIG è costituita dal fatto che con essa è possibile la saldatura di una grande varietà di leghe: leghe leggere, acciai, acciai inossidabili, leghe del rame ecc. La saldatura MAG è invece utilizzata prevalentemente per la saldatura di acciai a basso tenore di carbonio per il basso costo del gas utilizzato. Sia la saldatura al MIG che la saldatura al MAG se confrontate con la saldatura all’arco elettrico, presentano vantaggi significativi tra i quali: ◗ una maggiore velocità esecutiva per la presenza di un elettrodo continuo e per l’assenza di scoria; ◗ una maggiore penetrazione; ◗ una minore abilità dell’operatore, perché i parametri esecutivi sono regolati all’inizio del processo e non variano. Ai vantaggi si contrappongono alcuni svantaggi tra i quali: ◗ maggiore costo delle macchine; ◗ intrasportabilità dei dispositivi in cantieri o in luoghi elevati; ◗ rapidità di raffreddamento del cordone per la mancanza di scoria e della ventilazione dovuta al gas che creano o possono creare problemi nella saldatura di acciai a medio tenore di carbonio. 160 I collegamenti meccanici non smontabili: le saldature, cenni sulle fusioni Unità B3 B3.9 SALDATURA AD ARCO SOMMERSO FIG. B3.14 Schema di impianto di saldatura ad arco sommerso La saldatura ad arco sommerso è il metodo più diff uso di saldatura automatica per l’esecuzione di saldature in serie. Si possono eseguire saldature su pezzi di qualunque spessore con una significativa riduzione della tempistica. L’esecuzione della saldatura avviene, come per qualunque saldatura automatica, generando un moto relativo tra elettrodo e pezzo da saldare. Solitamente nella saldatura di tubazioni o nella costruzione di cisterne o serbatoi, per esempio, si preferisce far ruotare il pezzo ponendo in posizione orizzontale la pinza di saldatura. Nella saldatura dei cassoni di carroponti o grandi elementi di carpenteria o cantieristica, si preferisce movimentare la testa di saldatura tenendo in posizione orizzontale i pezzi da saldare. In questo tipo d’impianto di saldatura, l’elettrodo è costituito da un filo tecnologicamente simile al metallo base. Il suo diametro, come per le saldature MIG e MAG, è in funzione dello spessore da saldare (generalmente il diametro non è mai minore di 2 mm e può raggiungere gli 8 mm). Spesso per migliorare la conducibilità elettrica è commercializzato dopo un’immersione in bagno di rame. La saldatura ad arco sommerso prende la sua denominazione dalla particolare caratteristica dell’arco elettrico, generato tra il filo e il metallo base che, durante l’esecuzione della saldatura, è ricoperto da un flusso. 161 Modulo B Dispositivi di collegamento Tale flusso ricopre anche il bagno di fusione come si evince dallo schema riportato in Fig. B3.14. La miscela granulare denominata flusso, generalmente è costituita da ferroleghe ossidi e carbonato e le sue peculiarità principali sono: ◗ rallentare il raffreddamento per migliorare la metallurgia del cordone; ◗ proteggere il metallo fuso al fine di eliminare fenomeni di ossidazione. Data la composizione chimica del flusso, una parte di esso fonde e viene inglobata nel cordone di saldatura, la parte rimanente è aspirata e riconvogliata nella tramoggia (serbatoio per materiale di protezione) per le saldature successive. La saldatura ad arco sommerso rappresenta, per qualità ed estetica del cordone, uno dei migliori processi nel campo delle saldature; tuttavia gli alti costi degli impianti e la loro non facile trasportabilità riservano questo processo a saldature con particolari specificità. B3.10 SALDATURA PER PUNTI La saldatura per punti sfrutta il calore prodotto per effetto joule durante il passaggio di corrente elettrica concentrata in un punto. Questo fa sì che due lembi sovrapposti e premuti uno contro l’altro, raggiungano la temperatura di fusione. Il processo di saldatura avviene quindi per fusione localizzata dei lembi da saldare senza materiale d’apporto. L’impianto elettrico preposto per questa tipologia di saldatura, è in grado di far attraversare i lembi da saldare da una corrente elettrica d’intensità compresa tra 1000 A e 100000 A in un tempo limitato a frazioni di secondo. La quantità di calore prodotto deve ovviamente essere messa in relazione alla resistenza elettrica del metallo base. Data la sua specificità, la saldatura per punti è diff usa soprattutto nei settori in cui vi è un notevole utilizzo di lamiere sottili: nel campo automobilistico per la saldatura delle scocche, nel campo delle aziende di elettrodomestici, di mobili metallici, delle carrozzerie, pentolame ecc. Tra le categorie di saldature fin qui viste, quella per punti è la categoria che maggiormente si presta alla produzione di serie. Questo grazie anche a due specifici fattori: ◗ l’alto costo degli impianti; ◗ la brevissima fase di esecuzione. Come si vede nel particolare del punto di fusione (Fig. B3.16), la zona di contatto è la sola a essere interessata dalla fusione per effetto della resistenza opposta dalle lamiere nella zona di contatto. Essendo gli elettrodi in rame, il punto di contatto è l’unico punto in cui si sviluppa calore. La loro conformazione consente di eseguire saldature anche in zone difficilmente raggiungibili. È il caso della saldatura delle scocche in ambito automobilistico in cui il processo è completamente automatizzato ed eseguito da manipolatori antropomorfi. 162 I collegamenti meccanici non smontabili: le saldature, cenni sulle fusioni Unità B3 FIG. B3.15 Schema di impianto saldatura per punti FIG. B3.16 Particolare del punto di fusione 163 Modulo B Dispositivi di collegamento FIG. B3.17 Conformazione degli elettrodi per saldatura a punti La saldatura per punti è utilizzata per saldare differenti leghe metalliche, tuttavia le saldature ottenute oppongono scarsa resistenza a trazione, la loro discontinuità non consente la tenuta ai fluidi pertanto non sono utilizzabili in molti campi della meccanica. B3.11 SALDATURA LASER La saldatura laser rappresenta un’evoluzione dei processi di saldatura tradizionale. Il limite tecnico di questo processo, rispetto ai tradizionali processi di saldatura, è costituito dall’impossibilità di applicazione a tutti i materiali, spessori e geometrie. I vantaggi della saldatura laser sono sostanzialmente i seguenti: ◗ elevata velocità di esecuzione; ◗ buona flessibilità di lavoro; ◗ facilità di accesso al giunto; ◗ elevate caratteristiche tecnologiche del giunto realizzato; ◗ apporto termico molto limitato; ◗ ottima forma e buona profondità del cordone di saldatura. Questo processo utilizza l’alta densità di energia generata da un fascio laser per portare velocemente a fusione i due lembi del giunto e saldarli realizzando un cordone ridotto e pulito. La qualità della saldatura è notevolmente migliore rispetto a quella ottenibile con una saldatura tradizionale. La sua esecuzione si basa sul fenomeno di fusione localizzata del materiale nel punto d’impatto del fascio laser, materiale che risolidifica dopo il passaggio del fascio laser. B3.12 SALDATURA A ULTRASUONI La saldatura a ultrasuoni è forse il processo di saldatura più avanzato. Consente la giunzione di materiali metallici come le leghe di alluminio, di rame, di ottone, d’argento, di nichel, d’oro, di magnesio, di titanio, di zinco, di cobalto e di acciai dolci, realizzando giunti di piccole e piccolissime dimensioni. Il principio di funzio164 I collegamenti meccanici non smontabili: le saldature, cenni sulle fusioni Unità B3 namento è quello della focalizzazione dell’energia di vibrazione ad alta frequenza. Il processo è sicuro ed efficace e consente, mediante l’utilizzo degli ultrasuoni, di realizzare saldature prive di scorie trovando il suo campo di applicazione nell’industria automobilistica, aerospaziale, medicale e soprattutto nell’industria elettrotecnica ed elettronica avanzata, nonché nell’informatica. Data la sua peculiarità, questo processo si presta in maniera specifica per la realizzazione di saldature di ottima qualità eliminando le deformazioni dei giunti tipiche di quasi tutti gli altri processi per effetto del bassissimo apporto termico generato. B3.13 RAPPRESENTAZIONE SCHEMATICA DELLE SALDATURE NEI DISEGNI TECNICI Le saldature nei disegni tecnici sono schematicamente definite dalla Norma UNI EN ISO 2553:2014. Pur essendo passati ormai moltissimi anni dall’entrata in vigore della nuova norma, ancora oggi non è inconsueto trovare nelle aziende meno aggiornate, disegni con l’applicazione della vecchia normativa. La più classica rappresentazione schematica di una saldatura nella sua simbologia comprende come rappresentato in Fig. B3.18: ◗ la linea di freccia; ◗ la linea di riferimento (continua) elementare; FIG. B3.18 Simbologia di una saldatura ◗ la linea di riferimento (a tratti) complementare; ◗ il segno grafico della saldatura. La linea di freccia indica, mediante il suo terminale, il giunto su cui deve essere fatta la saldatura. Tra il giunto e la linea di freccia vi è una relazione che identifica il “lato della freccia” e il “lato opposto alla linea di freccia” definito anche “altro lato” del giunto secondo le modalità rappresentate nella Fig. B3.19. Le linee di riferimento elementare e complementare sono rispettivamente costituite da una linea continua, prolungamento della linea di freccia, e da una linea tratteggiata fine. 165 Modulo B Dispositivi di collegamento FIG. B3.19 Posizione delle saldatura secondo la linea di freccia Devono essere tracciate preferibilmente parallele al bordo inferiore del disegno o, quando questo non sia possibile, perpendicolare a esso. Qualora la saldatura sia simmetrica, si usa soltanto la linea di riferimento continua come rappresentato in Fig. B3.20. In tutti gli altri casi si procede secondo quanto indicato in Fig. B3.21, Fig. B3.22 e Fig. B3.23. FIG. B3.20 Saldatura simmetrica FIG. B3.21 Saldatura non simmetrica FIG. B3.22 Saldatura sul lato linea di freccia FIG. B3.23 Saldatura sul lato opposto linea di freccia Il segno grafico di saldatura elementare, è tracciato con linea grossa (tipo A UNI EN ISO 128-20:2002); specifica la tipologia di saldatura richiamando la forma del cordone senza tuttavia indicare il procedimento di saldatura adottato per la sua esecuzione. È possibile indicare, a completamento della saldatura, un segno grafico complementare mediante il quale è indicata la forma esterna del cordone, per esempio concava, convessa, piana ecc. Tuttavia, essendo questa indicazione “complementare”, la sua assenza indica che non è significativo il profilo del cordone di saldatura. Nella Tab. B3.3 sono riportati alcuni segni grafici, estratti dalla tabella UNI EN ISO 2553:2014. 166 I collegamenti meccanici non smontabili: le saldature, cenni sulle fusioni Unità B3 TAB. B3.3 Segni grafici per saldature (secondo quanto previsto dalla Norma UNI EN ISO 2553:2014) 167 Modulo B Dispositivi di collegamento B3.14 QUOTATURA DELLE SALDATURE La quotatura delle saldature si indica inserendo accanto al segno grafico un differente numero di cifre che rappresentano le principali dimensioni della saldatura. A sinistra s’inseriranno le quote che identificano la sezione trasversale, mentre a destra le dimensioni longitudinali. Nelle saldature ad angolo si indica l’altezza “a” o il lato “z” del triangolo isoscele inscritto nel cordone. Nelle saldature a tratti o per punti successivi, è possibile indicare con la successione seguente: ◗ il numero “n” di tratti di cordone; ◗ la rispettiva lunghezza; ◗ la distanza tra i tratti. L’assenza di indicazioni a destra del segno grafico indica una saldatura continua su tutta la lunghezza del giunto. Esempi di quotatura FIG. B3.24 Esempi di quotatura delle saldatura FIG. B3.25 Quotatura di cordoni successivi 168 I collegamenti meccanici non smontabili: le saldature, cenni sulle fusioni Unità B3 FIG. B3.26 Quotatura di saldatura per punti Nelle saldature a punti, a prescindere dal processo utilizzato, occorre precisare: ◗ il diametro d del punto; ◗ il numero di punti; ◗ il valore dell’interasse tra i punti. Nel caso della Fig. B3.26 abbiamo un d = 6; un numero di punti uguale a 20 e un interasse tra i punti uguale a 18. Indicazioni complementari sulle saldature Oltre alle indicazioni classiche contenute nella rappresentazione delle saldature, possiamo avere delle indicazioni complementari. Le indicazioni complementari nella rappresentazione delle saldature hanno lo scopo di definire ulteriormente le caratteristiche tecniche o esecutive delle saldature stesse. FIG. B3.27 Indicazioni complementari per saldature Un cerchio, posto all’intersezione tra la linea di freccia e quella di riferimento, serve per comunicare che la saldatura deve essere eseguita su tutto il profilo dei particolari da saldare (Fig. B3.27). Una bandierina nella stessa posizione indica che la saldatura deve essere realizzata in opera (in cantiere). La simbologia di carattere alfa-numerico, posta nella forcella alla fine della linea di riferimento, indica rispettivamente il procedimento di saldatura da adottare e il tipo di controllo non distruttivo da eseguire sulla saldatura stessa. In merito ai controlli, sempre non distruttivi, si utilizzano i seguenti acronimi: ◗ RX (controllo radiografico); ◗ US (controllo con ultrasuoni); ◗ LP (controllo con liquidi penetranti); ◗ RF (controllo mediante rilevazione di fughe); ◗ CI (controllo con correnti indotte); ◗ MS (controllo magnetoscopico). 169 Modulo B Dispositivi di collegamento B3.15 SIMBOLI NUMERICI DEI PROCESSI DI SALDATURA TAB. B3.4 La Tab. B3.4 riporta la nomenclatura e la codifica numerica dei molteplici processi di saldatura secondo la Norma UNI EN ISO 4063:2011. Ciascun processo è identificato da un codice numerico di tre cifre massimo per facilitare l’informatizzazione nella rappresentazione schematica delle saldature sui disegni, sui documenti di lavoro, sulle specificazioni dei processi di saldatura, nonché sulle certificazioni dei saldatori. 111 Elettrodi rivestiti 112 A gravità con elettrodi rivestiti 11 Senza protezione 113 Con filo nudo 114 Con filo animato in aria libera 115 Con filo rivestito ed elettrodo disteso 12 Ad arco sommerso 1 Saldatura ad arco 121 Con filo 122 Con nastro 131 MIG in atmosfera di gas attivo 13 Con filo elettrico fusibile protetto da gas 135 MAG in atmosfera di gas attivo 136 Con filo animato in atmosfera di gas attivo 14 Con elettrodo infusibile protetto da gas 141 TIG con elettrodo di tungsteno e gas inerte 149 All’idrogeno atomico 15 Al plasma 18 Altri procedimenti di saldatura ad arco 21 A punti 22 A rulli 2 Saldatura a resistenza 221 A rulli in sovrapposizione 225 A rulli con nastro 23 A rilievi 24 A scintillio 25 Testa a testa a resistenza pura 29 Altri procedimenti di saldatura 291 Ad alta frequenza a resistenza 311 Ossiacetilenica 31 Ad ossigas 3 Saldatura a gas 312 Ossipropilenica 313 Ossidrica 32 Ad aria con gas combustibile 321 Aeroacetilenica 322 Aeropropanica 41 Ad ultrasuoni 42 Ad attrito 4 Saldatura allo stato solido: a pressione 43 Per bollitura 44 Ad alta energia meccanica 45 A diffusione 47 A pressione a gas 48 A pressione a freddo 170 441 Ad esplosione I collegamenti meccanici non smontabili: le saldature, cenni sulle fusioni Unità B3 71 Alluminotecnica 72 A elettroscoria 73 Elettrogas 74 A induzione 7 Altri procedimenti di saldatura 751 Al laser 75 Per radiazione luminosa 752 A luce d’arco 753 A raggi infrarossi 76 A fascio elettrico 77 A percussione (a scarica elettrica) 78 Di prigionieri 781 Ad arco 782 A resistenza 911 A raggi infrarossi 912 A gas 913 In forno 914 Per immersione 915 In bagno di sali 91 Brasatura forte 916 Ad induzione 917 Ad ultrasuoni 918 A resistenza 919 A diffusione 923 Ad attrito 924 Sotto vuoto 93 Altri procedimenti di brasatura forte 9 Brasatura forte 941 A raggi infrarossi Brasatura dolce 943 In forno Saldobrasatura 944 Per immersione 942 A gas 945 In bagno di sali 946 A induzione 94 Brasatura dolce 947 A ultrasuoni 948 A resistenza 949 A diffusione 951 Sotto colata di materiale d’apporto 952 Con saldatoio 953 Ad attrito 954 Sotto vuoto 955 A onde 97 Saldobrasatura 971 A gas 972 Ad arco 171 Modulo B Dispositivi di collegamento B3.16 CONTROLLO DELLE SALDATURE Generalmente si usa dire che una saldatura esteticamente “bella” non ha difetti. Tuttavia l’assenza o la presenza di difetti in una saldatura non può essere determinata da un’analisi visiva pertanto sulle saldature si eseguono, a seconda della loro specificità, controlli distruttivi e controlli non distruttivi. Nelle saldature i controlli distruttivi sono finalizzati a determinare le proprietà meccaniche dei pezzi saldati. Sono distruttivi i controlli per la resistenza a trazione, la durezza, la sua resilienza ecc. Tutte queste prove eseguite in laboratorio distruggono il campione sottoposto alla prova, pertanto possono o devono essere eseguite solo su campioni e non su tutta la produzione. I controlli non distruttivi eseguiti sulle saldature hanno la prerogativa di accertare la perfezione del cordone, la sua integrità, mettere in evidenza fessurazioni, inclusioni di ossido, cavità interne ecc. I difetti di una saldatura possono essere evidenti e quindi visibili a occhio nudo oppure possono essere più piccoli o non visibili e tuttavia esistenti. Si ricorre in una prima fase a un’analisi visiva della saldatura e, qualora vi fosse la necessità, si può procedere a un’analisi con microscopio. I difetti esterni possono essere evidenziati con il metodo dei liquidi penetranti, invece per evidenziare i difetti interni si ricorre a esami radiografici e agli ultrasuoni. B3.17 CENNI SULLE FUSIONI Mediante i processi siderurgici si ottengono delle masse metalliche la cui forma è molto grossolana. Queste “forme” prendono il nome di pani, lingotti, catodi e solo attraverso differenti lavorazioni meccaniche assumono la forma di prodotti finiti. Le differenti caratteristiche tecnologiche dei materiali sono sfruttate per consentire le lavorazioni meccaniche in funzione delle dimensioni del pezzo da ottenere, del suo stato superficiale, delle caratteristiche meccaniche, delle tolleranze di lavorazione richieste e del tipo d’impiego a cui il pezzo stesso è finalizzato. La fusibilità e la plasticità consentono procedimenti di lavorazione senza asportazione di truciolo attraverso i quali vengono prodotti semilavorati o pezzi finiti che tuttavia hanno una precisione grossolana e una finitura superficiale piuttosto irregolare. Occorre precisare che alcuni processi come la microfusione, la sinterizzazione, la pressofusione, pur essendo processi senza asportazione di truciolo, danno luogo a risultati molto apprezzabili sia dal punto di vista delle tolleranze dimensionali sia dal punto di vista del grado di finitura superficiale. 172 I collegamenti meccanici non smontabili: le saldature, cenni sulle fusioni Unità B3 I processi di lavorazione senza asportazione di truciolo possono essere riassunti nella seguente Tab. B3.5. Questi processi attengono in maniera specifica al campo della tecnologia meccanica di processo e di prodotto, tuttavia uno di essi, la fusione, per le particolari implicazioni che ha con la progettazione meccanica e quindi con il disegno, viene trattata, anche se non in maniera approfondita, per esplicitare le motivazioni che inducono il progettista a definire raggi di raccordo piuttosto ampi, angoli di sformo, sovrametalli nel caso si accinga alla progettazione di un particolare meccanico partendo da un grezzo di fusione. TAB. B3.5 Processi di lavorazione senza asportazione di truciolo Processi di lavorazione senza asportazione di truciolo Fusione Fusione in terra Microfusione Pressofusione Deformazione Plastica Laminazione Estrusione Trafilatura Fucinatura Stampaggio Taglio Sinterizzazione B3.18 FONDERIA La fusione è un procedimento di trasformazione economico e pratico mediante il quale si ottiene la trasformazione industriale dei materiali metallici che hanno la particolare caratteristica tecnologica di fusibilità e colabilità. Si prestano a questo tipo di processo le ghise, il rame, le leghe di alluminio, ma anche getti di AISI 304 e 316 o particolari in varie tipologie di acciaio legato o non legato. In linea generale il processo fusorio è utilizzato quando si è in presenza di un particolare di forma complessa ottenibile con difficoltà attraverso altri processi di lavorazione o quando è ottenibile con altri processi, ma con costi economici più alti. Una lega è definita fusoria quando la sua temperatura di fusione non supera i 1600 °C e quando ha la peculiarità di passare dallo stato solido a quello liquido in breve tempo dando origine a getti generalmente privi di difetti. B3.19 FORNI PER LA FUSIONE I forni fusori sono realizzati allo scopo di fondere il metallo affinché, allo stato liquido, possa fluire senza difficoltà nella forma predisposta allo scopo. Le tipologie di forno maggiormente utilizzate sono: ◗ cubilotto; ◗ forno elettrico ad arco; ◗ forno elettrico a induzione; ◗ forno rotativo. 173 Modulo B Dispositivi di collegamento CUBILOTTO È costituito da un involucro di acciaio rivestito all’interno da materiale refrattario. La miscela di carica è generalmente costituita da coke, che funge da combustibile, ferro o rottami di ghisa che fungono da fondente, fluoruro di calcio per inglobare lo zolfo che si sviluppa durante la fusione. Gli elementi caratterizzanti il cubilotto sono rappresentati nello schema di Fig. B3.28. FIG. B3.28 Cubilotto Legenda: PC piano di carico IA ingresso aria US uscita scorie A accensione S suola SP supporto B basamento CM camino RL rivestimento in lamiera R refrattario U ugelli AS arresto scorie CC canale di colata 174 I collegamenti meccanici non smontabili: le saldature, cenni sulle fusioni Unità B3 FORNI ELETTRICI I vantaggi offerti dai forni elettrici consistono principalmente nella facilità di regolazione, ottenimento di elevate temperature fino a 3500 °C e assenza di prodotti di combustione. Il loro funzionamento sfrutta l’induzione elettromagnetica che crea nella massa metallica sottoposta a campo magnetico delle correnti indotte che riscaldano il materiale portandolo a fusione. I forni maggiormente utilizzati sono: ◗ forno a induzione; ◗ forno ad arco; ◗ forno rotativo. B3.20 IL PROCESSO DI FONDERIA Le operazioni attraverso le quali si articola un generico ciclo di lavorazione mediante il quale si ottiene un pezzo per fusione, denominato “getto”, sono le seguenti: 1. Progettazione del getto ottenibile per fusione § Per questo particolare processo tecnologico esiste una serie di indicazioni delle quali tenere debitamente conto: raccordi, angoli di sformo, sovrametalli, calcolo dei ritiri, sottosquadri, spessori ecc. 2. Creazione del “modello” del getto che si vuole produrre § È un’operazione che consiste nel produrre la forma dell’oggetto che si vuole realizzare, tenendo conto del ritiro del materiale oggetto della fusione, dell’eventuale sovrametallo e di altri particolari accorgimenti atti a facilitare l’estrazione o sformatura del getto dalla forma. Si ricorda che il ritiro, cioè la variazione dimensionale subita dal materiale nel passaggio dallo stato liquido allo stato solido, (generalmente è considerato esclusivamente il ritiro lineare), è mediamente considerato 1,50% per le leghe leggere e compreso nell’intervallo 0,70 ÷ 1,60% per le ghise. Questa modifica dimensionale varia in funzione del tenore di carbonio in maniera inversamente proporzionale, ovvero aumenta con il diminuire del tenore di carbonio. Per facilitare il compito dei modellisti durante la costruzione dei modelli, esistono strumenti di misura aventi lunghezze maggiorate secondo le percentuali di ritiro al fine di calcolare il sovrametallo. Il sovrametallo rappresenta la maggior quantità di materiale che deve essere lasciato su un particolare meccanico prodotto per fusione che dovrà subire in seguito lavorazioni alle macchine utensili. In genere questa maggiorazione di materiale è di 2 ÷ 6 mm secondo le dimensioni del pezzo e del tipo di lavorazione da eseguire. Il pezzo ottenuto per fusione si definisce getto. La preparazione del negativo del pezzo è denominata forma, l’azione di preparazione è detta formatura e generalmente avviene secondo due metodologie principali. La prima consiste nella creazione di una forma transitoria in terra che sarà distrutta durante l’estrazione del getto. Per produrre tale forma è necessario disporre del modello che generalmente viene realizzato in legno ma non solo. 175 Modulo B Dispositivi di collegamento La seconda metodologia consiste nella realizzazione di forme permanenti denominate conchiglie. Le conchiglie sono forme permanenti in materiale metallico utilizzate quando il numero di colate è numericamente significativo. Qualora si optasse per la realizzazione della forma in terra, occorre tenere presente che l’estrazione del modello può presentare alcune difficoltà a causa dell’incollamento delle sue superfici con la terra ancora umida, pertanto è necessario ricorrere ad alcuni espedienti. Il primo consiste nel prevedere, durante la costruzione dei modelli, di opportuni angoli di sformo che consentano l’estrazione del modello dalla forma, senza creare danneggiamenti alla forma stessa. Un secondo accorgimento consiste nel ridurre, là dove possibile, le differenze di sezione e gli spigoli vivi prevedendo raggi di arrotondamento importanti, omogeneità di dimensione, in maniera particolare nelle nervature. Se il particolare da realizzare mediante fusione presenta dei fori o delle cavità è utile a volte aggiungere al modello che rappresenta la parte esterna, un altro modello denominato cassa d’anima con il quale si realizza la parte vuota. Questa consiste in una forma da inserire in opportuni alloggiamenti denominati portata d’anima. Tutti i modelli costruiti in legno o in metallo, devono essere verniciati con un colore differente a seconda del metallo che dovrà essere colato nelle forme con essi prodotte. Alcune colorazioni sono riportate nella Tab. B3.6. COLORAZIONE MODELLI TAB. B3.6 Pos Colore Materiale fuso 1 Rosso Per fusioni in ghisa 2 Argento Per fusioni in leghe leggere 3 Giallo Per fusioni in rame 4 Azzurro Per fusioni in acciaio 5 Le anime sono sempre di colorazione nera B3.21 CENNI SUI PROCESSI SPECIALI DI FUSIONE PRESSOFUSIONE Il processo di pressofusione consiste nel prelevare il materiale fuso dai forni mediante siviere e successivamente rovesciarlo in speciali recipienti dai quali, mediante opportuni dispositivi, viene iniettato sotto pressione nelle conchiglie. Con questo processo il metallo fuso deve essere sempre portato dagli operatori all’impianto di pressofusione. Si definisce inietto-fusione il processo che utilizza un impianto provvisto di una camera che contiene il materiale fuso mantenendolo a una determinata temperatura e lo inietta direttamente in conchiglia. 176 I collegamenti meccanici non smontabili: le saldature, cenni sulle fusioni Unità B3 È questo il sistema maggiormente utilizzato per praticità e velocità esecutiva. COLATA IN CONCHIGLIA Come poco sopra detto, la colata in conchiglia è utilizzata quando il numero di getti da realizzare con un determinato modello è significativo. È utile in questo caso realizzare la forma o stampo in metallo anziché in terra. Si parla allora di conchiglia che presenta l’enorme vantaggio di produrre getti ben definiti superficialmente con tolleranze di lavorazione precise e senza distruzione della forma che in questo modo sarà utilizzabile per le successive fusioni. La colata in conchiglia può avvenire anche manualmente ma, essendo il processo utilizzato per grandi lotti o serie, è più indicata la colata sotto pressione poiché con questa metodologia, si realizzano getti di migliore qualità. MICROFUSIONE Il processo fusorio della microfusione consente di ottenere getti complessi con alto grado di finitura superficiale e precisione dimensionale nell’ordine del centesimo di millimetro. In genere i getti sono di dimensioni ridotte. Lo svantaggio di questa tecnica è rappresentato dal fatto di dover preparare un modello per ogni copia del getto che, tuttavia, può essere disposto a grappolo con altri. In questi casi il modello è realizzato in cera prevalentemente appartenente alla famiglia delle paraffine. In una seconda fase all’immissione del materiale fuso, i modelli vengono liquefatti ed eliminati. La tecnica utilizzata a causa della perdita del modello per liquefazione viene anche denominata fusione a cera persa. Sia nel campo artistico, in cui il processo è particolarmente applicato, che in campo industriale, il processo fusorio deve seguire lo schema seguente: ◗ costruzione del modello in cera o resina termoplastica; ◗ formatura con terre all’alcool; ◗ colata del metallo fuso nella forma; ◗ distruzione del modello mediante liquefazione. 177 Modulo A La normativa tecnica B3 VERIFICA UnitÀ Domande a risposta breve 1 Perché un collegamento non smontabile si definisce anche unione permanente? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 2 Quali sono le norme UNI che elencano i differenti procedimenti di saldatura? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 3 Cosa si intende per saldature autogene e per saldature eterogene? 4 In cosa consiste il processo di saldobrasatura? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 5 Perché sui giunti da saldare si predispone la cianfrinatura? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 6 Che cos’è il bagno di fusione? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 7 Quante e quali sono le posizioni di saldatura? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 8 Indica almeno cinque tipologie di giunto di saldatura. 9 Com’è definita la saldabilità di un materiale? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 10 Qual è la temperatura massima che si sviluppa con il cannello ossiacetilenico? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 11 Come può essere la fiamma prodotta da un cannello ossiacetilenico? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 12 Quali sono i gas utilizzati nella saldatura al MIG e al MAG? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 13 Qual è il significato dell’acronimo TIG? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 14 Perché la saldatura ad arco sommerso è così definita? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 15 Quali sono gli aspetti positivi e negativi della saldatura per punti? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 16 Quali sono i vantaggi della saldatura laser? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 17 Che cosa indica la linea di freccia? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 18 Che cosa indica il simbolo di una bandierina nelle indicazioni complementari per le saldature? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 19 Quali sono i controlli non distruttivi che normalmente si eseguono sulle saldature? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 20 Quali sono i processi di lavorazione senza asportazione di truciolo? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 178 I collegamenti meccanici non smontabili: le saldature, cenni sulle fusioni Unità B3 21 Fornisci una definizione di fusione. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 22 Quali sono i forni maggiormente utilizzati per la fusione di un materiale? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 23 Che cos’è il sovrametallo? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 24 Che cos’è il ritiro di un materiale? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 25 Che cos’è un getto? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... Test vero o falso 1 Le unioni si definiscono permanenti perché non si possono mai dividere. 2 Le saldature autogene sono saldature che si eseguono in automatico. 3 Nel processo di brasatura il giunto raggiunge circa i 900 °C. 4 La preparazione della cianfrinatura dipende dallo spessore dei pezzi da saldare. 5 Il cordone di saldatura comprende sia il metallo base sia il materiale d’apporto. 6 Il prodotto dell’azione di saldatura è definito giunto saldato. 7 La fiamma neutra nella saldatura ossiacetilenica è la fiamma corretta per la saldatura. 8 La fiamma carburante contiene un eccesso di acetilene. 9 La saldatura ad arco elettrico è il più diffuso procedimento di saldatura. 10 La saldatura ad arco elettrico non è adatta per spessori inferiori a 2÷3mm. 11 TIG è l’acronimo di Tungsten Inert Gas. 12 La saldatura al TIG è indicata per piccoli spessori. 13 La saldatura al MAG, prevalentemente, utilizza come gas l’anidride carbonica (CO2). 14 La saldatura ad arco sommerso è utilizzata per saldature subacquee. 15 La saldatura per punti si utilizza per saldare solo leghe leggere. 16 Le saldature non hanno una precisa norma di riferimento ma le decide il disegnatore. 17 Alle saldature è possibile fare delle radiografie. 18 Una lega è definita fusoria quando la sua temperatura di fusione non supera i 1600 °C. 19 Il cubilotto è utilizzato per fondere i metalli. 20 Un particolare ottenuto per fusione è definito getto. 21 I modelli sono colorati per evitare di confonderli. 22 Le anime sono sempre di colorazione nera. 23 Per le fusioni in conchiglia si scelgono opportune conchiglie di profondità perché più resistenti. 24 Con la microfusione si ottengono getti complessi con alto grado di finitura superficiale. 25 Con la fusione a cera persa, si realizzano solo particolari in cera. V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F 179 Modulo B Dispositivi di collegamento Esercizi 1 Esercizio svolto Si deve effettuare la saldatura di due tubi con una piastra forata. Dati di progetto: ■ Tubi: diametro esterno = 32 mm, diametro interno = 24 mm, lunghezza L = 68 mm, materiale Fe370. ■ Piastra: lunghezza L = 110 mm, larghezza l = 40 mm, spessore s = 12 mm raggiata alle estremità con R = 20 mm diametro dei fori = 32 mm, interasse dei fori i = 90 mm posizionati sull’asse mediano della piastra, materiale Fe370. La posizione della piastra in fase di saldatura deve consentire la fuoriuscita su un lato di entrambi i tubi di 16 mm. Realizza il disegno esecutivo con l’indicazione del tipo di saldatura da utilizzare. Svolgimento FIG. B3.29 180 I collegamenti meccanici non smontabili: le saldature, cenni sulle fusioni Unità B3 2 Esercizio proposto Nella Fig. B3.30, sono rappresentate due piastre saldate con saldature al MAG. La saldatura del lato sinistro (a 5 × 5-120), è stata spianata mediante lavorazione alle macchine utensili, come si evince dal fatto che non deborda rispetto ai due elementi del giunto (le due piastre), quindi le superfici sono sullo stesso piano. Ridisegna l’accoppiamento dimensionandolo in scala 1:1. FIG. B3.30 3 Esercizio proposto Sulla base del particolare in Fig. B3.31 è stata saldata la boccola (Fig. B3.32). Ridisegna l’accoppiamento inserendo i gradi di rugosità e le tolleranze di posizione attese dalla lavorazione alle macchine utensili. FIG. B3.31 FIG. B3.32 181 Modulo B Dispositivi di collegamento 4 Esercizio proposto Il telaio della Fig. B3.33 è costituito da tubolare quadro 80 × 80 spessore 2. Ridisegna l’accoppiamento indicando la tipologia di saldatura più idonea da utilizzare. FIG. B3.33 5 Esercizio proposto L’elaborato di Fig. B3.34 prevede la saldatura della flangia al perno. Ridisegna l’accoppiamento completandolo con la vista mancante e inserendo la tipologia di saldatura più indicata da utilizzare. Definisci, inoltre, se la flangia deve essere forata e filettata prima o dopo la saldatura, indicando le motivazioni. Esegui gli elaborati dei due particolari prima della saldatura. FIG. B3.34 6 Esercizio proposto Si vuole realizzare per fusione, lo stesso particolare della Fig. B3.34. Disegna il getto di fusione considerando 3 mm di sovrametallo su tutte le superfici e un angolo di sformo di 3°. Determina inoltre se è più indicata una lavorazione per fusione o un accoppiamento con saldatura. Il materiale è C45. 7 Esercizio proposto L’accoppiamento di Fig. B3.35 rappresenta un cannotto con due forcelle. Ridisegna l’elaborato proposto indicando la tipologia di saldatura da utilizzare. Determina inoltre se tutte le lavorazioni da eseguire alle macchine utensili devono essere eseguite prima o dopo la saldatura. Esegui i disegni dei particolari prima della saldatura. FIG. B3.35 182 UnitÀ B4 Chiodature e incollaggi CONOSCENZE ➜ Conoscere la differenza tra chiodi, ribattini e rivetti. ➜ Conoscere il processo di chiodatura e la sua esecuzione. ➜ Conoscere le modalità di esecuzione del processo di chiodatura ➜ Conoscere le varie tipologie di chiodi, ribattini e rivetti e le relative norme UNI. ➜ Conoscere e saper rappresentare una chiodatura in un elaborato grafico. ➜ Conoscere i vari tipi di incollaggio e i settori in cui sono maggiormente usati. ➜ Conoscere la classificazione degli adesivi. ABILITÀ ➜ Rappresentare una chiodatura negli elaborati grafici, indipendentemente dal tipo di testa. ➜ Scegliere e designare un chiodo da ribadire a caldo o a freddo. ➜ Sapere come si esegue la calafatura e quando si applica. ➜ Sapere che i ribattini per cinghia, fanno riferimento a una specifica Norma UNI. ➜ Sapere come e quando si utilizza un rivetto. ➜ Saper indicare il diametro di preparazione per i rivetti. ➜ Sapere come agiscono gli adesivi e su quali materiali sono principalmente indicati. ➜ Sapere individuare i principali vantaggi degli incollaggi. COMPETENZE ➜ Disegnare elementi chiodati a più file di chiodi. ➜ Rappresentare negli elaborati grafici, giunzioni chiodate. ➜ Riconoscendo le differenze sostanziali tra chiodo e rivetto sapere scegliere il più indicato. ➜ Scegliere l’adesivo più funzionale al proprio scopo. 183 Modulo B Dispositivi di collegamento B4.1 LE CHIODATURE Le chiodature rappresentano il processo più antico mediante il quale si sono eseguite unioni tra differenti particolari. I notevoli progressi tecnologici, perfezionati negli anni nel campo delle saldature, hanno fatto perdere alle chiodature gran parte della loro importanza. Anche se ormai l’importanza che rivestono le chiodature è limitata solo ad alcuni settori (per esempio in aeronautica) e con particolari tipologie di chiodi, riteniamo opportuno fornire alcuni cenni sull’argomento. Possiamo considerare due modelli tipici di strutture chiodate, la tettoia a protezione dei binari della Stazione Centrale di Milano e la Tour Eiffel di Parigi, che per le loro caratteristiche tecniche rappresentano due esempi di notevole fattura (ovviamente se ne trovano molti altri in varie parti d’Italia e del mondo). In entrambe queste strutture per unire i vari componenti è stata adottata la chiodatura a caldo. B4.2 CHIODI E NORMATIVA DI RIFERIMENTO Il chiodo è caratterizzato da una testa e da un gambo. Il gambo ha la forma tronco-conica, è inserito nel foro delle lamiere da unire e successivamente ribadito a freddo o a caldo. La testa del chiodo potrà essere di varie tipologie e dimensioni come indicato nella tabella: TAB. B4.1 FIG. B4.1 Chiodo RAPPORTO TRA DIAMETRO GAMBO C E DIAMETRO TESTA D Tipologia di testa del chiodo Rapporto tra c e d Testa tonda larga c =1,5 d Testa tonda stretta c=d Testa svasata con calotta c = 0,9 d Testa svasata piana c =0,7 d Esempi di chiodatura con differenti tipologie di chiodi e rappresentazione nei disegni tecnici FIG. B4.2 Esempio di designazione per un chiodo a testa tonda larga con diametro ∅13 e lunghezza l = 30: chiodo 13 × 30 UNI 134:1931 (ritirata senza sostituzione) 184 Chiodature e incollaggi Unità B4 FIG. B4.3 Esempio di designazione per un chiodo a testa tronco-conica con diametro D = ∅13, a = ∅8 e lunghezza l = 30: chiodo 13 × 8 × 30 UNI 137:1931 (ritirata senza sostituzione) FIG. B4.4 Esempio di designazione per un chiodo a testa svasata con calotta di diametro ∅13 e lunghezza l = 30: chiodo 13 × 30 UNI 140:1931 (ritirata senza sostituzione) La designazione per tutte le altre tipologie di chiodi segue la medesima metodologia degli esempi descritti. La ribaditura è eseguita per ottenere una seconda testa non necessariamente uguale alla prima. In linea di massima i chiodi sono realizzati in acciaio extra-dolce secondo la UNI EN 10263, ma per specifiche chiodature possono essere realizzati in rame, ottone o leghe leggere. Quando il diametro del chiodo è < 8 mm la ribaditura può essere eseguita anche a freddo e il chiodo viene denominato ribattino. Quando il diametro del chiodo è > 8 mm, la ribaditura avviene a caldo. In queste circostanze il chiodo è riscaldato fino al raggiungimento del colore “rosso ciliegia”, a circa 900 °C, quindi il gambo viene ribadito in appositi stampi in maniera che la testa formatasi, sia conforme alla specifica normativa. Il ritiro del materiale di cui è costituito il chiodo, durante la fase di raffreddamento, premerà le lamiere una contro l’altra rendendo stabile l’unione. 185 Modulo B Dispositivi di collegamento Le chiodature (anche se non più realizzate) possono essere divise in due grandi categorie: ◗ chiodatura a chiusura ermetica; ◗ chiodatura di collegamento senza tenuta. Il primo sistema è applicabile nella costruzione di caldaie, serbatoi a pressione e scafi delle navi. La chiodatura deve essere eseguita in modo tale che la pressione interna esercitata da liquidi o gas non consenta la loro fuoriuscita. È definito calafatura il processo di chiodatura a caldo in cui, al fine di assicurare la tenuta tra le due lamiere da unire, s’interpongono particolari tipologie di vernici, resine, tele impregnanti ecc. La presellatura o cianfrinatura è il processo consistente in una ricalcatura dei bordi dei lembi da unire mediante preselle a spigolo arrotondato quando lo spessore delle lamiere da unire è > 5 mm. Con l’esecuzione della cianfrinatura, si aumenta la resistenza meccanica della chiodatura stessa. Come si può facilmente intuire, e come peraltro premesso, la chiodatura è un processo oramai desueto, perciò quanto detto in questa unità ha un carattere puramente informativo o servirà per effettuare manutenzioni su strutture già esistenti. Le chiodature, dal punto di vista strutturale, possono essere: ◗ a sovrapposizione semplice dei lembi da unire; ◗ a semplice coprigiunto; ◗ a doppio coprigiunto, la disposizione dei chiodi potrà essere: § a una fila di chiodi; § a due file di chiodi parallele; § a due file di chiodi sfalsate; § a tre file di chiodi sfalsate. Esempi di collegamenti mediante chiodatura FIG. B4.5 Chiodatura a semplice sovrapposizione con una fila di chiodi Formule da applicare nella progettazione: L = 2d + 8 186 c = 1,5d d = S −4 Chiodature e incollaggi Unità B4 FIG. B4.6 Chiodatura a semplice sovrapposizione con due file di chiodi parallele Formule da applicare nella progettazione: L = 2,6d + 10 c = 1,5d c1 = 0,8 L d =7 S −4 FIG. B4.7 Chiodatura a semplice sovrapposizione con due file di chiodi sfalsate Formule da applicare nella progettazione: L = 2,6d + 15 c = 1,5d c1 = 0,6 L d =7 S −4 187 Modulo B Dispositivi di collegamento FIG. B4.8 Chiodatura a semplice sovrapposizione con tre file di chiodi sfalsate Formule da applicare nella progettazione: L = 3d + 22 FIG. B4.9 Chiodatura a doppio coprigiunto con due file di chiodi c = 1,5d C1 = 0,5 L d =7 S Formule da applicare nella progettazione: L = 2,6d + 10 c = 1,5d S1 = 0,75S C1 = 0,9C d = 7 S −5 188 Chiodature e incollaggi Unità B4 FIG. B4.10 Chiodatura a doppio coprigiunto con due file di chiodi sfalsate Formule da applicare nella progettazione: L = 3,5d + 15 c = 1,5d C1 = 0,5 L C2 = 0,9C S1 0,75S d = 7 S −6 Per quanto riguarda la disposizione dei chiodi durante il processo di progettazione, si possono avere, come visto sopra, diverse configurazioni. B4.3 RIBATTINI E RIVETTI Il ribattino è a tutti gli effetti un chiodo con diametro minore di 8 mm. FIG. B4.11 Ribattini a testa tonda per cinghie Date le dimensioni del gambo, può essere ribadito anche a freddo. Ad esso facevano riferimento le tabelle UNI dalla 746 alla 756, ritirate senza sostituzione (che classificavano i ribattini unificati a seconda della tipologia della testa). I ribattini sono indicati nei disegni tecnici, con le stesse modalità dei chiodi e per tutti deve essere indicato il materiale di cui sono costituiti. Per quanto concerne i ribattini per la giunzione delle cinghie, il materiale deve essere necessariamente non ferroso. ◗ Un’ impronta a doppio anello al centro della testa, rappresenta la costruzione in lega leggera che non richiede trattamento termico prima del loro utilizzo (Fig. B4.11a). ◗ Un’impronta conica al centro della testa, rappresenta la costruzione in lega leggera che richiede un trattamento (Fig. B4.11b). ◗ Senza nessuna impronta, rappresenta la costruzione in alluminio puro (Fig. B4.11c). 189 Modulo B Dispositivi di collegamento Appendice TAB. A 57 I rivetti, denominati anche rivetti a strappo, possono essere di forma A, a testa piana o forma B, a testa svasata. Sono classificati dalla UNI 9200. La loro rappresentazione nei disegni tecnici è analoga a quelle di chiodi e ribattini. Il rivetto è sostanzialmente caratterizzato da un corpo in alluminio e un mandrino in acciaio su cui è ricavato un intaglio corrispondente al punto di rottura. Il corpo viene inserito nei fori dei due elementi da collegare, quindi con una pinza specifica viene ritratto il mandrino la cui testa penetrerà nel foro del corpo del rivetto, divaricandolo. A questo punto, continuando a esercitare una trazione del mandrino, si provocherà la sua rottura in corrispondenza dell’intaglio. Tale rottura non consentirà l’espulsione della sua testa che la trazione esercitata dalla speciale pinza avrà inglobato per divaricazione. Esempio di designazione dei rivetti nei disegni tecnici Rivetto Tab. UNI relativa forma d × l mat. corpo/mat. del mandrino Rivetto UNI 9200 A 6 × 10 Al/Fe I fori di preparazione per l’alloggiamento delle teste dei rivetti devono essere realizzati con una maggiorazione di 0,25 mm rispetto al diametro nominale della testa stessa. FIG. B4.12 Immagine di ribattini con relativi punzoni FIG. B4.13 Pressetta di ribaditura FIG. B4.14 Pinza per rivettatura con rivetti B4.4 GLI INCOLLAGGI I collegamenti permanenti oltre che con le saldature, le chiodature, i ribattini e i rivetti, possono essere ottenuti anche con gli incollaggi. Si tratta di adesivi interposti tra le superfici da collegare i quali, penetrando negli strati superficiali più esterni delle due superfici, consentono di realizzare una continuità strutturale tale da garantire una elevata resistenza del collegamento effettuato. Possiamo, per similitudine, paragonare l’incollaggio a una brasatura con la differenza sostanziale, ma non unica, che per l’incollaggio non occorre riscaldare i particolari interessati dalla giunzione. In base alla Norma UNI EN 923 l’adesivo, elemento mediante il quale è realizzato l’incollaggio, è definito come una sostanza non metallica in grado di congiungere materiali mediante fissaggio superficiale (adesione) e in modo tale che il legame ottenuto possieda adeguata forza interna (coesione). 190 Chiodature e incollaggi Unità B4 B4.5 CLASSIFICAZIONE DEGLI ADESIVI (solo sintetici) TAB. B4.2 CLASSIFICAZIONE DEGLI ADESIVI (solo sintetici) TIPOLOGIA DELL’ADESIVO ADESIVI DI NATURA SINTETICA DENOMINAZIONE APPLICAZIONE Adesivi a base di gomma Utilizzati per particolari componenti meccanici Adesivi a base di polivinilacetato (vinavil) Resistenti all’invecchiamento, adatti per metalli, cemento e materie plastiche Adesivi neoprenici Gomme e plastiche elastiche Adesivi a base acrilica Carta, vetro, metalli e tessuti Adesivi a base epossidica Impiegati nelle industrie utilizzatrici di metalli Adesivi a base fenol-nitrilici Specifici per legami strutturali tra metalli Le maggiori applicazioni si realizzano nel settore aerospaziale, ma anche le industrie meccaniche, automobilistiche, elettromeccaniche e informatiche hanno avuto giovamento dall’utilizzo di questa tecnica grazie anche all’introduzione in questi settori dei materiali compositi. L’obiettivo primario è quello di sostituire, dove possibile, i tradizionali giunti rivettati con giunti incollati. Tale scelta è giustificata da differenti fattori positivi tra i quali possiamo annoverare: ◗ la riduzione di peso del giunto realizzato; ◗ la riduzione del costo dei materiali; ◗ la riduzione del costo della manodopera; ◗ la compattezza della struttura risultante. I giunti incollati sono economicamente più vantaggiosi dei collegamenti permanenti convenzionali. Occorre avere sempre molta accortezza nella realizzazione di questa tipologia di giunzione poiché è fondamentale avere presente che la configurazione del giunto, la pulizia delle superfici da incollare, l’assenza di difetti interni, l’accuratezza con cui si eseguono le varie fasi, sono tutti fattori che possono influenzare la buona riuscita del giunto stesso. Gli adesivi epossidici sono frequentemente utilizzati nel settore metalmeccanico e automobilistico con grande successo nel collegamento di giunzioni che devono trasmettere carichi elevati e costanti. Un esempio pratico è rappresentato dall’applicazione di questi adesivi come frena filetti che costituiscono una valida alternativa ai bloccaggi meccanici permanenti e non. Questa metodologia riduce i costi d’intervento per riparazione, impedisce l’allentamento del dado o della vite e il grippaggio delle parti incollate soprattutto per corrosione. 191 Modulo B Dispositivi di collegamento Essendo prodotti liquidi, riempiono completamente il gioco tra gli accoppiamenti filettati creando un corpo unico con i filetti della vite. Tra i vari vantaggi si ha: ◗ garanzia di una forza di serraggio costante; ◗ protezione dalla corrosione; ◗ resistenza alle vibrazioni. Un’altra pratica applicazione è rappresentata dalla sostituzione delle guarnizioni a compressione pre-tagliate utilizzate nelle giunzioni di flange che impediscono la fuoriuscita di fluidi o gas. Esse, infatti, oltre a fungere da adesivo fungono anche da sigillante, quindi una doppia azione che, riducendo i costi, rende l’incollaggio dei collegamenti flangiati efficiente, efficace ed economicamente vantaggioso. Nel settore automobilistico, da molti anni, i parabrezza anteriori e posteriori non vengono più montati sulla carrozzeria con un profilo di elastomero intorno al vetro; il montaggio diretto rappresenta oramai lo standard per tutti i costruttori. Per questi elementi sono utilizzati adesivi poliuretanici mono componenti che polimerizzano per effetto dell’umidità. Oltre a offrire una tenuta eccellente, questa tecnologia ha il vantaggio di utilizzare lastre di vetro più grandi riducendo il peso totale della carrozzeria. Ciò è possibile perché le lastre di vetro diventano un tutt’uno con la struttura grazie all’adesivo polimerizzato. In questo modo aumenta la rigidità strutturale consentendo di utilizzare lamiere metalliche più sottili. Oltre al campo automobilistico è il campo aeronautico che con l’incollaggio ha tratto i maggiori vantaggi. Questa metodologia, infatti, rappresenta una delle tecniche di accoppiamento più utilizzate nella fabbricazione di aeromobili anche in funzione della lunga durata, fino a trent’anni, delle giunzioni. Tali giunzioni sono molto resistenti ai carichi dinamici, agli agenti atmosferici, chimici e alle variazioni di temperatura estreme, sotto lo zero nella stratosfera, 20 ÷ 50 °C a livello del suolo. L’applicazione della tecnologia d’incollaggio nel campo aeronautico consente di realizzare costruzioni molto leggere grazie all’utilizzo di leghe metalliche leggere, materie plastiche rinforzate con fibre che consentono la realizzazione dei cosiddetti pannelli a sandwich. 192 Chiodature e incollaggi Unità B4 VERIFICA UnitÀ B4 Domande a risposta breve 1 Quando e a quale temperatura un chiodo deve essere scaldato per essere ribadito? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 2 Quale forma può assumere la testa dei chiodi e quali sono le relative norme a cui devono fare riferimento? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 3 La ribaditura ha lo scopo di ottenere una seconda testa, come avviene tale operazione? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 4 La seconda testa deve essere esattamente uguale alla testa principale? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 5 Qual è la differenza tra un ribattino è un chiodo? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 6 Perché avviene il bloccaggio dei pezzi uniti con chiodatura? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 7 Come si ottiene la chiusura ermetica nelle giunzioni chiodate? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 8 Descrivere il processo della calafatura. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 9 Quali sono le possibili sovrapposizioni delle lamiere per l’esecuzione del processo di chiodatura? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 10 Vi sono differenze di rappresentazione tra chiodi e ribattini nei disegni tecnici? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 11 Qual è la Norma UNI a cui fanno riferimento i ribattini? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 12 Quali caratteristiche devono avere i ribattini per la giunzione delle cinghie? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 13 Quale forma possono avere i rivetti? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 193 Modulo B Dispositivi di collegamento 14 Quali sono le motivazioni per cui a volte si preferiscono gli incollaggi ai tradizionali giunti rivettati? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 15 Perché gli adesivi a volte sono utilizzati come frena filetti? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 2 Test vero o falso 1 Un chiodo per la chiodatura è caratterizzato da una testa, un corpo e un gambo. 2 Un chiodo può avere la testa: tonda larga, tonda stretta, svasata con calotta e svasata piana. 3 La ribaditura viene eseguita per creare una seconda testa. 4 Quando il diametro del chiodo è minore di 8 mm, il chiodo prende il nome di ribattino. 5 Quando il diametro del chiodo è maggiore di 8 mm, si può ribadire anche a freddo. 6 Il ritiro del materiale consente il bloccaggio delle lamiere. 7 La chiodatura può essere ermetica (collegamento a tenuta) e non ermetica. 8 Mediante il processo di calafatura si realizzano collegamenti a tenuta. 9 Le chiodature possono essere a semplice sovrapposizione, a semplice coprigiunto o a doppio coprigiunto. 10 La Norma UNI di riferimento per i ribattini è la UNI 746. 11 La Norma UNI di riferimento dei ribattini per la giunzione delle cinghie è la UNI 746. 12 I rivetti possono essere di forma A (testa piatta) e di forma B (testa svasata). 13 Gli incollaggi generano collegamenti permanenti. 14 Gli adesivi sintetici sono solo a base di gomma. 15 Gli adesivi sono utilizzati per realizzare sistemi antisvitamento delle viti o dei dadi. 194 V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F Dispositivi di collegamento Modulo B VERIFICHE SOMMATIVE MODULO B CONOSCENZE Domande a risposta breve 1 Qual è la funzione della progettazione? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 2 Che cosa si intende con la frase: conferire a un particolare meccanico l’intercambiabilità? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 3 Fornisci una definizione di dimensione nominale, scostamento e gioco. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 4 Di cosa si occupa la Norma UNI EN ISO 286-1:2010? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 5 Definisci in maniera tecnica la tolleranza di lavorazione. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 6 Quali sono gli errori che possono essere commessi durante la lavorazione alle macchine utensili? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 7 Cosa si intende per errore dimensionale? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 8 Perché le esigenze economiche sono in antitesi con le esigenze funzionali? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 9 Cosa s’intende per errore geometrico? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 10 Che cosa deve essere inserire negli specifici rettangoli per indicare le tolleranze geometriche? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 11 Fornisci una definizione degli accoppiamenti foro-base e albero-base. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 12 Quali sono i campi di dimensioni previsti dal sistema ISO per le tolleranze geometriche? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 195 Modulo B Dispositivi di collegamento 13 Elenca le qualità di tolleranza e scomponile secondo il loro campo di applicazione. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 14 Fornisci un esempio per dimostrare che minore è il valore numerico associato alla IT maggiore sarà il grado di precisione di una lavorazione. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 15 Fornisci un esempio per dimostrare che nel 3° quadrante delle tolleranze, secondo la Fig. B1.16, gli scostamenti sia degli alberi sia dei fori sono sempre positivi (utilizza un foglio di formato A4). Qual è la migliore forma per indicare una tolleranza a chi si occupa di produzione? Perché? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 16 Definisci in maniera esaustiva la rugosità. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 17 Come deve essere indicata la rugosità nei disegni tecnici? Indica qualche esempio. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 18 Perché occorre essere “parsimoniosi” nell’inserire le rugosità nei disegni tecnici? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 19 Perché i collegamenti smontabili sono da preferire ai collegamenti non smontabili? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 20 Che cos’è una filettatura? Che cosa sono una vite e una madrevite? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 21 Il passo caratterizza una filettatura. Fornisci una definizione tecnica di passo di una filettatura. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 22 Perché nelle filettature metriche ISO non si indica il passo grosso ma occorre indicare obbligatoriamente il passo fine? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 23 Elenca le più importanti filettature definendo le caratteristiche più importanti. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 24 Rappresenta schematicamente le operazioni per ottenere un foro filettato. Esegui anche i disegni schematici (utilizza un foglio di formato A4). ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 25 Come deve essere indicata la classe di resistenza di viti e dadi? Cosa rappresentano le cifre affiancate al diametro nominale? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 196 Dispositivi di collegamento Modulo B 26 Quali sono le relazioni mediante le quali è possibile calcolare l’altezza dei dadi? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 27 Quali sono i principali sistemi antisvitamento delle viti e dei dadi? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 28 Qual è la principale differenza di un collegamento smontabile realizzato con vite a testa esagonale e con vite TCEI in un accoppiamento con vite mordente? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 29 Come viene eseguita la preparazione sui particolari da accoppiare mediante vite passante? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 30 Quando e perché viene utilizzata una vite prigioniera? Quali sono le sue principali caratteristiche? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 31 Gli assi egli alberi si differenziano per una caratteristica particolare. Descrivi la particolarità mettendo in evidenza le differenze sostanziali. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 32 Qual è la funzione di una linguetta? E di una chiavetta? Descrivi la principale differenza tra i due elementi. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 33 Come viene eseguito lo spacco di linguetta su un albero? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 34 Che cosa sono le spine di riferimento? Descrivi i principali tipi di spine. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 35 Quali sono le principali caratteristiche di un accoppiamento con perni? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 36 Fornisci una definizione di perno. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 37 Quando sono utilizzati gli alberi a profilo scanalato? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 38 Qual è la principale caratteristica degli alberi a profilo scanalato? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 39 Cosa sono le biette? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 197 Modulo B Dispositivi di collegamento 40 Quali sono le principali unioni permanenti? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 41 Come possono essere classificati i principali procedimenti di saldature? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 42 Qual è la caratteristica delle saldature autogene? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 43 Fornisci una definizione di brasatura e saldobrasatura. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 44 Che cos’è il bagno di fusione? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 45 Qual è la saldatura maggiormente utilizzata? Quali sono le motivazioni della sua diffusione? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 46 Perché la saldatura ad arco sommerso ha questa denominazione? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 47 Com’è indicata la quotatura delle saldature? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 48 Che cos’è e come viene realizzata una fusione? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 49 Perché il ritiro di un materiale condiziona la realizzazione di un modello? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 50 Qual è la caratteristica che differenzia i chiodi dai ribattini? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 51 Come sono classificati i rivetti e qual è la norma di riferimento? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 52 Perché gli incollaggi sono paragonabili alle brasature? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 53 Come è definito dalla Norma UNI EN 923 l’adesivo? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 54 L’incollaggio si pone l’obiettivo di sostituire dove possibile i tradizionali giunti rivettati. Quali sono i principali fattori positivi di questa azione? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 198 Dispositivi di collegamento Modulo B 2 Test vero o falso 1 Per intercambiabilità s’intende la possibilità di sostituire alcuni pezzi con altri uguali. 2 È definito albero un qualunque pezzo cilindrico. 3 La quota nominale in una rappresentazione grafica indica la quota maggiore. 4 La sigla IT ha il significato di International Tolerance. 5 Nelle tolleranze, agli alberi si assegna sempre la lettera minuscola e ai fori la lettera maiuscola. 6 In un accoppiamento si ha gioco quando il diametro dell’albero è maggiore del diametro del foro. 7 Nei disegni di produzione è sempre meglio avere la tolleranza espressa in termini numerici e non letterali. 8 Un accoppiamento H6/n7 risulta essere un accoppiamento stabile bloccato. 9 La rugosità nei disegni tecnici è indicata con il simbolo r e si esprime in mm. 10 I collegamenti possono essere smontabili e non smontabili. 11 Le giunzioni continue sono prevalentemente ottenute tramite saldatura. 12 Vite e madrevite costituiscono un bullone. 13 I passi delle filettature possono essere grossi o piccoli. 14 Le filettature GAS, sono indicate con la lettera maiuscola G. 15 Le copiglie sono elementi utilizzati come sistemi antisvitamento. 16 La vite prigioniera ha il gambo più lungo della la radice. 17 Gli alberi trasmettono un momento torcente, gli assi un momento flettente. 18 La linguetta trasmette il moto mediante i suoi fianchi. 19 La chiavetta è indicata per gli accoppiamenti smontabili. 20 Gli alberi a profilo scanalato possono trasmettere il moto anche durante la traslazione. 21 Gli alberi a profilo scanalato si utilizzano quando il carico da trasmettere è elevato. 22 Le unioni si definiscono permanenti perché non si possono dividere senza romperle. 23 Le saldature eterogenee sono saldature che si eseguono con la fiamma ossiacetilenica. 24 Nel processo di brasatura il giunto raggiunge circa i 1600 °C. 25 Il cordone di saldatura è formato solo dal metallo base. 26 Il giunto saldato è il prodotto del processo di saldatura. 27 Con la saldatura ad arco elettrico è possibile saldare spessori inferiori a 1÷2 mm. 28 La saldatura al TIG è indicata per spessori maggiori di 10 mm. 29 La saldatura al MAG utilizza prevalentemente il gas argon. 30 La saldatura ad arco sommerso è utilizzata per le saldature degli scafi dei sommergibili. 31 La saldatura per punti si utilizza per saldare pentolame e stoviglie. 32 Le saldature si verificano solo con controlli distruttivi. 33 Una lega è definita fusoria quando si presta alla fusione. 34 Il cubilotto è utilizzato per fondere le leghe leggere. 35 Il getto è un particolare ottenuto per fusione. 36 I modelli sono colorati per evidenziare il materiale di fusione per cui sono stati preposti. 37 Con la microfusione si ottengono getti complessi con alto grado di finitura superficiale. V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F 199 Modulo B Dispositivi di collegamento 38 Con la fusione a cera persa, si realizzano solo particolari artistici. 39 Un chiodo per la chiodatura è caratterizzato da una testa e un gambo. 40 La ribaditura ha la funzione di creare una seconda testa. 41 Il ribattino è un chiodo con diametro minore di 8 mm. 42 Il ribattino si ribadisce solo a freddo. 43 Quando il diametro del chiodo è maggiore di 8 mm, si può ribadire solo a caldo. 44 Il ritiro del materiale consente il bloccaggio delle lamiere. 45 La chiodatura può essere ermetica (collegamento a tenuta) e non ermetica. 46 Mediante il processo di calafatura si realizzano collegamenti a tenuta. 47 La Norma UNI di riferimento per i ribattini è la UNI 746. 48 I rivetti possono essere di forma A (testa piatta) e di forma B (testa svasata). 49 Gli incollaggi generano collegamenti permanenti. 50 Gli adesivi sono utilizzati per realizzare sistemi antisvitamento delle viti o dei dadi. ` E COMPETENZE ABILITA 3 Esercizi 1 Esercizio svolto Nella Fig. B4.15 sono rappresentati elementi bloccati con viti passanti. Indica la corretta descrizione delle viti da inserire nel riquadro delle iscrizioni considerando che: ■ la coppia di viti a destra sono M12×50 ■ la coppia di viti a sinistra sono M14×35 ■ la coppia di viti in basso sono M14×50 ■ la vite singola è M6×25 Svolgimento ■ vite T.E. ISO 4014 M12×50 – 8.8 n° 2 ■ vite T.E. ISO 4014 M14×35 – 8.8 n° 2 ■ vite T.E. ISO 4014 M14×50 – 8.8 n° 2 ■ vite T.E. ISO 4014 M6×25 – 8.8 n° 1 FIG. B4.15 200 V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F Dispositivi di collegamento Modulo B 2 Esercizio proposto L’accoppiamento della Fig. B4.16 rappresenta un bloccaggio con vite mordente. Ridisegna l’elaborato inserendo la vista mancante (la staffa superiore sarà di larghezza uguale alla base e bloccata con due viti). Indica altresì l’unificazione delle viti utilizzate. FIG. B4.16 3 Esercizio proposto La Fig. B4.17 rappresenta il bloccaggio di due piastre con viti mordenti. Scomponi l’accoppiamento e disegna i particolari inserendo le eventuali tolleranze di lavorazione (ricorda che gli elementi commerciali non si disegnano). FIG. B4.17 201 Modulo B Dispositivi di collegamento 4 Esercizio proposto L’accoppiamento nella Fig. B4.18 rappresenta il bloccaggio di due piastre con viti passanti. Scomponi l’accoppiamento e, disegnati i vari particolari, inserisci in distinta componenti le unificazioni dei particolari commerciali (ricorda che i particolari commerciali non si disegnano). FIG. B4.18 5 Esercizio proposto Il disegno in Fig. B4.19 rappresenta un’estremità d’albero su cui è stato ricavato uno spacco di linguetta. Completa il disegno con le viste adeguate e dimensiona lo spacco sia dell’albero sia del relativo mozzo ipotizzando l’accoppiamento con una puleggia il cui movimento assiale sarà impedito da una vite coassiale all’albero. Esegui il disegno di gruppo inserendo nei particolari le tolleranze di lavorazione e i relativi gradi di rugosità. FIG. B4.19 202 Dispositivi di collegamento Modulo B 6 Esercizio proposto Il particolare in Fig. B4.20 rappresenta un sistema di collegamento misto smontabile e non smontabile. Ridisegna i particolari considerando che le piastre angolari A-B-C sono saldate e fungono d’appoggio ad altri elementi della struttura. Determina se e dove sono saldate le altre piastre forate e l’indicazione del tipo di saldatura da utilizzare. Scegli in maniera autonoma sia la dimensione dell’IPE sia degli altri elementi. FIG. B4.20 7 Esercizio proposto La Fig. B4.21 rappresenta la saldatura di un serbatoio di raccolta acqua di condensa, la cui lamiera ha uno spessore di 1,5 mm. Ridisegna il serbatoio completo e indica la tipologia di saldatura da utilizzare. FIG. B4.21 203 Modulo B Dispositivi di collegamento 8 Esercizio proposto Il disegno di Fig. B4.22 (a pagina seguente) rappresenta un collegamento con flange e nervature di rinforzo. Dopo aver ridisegnato i vari elementi, indica il miglior sistema di saldatura da utilizzare. FIG. B4.22 204 Modulo C LA TRASMISSIONE DEL MOTO Il modulo svilupperà prevalentemente i concetti associati agli alberi di trasmissione del moto rotatorio, ai perni di estremità, ai supporti, ai cuscinetti radenti e volventi, alle guarnizioni e tenute statiche e dinamiche. Di ogni elemento saranno presentate, tipologie, caratteristiche tecniche e relative norme di unificazione. Come sempre ma soprattutto per questo modulo data la specificità degli elementi, si consiglia l’uso di cataloghi dei costruttori che consentiranno di avere una visione più ampia e articolata del campo tecnico in cui si opera. Seguirà l’analisi delle molle e dei vari tipi di giunti. Infine l’analisi dei rotismi, dalle ruote di frizione agli ingranaggi a vite, per concludere con l’analisi della trasmissione del moto mediante cinghie, catene e funi. C1 Dispositivi e componenti di macchine C2 Le molle C3 Trasmissione del moto con giunti C4 Trasmissione del moto con ruote dentate C5 Trasmissione del moto con cinghie, funi e catene UnitÀ C1 Dispositivi e componenti di macchine CONOSCENZE ➜ Conoscere la differenza tra gli alberi di trasmissione, condotti e conduttori. ➜ Conoscere i vari elementi attraverso i quali si trasmette la coppia. ➜ Conoscere la differenza tra perno di estremità e perno di banco. ➜ Conoscere le differenti forme dei perni di estremità. ➜ Conoscere le differenze esistenti tra i cuscinetti a strisciamento, i cuscinetti a rotolamento e le loro applicazioni. ➜ Conoscere le bronzine e i differenti materiali per la loro costruzione. ➜ Conoscere i cuscinetti volventi, le caratteristiche tecniche e le differenti forme di rappresentazione. ➜ Conoscere le guarnizioni e tenute statiche e dinamiche. ABILITÀ ➜ Saper interpretare la funzione per interporre un terzo elemento tra due elementi che devono trasmettere una coppia. ➜ Saper scegliere e applicare il più idoneo dispositivo di lubrificazione. ➜ Saper scegliere il più appropriato supporto in funzione delle aspettative di progettazione. ➜ Saper scegliere e calcolare un cuscinetto volvente e la sua durata. COMPETENZE ➜ Scegliere e rappresentare in maniera appropriata gli alberi di trasmissione. ➜ Determinare e rappresentare i supporti più indicati per specifiche progettazioni. ➜ Determinare e rappresentare il cuscinetto volvente o radente più appropriato in funzione della coppia da trasmettere. 206 Dispositivi e componenti di macchine Unità C1 C1.1 INTRODUZIONE Lo scopo del progettista è di progettare a fini costruttivi, meccanismi e macchine finalizzati a essere utilizzati tout court, oppure per essere inseriti in sistemi più complessi dove, tuttavia, ogni singolo elemento ha una funzione ben definita atta a consentire l’armonioso funzionamento della macchina stessa. Abbiamo già visto nelle precedenti unità come lo studio della normativa del disegno, la quotatura, le tolleranze, la qualità di lavorazione, consentono ai vari elementi di accoppiarsi, per una perfetta funzionalità del meccanismo progettato. L’attività del progettista quindi è estremamente complicata. Non è sufficiente avere conoscenza della normativa del disegno tecnico e di tutte le sue implicazioni nella progettazione, occorre anche avere conoscenza dei materiali, delle loro caratteristiche meccanico-tecnologiche, dei vari metodi di produzione, delle tante soluzioni tecniche che il mercato offre in termini di prodotti già pronti all’uso o modificabili secondo le proprie esigenze. Per questo e per altri innumerevoli motivi, essendo la progettazione di macchine un argomento che abbraccia discipline come la tecnologia meccanica di progetto e di prodotto, la metallurgia, la fisica, la chimica, la meccanica, la matematica ecc., al fine di produrre un testo snello, ma comprensibile anche a chi si avvicina alla disciplina per la prima volta, si svilupperà esaurientemente l’argomento “Dispositivi e componenti di macchine”. Questo anche in funzione delle molteplici disponibilità che il mercato offre a livello di componenti normalizzati già pronti all’uso e grazie alle nuove tecnologie che consentono la consultazione di un notevole numero di cataloghi aggiornati di prodotti. È bene pertanto fare grande uso di questa fonte, così come grande uso ne fanno gli uffici di progettazione di piccole e grandi aziende, non perdendo mai di vista il riferimento alle norme ufficiali. Vedremo la trasmissione del moto con i differenti organi di intercettazione e trasmissione: gli alberi, gli organi di supporto, gli organi di tenuta, più comunemente chiamate guarnizioni, la resistenza e l’elasticità delle molle, le cinghie, le funi, le catene. C1.2 ALBERI DI TRASMISSIONE Gli alberi di trasmissione possono essere condotti o conduttori: sono la parte più importante di una macchina o meccanismo. Senza di loro non esisterebbe il concetto stesso di moto e conseguentemente di macchina. Gli alberi di trasmissione sono definiti conduttori quando trasmettono il moto, mentre si definiscono condotti quando lo ricevono. La coppia resistente è trasmessa attraverso gli elementi o l’elemento montato su di esso. Quando progettiamo un albero per la trasmissione del moto, potremmo trovarci in differenti situazioni. Per esempio il moto potrebbe essere rettilineo alternato 207 Modulo C La trasmissione del moto e allora l’albero sarà quello di una trasmissione biella-manovella o glifo oscillante; potrà essere rotatorio, per il trasferimento della coppia dall’albero conduttore al condotto come nel caso dei motoriduttori con la riduzione del numero di giri; a trasformazione del moto da rotatorio a rettilineo come il caso delle stelle per l’allineamento di prodotti nel campo agroalimentare su nastri trasportatori. ALBERI ORIZZONTALI In linea generale gli alberi di trasmissione possono essere orizzontali o verticali. Spesso sono caratterizzati da sedi in cui sono alloggiati i supporti che vengono anche denominati perni di estremità per alberi generici oppure, perni di banco o di biella nel caso di alberi a gomito prevalentemente utilizzati nel campo automobilistico. Perno di estremità FIG. C1.1 Albero a gomiti FIG. C1.2 Albero di trasmissione Perno di biella Perno di banco Sia i perni di estremità sia i perni di banco sono di forma cilindrica e generalmente formano un gradino (rispetto al resto dell’albero) detto anche spallamento che ha la funzione di bloccare il movimento assiale dell’albero o del supporto in una direzione. Altre modalità di arresto del movimento assiale possono essere filettature per ghiere di bloccaggio, sedi per anelli elastici di sicurezza, fori filettati di testa ecc. Ovviamente il sistema di bloccaggio utilizzato dipenderà dalla quantità di coppia da trasmettere, dalla forma del supporto, dalla funzione dell’albero, dalla tolleranza del diametro del perno ecc. Sono tutte considerazioni di cui il progettista dovrà tenere conto. I perni di estremità sono sempre ricavati alle due estremità dell’albero. 208 Dispositivi e componenti di macchine Unità C1 La loro forma potrà essere: ◗ cilindrica corta o lunga liscia; ◗ cilindrica corta o lunga liscia con foro filettato di testa; ◗ cilindrica corta o lunga con spacco di linguetta e/o chiavetta; ◗ cilindrica corta o lunga con filettatura esterna; ◗ conica (conicità 1:10) lunga o corta con o senza spacco di linguetta e/o chiavetta. ALBERI VERTICALI FIG. C1.3 Esempio 1 In questa tipologia di alberi l’asse è verticale e, quando è presente il perno d’estremità, prende il nome di perno di spinta. Il perno di spinta sarà alloggiato in un dispositivo denominato cuscinetto assiale o reggispinta a sua volta costituito da due ralle (una inferiore e una superiore) e da una corona di sfere. Tutto lo sforzo assiale generato sarà supportato dal terminale o, come detto sopra, dal perno di spinta insieme al peso dell’intera struttura. Durante la fase di progettazione degli alberi, al fine di ridurre i costi della produzione, sembrerebbe economicamente vantaggiosa la soluzione di avere alberi a sezione costante. Questa scelta è possibile soltanto in determinate circostanze (rulli folli di nastri trasportatori, trasporti a catena, alberi supporto pignoni) in cui è preferibile un albero con un solo diametro calcolato sulla sezione resistente e, possibilmente, con stato superficiale rettificato. In altre circostanze la variazione di diametro e quindi di sezione è obbligatoria per realizzare gli eventuali e opportuni spallamenti. Due esempi sono mostrati nella Fig. C1.3 e nella Fig. C1.4. 209 Modulo C La trasmissione del moto FIG. C1.4 Esempio 2 Le variazioni di sezione devono seguire delle regole che, rispettando la funzionalità del pezzo, non contrastino con l’analisi tecnico-strutturale pertanto, quando sono funzionali, devono necessariamente prevedere piccole variazioni di diametro. Qualora le variazioni di diametro fossero significative, è bene realizzare delle conicità per addolcire la variazione stessa. 210 Dispositivi e componenti di macchine Unità C1 FIG. C1.5 Variazione dei diametri negli alberi Quando, durante la fase di progettazione, si è vincolati alla realizzazione di un perno di spinta, le due superfici parallele con diametri differenti devono essere necessariamente raccordate e il diametro del perno di spinta deve essere minore del 20% rispetto al diametro dello spallamento. ( D − d ) 100 ≤ 20% d FIG. C1.6 Particolare di gola di scarico di rettifica Appendice TAB. A 76 TAB. A 77 Quando la rugosità del perno di spinta è tale da richiedere una lavorazione di rettifica è necessario avere una gola di scarico indispensabile per la lavorazione. L’esecuzione di questa gola di scarico era unificata secondo la Norma UNI 4386:1975, ritirata senza sostituzione; viene tuttavia abbondantemente utilizzata negli uffici tecnici di progettazione. Un ulteriore riferimento può essere la Norma DIN 509. La limitazione o l’arresto del movimento assiale degli elementi montati sui perni di spinta o la creazione di “battute”, possono essere altresì realizzati con anelli elastici di sicurezza UNI 7435 (ritirata senza sostituzione, o corrispondente DIN 471 per anelli esterni e 472 per anelli interni) o ghiere di bloccaggio abbinate con rosetta di sicurezza UNI ISO 2982 (ritirata senza sostituzione, o corrispondente DIN 981). Negli accoppiamenti dei perni con altri componenti per la trasmissione del moto quali pulegge, ruote dentate, pignoni ecc. è bene interporre tra i due elementi un terzo elemento che abbia la funzione di: ◗ diminuire l’attrito tra i due componenti; ◗ diminuire l’usura delle superfici; ◗ aumentare la silenziosità; ◗ consentire una rapida sostituzione dell’elemento usurato. 211 Modulo C La trasmissione del moto FIG. C1.7 Bloccaggio del movimento assiale con anelli elastici di sicurezza FIG. C1.8 Anelli elastici di sicurezza FIG. C1.9 Ghiera di bloccaggio e rosetta di sicurezza Se si realizzasse l’accoppiamento di un perno con un altro elemento in acciaio, noteremmo che, dopo poche ore di funzionamento, uno dei due elementi (quello con il materiale più tenero) avrà subìto un’usura tale da compromettere la funzionalità del dispositivo stesso. Per impedire questo, si interpone tra i due elementi un cuscinetto (radente o volvente) con il fondamentale compito di eliminare le problematiche sopra elencate. Con lo stesso scopo, quando il perno dovrà scaricare sull’elemento accoppiato la forza assiale o radiale acquisita dall’albero sulle superfici a contatto, è bene che queste forze siano distribuite uniformemente. Si ricorre in queste circostanze a boccole flangiate o non flangiate, accoppiate con interferenza all’elemento più facilmente smontabile per consentire una eventuale sostituzione rapidamente. FIG. C1.10 Accoppiamento con boccola e anello elastico di sicurezza Si noti come nella Fig. C1.10, il particolare c è quello più facilmente smontabile. Pertanto avremo un accoppiamento con gioco minimo tra il diametro esterno dell’al212 Dispositivi e componenti di macchine Unità C1 Appendice TAB. A 34 TAB. A 36 bero a e il diametro interno della boccola b. Al contrario, tra il diametro esterno della boccola b e il diametro interno dell’elemento a essa accoppiato c, avremo interferenza. Il particolare d funge da spessore per la chiusura degli elementi con anello elastico di sicurezza e. Qualora occorresse realizzare accoppiamenti con particolari che non devono possedere giochi assiali, si ricorre all’interposizione tra gli elementi stessi di un “distanziale” d che ha la funzione di realizzare un pacco annullando qualunque gioco assiale. È anche pratico, in queste circostanze, alleggerire il diametro del perno sotto il distanziale per facilitare il montaggio dei cuscinetti. Nella Fig. C1.11 si noti come il “pacco degli elementi” è chiuso da una ghiera di bloccaggio c con relativa rosetta di sicurezza b. Il particolare a, denominato distanziale, mantiene in posizione i cuscinetti. FIG. C1.11 Accoppiamento con cuscinetti e bloccaggio con ghiera e rosetta di sicurezza FIG. C1.12 Accoppiamento con cuscinetti e bloccaggio con anelli elastici di sicurezza 213 Modulo C La trasmissione del moto C1.3 SUPPORTI PER ALBERI Si definiscono supporti i dispositivi destinati a sostenere gli elementi rotanti (cuscinetti) e contemporaneamente a vincolarne il loro asse di rotazione. TAB. C1.1 La parte interna di questi dispositivi può essere direttamente a contatto con il perno dell’albero oppure può essere interposto tra i due elementi un terzo elemento denominato (cuscinetto) che, a secondo della sua forma, può essere radente (a strisciamento) o volvente (a rotolamento). Ne consegue che l’attrito generato tra perno e supporti si definirà attrito radente quando il cuscinetto ha la sua superficie interna piana, oppure attrito volvente quando il cuscinetto ha al suo interno dei corpi rotanti. La seconda applicazione genera, rispetto alla prima, un attrito di valore decisamente inferiore, in media circa 1/10. I supporti con queste due tipologie di cuscinetti vengono utilizzati generalmente nelle seguenti applicazioni: APPLICAZIONI CUSCINETTI RADENTI E VOLVENTI Cuscinetti a strisciamento Cuscinetti volventi Montaggi con recupero giochi Montaggi senza lubrificazione Alberi lenti con carichi elevati Alberi veloci Lubrificazione forzata Facilità di sostituzione Trasmissioni precise Usura limitata Trasmissioni precise e senza vibrazioni Trasmissioni con temperature di funzionamento non elevate Nella Fig. C1.13, vediamo alcune tipologie di supporti commerciali per differenti applicazioni. FIG. C1.13 Supporti ritti e flangiati (Immagine SKF) Come detto nell’introduzione, esistono cataloghi di costruttori estremamente completi, pertanto ci limiteremo solo alla loro presentazione. I supporti, quasi sempre in ghisa o in materiale composito, possono essere in un solo pezzo o con incastellatura in due metà. 214 Dispositivi e componenti di macchine Unità C1 La seconda categoria è prevalentemente utilizzata nell’assemblaggio di alberi pesanti e quindi difficili da manovrare quando devono sostenere alberi intermedi con evidente difficoltà a utilizzare un solo pezzo: vi è oggettiva difficoltà di inserimento e manovra. ALCUNE TIPOLOGIE DI SUPPORTI COMMERCIALI La mezzeria dei supporti divisibili corrisponde all’asse mediano del dispositivo. La parte superiore è definita “cappello”, mentre la parte inferiore è denominata base o corpo. L’assemblaggio avviene con incastro longitudinale delle due parti e il bloccaggio con viti prigioniere o viti a gambo lungo. FIG. C1.14 Supporti in due metà (Immagine SKF) FIG. C1.15 Supporto oscillante Vi sono anche i supporti con cuscinetti orientabili. Sono utilizzati prevalentemente quando l’albero da supportare è piuttosto lungo quindi sottoposto a flessione. I cuscinetti orientabili: durante il loro funzionamento, seguono l’oscillazione dell’albero grazie al posizionamento dei corpi volventi che si adagiano sulla pista di rotolamento sferica. C1.4 DISPOSITIVI DI LUBRIFICAZIONE La lubrificazione è fondamentale per il buon funzionamento di qualunque tipologia di supporto. Garantisce sicurezza e durata d’esercizio a qualunque tipo di cuscinetto sia esso radente o volvente. Il lubrificante, grasso o olio, deve produrre i seguenti effetti: ◗ nelle lubrificazioni a grasso, oltre alla protezione del cuscinetto, impedire l’ingresso di impurità; ◗ nella lubrificazione a olio, sottrarre calore al dispositivo. 215 Modulo C La trasmissione del moto La lubrificazione ha anche lo scopo di: ◗ formare una velo di lubrificante per separare le superfici di contatto al fine di prevenire l’usura dell’accoppiamento; ◗ diminuire la rumorosità durante la fase di funzionamento; ◗ generare una barriera che salvaguardi dalla corrosione. Appendice TAB. A 63 TAB. A 64 TAB. A 65 I dispositivi attraverso i quali viene introdotto il lubrificante, (grasso o olio) sono denominati ingrassatori e unificati dalla tabella UNI 7663 (ritirata senza sostituzione, o corrispondente DIN 71412). Negli elaborati grafici gli ingrassatori sono indicati con la seguente modalità: Esempio di designazione FIG. C1.16 Due tipologie commerciali di ingrassatori Ingrassatore A/M 10×1 – UNI 7663 dove le lettere A e M indicano rispettivamente se l’ingrassatore è a semplice o a doppio esagono, segue l’indicazione della filettatura, in questo caso d = M10 (passo 1), quindi la norma di riferimento. Analogamente per gli oliatori. C1.5 CUSCINETTI RADENTI I cuscinetti radenti, più comunemente denominati bronzine o cuscinetti a strisciamento, sono elementi montati nel foro del supporto che dovrà sostenere in maniera stabile l’albero rotante. I materiali con cui sono costruiti appartengono alla categoria dei cosiddetti metalli bianchi (leghe a base di stagno, stagno e piombo, stagno e zinco), ma esistono anche bronzine realizzate in materiali sintetici o sinterizzati autolubrificanti. Qualunque sia il materiale utilizzato per la loro costruzione, deve consentire sempre la riduzione della forza d’attrito entro valori che salvaguardino l’usura del perno. FIG. C1.17 Bloccaggio bronzina n° 1 216 FIG. C1.18 Bloccaggio bronzina n° 2 Dispositivi e componenti di macchine Unità C1 FIG. C1.19 Bloccaggio bronzina n° 3 La modalità di accoppiamento della bronzina con il supporto, oltre all’interferenza, prevede altri sistemi che impediscano sia la sua rotazione sia il movimento assiale. Nella Fig. C1.17 vediamo il bloccaggio della bronzina mediante due o quattro viti su una appropriata circonferenza. Nella Fig. C1.18 il movimento, assiale e rotatorio è bloccato da una vite senza testa montata con asse ortogonale rispetto all’asse del perno. Un migliore funzionamento si ottiene realizzando una piccola incisione nella bronzina in cui si incunea la parte terminale della vite senza testa UNI 4027 (a estremità conica) o in alternativa, quando lo spessore lo consente, UNI 4028 (a estremità cilindrica). Nella Fig. C1.19 la bronzina è bloccata sempre con una vite senza testa (grano) avvitata in un foro filettato eseguito a pezzi montati in cui una parte del foro è ricavata nel supporto e una parte nella bronzina. CARATTERISTICHE TECNOLOGICHE DELLE BRONZINE Le bronzine, per assolvere la loro funzione in un meccanismo semplice o complesso, devono possedere le seguenti caratteristiche tecniche: ◗ una buona resistenza meccanica e una buona durezza superficiale in modo che il consumo sia lento; tale durezza deve essere minore di quella dell’albero affinché si usuri la bronzina e non l’albero la cui sostituzione sarebbe molto più onerosa; ◗ una buona capacità di dispersione termica; ◗ una buona resistenza alla corrosione; ◗ un basso coefficiente di attrito in modo da ridurre la temperatura di esercizio del cuscinetto stesso. FIG. C1.20 Bronzine montate con interferenza I metalli bianchi possiedono queste caratteristiche eccetto la resistenza meccanica. Per questo motivo le bronzine realizzate con questo materiale vengono in genere realizzate in due parti coassiali: quella a contatto con l’albero sarà realizzata in metallo bianco, l’altra sarà costruita con un materiale dotato di elevata resistenza meccanica. MATERIALI DI COSTRUZIONE PER BRONZINE Bronzo FIG. C1.21 Bronzine in bronzo È il materiale che nel tempo è stato maggiormente utilizzato al punto da determinarne anche il nome. Questo perché il bronzo ha la capacità di sopportare carichi elevati in condizioni di scarsa lubrificazione. Leghe antifrizione Le leghe antifrizione sono leghe a base di piombo-antimonio (metallo bianco), stagno-piombo e rame-piombo. Sono impiegate quando il numero di giri dell’albero 217 Modulo C La trasmissione del moto supportato è elevato. In funzione delle particolari caratteristiche sono utilizzate di solito come rivestimento interno della bronzina con spessori inferiori a 2 mm per gusci in acciaio, e fino a 3 mm per gusci in ghisa. Sinterizzati autolubrificanti Una tipologia di boccole (elemento analogo alla bronzina, ma realizzato con materiali diversi dal bronzo) è definita sinterizzata perché sono ottenute con il processo di sinterizzazione delle polveri a base di ferro, rame e piombo e successivamente impregnate con olio lubrificante. Durante il funzionamento il surriscaldamento provoca la fuoriuscita dell’olio, che viene riassorbito in fase di raffreddamento. Presentano degli indiscutibili vantaggi quali: ◗ tolleranze dimensionali molto strette; ◗ costo inferiore a qualsiasi cuscinetto; ◗ lubrificazione permanente; ◗ buon coefficiente d’attrito; FIG. C1.22 Bronzine autolubrificanti ◗ buon funzionamento sino a 120 °C. Sintetici-sinterizzati autolubrificanti Le boccole in materiale sintetico sono realizzate con resine poliammidiche (nylon) o con un tessuto di fibre sintetiche PTFE (politetrafluoroetilene). Il rivestimento viene applicato mediante specifico adesivo, all’interno del cuscinetto in acciaio o bronzo. Le principali caratteristiche tecniche sono: ◗ funzionamento senza lubrificante; ◗ elevata resistenza all’usura; ◗ assenza di conducibilità elettrica; ◗ a basse velocità, non vi è innalzamento di temperatura; ◗ basso coefficiente d’attrito; ◗ buona capacità di smorzamento delle vibrazioni. Bronzine a semiguscio Questa tipologia di bronzina è prevalentemente utilizzata in campo automobilistico sia come cuscinetto di biella sia come cuscinetto di banco, ma anche come cuscinetto per l’albero a camme. La loro forma, in due metà, consente un facile montaggio e smontaggio dell’albero. FIG. C1.23 Bronzine a semiguscio 218 FIG. C1.24 Montaggio semigusci nella biella Dispositivi e componenti di macchine Unità C1 C1.6 CUSCINETTI VOLVENTI CLASSIFICAZIONE DEI CUSCINETTI VOLVENTI Radiali A sfere rigidi a sfere obliqui a una corona di sfere obliqui a due corone di sfere a sfere a quattro punti di contatto orientabili a sfere per unità di supporto a sfere a semplice effetto obliqui a sfere a doppio effetto Assiali obliqui a sfere accoppiati per alta velocità FIG. C1.25 Cuscinetti volventi (immagine SKF) Cuscinetti volventi Radiali a rulli cilindrici a una corona a rulli cilindrici a due corone a rullini a rulli conici a una corona a rulli conici a due corone orientabili a rulli A rulli Assiali a rulli cilindrici a rullini a rulli conici orientabili a rulli FIG. C1.26 Serie di cuscinetti a sfera e a rulli con e senza protezione (immagine SKF) 219 Modulo C La trasmissione del moto I cuscinetti volventi, detti anche cuscinetti a rotolamento o più comunemente cuscinetti, sono elementi posizionati tra perno (in rotazione) e supporto (parte fissa); il movimento relativo tra le parti è facilitato dall’interposizione di elementi rotanti. Rispetto ai cuscinetti radenti, i cuscinetti volventi presentano i seguenti vantaggi:; ◗ ridotto ingombro assiale; ◗ attrito notevolmente inferiore; ◗ usura ridotta; ◗ facilità di sostituzione; ◗ rugosità inferiore delle superfici per dei perni. Come qualunque dispositivo, anche l’utilizzo dei cuscinetti volventi presenta degli svantaggi. Tra i più importanti possiamo elencare: ◗ necessità di tolleranze dimensionali e geometriche più strette; ◗ aumento della rumorosità nel tempo; ◗ maggiori difficoltà e problematiche di montaggio; ◗ maggior costo. CARATTERISTICHE DI UN CUSCINETTO VOLVENTE FIG. C1.27 Elementi principali di un cuscinetto FIG. C1.28 Forma del corpo rotante La Tab. C1.2 riporta solo alcune tipologie di cuscinetti. Per avere una visione più particolareggiata fare riferimento ai cataloghi dei costruttori più completi per quanto concerne la forma, le dimensioni, le tolleranze di accoppiamento, il tipo di lubrificazione e, non ultimo, i consigli per la scelta del tipo di cuscinetto più indicato e delle ore di funzionamento secondo l’applicazione scelta. A titolo di esempio, sono riportate le caratteristiche di alcuni cuscinetti, tratte dai cataloghi SKF. 220 Dispositivi e componenti di macchine Unità C1 TAB. C1.2 Caratteristiche e rappresentazione di alcune tipologie di cuscinetto Rappresentazione Caratteristiche d 20 D 72 B 19 d1 37.1 D1 55.6 ra min 1.1 Il cuscinetto radiale rigido a sfere sopporta sia carichi assiali sia radiali diretti in entrambe le direzioni. Per la loro peculiarità devono essere montati su sedi perfettamente allineate. Sono disponibili sia con schermo sia senza schermo di protezione. Dis. 1) Dimensioni di un cuscinetto radiale rigido a sfere Cuscinetto SKF 6404 Dis. 2) Dimensioni di un cuscinetto assiale a rulli cilindrici Cuscinetto SKF 81206-TN Dis. 3) Dimensioni di un cuscinetto assiale a sfere Cuscinetto SKF 51405 d 30 D 52 H 16 d1 52 D1 32 B 4.25 ra min 0.6 d 25 D 60 H 24 d1 60 D1 27 ra min 1 Il cuscinetto assiale a rulli cilindrici è indicato per sopportare carichi che agiscono assialmente rispetto al perno Il cuscinetto assiale a sfere può essere a semplice o a doppio effetto a seconda che il carico sia in una sola direzione o nelle due direzioni contrapposte. Le ralle superiore e inferiore sono scomponibili e montabili separatamente. [segue] 221 Modulo C La trasmissione del moto Rappresentazione Caratteristiche Fw 20 Ew 26 U 16 Il cuscinetto a rullini ha una notevole capacità di carico radiale a fronte di un ingombro piuttosto ridotto. Può essere montato senza gli anelli interni o esterni, tuttavia in queste circostanze la sede di alloggiamento deve essere cementata e rettificata. Dis. 4) Dimensioni di un cuscinetto a rullini D = 20 Gabbia a rullini HK 2016 d 30 D 72 T 41.5 2B 30 ra min 1.5 rb min 1.5 I cuscinetti a rulli conici montati a X hanno lo scopo di sostenere carichi combinati. Possono essere montati singolarmente per assorbire carichi assiali unidirezionali. Per carichi assiali bidirezionali possono essere montati a “X” oppure a “O”. Nel disegno a lato (Dis. 5) vediamo un montaggio a “X”. Dis. 5) Dimensioni di un cuscinetto a rulli conici SKF 31306 J2/QDF Cuscinetto singolo SKF 31306 di riferimento, montato in coppia a “X” [segue] 222 Dispositivi e componenti di macchine Unità C1 Rappresentazione Caratteristiche d 50 D 90 T 43.5 d1 67.9 C 38 ra min 1.5 rb 0.6 a 38 I cuscinetti a rulli conici montati a O hanno lo scopo di sostenere carichi combinati. Possono essere montati singolarmente per assorbire carichi assiali unidirezionali. Per carichi assiali bidirezionali possono essere montati a “X” oppure a “O”. Nel disegno a lato Dis. 6 vediamo un montaggio a “O” Dis. 6) Dimensioni di un cuscinetto a rulli conici SKF 32210 T67.5/DB Cuscinetto singolo SKF 32210 di riferimento, montato in coppia a “O” d 20 D 47 B 14 d1 29.7 D1 38.8 F 26.5 ra min 1 rb min 1 I cuscinetti radiali a rulli cilindrici sopportano carichi radiali rilevanti. Sono divisibili e quindi di facile montaggio e smontaggio. Per la loro peculiarità, entrambi gli anelli (interno ed esterno) devono essere bloccati assialmente. Dis. 7) Dimensioni di un cuscinetto radiale a rulli cilindrici Cuscinetto SKF NJ204-EC 223 Modulo C La trasmissione del moto C1.7 DESIGNAZIONE DEI CUSCINETTI VOLVENTI Ogni singolo produttore utilizza sigle differenti per indicare il proprio cuscinetto, pertanto la designazione dovrà essere preceduta dal termine “cuscinetto” seguito dal nome dell’azienda produttrice e dal codice del cuscinetto. Le voci che costituiscono la designazione dei cuscinetti volventi sono: ◗ diametro interno; ◗ tipo di cuscinetto; ◗ diametro esterno; ◗ forma dei corpi volventi; ◗ larghezza; ◗ prefissi e suffissi con indicazione degli schermi di protezione o di tenuta stagna, conicità dell’anello interno, forma degli anelli. Se volessimo indicare in distinta base un cuscinetto radiale a una corona di sfere dell’azienda SKF con diametro interno ∅20, riporteremmo: Cuscinetto SKF 6204. Ovviamente consultando il catalogo del costruttore, alla sigla 6204 troveremo tutte le caratteristiche tecniche del cuscinetto. Cerchiamo di capire come si determina la sigla corretta di un cuscinetto. STRUTTURA E DESIGNAZIONE DELLA SIGLA DEI CUSCINETTI Lo schema sottostante indica la composizione del codice di un cuscinetto. SIGLA DI BASE ESEMPI DI COMPOSIZIONE SIGLA CUSCINETTO Prefisso Codice relativo alla serie del cuscinetto Codice relativo al foro del cuscinetto Suffisso TAB. C1.3 * 62 04 2RS * 32 08 2Z * Solo raramente indicato La sigla di base è composta dal codice della serie del cuscinetto e dal codice del foro. I codici più importanti per i cuscinetti della serie metrica sono elencati nella Tab. C1.3. Codici principali della serie metrica (fonte NSK) Cuscinetti – serie metrica Sigla di base Cuscinetto radiale rigido a sfere 42, 43, 60, 62, 63, 64, 68, 69, 160, 161 Cuscinetto a sfere a contatto obliquo 32, 33, 52, 53, 70, 72, 73, 78, 79 Cuscinetto radiale orientabile a sfere 12, 13, 22, 23, 112, 113, 115 Cuscinetto a sfere separabile BO, E, L Cuscinetto radiale a rulli cilindrici N2, N3, N4, N22, N23 NJ2 NJ3, NJ4, NJ22, NJ23 NU2 NU3, NU4, NU22, NU23 NUP2 NUP3, NUP4, NUP22, NUP23 NF2 NF3, NF4 NN NN30, NNU49 Cuscinetto a rulli conici 302, 303, 313, 320, 322, 323, 329, 330, 331, 332 Cuscinetto radiale orientabile a rulli 213, 222, 223, 230, 231, 232, 239, 240, 241 Cuscinetto assiale a sfere 511, 512, 513, 514, 522, 523, 524 Cuscinetto assiale orientabile a rulli 292, 293, 294 224 Dispositivi e componenti di macchine Unità C1 CODIFICA DEL FORO DEL CUSCINETTO Il codice del foro indica la dimensione del foro del cuscinetto. Per fori con dimensioni da 20 mm a 480 mm si utilizza un numero a due cifre. Per ottenere la dimensione del foro bisogna moltiplicare per 5 il valore del codice relativo al foro. Ad esempio, il codice 62 04 identifica un cuscinetto radiale rigido a sfere con diametro del foro pari a (04 × 5) = 20 mm. I diametri di 10, 12, 15 e 17 mm rappresentano un’eccezione. Per questi casi, 00 indica un diametro di 10 mm, 01 un diametro di 12 mm, 02 di 15 mm e il codice 03 corrisponde a un diametro di 17 mm. La dimensione del foro può essere separata dalla serie del cuscinetto attraverso una barra obliqua nel caso in cui il numero non sia divisibile per cinque, per esempio 63/22. Prefissi I prefissi sono usati piuttosto raramente. Servono quasi esclusivamente per i componenti individuali di cuscinetti completi o per identificare cuscinetti miniaturizzati. Suffissi Sono diversi e vengono utilizzati per indicare le alternative strutturali. I suffissi forniscono informazioni su: ◗ tenuta; ◗ tolleranze; ◗ lubrificante utilizzato; ◗ gioco interno. Tornando quindi all’esempio iniziale, al codice 62-04-2RS corrisponde un cuscinetto SKF della serie 62 (cuscinetto rigido a sfere), con diametro del foro uguale a 20 mm, doppia tenuta (la tenuta singola, solo su un lato avrebbe la sigla RS) e senza indicazioni particolari nel prefisso. Il secondo esempio, codice 32-08-2Z, corrisponde a un cuscinetto SKF della serie 32 (cuscinetto a due corone di sfere a contatto obliquo), con diametro del foro uguale a 40, con doppi schermi di protezione, (lo schermo singolo, solo su un lato avrebbe la sigla Z) e senza particolari indicazioni nel prefisso. C1.8 CRITERI NELL’APPLICAZIONE E NEL MONTAGGIO DEI CUSCINETTI VOLVENTI Nella scelta dei cuscinetti volventi è fondamentale che l’analisi e la progettazione delle macchine e delle attrezzature tenga conto delle esigenze che derivano dal tipo di cuscinetto che si vuole utilizzare e della sua modalità operativa. Per il montaggio occorre rispettare i seguenti criteri: ◗ tolleranze dimensionali e geometriche; ◗ coerenza tra carichi e tipo di cuscinetto; ◗ spallamenti per il bloccaggio assiale; ◗ montaggio di cuscinetti misti. 225 Modulo C La trasmissione del moto I fattori invece da cui dipende la scelta del tipo di cuscinetto sono: ◗ l’entità e la direzione del carico; ◗ lo spazio disponibile; ◗ l’allineamento delle sedi; ◗ la precisione; ◗ la velocità; ◗ la silenziosità; ◗ la rigidezza; ◗ lo spostamento assiale; ◗ la facilità di montaggio e smontaggio; ◗ la protezione e lubrificazione dei corpi rotolanti. Qualora in una progettazione sia previsto un carico prevalentemente radiale, la scelta del cuscinetto deve essere circoscritta alle serie radiali, preferendo prioritariamente i cuscinetti a sfere, più adatti per meccanismi medio-piccoli anche a velocità elevate. Qualora i carichi radiali fossero elevati rispetto agli ingombri disponibili è conveniente prevedere l’applicazione di cuscinetti a rulli. Se il carico prevalente è assiale e la velocità non è particolarmente elevata, la scelta può cadere sui cuscinetti assiali semplici (con carico diretto nello stesso senso) o a doppio effetto (con carico diretto nei due sensi). Per il bloccaggio assiale dei cuscinetti spesso si ricorre a specifici spallamenti che possono essere ricavati direttamente nelle sedi dei fori o sulle superfici degli alberi, ottenuti con anelli elastici o con distanziali. Gli spallamenti devono garantire una superficie di appoggio ampia per favorire la distribuzione delle forze assiali, ma contemporaneamente non devono bloccare la rotazione della ralla di rotolamento. Per le tolleranze di lavorazione delle sedi degli alberi e dei fori dei supporti è bene fare sempre riferimento ai cataloghi dei produttori. ESEMPI DI APPLICAZIONI Cuscinetto a sfere a contatto obliquo FIG. C1.29 Rappresentazione grafica del cuscinetto 7212-B 226 Dispositivi e componenti di macchine Unità C1 TAB. C1.4 d D B a D1 Da max Db max d1 da min r1 min ra1 max Parametri tabellati del cuscinetto 7212-B 60 mm r min 1,5 mm 1,5 mm 110 mm ra max 22 mm F 40° Angolo di contatto 47 mm m 0,808 kg Massa 90,8 mm Cr 59000 N Coeff. di carico dinamico, radiale 101 mm C0r 45000 N Coeff. di carico statico, radiale 104,4 mm nG 7500 1/min Velocità di rotazione limite 80,3 mm nB 6200 1/min N° giri di riferimento 69 mm Cur 3050 N Carico limite di fatica, radiale 1 mm 1 mm FIG. C1.30 Applicazione con cuscinetto a sfere a contatto obliquo FIG. C1.31 Applicazione con cuscinetto radiale a sfere e a rulli conici 227 Modulo C La trasmissione del moto FIG. C1.32 Applicazione con cuscinetti radiali a sfere FIG. C1.33 Rappresentazione semplificata (a sinistra) e simbolica (a destra) dei cuscinetti radiali FIG. C1.34 Rappresentazione semplificata (a sinistra) e simbolica (a destra) dei cuscinetti assiali Negli elaborati grafici sono consentite sia la rappresentazione semplificata che quella simbolica (vedi Fig. C1.33 e Fig. C1.34). 228 Dispositivi e componenti di macchine Unità C1 C1.9 CALCOLO DEI CUSCINETTI VOLVENTI Un cuscinetto dal punto di vista dimensionale viene scelto durante la fase di progettazione in relazione al carico cui è sottoposto, alla durata e alla sua affidabilità. In merito all’affidabilità occorre precisare che questa è tanto maggiore quanto migliore è il materiale impiegato per la sua costruzione; più idoneo è il ciclo dei trattamenti termici e più accurate sono le operazioni del processo tecnologico. Questa precisazione scaturisce dal fatto che esistono commercialmente cuscinetti simili come forma e dimensioni, ma che possono avere valori di affidabilità molto differenti a seconda del costruttore che li ha prodotti. Occorre sempre tener conto che la corretta funzionalità di un cuscinetto è espressa da due coefficienti, entrambi riportati nei cataloghi dei produttori, denominati: ◗ coefficiente di carico dinamico C ◗ coefficiente di carico statico C0. Il coefficiente di carico dinamico C è utilizzato nel calcolo dei cuscinetti quando questi sono sollecitatati dinamicamente ed è l’espressione del carico sul cuscinetto corrispondente a una durata di base di 1.000.000 di giri. Il coefficiente di carico statico C0 è utilizzato nel calcolo dei cuscinetti sollecitati staticamente. Rappresenta il carico che genera sulle piste di rotolamento e sui corpi volventi 1 una deformazione plastica irreversibile pari a 10000 del diametro del corpo volvente. DURATA DI UN CUSCINETTO Qualunque cuscinetto a rotolamento, correttamente scelto e conseguentemente montato, messo in esercizio in condizioni di carico di cui sopra, dopo un periodo di funzionamento manifesta inevitabilmente segni di affaticamento nelle zone più sollecitate (piste e corpi volventi) e questo comporta una loro inevitabile sostituzione. Le indicazioni relative all’usura dei cuscinetti sono diverse; tra le più significative si possono elencare: ◗ la rumorosità che in caso di usura aumenta in maniera tangibile; ◗ l’aumento della temperatura che si manifesta con il surriscaldamento dell’alloggiamento del cuscinetto; ◗ l’aumento di giochi e vibrazioni. Il carico a cui un cuscinetto può essere sottoposto è funzione del tempo e quindi qualunque cuscinetto può svolgere la sua funzione per un periodo di tempo definito. La durata di un cuscinetto può essere espressa attraverso due modalità: la prima esprime la durata in milioni di giri (L10), la seconda in ore di funzionamento a velocità costante (L10h) garantite dal cuscinetto prima che abbia inizio la fase di deterioramento irreversibile. Definiamo durata di base di un cuscinetto la durata raggiunta o superata dal 90% di un lotto di cuscinetti campione sufficientemente grande. Definiamo altresì durata di esercizio di un cuscinetto la durata effettiva raggiunta da un cuscinetto. 229 Modulo C La trasmissione del moto Nella tabella sottostante, estratta dal manuale di cuscinetti SKF, sono riportati alcuni valori indicativi, utili in fase di progettazione, della durata di base (L10h) in ore, in relazione alla tipologia di macchina su cui sono montati. Tipo di macchina L10h (ore di funzionamento) Apparecchiature di uso domestico, macchine agricole, strumenti, attrezzature mediche. 300 ÷ 3000 Macchine con funzionamento per brevi periodi o a intermittenza, utensili elettrici portatili, paranchi d’officina, macchine per l’edilizia. 3000 ÷ 8000 Macchine a funzionamento con alta affidabilità operativa, per brevi periodi o a intermittenza: ascensori, montacarichi, gru per merci imballate o fusti imbracati, balle ecc. 8000 ÷ 12 000 Macchine con funzionamento per 8 ore al giorno ma non sempre pienamente utilizzate: azionamenti su ingranaggi per impiego generale, motori elettrici per le industrie, frantoi rotativi. 10 000 ÷ 25 000 Macchine con funzionamento per 8 ore al giorno e pienamente utilizzate: macchine utensili, macchine per da legno, macchine varie per l’industria, gru per merci alla rinfusa, ventilatori, trasportatori a nastro, macchine da stampa, separatori e centrifughe. 20 000 ÷ 30 000 Macchine con funzionamento continuo per 24 ore al giorno: riduttori per laminatoi, macchine elettriche di medie dimensioni, compressori, montacarichi per miniere, pompe, macchinari per l’industria tessile. 40 000 ÷ 50 000 Macchine per opere idrauliche, forni rotativi, cordatrici, dispositivi di propulsione per navi oceaniche. 60 000 ÷ 100 000 Macchine da carta, grandi macchine elettriche, centrali elettriche, pompe e ventilatori per miniere, cuscinetti per linee d’asse di navi oceaniche. >100 000 TAB. C1.5 Valori orientativi della durata di base richiesta L10h per diversi tipi di macchine Quando la velocità di rotazione del cuscinetto è costante, la sua durata può essere calcolata in ore mediante la seguente relazione: L10h = Lh = L × 106 (h) n × 60 in cui: L10h = Lh = durata a fatica nominale (h) n = numero dei giri (giri/min) Il procedimento di calcolo previsto dalla ISO 281 per la durata di un cuscinetto sollecitato dinamicamente, è basato sull’affaticamento del materiale come discriminante della durata del cuscinetto stesso. La relazione di calcolo risulta essere la seguente: ⎛C ⎞ L10 = L = ⎜ ⎟ ⎝P⎠ p (in 106 giri = milioni di giri) in cui: L10 = durata del cuscinetto (106 giri) C = coefficiente di carico dinamico (N) P = carico dinamico equivalente (N) p = esponente della durata e varia in funzione del tipo di cuscinetto: p = 3 10 per cuscinetti a sfere p = per cuscinetti a rulli 3 230 Dispositivi e componenti di macchine Unità C1 Calcolo dei cuscinetti sollecitati staticamente Il calcolo della durata di un cuscinetto sollecitato staticamente, si effettua in funzione del coefficiente del carico statico C0 determinato dalla seguente relazione: C0 = s0 ∙ P0 in cui: C0 = coefficiente di carico statico (N) s0 = coefficiente di sicurezza relativo al carico statico (valore tabellato) P0 = carico statico equivalente (N) Nel caso in cui fossero compresenti carichi con componente radiale e assiale, si procederà al calcolo del carico statico equivalente mediante la seguente relazione: P0 = X0 ∙ Fr + Y0 ∙ Fa in cui: P0 = carico statico equivalente (N) X0 = fattore relativo al carico radiale del cuscinetto Y0 = fattore relativo al carico assiale del cuscinetto Fr = carico radiale effettivo (N) Fa = carico assiale effettivo (N) Si definisce carico statico equivalente il carico radiale (nel caso di cuscinetti radiali) o assiale (nel caso di cuscinetti assiali) che, applicato singolarmente, avrebbe sul cuscinetto i medesimi effetti del carico reale. I fattori di carico radiale (X) e assiale (Y), sono valori tabellati per ciascun tipo di cuscinetto. Quanto detto per il calcolo dei cuscinetti sollecitati staticamente, vale anche per il calcolo dei cuscinetti sollecitati dinamicamente. Con la relazione seguente calcoliamo il coefficiente di carico dinamico (C): C = P ∙ (L10)1/p in cui: C =coefficiente di carico dinamico (N) P = carico dinamico equivalente (N) L10 = durata di base (milioni di giri) p = coefficiente specifico cuscinetto (esponente della durata) che come visto sopra, ha valore 3 per cuscinetti a sfere, 10 per cuscinetti a rulli 3 Il carico dinamico equivalente (P) corrisponde al carico che agisce sul cuscinetto quando lo stesso risulta costante in direzione, grandezza e verso. La relazione sarà: P = Fr quando il carico agisce in modo radiale (su un cuscinetto radiale), oppure P = Fa quando il carico agisce assialmente (su un cuscinetto assiale). Nel caso di cuscinetti con carichi misti (cuscinetti obliqui o a rulli montati indifferentemente a X oppure a O), se risulta presente sia la componente assiale che quella radiale, il carico dinamico equivalente (P), si calcola con la seguente relazione: P = X ∙ Fr + Y ∙ Fa in cui: P = carico dinamico equivalente (N) Fr = carico radiale effettivo (N) Fa = carico assiale effettivo (N) X = fattore relativo al carico radiale del cuscinetto Y = fattore relativo al carico assiale del cuscinetto 231 Modulo C La trasmissione del moto C1.10 GUARNIZIONI E TENUTE STATICHE E DINAMICHE Nella progettazione di macchine od organi di macchine è quasi impossibile che non vi siano parti a contatto con l’esterno. Queste situazioni possono richiedere il contenimento di un fluido oppure la necessità di evitare che un fluido, o una qualunque impurità, penetri all’interno del meccanismo. Teoricamente sarebbe sufficiente progettare e costruire superfici perfette dal punto di vista degli accoppiamenti che non permettano il verificarsi di questa problematica. Per raggiungere l’obiettivo di contenimento in ingresso e in uscita di elementi estranei al dispositivo si utilizzano le guarnizioni o tenute, statiche o dinamiche. Un’ulteriore suddivisione classifica le tenute dinamiche in: tenute dinamiche alternative e tenute dinamiche rotanti. Le guarnizioni o tenute non sono utilizzate solo in meccanismi complessi, con alberi in rotazione o in movimento rettilineo alternato, ma anche in situazioni molto più semplici quali possono essere: serbatoi di olio, coperchi di un motoriduttore, passi d’uomo per ispezioni ecc. In queste circostanze si ricorre a elementi costituiti da materiale resistente, ma deformabile che, compresso dall’elemento di chiusura e interposto tra le due parti, chiude tutte le possibili fessurazioni delle superfici a contatto. Questa tipologia di tenuta, definita statica, si può realizzare con un dispositivo di forma toroidale prevalentemente in gomma o altro materiale sintetico, denominato O-ring o più comunemente OR. Le tolleranze di accoppiamento consigliate per l’accoppiamento degli O-ring con la rispettiva sede sono: g7/H8. Come si può notare nella Fig. C1.37, gli O-ring possono essere utilizzati anche in applicazioni dinamiche. FIG. C1.35 O-ring FIG. C1.37 O-ring applicazione dinamica 232 FIG. C1.36 O-ring applicazione statica Dispositivi e componenti di macchine Unità C1 Si consiglia di utilizzare gli O-ring in applicazioni dinamiche quando il movimento rotatorio (assiale) non sia particolarmente veloce. Quando la velocità di rotazione o di movimento rettilineo caratterizza il sistema è bene utilizzare un’altra tipologia di guarnizione. Si ricorre allora agli anelli di tenuta a labbro flessibile. Gli accoppiamenti consigliabili in queste circostanze sono h9/H8 con l’albero rettificato e quindi con grado di rugosità Ra = 0,2 ÷ 0,6. Guarnizioni a labbro FIG. C1.38 Esempi di applicazioni di guarnizioni Gli anelli di tenuta a labbro flessibile vengono posizionati in apposite sedi ricavate nel supporto (Fig. C1.38) mentre la parte deformabile è accoppiata con l’albero; quest’ultima, comprimendosi sulla sua superficie, sviluppa un attrito quasi nullo. La sezione aperta dell’anello deve essere sempre rivolta nella direzione del fluido da trattenere. 233 Modulo C La trasmissione del moto FIG. C1.39 Sezioni di alcuni anelli di tenuta commerciali (immagine SKF) È sempre opportuno, durante la fase di progettazione, fare riferimento ai cataloghi dei costruttori poiché le forme, i materiali, le applicazioni più specifiche, i consigli da parte di esperti, concorrono a progettare dispositivi nella maniera più rapida, funzionale ed economicamente vantaggiosa. Questo grazie anche alle specifiche specializzazioni dei costruttori. Per i movimenti rettilinei si riservano le guarnizioni a labbro a U. Questo tipo di guarnizione ha un labbro più flessibile (Fig. C1.40); durante il movimento è il fluido stesso a comprimere questo labbro contro la superficie di scorrimento, facilitando la tenuta. Nel caso di movimento rettilineo alternato le guarnizioni devono essere due e contrapposte. Seguono alcuni esempi. FIG. C1.40 Guarnizione a labbro 234 FIG. C1.41 Accoppiamento guarnizione-albero con tenuta sull’albero Dispositivi e componenti di macchine Unità C1 FIG. C1.42 Guarnizione a labbro con tenuta nel foro FIG. C1.43 Applicazione di guarnizione in feltro ad anello Guarnizioni a labirinto Quando le condizioni operative di un dispositivo meccanico sono particolarmente gravose dal punto di vista della protezione da agenti esterni (è il caso di impianti per la lavorazione del calcestruzzo, particolari macchine movimento terra, frantoi di ghiaia o sabbia ecc.), si ricorre a guarnizioni a labirinto. Il funzionamento di queste particolari guarnizioni sfrutta la difficoltà che hanno le particelle solide e/o fluide di superare il percorso, appunto a labirinto, in cui sono obbligate a passare. Tuttavia in fase di progettazione occorre tenere presente l’eventuale dilatazione termica. Occorre cioè evitare che, durante il funzionamento, non vi sia contatto tra elementi vicini. Inoltre, quando uno dei due elementi è in rotazione, l’effetto centrifugo fa sì che l’efficacia della tenuta migliori notevolmente. FIG. C1.44 Guarnizione a labirinto (immagine SKF) 235 Modulo C La trasmissione del moto Guarnizioni piane Le guarnizioni piane vengono utilizzate su superfici che devono essere preparate in maniera adeguata. Non devono avere solchi o difettosità e la rugosità deve avere un valore Ra compreso tra 0,8 e 1,2 µm. Sono generalmente realizzate in amianto, grafite, tela gommata, materiale plastico. Spesso si utilizzano delle guarnizioni semi-liquide (ad esempio negli stampi a freddo, nei gruppi di alcune pompe idrauliche, in alcune parti di motori endotermici) che solidificano in breve tempo e resistono anche a temperature significative. Possono avere forma cilindrica o sagomata a seconda del loro utilizzo e applicazione. FIG. C1.45 Guarnizioni sagomate Concludendo, possiamo dire che le guarnizioni o tenute, hanno il precipuo scopo di evitare che in un meccanismo penetri o che da esso fuoriesca qualunque sostanza non prevista durante la fase di progettazione. 236 Dispositivi e componenti di macchine Unità C1 VERIFICA UnitÀ C1 Domande a risposta breve 1 Descrivi le differenze più significative che esistono tra un albero condotto e un albero conduttore. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 2 Fornisci una definizione di perno di estremità. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 3 Descrivi la funzione che hanno i supporti nell’ambito della progettazione di un dispositivo meccanico. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 4 Descrivi la funzione dei dispositivi di lubrificazione. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 5 Descrivi le caratteristiche dei principali materiali di costruzione delle bronzine. 6 Elenca le principali voci che caratterizzano un cuscinetto volvente. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 7 Definisci in maniera appropriata la durata di base e la durata di esercizio di un cuscinetto. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 8 Indica quali sono i fattori principali da cui dipende la scelta del tipo di cuscinetto. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 9 Indica i vantaggi e gli eventuali svantaggi dei cuscinetti volventi rispetto ai cuscinetti radenti. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 10 Fornisci una definizione di carico statico equivalente. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... Test vero o falso 1 Gli alberi di trasmissione possono essere orizzontali o verticali. 2 I perni di estremità sono sempre ricavati alle due estremità dell’albero. 3 Negli alberi verticali il perno di estremità è denominato perno di spinta. 4 I dispositivi per la lubrificazione sono utilizzati solo con i cuscinetti volventi. 5 I cuscinetti radenti sono comunemente denominati bronzine o cuscinetti a strisciamento. 6 I cuscinetti volventi sono denominati anche cuscinetti a rotolamento per effetto del rotolamento delle sfere al loro interno. 7 Per il bloccaggio assiale dei cuscinetti si fa sempre ricorso a opportuni spallamenti. 8 La durata di un cuscinetto è in funzione del tipo di grasso utilizzato. 9 Le bronzine sono realizzate solo in bronzo. 10 Le guarnizioni o tenute hanno la funzione di non fare entrare impurità nei meccanismi. 11 Le guarnizioni o tenute possono essere solo statiche. 12 Oltre alle guarnizioni a labbro, per gli alberi esistono anche le guarnizioni a orecchio. V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F 237 Modulo C La trasmissione del moto Esercizi 1 Esercizio svolto Dimensiona la sede su un albero ∅35 per un anello elastico di sicurezza con carichi assiali UNI 7435. Esegui il disegno con relative quote di lavorazione del perno di estremità. Indica la designazione da riportare nel riquadro delle iscrizioni. Premessa Gli anelli elastici di sicurezza possono essere per carichi leggeri (UNI 7435) oppure per carichi pesanti (UNI 7536), inoltre il carico può essere bilaterale oppure unilaterale. Quest’ultima ipotesi influenzerà la forma della sede. Generalmente il materiale con cui sono realizzati gli anelli elastici è un acciaio bonificato da molle con HRC 47÷52. Le dimensioni dell’elemento e della relativa sede devono essere ricavate dalla Tabella UNI 7435 (Tab. C1.6), dalla quale si è estratta, in maniera essenziale, la riga relativa al Ø35 con i valori fondamentali per la realizzazione della sede. TAB. C1.6 Dimensioni comuni d2 Serie pesante UNI 7436 d3 n s m1 Car. s m2 Car. nom. min. h11 H13 kN h11 H13 kN d1 nom. " .................................................................................................................................................... 35 " FIG. C1.46 33 toll. Serie normale UNI 7435 h12 31,5 3 1,5 1,6 26,7 2,5 2,65 26,7 .................................................................................................................................................... FIG. C1.47 Svolgimento Nelle Fig. C1.48 (A-B) vediamo due modalità di rappresentazione della sede di un anello elastico di sicurezza con relativa quotatura. Si noti la differenza della quotatura delle lunghezze. Nella figura A, non si tiene conto della lunghezza su cui poggerà l’elemento del quale bloccare il movimento assiale e l’azzeramento dell’utensile per la sua realizzazione avviene sulla superficie frontale del pezzo. Nella figura B invece si tiene conto della lunghezza su cui poggia l’elemento da bloccare; pertanto s’inserisce la quota funzionale al bloccaggio stesso azzerando l’utensile per la lavorazione della sede sul secondo spallamento. Occorre fare attenzione durante il processo di lavorazione perché nel primo caso non occorre aggiungere alla quota di spostamento lo spessore dell’utensile, mentre nel secondo caso occorrerà aggiungere lo spessore dell’utensile alla quota di spostamento. Un altro consiglio è di facilitare la lettura del disegno ricorrendo all’ingrandimento del particolare perché soprattutto per diametri piccoli la sede dell’anello elastico risulta troppo contenuta. 238 Dispositivi e componenti di macchine Unità C1 FIG. C1.48 È opportuno che in fase di progettazione si facilitino i compiti della produzione; pertanto, essendo il valore di n la distanza minima dal bordo, è conveniente accrescerla di 0,4 per portare la quota totale a 35 mm più comoda per eseguire tutte le misurazioni. La designazione da riportare nel riquadro delle iscrizioni sarà: Anello UNI 7435 – 35 2 Esercizio svolto Esegui il dimensionamento di massima dell’albero di rinvio di una trasmissione a cinghie, rappresentata nella Fig. C1.49. FIG. C1.49 239 Modulo C La trasmissione del moto Va precisato che la necessità operativa invaderà il campo specifico della meccanica. Non si può, infatti, completare l’attività proposta senza le opportune conoscenze meccaniche che consentiranno il dimensionamento e la progettazione dell’albero appartenente al dispositivo della Fig. C1.49. Si ipotizza che tale dispositivo sia utilizzato per un sistema di ventilazione industriale. Dati di progetto: • potenza nominale da trasmettere P = 15 KW • velocità di rotazione albero n = 600 giri/min • supporti a strisciamento • diametro delle due pulegge: d1 = 400 mm e d2 = 300 mm • entrambi gli angoli di avvolgimento siano di 180° Svolgimento Per determinare la sezione più sollecitata dell’albero e quindi definire con precisione il cosiddetto “diametro di nocciolo” occorre eseguire l’analisi degli sforzi che agiscono su di esso. Poiché detti sforzi provengono da una trasmissione a cinghie che, per semplificare, si suppongono piane, occorrerà determinare, attraverso il dato della potenza, la forza utile agente su entrambe le pulegge e quindi i supposti “tiri”. Si suppone che l’albero di rinvio in oggetto faccia parte di un sistema di riduzione della velocità; ipotesi accettabile poiché la maggior parte dei sistemi di trasmissione del moto riducono la velocità, partendo da un propulsore (elettrico o a combustione interna) e incrementano la coppia. Per questa ragione il moto “entra” dalla puleggia di diametro d1 (definita per questo motivo, nello schema Pm, puleggia motrice) ed esce dalla puleggia di diametro d2 (definita nello schema Pc , puleggia condotta). Il momento torcente che viene trasmesso dall’albero si calcola partendo dalla potenza nominale che in questo caso viene incrementata del fattore di servizio, poiché le trasmissioni a cinghie sono spesso oggetto di medie o forti irregolarità di moto. Dalle tabelle del manuale in uso, per l’impiego relativo al nostro caso, supponendo il motore elettrico “normale” e un utilizzo gravoso, ricaviamo che il fattore di servizio risulta essere: fs = 1,2. La potenza di calcolo Pc sarà espressa dalla seguente relazione: Pc = P · fs = 15 · 1,2 = 18 kW La velocità angolare di rotazione \ sarà calcolata con la seguente relazione: ω= 2π ⋅ n 2π ⋅ 600 = = 62,83 rad/s 60 60 Il momento torcente pertanto risulta: Mt = Pc 18000 = = 286,479 Nm = 286480 N mm ω 62,83 Puleggia 1 La forza utile F1 è quella che, agendo sulla puleggia, garantisce il momento torcente. Essa rappresenta quindi la differenza fra i due tiri quando il sistema si trova in condizioni stazionarie di trasmissione del moto. M 286480 F1 " t " " 1432,4 N 400 d1 2 2 A partire da questo dato si ricavano i due tiri T1 agente sul ramo più teso della cinghia e t1, agente sul ramo meno teso. Si suppone un attrito medio, tra cinghia e puleggia, pari a f = 0,3, valore minore di quello effettivo, ma che ci permette un maggior margine di sicurezza. 240 Dispositivi e componenti di macchine Unità C1 e f ⋅α e 0,3 ⋅π = 1432,4 ⋅ 0,3 ⋅π = 2346,9 N −1 e −1 e 1 1 t1 = F1 ⋅ f ⋅α = 1432,4 ⋅ 0,3 ⋅π = 914,5 N −1 e −1 e T1 = F1 ⋅ f ⋅α Conseguentemente, il tiro totale Ttot1, agente sulla puleggia 1, sarà: Ttot1 = T1 + t1 = 3351,4 N Nota: questa forza, diretta verso il basso, dovrebbe essere spostata rispetto al centro della puleggia, ma poiché il vantaggio che ne deriva dal considerarla applicata al centro è di gran lunga superiore all’errore che si commette, è utile adottare questa "approssimazione” senza rischi per la progettazione in essere. Puleggia 2 Per la puleggia 2 (sempre secondo la Fig. C1.49), deve essere seguito il medesimo percorso fatto per la puleggia 1. Si dovrà innanzitutto, determinare la forza utile F2 che, nell’ottica del riduttore di velocità (e quindi del moltiplicatore di coppia), dovrà essere maggiore della precedente. Infatti ricaviamo: F2 = Mt 286480 = = 1909,8 N 300 d2 2 2 con F2 > F1 Operando con le medesime considerazioni fatte la puleggia 1, si calcolano i due tiri della puleggia 2: e f ⋅α e 0,3 ⋅π 1909,8 = ⋅ = 3129,1 N e f ⋅α − 1 e 0,3 ⋅π − 1 1 1 = 1909,8 ⋅ 0,3 ⋅π = 1219,3 N t2 = F2 ⋅ f ⋅α e −1 e −1 T2 = F2 ⋅ Quindi il tiro totale dato dalla relazione sarà: Ttot2 = T2 + t2 = 4348,4 N Anche in questo caso valgono le stesse considerazioni viste per la puleggia 1 riguardo al posizionamento di questa forza sulla puleggia 2. Si procede poi allo studio della isostatica. FIG. C1.50 Per quanto riguarda la risoluzione della struttura isostatica che rappresenta l’albero di rinvio di questo esercizio, ci limitiamo a scrivere solo le due equazioni cardinali necessarie, vale a dire quella relativa all’equilibrio nella direzione verticale e quella relativa all’equilibrio alla rotazione. ⎧⎪∑ F = 0 y ⎨ ⎩⎪∑ M A = 0 241 Modulo C La trasmissione del moto Si considerano le forze verticali positive se dirette verso l’alto e i momenti positivi se orari. Pertanto si avrà: ⎧Ttot 2 − RA − Ttot1 + RB = 0 ⎨ ⎩⎪Ttot 2 ⋅ 0,4 + Ttot1 ⋅ 0,6 − RB ·1= 0 Dalla seconda equazione si ricava il valore di RB: T ⋅ 0,4 + Ttot1 ⋅ 0,6 = 3750,2 N RB = tot 2 1 Dalla prima equazione, inserendo il valore di RB appena calcolato, si ricava la seconda reazione vincolare: RA = Ttot2 + RB – Ttot1 = 4747,2 N Per completare l’analisi della struttura, si disegna il set di diagrammi relativi alle sollecitazioni a cui essa è sottoposta. Taglio FIG. C1.51 Lo sforzo di taglio ha l’andamento descritto nella Fig. C1.51: TP2 – A = Ttot2 = 4348,4 N TA – P1 = Ttot2 – RA = –398,8 N TP1– B = Ttot2 – RA – Ttot1 = –3750,2 N Correttamente il taglio, che su B incontra la reazione vincolare RB, si chiude a zero. Il valore di taglio massimo si ha nel vincolo A: Tmax = TA = RA = 4747,2 N Momento flettente FIG. C1.52 Lo sforzo di momento flettente che è quello più gravoso sull’albero, ha l’andamento descritto nella Fig. C1.52. Nota: (per le distanze dei bracci, si trasformano i metri in mm) Mf = +Ttot2 · 0 = 0 Nmm P2 Mf = +Ttot2 · 400 = +1739360 Nmm A Mf = +RB · 400 = +1500080 Nmm P1 Mf = +RB · 0 = 0 Nmm B Il valore di momento flettente massimo si ha, anche in questo caso, nel punto A, corrispondente al supporto di banco di sinistra. 242 Dispositivi e componenti di macchine Unità C1 Momento torcente FIG. C1.53 Il momento torcente è costante, dal punto in cui “entra”, ovvero sulla puleggia 1, fino a dove “esce”, sulla puleggia 2. Il suo diagramma, quindi, si presenta come una retta costante. Mt P1 – P2 = Mt = 286 480 Nmm Dall’analisi congiunta dei tre diagrammi non v’è dubbio alcuno che è la sezione A quella più sollecitata, corrispondente al supporto di banco di sinistra. Dimensionamento dei due perni di banco Perno A (perno intermedio). Il perno in questione che corrisponde, come appena verificato, alla sezione più critica dell’albero, deve essere dimensionato in prima istanza a flesso-torsione per ricavare il diametro minimo, quindi dimensionato nella sua lunghezza a pressione specifica dinamica, infine verificato allo smaltimento del calore (sollecitazioni queste ultime due, tipiche di tutti i perni con cuscinetti a strisciamento). a) Dimensionamento del diametro a flesso-torsione Poiché la sollecitazione globale mette in campo due diversi stati tensionali, occorre affidarsi alla formula di Poncelet che riduce, a seguito della teoria di Von Mises sugli stati tensionali biassiali, la flesso-torsione a una semplice flessione, da considerarsi tuttavia ideale. Mf id − A = MfA2 + 0,75 ⋅ Mt A2 = 1756965,1 N mm Acquisito il valore della flesso-torsione ideale nel punto A, è possibile eseguire un dimensionamento del diametro nello stesso punto solo a flessione. Il materiale con cui si realizzerà l’albero, (non specificato nei dati di progetto), sarà scelto in relazione alla potenza che deve trasmettere. Considerato che la potenza corrisponde a: P = 15 kW, è possibile far ricadere la scelta su un acciaio al carbonio di tenore medio alto, allo stato Bonificato, quindi un acciaio C 60 UNI EN ISO 683-1:2018. Il carico di rottura (vedi manuale di meccanica in uso), viene assunto pari a: Rm = 750 Mpa La motivazione della scelta effettuata è giustificata dalla circostanza che si prevede di trovare un diametro compreso nel range più estremo, 40 ÷ 100 mm e che sarà adottato il valore più basso, per rimanere in ambito di massima sicurezza. Poiché la sollecitazione è da considerarsi affaticante occorrerà considerare un ulteriore coefficiente di sicurezza, oltre a quello classico (coefficiente di sicurezza statico). Essendo la sollecitazione di fatica alterna simmetrica, si avrà: R σ amm statica = m s In cui s corrisponde al coefficiente di sicurezza statico (da assumersi fra 2,5 e 3,5). Pertanto si avrà: σ amm statica = 750 = 250 Mpa 3 Si procede alla definizione della tensione ammissibile a fatica, secondo la seguente formula: 1 1 σ amm f = ⋅ σ amm statica = ⋅ 250 = 83,3 Mpa 3 3 243 Modulo C La trasmissione del moto Il dimensionamento avviene a partire dall’equazione di stabilità alla flessione secondo la seguente formula: Mf σ id − A = id − A WfA Per ragioni di sicurezza, il valore di σid – A non deve superare quello imposto di ammissibilità. Ragion per cui l’equazione diventa: Mf σ amm f = id − A WfA da cui si ricava il modulo di resistenza a flessione: Mf 1756965,1 WfA = id − A = = 21083,58 mm3 σ amm f 83,3 Considerando la sezione di nocciolo del perno A, tonda, il valore di Wf risulterà: π WfA = d A3 32 da cui: dA = 3 32 ⋅ WfA = 59,88 mm π dimensione che indurrà alla scelta del diametro A = ∅ 60 mm. b) Dimensionamento della lunghezza a pressione specifica Si consiglia l’utilizzo della formula della pressione specifica dinamica come parametro per la definizione della lunghezza minima di un perno a strisciamento, la formula, applicata sulle notazioni relative a questo esercizio diventa: psp = RA dA ⋅ lA in cui lA rappresenta la lunghezza minima di sicurezza in grado di garantire la stabilità a pressione specifica dinamica. Il valore di pressione specifica ammissibile si può ricavare dal manuale in uso. Si opterà per un materiale antifrizione dalla riga genericamente attribuita ai perni portanti delle trasmissioni; quindi si sceglierà il valore di psp = pamm = 1 Mpa. Dalla formula precedentemente scritta si ricava lA: lA = RA = 79,12 mm d A ⋅ Pamm che per arrotondamento viene portato a lA = 80 mm. l che, per la tipologia di applicazione scelta, A questo punto è opportuno effettuare la verifica del rapporto d viene suggerito tra 1 e 2: l A 80 = = 1,33 d A 60 Il valore ottenuto dal rapporto rientra pienamente nel range suggerito. c) Verifica della lunghezza a smaltimento del calore Per un perno a strisciamento che ruota a velocità superiore ai 300 giri/minuto è sempre bene effettuare la verifica che il calore necessariamente generato per attrito, venga correttamente smaltito e che tale calore non provochi surriscaldamenti nocivi per il corretto funzionamento di tutto il dispositivo. La formula suggerita è la seguente: 244 Dispositivi e componenti di macchine Unità C1 lmin_ sc = RA ⋅ n K in cui lmin_sc è la minima lunghezza che garantisce stabilità allo smaltimento di calore, RA è la forza agente ortogonale all’asse di rotazione del perno, n è la velocità di rotazione in giri/minuto e K è un coefficiente in funzione del tipo di lavorazione, lubrificazione e raffreddamento del perno. Fattore, quest’ultimo, che è possibile ricavare dalla Tab. C1.7. TAB. C1.7 Valori del coefficiente K e del corrispondente prodotto p · v Grado di lavorazione K p·v e condizioni di funzionamento (N/mm min) (Nm/mm2 s) Lavorazione corrente, lubrificazione scarsa, assenza di raffreddamento 15000÷20000 0,8÷1,0 Lavorazione accurata, lubrificazione ordinaria e raffreddamento in aria calma 35000÷40000 1,8÷2,1 Lavorazione accurata, lubrificazione ordinaria e raffreddamento con aria corrente 55000÷60000 2,9÷3,1 Lavorazione accurata, lubrificazione forzata e raffreddamento in aria calma 60000÷75000 3,1÷4,0 Lavorazione accurata, lubrificazione forzata e raffreddamento con corrente d’aria veloce 95000÷140000 5÷7 Lavorazione accurata, lubrificazione forzata e raffreddamento artificiale dell’olio 150000÷240000 fino a 500000 8÷12,5 fino a 26 La scelta ricade sulla seconda riga, che garantisce un grado medio di lavorazione/lubrificazione/raffreddaN mento. Si assume un valore di K = 38000 . Pertanto il valore minimo che deve avere il perno in A mm ⋅ min per considerarsi in sicurezza dal punto di vista dello smaltimento del calore deve essere: lmin_ sc = 4747,2 ⋅ 600 = 74,85 mm 38000 Tale valore è inferiore a quello calcolato precedentemente e conferma il corretto dimensionamento globale del perno A. Perno B (perno di estremità). Il perno in questione sarebbe tecnicamente soggetto solo a taglio e torsione (cfr. diagramma del Mf ). Oggettivamente un minimo di flessione esiste poiché la forza RB è applicata in mezzeria della lunghezza lB del perno, pertanto dal punto in cui è applicata allo spallamento di battuta, c’è un braccio pari alla metà della lunghezza del perno stesso. Si procede allora sulla falsa riga del perno A. L’unica differenza consiste nell’approccio al dimensionamento del diametro di nocciolo che, evidentemente, non potrà essere effettuato con la formula usata prima. a) Dimensionamento del diametro a flessione È consigliabile effettuare il dimensionamento mediante la formula della pressione specifica, in maniera tale l da rimuovere, dalla formula stessa, la altrimenti necessaria determinazione del rapporto di cui per ovvie d ragioni, in queste fasi di calcolo, è impossibile la determinazione. La formula finale quindi risulta essere: dB = 4 16 ⋅ RB2 π ⋅ σ amm f ⋅ Pamm 245 Modulo C La trasmissione del moto Con i dati già a disposizione il valore di dB risulta: dB = 30,45 mm Conviene portare tale valore per arrotondamento a 35 mm per avere un diametro di estrema sicurezza. b) Dimensionamento della lunghezza a pressione specifica La formula da utilizzare è quella impiegata precedentemente per determinare la lunghezza del perno A, ovviamente declinata sui valori pertinenti al perno B, quindi avremo: RB lB = dB ⋅ Pamm Mantenendo il solito valore di Pamm = 1 Mpa, si ottiene: lB = 107,14 mm un valore chiaramente esagerato. l che nella trattazione dei perni a strisciamento funziona sempre come Basta calcolare il valore del rapporto d una “cartina tornasole”. Infatti, sono considerati perni ben proporzionati quelli che presentano un rapporto: l ≤ 2,2 1,3 ≤ d Nel nostro caso: lB " 3,06 dB Il risultato è un valore fuori range che determina un perno troppo soggetto a pericolose instabilità flessionali. Conviene aumentare il diametro e procedere per tentativi fino a quando non si raggiunge un buon compromesso fra i dati a disposizione e i valori limite da rispettare. Si riparte allora, imponendo un dB = 45 mm, ovviamente verificato a flessione. Dalla formula: RB lB = dB ⋅ Pamm con il nuovo valore di dB si ottiene: lB = 83,33 mm che viene arrotondato a lB = 85 mm. Si procede con la verifica: lB " 1,88 dB Tale valore rientra perfettamente nel range di buon proporzionamento così come calcolato sopra. c) Verifica della lunghezza a smaltimento del calore Si procede esattamente come per il perno A determinando la minima lunghezza che garantisce un buon smaltimento del calore che si produce per attrito radente fra perno e cuscinetto. R ⋅n lmin_ sc = B K Assumendo lo stesso valore di K e, come dato progettuale prudente, imponendo al perno B lo stesso grado di lavorazione/lubrificazione/raffreddamento del perno A, si ottiene: lmin–sc = 59,21 mm Essendo minore del valore di lB, conferma la verifica del perno in oggetto. 3 Esercizio svolto Proseguendo l’esercizio precedente, si possono determinare gli altri due diametri che dipendono da un’analisi delle sollecitazioni, ovvero il perno di calettamento della puleggia motrice, Pm (identificato sulla isostatica nel punto P1) e il perno di calettamento della puleggia condotta, Pc (identificato sulla isostatica nel punto P2). 246 Dispositivi e componenti di macchine Unità C1 FIG. C1.54 a) Determinazione del perno di calettamento di Pm in P1 Per capire con esattezza quali sollecitazioni sussistano nel punto P1, si riprenda lo schema di isostatica che rappresenta l’albero di rinvio oggetto dell’esercitazione. FIG. C1.55 Nel punto P1 (facendo sempre riferimento ai diagrammi ottenuti nell’esercizio C.1.1), le sollecitazioni che gravano sul materiale dell’albero sono: • taglio, con valore pari a: TP1 – B = –3750,2 N • momento flettente, con valore pari a: Mf = +1 500 080 N mm P1 • momento torcente, con valore pari a: Mt P1 – P2 = Mt = 286 480 N mm Considerando che l’incidenza del taglio sulla criticità dello stato tensionale è da considerarsi ininfluente (al limite si può compensare aumentando leggermente i vari coefficienti di sicurezza), sono di nuovo la flessione (in misura preponderante) e la torsione a essere protagonisti della stabilità del perno di calettamento P1. Per questo motivo, la sollecitazione è da considerarsi di flesso-torsione, e quindi si deve procedere esattamente come nello sviluppo dei calcoli relativi al perno intermedio A. Con la seguente formula si calcola il momento flettente ideale: Mf id − P 1 = Mf P21 + 0,75 ⋅ Mt = 1520458,2 Nmm Il materiale dell’albero, scelto precedentemente è già stato oggetto di analisi accurata pertanto, in condizioni di carichi affaticanti, può essere considerato capace di una Xamm f pari a: Xamm f = 83,3 MPa Ancora una volta si deve passare dall’equazione di stabilità alla flessione: Mf σ id −P1 = id −P1 Wf P1 247 Modulo C La trasmissione del moto Come al solito, il valore di Xid – P1 viene reso uguale al suo corrispettivo valore di tensione ammissibile e l’equazione diventa: Mf σ amm f = id −P1 WfP1 da cui si ricava il modulo di resistenza a flessione minimo della sezione P1: Mf 1520458,2 WfP1 = id −P1 = = 18252,8 mm3 σ amm f 83,3 Invertendo la formula per un Wf riferito a una sezione tonda, si ricava il diametro di nocciolo in P1: dP 1 = 3 32 ⋅ Wf P1 = 57,07 mm π Questa valore non verrà arrotondato perché occorre tenere conto del sistema di calettamento della puleggia motrice, in P1. La soluzione più indicata, per semplicità, affidabilità, condizioni di carico, è l’utilizzo di una linguetta. Il diametro di calettamento dovrà essere pari al diametro di nocciolo dP1, aumentato almeno del valore della cava che, nelle tabelle della Norma UNI 6604 relative alle Linguette, è identificato con t1. Per un diametro di 57,07 mm, la linguetta da utilizzare è la b × h = 16 × 10 a cui corrisponde un valore di t1 pari a 6 mm. Il diametro finale d'P1, diventerà: d'P1 = dP1 + t1 = 57,07 + 6 = 63,07 mm Questo valore sconfina nel range di b × h = 18 × 11 cui corrisponde un valore di t1 pari a 7 mm. Se per arrotondamento in eccesso si assume un valore del diametro dP1 = 65 mm, il relativo diametro di nocciolo diventerebbe: dn – P1 = 65 – 7 = 58 mm Tale valore è di poco superiore al diametro minimo possibile, calcolato precedentemente. La scelta effettuata quindi è da ritenersi ideale anche in considerazione del perno di banco posizionato a sinistra della puleggia in P1 che ha diametro di 45 mm. In tal modo è garantita anche la montabilità / smontabilità del sistema che consiglia sempre diametri degli alberi via via digradanti dal centro verso gli estremi. Determinato il diametro, occorrerà dimensionare la lunghezza del mozzo che sarà in funzione della tipologia della puleggia scelta, della sua larghezza e del suo sistema di bloccaggio. Questo potrebbe essere un interessante esercizio che lo studente potrà sviluppare in maniera autonoma, ricercando su specifiche tabelle le varie pulegge che possono essere montate, eseguendo la scelta e ricavando tutti gli elementi mancanti. b) Determinazione del perno di calettamento di Pc in P2 Il perno che permette il collegamento della puleggia Pc all’albero di rinvio è da considerarsi un “perno di estremità”, ovvero un organo di collegamento soggetto unicamente alla sollecitazione di torsione. In pratica vi sarebbe anche una minima sollecitazione di flessione dovuta al fatto che la forza Ttot2 agisce “teoricamente” a metà del perno stesso e quindi fra il suo punto di applicazione e il diametro di spallamento che blocca a destra la puleggia e che di fatto rappresenta l’inizio del perno. Esiste pertanto un braccio, seppur piccolo, che genera momento flettente. Nonostante questo si dimensionerà il perno a pura torsione. Una volta completamente definito si potrà, eventualmente, verificare a flesso-torsione, sulla sezione di spallamento. Il momento torcente agente è un dato noto: Mt = 286 480 Nmm 248 Dispositivi e componenti di macchine Unità C1 Per il dimensionamento del diametro di nocciolo si fa riferimento all’equazione di stabilità alla torsione: M τmax = t Wt Per ragioni di stabilità il valore di Ymax che si raggiunge sull’esterno della sezione stessa, dovrà essere eguagliato al limite di ammissibilità. Per ricavare il valore di Yamm da potere utilizzare al fine del dimensionamento del perno di estremità, occorre riferirsi alle caratteristiche del materiale già effettuate nell’esercizio precedente. Per passare dal valore di Xamm a quello di Yamm si farà riferimento al criterio di Von Mises, di gran lunga il più adatto nelle fasi di approccio ai problemi relativi a costruzioni di organi di macchine, per il quale: σ τ amm = amm 3 Occorre però chiedersi che valore di Xamm utilizzare per definire un valore di Yamm adatto al nostro studio. Non è del tutto corretto usare il valore della Xamm f utilizzato nell’esercizio precedente per dimensionare le sezioni resistenti a flesso-torsione, perché questo valore si riferisce a un carico affaticante di natura alterna-simmetrica; situazione che, per la sollecitazione di flessione, descrive il tipo di sollecitazione. Nel caso di un perno come quello che si sta analizzando, per quanto il moto possa essere irregolare, non potrà dare origine a sollecitazione di torsione alterna-simmetrica. Nel caso più estremo la coppia trasmessa tenderà ad assumere un andamento contraddistinto da picchi o, al massimo, potrà azzerarsi. È estremamente improbabile una sua variazione di segno. Volendo tuttavia essere cauti e considerando anche gli inneschi di intaglio che potrebbero esserci nelle cave delle linguette, o nello spallamento che andrà a bloccare la puleggia Pc, potremmo considerare una fatica pulsante. Quindi: 750 σ amm statica = = 250 Mpa 3 da cui, considerando un ulteriore coefficiente di sicurezza pari a 1,5, per cautelarsi dalla fatica pulsante si applica la seguente relazione: σ σ amm f = amm statica = 166,7 Mpa 1,5 Richiamando le ipotesi di Von Mises, si passa al valore di: σ τ amm f = amm statica = 96,2 Mpa 3 È possibile ora determinare il modulo di resistenza a torsione minimo della sezione di nocciolo in P2: Mt Wt = = 2977,18 mm3 P2 τ amm f Considerando, ovviamente, la sezione di nocciolo tonda, avremo: π Wt = dP32 P2 16 Da cui deriva: 16 dP 2 = 3 ⋅ Wt P 2 = 24,75 mm π A questo valore occorre aggiungere l’incavo t1 della cava di linguetta. Per un diametro di 24,75 i manuali forniscono una misura del t1 pari a 4 mm. 249 Modulo C La trasmissione del moto Pertanto il diametro totale diventa: dP2 = dP2 + t1 = 28,75 mm Questa dimensione anche se arrotondata per eccesso a 30 mm, risulterebbe troppo piccola se confrontata col diametro del perno in A (60 mm). Una siffatta differenza di diametro è inaccettabile, in quanto darebbe origine a pericolosissimi effetti di intaglio proprio in corrispondenza dello spallamento. Considerato che non è possibile agire sul diametro del perno A, che è stato dimensionato con criteri di sicurezza ammissibili, l’unica soluzione possibile resta quella di aumentare il diametro del perno Pc appena calcolato. Il diametro dP2 definitivo, quindi, viene stimato seguendo il criterio di buon proporzionamento utilizzato normalmente per gli spallamenti (criterio non vincolante, ma da tenere sempre come riferimento) che consiglia la seguente relazione: D – d ≤ 20% d In cui D è il diametro maggiore dello spallamento e d è il diametro minore. Sostituendo al posto di D il valore di dA calcolato precedentemente, si ottiene: d A − dP 2 ≤ 30% dP′ 2 da cui: dP 2 ≥ dP 2 = 50 mm 1,2 Il diametro dP2 quindi, viene assunto di 50 mm che, con un t1 di 5,5 mm, presenta una sezione di nocciolo di diametro pari a 44,5 mm, maggiore del valore minimo calcolato precedentemente. Alla luce di questo dato è consigliabile controllare anche lo spallamento fra il diametro del perno di calettamento della puleggia Pm (in P1) e il perno B: dP 1 − dB 65 − 45 ⋅ 100 = ⋅ 100 = 44% dB 45 Tale valore non rientra nel criterio di buon proporzionamento sopra citato. Per questa ragione è lecito aumentare il diametro del perno in B fino alla quota giustificata di dB = 50 mm. Con questo ultimo accorgimento il criterio di buon proporzionamento risulta: dP 1 − dB 65 − 50 ⋅ 100 = ⋅ 100 = 30% dB 50 Valore che entra perfettamente nel range consigliato. In questo modo viene incrementata la resistenza del perno in B soprattutto per quanto concerne le sollecitazioni meccaniche a cui è sottoposto. Resta da verifil care se è rispettato il criterio del rapporto : d lB 85 " " 1,7 dB 50 Tale valore rientra pienamente nel range di accettabilità. Una prima bozza del perno finale pertanto, potrebbe essere la seguente: FIG. C1.56 250 Dispositivi e componenti di macchine Unità C1 A questo punto manca la definizione delle lunghezze, ma come detto sopra (a parte la lunghezza del diametro d3), la lunghezza dei diametri di calettamento delle pulegge dipenderanno dalla forma geometrica delle pulegge scelte. In merito ai sistemi di bloccaggio delle stesse si è visto che il metodo migliore per bloccare il movimento assiale della puleggia posizionata in d2, è un foro coassiale filettato per una vite a testa esagonale accoppiata a una rondella “spaccata” con funzione antisvitamento. Sul diametro d1, è possibile optare per una filettatura sull’albero che alloggi un dado medio o basso con rondella e se necessario un distanziale, (dipenderà dallo spessore della puleggia). In alternativa, è possibile utilizzare anche un anello elastico di sicurezza per alberi, UNI 7435. 4 Esercizio svolto Sempre partendo dal medesimo esercizio con gli stessi dati di progetto, si propone la sostituzione dei due cuscinetti a strisciamento con altrettanti cuscinetti volventi, facendo riferimento al Manuale dei cuscinetti SKF. Si impone come scelta iniziale di utilizzare due cuscinetti a sfere normali/standard, in quanto la natura dei carichi, puramente radiali, esclude scelte differenti e sicuramente più onerose. FIG. C1.57 a) Determinazione del cuscinetto a sfere in A FIG. C1.58 Occorre riprendere il valore della reazione vincolare in A, ovvero del carico che andrà a sollecitare radialmente il cuscinetto a sfere: RA = 4747,2 N Questo sarà il valore che assumerà, nel calcolo che segue le indicazioni del manuale SKF, il carico che viene identificato con Fr. Poiché per natura dei carichi esterni i perni di banco sono entrambi soggetti a carichi radiali, si può scrivere che P, il carico radiale equivalente, vale: PA = Fr = RA = 4747,2 N Occorre quindi stabilire il valore della durata di base richiesta, L10h, ricavabile dalla tabella sottostante estratta dal Manuale dei cuscinetti SKF. 251 Modulo C La trasmissione del moto TAB. C1.8 Tatta dal catalogo generale SKF 10000 EN Valori orientativi della durata di base richiesta L10h per diversi tipi di macchine Tipo di macchina L10h (ore di funzionamento) Macchine con funzionamento 8 ore al giorno e pienamente utilizzate: macchine utensili, macchine per da legno, macchine varie per l’industria, gru per merci alla rinfusa, ventilatori, trasportatori a nastro, macchine da stampa, separatori e centrifughe. 20.000 ÷ 30.000 Relativamente all’utilizzo riguardante la trasmissione oggetto di studio, (ventilatore industriale), la tabella indica un valore pari a: L10h = 20000 ÷ 30000 h Senza ulteriori specifiche, si sceglie un valore intermedio: L10h = 25000 h Si hanno quindi a disposizione tutti gli elementi necessari per determinare CA, il coefficiente di carico dinamico per il perno A: 1 ⎛ L ⎞p C A = PA ⎜60 ⋅ n ⋅ 10h6 ⎟ 10 ⎠ ⎝ giri in cui p = 3 per i cuscinetti a sfere, mentre n rappresenta la velocità di rotazione, espressa in ; nel minuto nostro caso, è bene ricordarlo, n = 600 giri/min. Sostituendo i valori, si ottiene: CA = 45833,7 N La scelta del cuscinetto più adatto deve essere effettuata consultando le tabelle dei cuscinetti radiali a sfere avendo prima stabilito, il diametro interno del cuscinetto che, in questo caso, è il diametro dA, calcolato precedentemente (vedi Esercizio 1). TAB. C1.9 Scelta del cuscinetto FIG. C1.59 Cuscinetti radiali a una corona di sfere D 40-60 mm (cuscinetto D = 60) Dimensioni principali d 55 60 252 D mm [omissis] 78 85 95 95 110 130 150 B 10 13 11 18 22 31 35 Coeff. di carico Dinam. Stat. C C0 Carico limite di fatica kN kN 31.9 16.5 20.8 30.7 55.3 85.2 108 11.4 14.3 15 23.2 36 52 69.5 Pu 0.49 0.60 0.74 0.98 1.53 2.20 2.90 Velocità di base di referenza Velocità limite Giri/1’ 17.000 16.000 15.000 15.000 13.000 11.000 10.000 Massa Appellativi Kg 11.000 10.000 9.500 9.500 8.000 7.000 6.300 0.11 0.20 0.28 0.42 0.78 1.7 2.75 61812 61912 *16012 *6012 *6212 *6312 *6412 Dispositivi e componenti di macchine Unità C1 Secondo i calcoli effettuati dA = 60 mm. Consultando il manuale dei cuscinetti nella sezione riguardante il tipo di cuscinetto ritenuto adatto, la scelta ricade su un cuscinetto a sfere SKF 6212, avente un D (diametro esterno) pari a 110 mm, e un B (larghezza) pari a 22 mm. Questo cuscinetto garantisce un valore di C pari a 55300 N, di poco superiore al valore richiesto, pertanto idoneo allo scopo per cui è stato scelto (vedi Tab. C1.9) b) Determinazione del cuscinetto a sfere in B FIG. C1.60 L’iter di calcolo per determinare il cuscinetto del perno di banco in B, è il medesimo rispetto a quello sviluppato per il perno A. La reazione vincolare è: RB = 3750,2 N Il risultato diventerà il corrispondente valore di PB: PB = Fr = RB = 3750,2 N Assumendo, per motivi di omogeneità lo stesso valore di L10h si effettuerà il calcolo di C con la formula: 1 ⎛ L ⎞p C B = PB ⎜60 ⋅ n ⋅ 10h6 ⎟ 10 ⎠ ⎝ Assumendo gli stessi valori di n e di p, si ottiene: CB = 36205,8 N È opportuno ricordare che in prima istanza (vedi esercizio 1) il dimensionamento del diametro del perno B aveva prodotto un valore di dB pari a 45 mm. In seguito, in fase di perfezionamento del proporzionamento, allo scopo di ottenere spallamenti che rispondessero a un criterio di “buon senso” (vedi esercizio 3), il diametro del perno B era stato aumentato a ∅ 50 mm. Si opera la scelta del cuscinetto facendo riferimento a quest’ultimo diametro. La scelta ricade (vedi Tab. C1.10) su un cuscinetto radiale a Sfere SKF 6210, avente un D (diametro esterno) pari a 90 mm, e un B (larghezza) pari a 20 mm. Questo cuscinetto garantisce un valore di C pari a 37100 N, di poco superiore al valore richiesto, pertanto perfettamente idoneo al nostro scopo. Si noti come la scelta dei cuscinetti a sfera permetta un ingombro assiale decisamente inferiore a quello dei cuscinetti radenti. Nel perno A, infatti, a fronte di una larghezza lA = 80 mm necessaria per il cuscinetto radente, utilizzando un cuscinetto radiale a sfere, la larghezza del perno di banco viene ridotta a lA = 22 mm. Nel perno B, parallelamente, a fronte di una larghezza lB = 85 mm, necessaria per il cuscinetto radente, utilizzando un cuscinetto radiale a sfere, la larghezza del perno di banco viene ridotta a lB = 20 mm. Il vantaggio offerto dai cuscinetti volventi rispetto ai radenti deriva dall'ingombro che è decisamente minore. 253 Modulo C La trasmissione del moto TAB. C1.10 FIG. C1.61 Cuscinetti radiali a una corona di sfere D 40-60 mm Dimensioni principali d 40 45 50 55 5 D mm [omissis] [omissis] 65 72 80 80 90 110 130 [omissis] B 7 12 10 16 20 27 31 Coeff. di carico Dinam. Stat. C C0 Carico limite di fatica kN kN 6.76 14.6 16.8 22.9 37.1 65 87.1 6.8 11.8 11.4 16 23.2 38 52 Pu 0.285 0.50 0.56 0.71 0.98 1.6 2.2 Velocità di base di referenza Velocità limite Giri/1’ 20.000 19.000 18.000 18.000 15.000 13.000 12.000 Massa Appellativi Kg 13.000 12.000 11.000 11.000 10.000 8.500 7.500 0.052 0.14 0.18 0.26 0.46 1.05 1.9 61810 61910 *16010 *6010 *6210 *6310 6410 Esercizio proposto Un perno di spinta di tipo anulare realizzato in acciaio, ruota alla velocità di 220 giri/min ed è caricato con una forza F di 15 kN. La ralla di centraggio è in bronzo, la lubrificazione in bagno d’olio non prevede la refrigerazione. Si calcolino i diametri e si esegua il disegno del particolare del perno di estremità. 254 UnitÀ C2 Le molle CONOSCENZE ➜ Conoscere le molle e il loro impiego. ➜ Conoscere le caratteristiche meccaniche e i vari tipi di molle. ➜ Conoscere i parametri necessari per definire una molla a compressione a trazione a torsione ed a flessione. ➜ Conoscere i materiali per la costruzione delle molle. ➜ Conoscere la normativa relativa alle molle. ➜ Conoscere le modalità di rappresentazione nel disegno tecnico. ABILITÀ ➜ Saper scegliere la molla più appropriata alle necessità di progettazione. ➜ Saper riconoscere e definire i vari tipi di molle. ➜ Saper cos’è la tensione di snervamento di un molla. ➜ Sapere quali sono i parametri necessari per definire una molla. ➜ Saper quali sono i principali materiali di costruzione delle molle. COMPETENZE ➜ Scegliere e disegnare un qualunque tipo di molla. ➜ Determinare i parametri necessari per la costruzione di una molla. ➜ Definire il processo produttivo di una molla. 255 Modulo C La trasmissione del moto C2.1 LE MOLLE GENERALITÀ Le molle sono organi meccanici elastici che, sotto l’azione di una forza finalizzata a comprimerle o allungarle, si deformano per poi riprendere la forma iniziale quando cessa l’azione della forza applicata. Questa capacità di allungamento e/o compressione per poi riprendere la forma iniziale può avvenire a condizione che non si superi la tensione di snervamento o punto di snervamento. Si definisce tensione di snervamento il valore in corrispondenza del quale il materiale inizia una deformazione plastica passando da un comportamento reversibile o elastico a un comportamento plastico irreversibile per effetto dello sviluppo di deformazioni che non cessano al cessare della causa che le ha prodotte. Le molle sono impiegate in numerose applicazioni tra cui possiamo annoverare: ◗ comando di organi in movimento; ◗ attenuazione degli urti; ◗ immagazzinamento di energia; ◗ riduzione o esaltazione delle vibrazioni. In linea generale il comportamento assunto dalle molle può essere riassunto dalla seguente relazione: F=k·f in cui F corrisponde alla forza a essa applicata, f corrisponde alla freccia o al suo “allungamento”, mentre k è il coefficiente di rigidezza. La rigidezza dipende dal materiale di cui è costituita la molla e dal sistema di montaggio. L’inverso della rigidezza 1 è definito “cedevolezza” e si rappresenta con il rapporto . k CARATTERISTICHE MECCANICHE DELLE MOLLE La caratteristica meccanica di una molla è definita come la capacità di immagazzinare energia generalmente definita da un coefficiente Cu = U / U’, dove U è la reale energia elastica immagazzinata dalla molla e U’ rappresenta l’energia corrispondente alla massima sollecitazione agente sull’elemento. La molla è il dispositivo elastico per eccellenza che ha la possibilità, date le sue caratteristiche, di assorbire energia meccanica, proporzionale alla forza applicata e di cederla al cessare della forza che ha generato la sua deformazione. Nella Fig. C2.1, possiamo vedere un assortimento di tipi di molla non esaustivo, ma significativo del dispositivo. Le molle, in funzione della deformazione che possono subire, si dividono in: 256 ◗ molle di compressione; ◗ molle di torsione; ◗ molle di trazione; ◗ molle di flessione. Le molle Unità C2 FIG. C2.1 Differenti tipi di molle (immagine Mollificio Bergamasco) C2.2 LA MOLLA DI COMPRESSIONE Le molle di compressione sono dispositivi che reagiscono a una forza indirizzata a comprimerle assialmente e conseguentemente a ridurne la loro lunghezza. Sono anche denominate molle di pressione. La loro struttura è caratterizzata da un filo a sezione circolare o rettangolare avvolto a elica intorno a un asse, con spire non a contatto per consentire appunto la compressione delle stesse. Le molle di compressione elicoidali sono generalmente di forma cilindrica, tuttavia vi possono anche essere forme coniche, biconiche, a bovolo. Le dimensioni al contrario possono essere molto differenti come visto in Fig. C2.1 in relazione all’utilizzo della molla stessa. FIG. C2.2 Molla di compressione (immagine Mollificio Bergamasco) FIG. C2.3 Rappresentazione di una molla a spira iniziale molata Sono largamente impiegate per il basso costo di produzione, per la facilità di utilizzazione anche in funzione del fatto che non richiedono una perfetta coassialità fra l’estremità fissa e quella mobile, inoltre l’elica può essere destrorsa o sinistrorsa. 257 Modulo C La trasmissione del moto FIG. C2.4 Parametri di una molla di compressione cilindrica Le spire iniziali e finali delle molle a elica a compressione si presentano ravvicinate e molate per realizzare opportune superfici di appoggio piane. Al fine di evitare fenomeni di flessione laterale è conveniente centrarle, all’interno o all’esterno delle due estremità. Parametri necessari per definire una molla di compressione I parametri necessari per definire una molla di compressione sono: ◗ d = diametro del filo; ◗ dg = diametro massimo dell’albero che si può introdurre nella molla; ◗ di = diametro interno corrispondente al diametro esterno della molla a cui viene sottratto due volte il diametro del filo della molla; ◗ de = diametro esterno di una molla; ◗ Df = alesaggio: è il diametro minimo di funzionamento della molla; ◗ p = passo (come per le filettature): è la distanza media tra due spire attive successive di una molla; ◗ Lc = lunghezza blocco: è la lunghezza massima della molla dopo il bloccaggio completo; ◗ L0 = lunghezza libera: è la lunghezza libera misurata nello stato non compresso della molla; ◗ N = numero di spire: rappresenta il numero totale di spire di una molla. Per conoscere il numero di spire attive occorre sottrarre al numero totale le due spire d’estremità; ◗ Fn = forza massima: rappresenta la forza massima che può essere applicata a una estremità; ◗ R = rigidità: determina la resistenza della molla dopo la sua compressione; ◗ molatura = indica: lo stato di lavorazione che ha subito l’estremità della molla: molata, tagliata ecc. 258 Le molle Unità C2 C2.3 LA MOLLA DI TRAZIONE Le molle di trazione sono molle che reagiscono a una forza assiale tendente a estendere la loro lunghezza. Sono anche denominate molle a tirare o molle tiranti, generalmente la loro costruzione avviene con filo di sezione circolare avvolto a elica intorno a un asse, con spire a contatto oppure non a contatto. FIG. C2.5 Molla di trazione (immagine Mollificio Bergamasco) FIG. C2.6 Parametri di molla di trazione Parametri necessari per definire una molla di trazione I parametri necessari per definire una molla di trazione sono: ◗ df = diametro del filo: indica lo spessore del filo utilizzato per produrre la molla; ◗ De = diametro esterno: rappresenta il diametro esterno di una molla. Viene calcolato aggiungendo due volte il diametro del filo al diametro interno della molla stessa; ◗ L0 = lunghezza libera: questa lunghezza aumenta durante l’utilizzo della molla; ◗ Ln = lunghezza massima: lunghezza misurata negli stessi punti di L0 con il carico massimo applicato; ◗ Fn = forza massima: rappresenta la forza massima che può essere applicata a una estremità; ◗ senso di avvolgimento: determina il movimento della torsione. L’avvolgimento a sinistra consente un movimento di torsione in senso orario, al contrario un avvolgimento a destra consente un movimento di torsione in senso antiorario. C2.4 LA MOLLA DI TORSIONE Le molle di torsione sono molle che hanno la capacità di reagire a un momento di torsione attorno al loro asse longitudinale. Sono solitamente realizzate con filo a sezione circolare avvolto a elica intorno a un asse e con le estremità capaci di trasmettere un momento torcente. 259 Modulo C La trasmissione del moto FIG. C2.7 Molla di torsione (immagine Mollificio Bergamasco) La più classica delle molle di torsione con cui tutti siamo venuti a contatto è la molletta da bucato. Sicuramente abbiamo utilizzato delle pinzette per bloccare dei fogli, per fermare oggetti ecc. Le molle di torsione, infatti, sono utilizzate prevalentemente per immagazzinare e rilasciare energia di rotazione o per mantenere una pressione su dimensioni ridotte. Parametri necessari per definire una molla di torsione I parametri necessari per definire una molla di torsione sono: ◗ d = diametro del filo: indica lo spessore del filo utilizzato per produrre la molla; ◗ Da = albero interno: corrisponde al diametro massimo dell’albero che si può introdurre nella molla; ◗ Di = diametro interno: rappresenta il diametro interno della molla e può essere calcolato sottraendo due volte il diametro del filo al diametro esterno della molla. Tale diametro diminuisce fino alla dimensione di (diametro interno) durante il suo utilizzo; ◗ De = diametro esterno: corrisponde al diametro esterno della molla. Come per il diametro interno anche questo diminuisce durante l’utilizzo della stessa; ◗ L0 = lunghezza di corpo: rappresenta la lunghezza a riposo, senza carichi applicati; ◗ Fn = forza massima: è la forza massima applicabile all’estremità di un ramo; ◗ Mn = momento massimo: è il momento massimo accettabile (N · mm) (per calcolare il momento si utilizza la relazione: M = F · Ls); ◗ R = rigidità angolare: questo parametro determina la resistenza esercitata dalla molla durante il funzionamento che diminuisce progressivamente. La sua unità di misura è il N · mm/grado; ◗ Ls = lunghezza dei rami: questa lunghezza è misurata dal centro del corpo fino alla cima del ramo; ◗ An = angolo massimo: corrisponde all’angolo massimo di rotazione della molla. C2.5 LA MOLLA DI FLESSIONE Le molle di flessione possono avere forme particolari, come le molle a lamina o le molle a tazza. Queste ultime sono utilizzate quando è necessario avere una elevata rigidezza con requisiti non lineari. Queste molle trovano il loro principale utilizzo nelle applicazioni meccaniche perché, oltre a risolvere problemi di ingombro attraverso la loro risposta elastica elevata in corrispondenza di un piccolo schiacciamento, a differenza delle tradizionali molle, permettono la soluzione di problemi legati a curve particolari. La loro peculiarità principale è quella di sviluppare una forza costante per una determinata lunghezza. Sono utilizzate nelle applicazioni in cui è fondamentale avere un pre-carico anche nei casi in cui l’usura potrebbe compromettere il sistema. Una applicazione frequen260 Le molle Unità C2 te si trova nei limitatori di coppia il cui utilizzo limita notevolmente gli ingombri, ma anche in tutte le bullonature dove è necessario un pre-carico costante. Strutturalmente sono costituite da dischi circolari di spessore costante e, quando non sono sottoposte a carico, si presentano in forma conica. Le molle a tazza possono essere montate sovrapposte con le conicità rivolte nella stessa direzione oppure con le conicità contrapposte. Adottando la prima soluzione è possibile ottenere rigidità superiori. Nel secondo caso occorre sempre provvedere ad applicare un pre-carico al fine di eliminare il gioco tra le superfici delle molle, attribuibile principalmente alla presenza di irregolarità superficiali. La loro classificazione avviene in relazione alla rigidezza e forma, caratteristiche determinate dal processo produttivo utilizzato per la loro realizzazione. CLASSIFICAZIONE DELLE MOLLE A TAZZA TAB. C2.1 Gruppo di appartenenza Tipologia di lavorazione 1 formata a freddo, per stampaggio non lavorata, t < 1,1 mm 2 formata a freddo, lavorata con spigoli arrotondati e t = 1 ÷ 6 mm 3 formata a freddo, lavorata su tutte le superfici, con superfici di appoggio, spigoli arrotondati e t = 6 ÷ 14 mm In base al materiale utilizzato e quindi alla loro rigidezza vengono ulteriormente suddivise in ulteriori tre gruppi: (A: rigida, B: media rigidezza, C: bassa rigidezza). FIG. C2.8 Caratteristiche e montaggio delle molle a tazza FIG. C2.9 Molla a lamina rettangolare FIG. C2.10 Molla a lamina trapezoidale 261 Modulo C La trasmissione del moto Le molle di flessione più semplici sono lamine incastrate da un lato e sottoposte dall’altra estremità a una forza F. Il sistema può essere considerato quello di una lamina incastrata e avente costante lo spessore S, la larghezza b, la lunghezza l e sottoposta alla forza F. Il momento massimo si ha nella sezione d’incastro e vale M = F · l. MOLLE A FOGLI E A BALESTRA Per migliorare le condizioni d’ingombro le molle a lamina si dividono in più strisce, aventi tutte la stessa larghezza b. Ognuna può essere considerata come l’unione di due strisce ricavate dalla lamina di partenza e simmetriche rispetto alla mezzeria. FIG. C2.11 Molla a fogli FIG. C2.12 Molla a balestra Le molle a balestra sono costruite con un pacco di lamine sovrapposte di lunghezza decrescente. La più lunga, quella superiore, viene chiamata “foglia maestra” ed è su questa che viene applicato il carico. Le lamine sono mantenute una sull’altra con dei bulloni oppure con una staffa di serraggio posta al centro della molla. FIG. C2.13 Molla a balestra bloccata con staffe di serraggio centrale C2.6 MATERIALI DA COSTRUZIONE DELLE MOLLE La qualità degli acciai per molle è unificata dalla UNI EN 10089:2006. I fili tondi di acciaio per molle trafilati crudi sono divisi in 5 classi secondo la Norma UNI EN 10270-1:2017, con caratteristiche progressivamente migliori dalla classe A alla E. 262 Le molle Unità C2 A seconda delle applicazioni le molle possono essere realizzate anche con altri materiali: ◗ plastica, materiale utilizzato prevalentemente per applicazioni ludiche o di design; ◗ polimeri, materiali compositi (poliestere rinforzato con fibra di vetro); ◗ acciaio, ad alte prestazioni, ma dal peso sostenuto. Implica un ulteriore costo per il rivestimento al fine di impedire l’ossidazione; ◗ acciaio inox, rispetto all’acciaio tradizionale è meno performante, ma ha il vantaggio di non ossidarsi; ◗ acciaio X7CrNiAl, adatto per molle piatte dalla forma complessa; ◗ titanio, dalle prestazioni variabili a seconda della lega, ma il suo peso, grazie al minore peso specifico del titanio, è piuttosto contenuto rispetto all’acciaio; ◗ tungsteno, materiale dall’elevato modulo elastico. Generalmente viene utilizzato legato con l’acciaio; ◗ tantalio, materiale dall’elevato modulo elastico. È utilizzato per applicazioni in campo chimico o che prevedono trattamenti chimici. Normalmente è legato con il tungsteno. C2.7 LA NORMATIVA SULLE MOLLE Le norme che unificano le molle, sono raccolte nelle tabelle UNI EN 13906. Sono titolate con la dicitura: “Molle a elica cilindrica di compressione e trazione” e sono composte da 7 parti: 1. termini, simboli e definizioni; 2. calcolo delle molle di compressione; 3. dati per l’ordinazione e la costruzione delle molle di compressione; 4. classificazione e collaudo delle molle di compressione; 5. calcolo delle molle di trazione; 6. dati per l’ordinazione e la costruzione delle molle di trazione; 7. classificazione e collaudo delle molle di trazione. Le tabelle UNI EN 16983:2016 e UNI EN 16984:2016 riportano l’unificazione delle molle tazza. Le tabelle UNI EN 10092-1:2004 e seguenti riportano le dimensioni delle foglie per le molle a balestra. C2.8 APPLICAZIONE DI ALCUNI TIPI DI MOLLE Le molle, siano esse di compressione, torsione, trazione, a disco, a tazza, cilindriche, coniche, a balestra ecc., sono utilizzate in tantissimi campi dell’attività umana. Tutti noi ogni giorno, utilizziamo le molle: molte penne e matite utilizzano le molle, per 263 Modulo C La trasmissione del moto fermare il bucato si utilizzano le molle, per parcheggiare lo scooter si utilizzano le molle. Non sono molti i dispositivi che non fanno uso delle molle, dagli elettrodomestici piccoli o grandi, alle automobili; si pensi agli ammortizzatori, all’apertura e chiusura delle valvole, all’apertura e chiusura degli sportelli, alla regolazione delle pedaliere ecc. Il settore aeronautico, il settore nautico, il settore spaziale utilizzano vari tipi di molle. Molte persone hanno visto le immagini del Rover, mezzo “sbarcato” su Marte, muoversi tra sassi e buche. Ebbene anche quel mezzo disponeva per la sua non facile attività di molle speciali alle quali sono richieste particolari performance di precisione e affidabilità. FIG. C2.14 Pulsanti di elettrodomestici e giocattoli FIG. C2.15 Ammortizzatori auto e moto FIG. C2.16 Ammortizzatori moto FIG. C2.17 Movimento valvole autovetture FIG. C2.18 Ormeggio imbarcazioni 264 Le molle Unità C2 VERIFICA UnitÀ Domande a risposta breve 1 C2 Fornisci una definizione di molla. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 2 Quali sono gli scopi più importanti per cui vengono utilizzate le molle? 3 Come sono classificate le molle in relazione alla loro possibile deformazione? 4 Che tipo di molla è impiegata in una classica molletta da bucato? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 5 Quali sono le proprietà delle molle a tazza? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 6 Come sono costruite le molle a balestra? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 7 Cos’è la foglia maestra? 8 Con quali materiali possono essere realizzate le molle? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 9 Qual è la norma che indica la qualità degli acciai per molle? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 10 Qual è la norma che unifica le molle? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 11 I fili tondi di acciaio per molle, trafilati crudi, sono divisi in classi: quante sono e qual è la relativa Norma UNI? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... Test vero o falso 1 Le molle una volta subita una deformazione non riacquistano più la forma originaria. 2 La tensione di snervamento si localizza nel punto in cui termina la fase di deformazione plastica. 3 Le molle sono utilizzate per ridurre le vibrazioni. 4 Le molle sono anche utilizzate per immagazzinare energia. 5 La cedevolezza è l’inverso della rigidezza. 6 Le molle di compressione sono realizzate solo con filo di forma cilindrica. 7 Nelle molle il senso di avvolgimento è sempre destrorso. 8 La pinza per bloccare i fogli è una molla di compressione. 9 Le molle a tazza possono avere solo forma a settore circolare. 10 Le molle a balestra sono realizzate con lamine uguali in larghezza e lunghezza. 11 Le molle sono realizzate solo in acciaio. 12 Le norme che unificano le molle, sono raccolte nelle UNI EN 13906-1:2003. V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F 265 Modulo B Dispositivi di collegamento Esercizi 1 Esercizio svolto Una molla elicoidale a sezione circolare con raggio medio dell’elica pari a R =10 mm e στ = 550 N/mm2, deve essere sottoposta a una forza di 800 N. Determina il diametro del filo. Svolgimento σ 4c −1 0,615 τmax = τ dove ϕ = + ϕ 4c − 4 c 2R e c= d ϕ = coeff. di Wahl R = raggio medio dell’elica d = diametro del filo c = rapporto di avvolgimento Ipotizzando in prima istanza un filo di ∅4 avremo: 2R 2 ⋅ 10 c= = = 5 (rapporto di avvolgimento) d 4 4c −1 0,615 19 0,615 ϕ= + = + = 1,3 (coeff. di Wahl) c 16 c 4c − 4 σ 550 τmax = τ → = 423 N 1,3 ϕ d3 64 F = τmax ⋅ = 423⋅ = 541,5 N (valore inferiore alla forza assegnata) 50 5R Pertanto il filo non ha un diametro sufficiente. Aumentiamo allora il diametro del filo scegliendo un ∅5, quindi avremo: 2R 2⋅10 c= = =4 d 5 4c −1 0,615 15 0,615 + = + = 1,4 (coeff. di Wahl) ϕ= c 12 4 4c − 4 σ 550 = 393 N τmax = τ = ϕ 1,4 d3 125 F = τmax · = 393⋅ = 982,5 N (valore superiore alla forza assegnata) 50 5R Pertanto il filo da scegliere sarà di ∅5. 2 Esercizio svolto È data una molla a lamina, di lunghezza L = 100 mm, altezza h = 3 mm, base b = 12 mm, con un carico di sicurezza di 450 N/mm2 e modulo di elasticità E = 206.000 N/mm2. Calcola il carico massimo, la freccia, il lavoro di deformazione. Svolgimento Il carico massimo sarà dato dalla relazione: σ ⋅ b ⋅ h2 450 ⋅12⋅ 9 F= = = 81 N (carico massimo) 6 ⋅100 6⋅ l Per il calcolo della freccia applichiamo la seguente: 2⋅10000 2⋅ l 2 = 450 ⋅ = 4,85 (freccia) f =σ⋅ 3⋅ 206000 ⋅ 3 3⋅ E ⋅ h Il lavoro di deformazione vale: L= 1 4502 ⋅ (100 ⋅12⋅ 3) 1 σ 2 ⋅V ⋅ = ⋅ = 196,6 N (lavoro di deformazione) E 206000 18 18 3 Esercizio proposto Una molla elicoidale, sollecitata a compressione da un carico di 600 daN, subisce una freccia di 60 mm. Progetta la molla sapendo che il diametro medio di avvolgimento deve essere di 45 mm e il materiale per la sua realizzazione sarà un acciaio UNI EN 10270-1:2017 con carico di rottura di 155 daN/mm2. Il carico di sicurezza kf, può essere considerato di 50 daN/mm2. 4 Esercizio proposto Rappresentare graficamente le molle dell'esercizio 3. 266 UnitÀ C3 Trasmissione del moto con giunti CONOSCENZE ➜ Conoscere i principi di funzionamento dei dispositivi denominati giunti. ➜ Conoscere le differenti tipologie di giunti. ➜ Conoscere le specificità dei giunti flessibili (HELI-CAL). ➜ Conoscere i limitatori di coppia (giunti di sicurezza). ABILITÀ ➜ Scegliere per ogni specifica progettazione, il giunto più idoneo tra: giunto rigido, giunto elastico, giunto articolato, giunto oleodinamico. ➜ Eseguire i calcoli per l’applicazione di un giunto rigido. ➜ Rappresentare graficamente i differenti tipi di giunti. COMPETENZE ➜ Progettare e rappresentare graficamente le differenti tipologie di giunti. ➜ Scegliere il giunto più appropriato allo scopo. ➜ Definire le differenti specificità di ogni singolo giunto. 267 Modulo C La trasmissione del moto C3.1 I GIUNTI GENERALITÀ I giunti sono dispositivi mediante i quali è possibile collegare le estremità di due alberi in maniera tale che il momento torcente posseduto da un albero sia trasmesso, mediante il giunto, anche all’altro con uguale potenza. Questo dispositivo realizza un accoppiamento rigido e può essere montato/smontato solo ad alberi fermi. Il loro principio di funzionamento e la loro struttura determinano anche la loro classificazione, pertanto è possibile individuare i seguenti tipi di giunti: ◗ giunti rigidi; ◗ giunti elastici; ◗ giunti articolati. C3.2 I GIUNTI RIGIDI I giunti rigidi sono dispositivi che hanno la funzione di collegare rigidamente le estremità di due alberi ai quali è richiesta una perfetta coassialità. Possono essere a dischi, a gusci, a manicotto, a catena, a denti. Il giunto a dischi o a flange è molto diffuso soprattutto perché è possibile impiegarlo con elevate velocità di rotazione. È costituito da due semigiunti e ciascun semigiunto è calettato sull’estremità dell’albero a esso corrispondente. Tra i semigiunti può essere interposto un anello distanziatore e il loro bloccaggio è realizzato per mezzo di bulloni. FIG. C3.1 Giunto rigido grezzo (immagine Eurotras) FIG. C3.3 Applicazione di un giunto rigido 268 FIG. C3.2 Rappresentazione grafica di un giunto rigido Trasmissione del moto con giunti Unità C3 Il numero di bulloni e il loro diametro è in relazione alle dimensioni del giunto che a sua volta dipenderà dalla coppia da trasmettere. Generalmente, come si evince dalla Fig. C3.2, per il loro centraggio uno dei due semigiunti è caratterizzato da un mozzo, l’altro da un foro entrambi aventi specifico diametro per un opportuno accoppiamento con gioco. Esempio: H7/g6. Un altro tipo di giunto rigido è il giunto a manicotto. Si caratterizza per praticità di montaggio e smontaggio. Economicamente vantaggioso è adatto per trasferire piccole e medie potenze per diametri ≤50; oltre questo diametro, (come da Fig. C3.4) sono sempre previste le linguette, una per ogni albero. FIG. C3.4 Rappresentazione di un giunto a manicotto FIG. C3.5 Giunto rigido a denti Il giunto a denti realizza il collegamento per mezzo di un innesto a denti. Con questo tipo di giunto, a parità di dimensioni esterne rispetto ad altre tipologie di giunti, è possibile trasmettere momenti torcenti molto più elevati. FIG. C3.6 Giunto a catena Il giunto a catena è costituito da due semigiunti le cui flange di contatto sono munite di altrettante corone dentate su cui si avvolge, tenendo uniti i due semigiunti, una catena doppia. Il giunto è estremamente pratico ed efficace pur non consentendo la trasmissione di carichi pesanti e regimi di rotazione elevati. C3.3 I GIUNTI ELASTICI I giunti elastici sono dispositivi che si caratterizzano per la presenza di componenti aggiuntivi molto flessibili generalmente in gomma. FIG. C3.7 Giunto elastico a inserti Questi componenti aggiuntivi, con la loro deformazione, consentono di collegare due alberi aventi piccoli spostamenti assiali o che abbiano movimenti angolari relativi di piccola ampiezza; inoltre l’elemento elastico consente di attenuare gli effetti di 269 Modulo C La trasmissione del moto FIG. C3.8 Giunto a pioli FIG. C3.9 Giunto Periflex FIG. C3.10 Giunto a molla (immagine SKF) FIG. C3.11 Giunti flessibili HELI-CAL 270 brusche variazioni del momento torcente. I giunti elastici possono essere a pioli rivestiti, a inserti, a molle, con collare (Periflex), flessibili. Il giunto a inserti (Fig. C3.7) è caratterizzato dall’interposizione tra i due semigiunti di un diaframma in gomma allo scopo di allineare modesti spostamenti assiali. La colorazione del diaframma (rosso, giallo ecc.), determina la durezza (in shore) della gomma. Per le loro peculiarità costruttive i giunti a inserti vengono anche definiti “parastrappi”. I giunti elastici sono prevalentemente utilizzati nelle trasmissioni con momenti torcenti di piccole entità e la loro caratteristica costruttiva contribuisce ad attutire vibrazioni e urti. Nello specifico il giunto elastico a pioli (Fig. C3.8) è particolarmente indicato per il collegamento di macchine elettriche e pompe. Anche il giunto elastico con collare in gomma Periflex (Fig. C3.9) consente di trascurare (entro determinati valori) l’allineamento assiale dei due alberi a fronte delle particolari caratteristiche costruttive, specifica peculiarità di tutti i giunti elastici. Nel caso di funzionamento a velocità elevate le aziende produttrici raccomandano una maggiore centratura delle parti rigide per evitare che, a causa del disassamento, la membrana in gomma possa deteriorarsi precocemente per il continuo lavoro a cui è sottoposta. Questo inconveniente potrebbe generare deformazioni ovviamente a scapito della sua durata di funzionamento. Nel giunto a molla (Fig. C3.10), l’elemento interposto tra i due semigiunti è una molla a nastro in acciaio. Le spire sono inserite in maniera alternata in opportuni intagli predisposti allo scopo e due coperchi impediscono alla molla sotto sforzo di uscire dalle relative sedi. La deformazione della molla risulta essere proporzionale allo sforzo applicato e la sua modificazione consente al giunto di attutire urti e vibrazioni. Anche con questo tipo di giunto è possibile recuperare il disassamento degli alberi sia assiale che radiale anche se contenuto entro valori non elevati. I giunti flessibili HELI-CAL (Fig. C3.11) sono caratterizzati da una sezione flessibile ricavata in un pezzo singolo che consente di eliminare i componenti in gomma quali per esempio inserti, boccole, pioli, dischi ecc. Il materiale di costruzione varia in funzione della coppia da trasmettere. Questi giunti compensano anche significativi disallineamenti degli alberi consentendo elevate velocità di rotazione ed elevata capacità di coppia a velocità costante. Non richiedono manutenzione e anche in presenza di disassamenti significativi, garantiscono stabilità e assenza di vibrazioni al sistema giunto-cuscinetti di supporto. Sono utilizzati su varie tipologie d’impianti, strumentazioni di precisione, encoder, viti a ricircolo di sfere, macchine utensili a controllo numerico. Trasmissione del moto con giunti Unità C3 C3.4 I GIUNTI ARTICOLATI I giunti articolati sono dispositivi impiegati per trasmettere il moto tra alberi inclinati e/o in trasmissioni molto lunghe per compensare i disassamenti degli alberi causati appunto dalla distanza tra l’albero conduttore e l’albero condotto. FIG. C3.12 Giunti articolati FIG. C3.13 Giunto cardanico su autoveicolo Il più noto e diff uso è il giunto cardanico (o cardano). È realizzato in forme e dimensioni differenti, secondo le condizioni d’impiego, ma sempre con lo stesso schema funzionale. Nella sua accezione più semplice il giunto cardanico è composto da un elemento centrale a forma di croce, detto appunto crociera, e da due semigiunti a forcella, ruotati di 90° l’uno rispetto all’altro. I quattro perni della crociera ruotano all’interno di boccole calettate sui bracci delle forcelle, creando un unico accoppiamento rotoidale. Dalle applicazioni iniziali in campo automobilistico il collegamento tramite giunti cardanici si è sviluppato sempre più per applicazioni industriali, dove le potenze da trasmettere sono notevolmente superiori. Le caratteristiche principali di un giunto cardanico sono: ◗ la capacità di compensare angoli elevati permettendo la trasmissione della coppia tra due alberi non in asse; ◗ nella versione con doppio giunto allungabile consente contemporaneamente spostamenti radiali e assiali; ◗ la capacità di trasmettere coppie elevate; ◗ la facilità di montaggio/smontaggio. FIG. C3.14 Giunto omocinetico (immagine SKF) Studi cinematici hanno evidenziato che per effetto dell’angolo α formato dagli assi degli alberi collegati, il rapporto di trasmissione istantaneo (inteso come rapporto delle velocità angolari istantanee delle forcelle condotta e motrice) non è costante, ma ha un andamento di tipo sinusoidale. Questo comporta una variazione della velocità angolare ω1 della forcella condotta rispetto alla velocità angolare ω2 della forcella motrice. Tale variazione aumenta con l’aumentare dell’angolo θ (angolo definito dall’albero condotto durante la sua rotazione). Subendo l’albero condotto periodiche variazioni di velocità, il suo utilizzo è sconsigliato quando l’angolo F tra i due alberi è maggiore di 10 ÷ 15°. All’aumentare dell’angolo tra i due alberi infatti, si evidenziano problematiche legate alla rumorosità e alla sicurezza. i= ω2 cos α = ω1 1 − sen 2 (α ) ⋅ cos 2 (θ) Alla variazione delle velocità angolari si può ovviare con il giunto omocinetico che in pratica corrisponde a un cardanico doppio. Con questa 271 Modulo C La trasmissione del moto soluzione gli effetti di variazione della velocità angolare del primo gruppo di giunti annulla lo sfasamento del secondo gruppo. La condizione affinché questo giunto funzioni correttamente è che le due forcelle del primo e del secondo gruppo siano allineate, abbiano cioè lo stesso angolo. Con il giunto omocinetico il rapporto di trasmissione i, risulterà espresso dalla seguente relazione: i= ω2 ω1 C3.5 I GIUNTI OLEODINAMICI I giunti oleodinamici sono anche denominati idraulici o idrodinamici e si differenziano da quelli meccanici per la mancanza appunto del collegamento meccanico tra la parte condotta e la conduttrice. Dal punto di vista schematico sono costituiti da una campana solidale all’albero motore dentro la quale si trovano due giranti a palette molto ravvicinate fra loro, una fissata alla campana l’altra all’albero condotto. La coppia viene trasmessa mediante il movimento di un fluido, generalmente olio che, per effetto della rotazione e della conformazione delle palette delle giranti, si sposta da quella più veloce a quella più lenta. In genere i giunti idraulici non trasmettono con regolarità la coppia; hanno quindi una scarsa sicurezza di trascinamento, insicurezza che aumenta con l’incremento del carico fino all’interruzione della trasmissione del moto quando il carico supera il range previsto. Inoltre è necessario ricorrere a un sistema di raffreddamento dell’olio in quanto la sua temperatura durante il funzionamento aumenta sensibilmente. C3.6 I GIUNTI DI SICUREZZA I giunti di sicurezza sono dispositivi montati sugli impianti quando vi è la necessità di eseguire un collegamento coassiale tra alberi e nello stesso tempo proteggere il meccanismo nel caso di sovraccarico da errori di manovra o di funzionamento prima che vengano danneggiati altri elementi a esso collegati. Il collegamento può essere realizzato e garantito attraverso un dispositivo meccanico, mediante superfici di frizione oppure mediante dispositivi elettrici elettronici o informatici. Nel caso più semplice con un dispositivo meccanico il sistema può prevedere una spina o un perno che garantisce il trasferimento del momento torcente definito e noto. Al superamento di questo avviene la rottura della spina o del perno con conseguente arresto del dispositivo condotto o conduttore. Il ripristino del sistema richiede la sostituzione dell’elemento rotto. Qualora si utilizzasse un dispositivo a frizione (limitatore di coppia) è possibile determinare la coppia di funzionamento e tarare il dispositivo tarando in maniera appropriata le molle a tazza predisposte allo scopo. Al superamento della coppia impostata 272 Trasmissione del moto con giunti Unità C3 l’elemento condotto “slitta” non trasferisce più coppia. Il sistema si ripristina automaticamente quando la coppia trasmessa ritorna al di sotto del valore massimo consentito. FIG. C3.15 Limitatore di coppia 1. Corpo del limitatore di coppia. 2. Ghiera di bloccaggio. 3. Molla a tazza. 4. Boccola per supporto elemento condotto. 5. Elementi anti-frizione. 6. Elemento condotto. 273 Modulo A La normativa tecnica C3 VERIFICA UnitÀ Domande a risposta breve 1 Fornisci una definizione generale di giunto. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 2 Quando vengono utilizzati i giunti rigidi? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 3 Qual è la caratteristica dei giunti a manicotto? Quando sono prevalentemente utilizzati? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 4 In un giunto rigido da cosa dipende il numero dei bulloni utilizzati per il bloccaggio dei due semigiunti? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 5 Com’è costituito un giunto a catena? Quando è consigliato il suo utilizzo? 6 Quando sono utilizzati i giunti elastici? Qual è la loro caratteristica? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 7 Un giunto flessibile (HELI-CAL) viene di solito utilizzato in circostanze particolari, sapresti elencare alcune di queste circostanze e perché è indicato questo tipo di giunto? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 8 Il giunto cardanico, rispetto ad altri tipi di giunto, ha alcune caratteristiche particolari, sapresti indicare quali? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 9 I giunti oleodinamici si differenziano dagli altri tipi di giunti per una caratteristica particolare. Sapresti indicare qual è questa caratteristica? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 10 Fornisci una spiegazione del perché in alcune circostanze sono utilizzati i giunti di sicurezza, indicando le parti principali del giunto. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... Test vero o falso 1 I giunti collegano i perni di estremità di due alberi. 2 Il bloccaggio dei giunti avviene sempre con bulloni. 3 Il giunto rigido è definito tale perché è realizzato sempre in acciaio. 4 Il numero dei bulloni di bloccaggio dei due semigiunti dipende dalla coppia da trasmettere. 5 Il giunto a gusci viene utilizzato nel caso si debba trasmettere una potenza medio-alta. 6 Il giunto a pioli rivestiti è utilizzato in applicazioni in cui i due alberi da collegare possono avere brusche variazioni del momento torcente. 7 Il giunto a molla utilizza una molla a trazione. 8 I giunti articolati possono trasmettere il moto tra due alberi perfettamente coassiali. 9 Il giunto cardanico è il più noto tra i giunti articolati. V F V F V F V F V F V F V F V F V F 10 I giunti idraulici o idrodinamici si differenziano da quelli meccanici per la mancanza di connessione meccanica tra la parte motrice e quella condotta. 274 V F Trasmissione del moto con giunti Unità C3 Esercizi 1 Esercizio svolto Esegui il collegamento mediante giunto rigido (vedi Fig. C3.2), fra due alberi coassiali che trasmettono una potenza nominale di 110 kW, a un regime di rotazione di 2500 giri/minuto. Il collegamento tra i due semigiunti avviene per mezzo di bulloni, atti a collegarli mediante attrito statico. Nel caso vi fosse la necessità, scegli ogni dato mancante con giustificato criterio. I giunti rigidi, come la maggior parte dei giunti di trasmissione, sono organi meccanici di trasmissione del moto che, normalmente, vengono scelti da catalogo sulla base del numero di giri a cui devono funzionare e della coppia che devono trasmettere. Supponi di dover provvedere alla produzione del giunto in maniera tale da soddisfare la specifica richiesta dei dati di progetto. Procedi al dimensionamento di entrambi i semigiunti, utilizzando solo la disponibilità commerciale dei bulloni e degli organi di collegamento albero-mozzo, definendo le dimensioni a seguito di criteri progettuali scientifici, laddove occorra studiare le sollecitazioni meccaniche in atto e a proporzionare, seguendo invece i criteri del “buon senso”, laddove alcune dimensioni non siano parte in causa della trasmissione di potenza. Dimensionamento degli alberi Poiché non vi sono dati di progetto specifici si suppone che i due alberi su cui saranno calettati i due semigiunti siano soggetti a sola torsione. Il materiale per la produzione dell’albero si suppone sia un acciaio al carbonio C40 UNI EN ISO 683-1:2018. Questo materiale si considera allo stato bonificato, pertanto avrà un Rm = 650 MPa. Eseguita questa scelta, si determina il valore di tensione ammissibile statica mediante la relazione: R σ amm = m s Si assume s, valore del coefficiente di sicurezza statico, pari a 3,5. Nota 1: il valore di s potrebbe sembrare un po’ alto secondo il comune utilizzo, ma è giustificato dalla scarsità dei dati di progetto. Questo impone un livello di sicurezza un po’ più elevato, rispetto alle normali condizioni progettuali nelle quali, normalmente, sono meglio specificate le condizioni di funzionamento degli elementi da progettare. Sostituendo il valore del coefficiente di sicurezza statico, nella relazione si avrà il valore della tensione ammissibile statica: 650 σ amm = = 185,7 MPa 3,5 Si procede a calcolare il valore di tensione ammissibile dinamica, considerato che non si considera appropriato riferirsi a una sollecitazione statica a tutti gli effetti. Pertanto è opportuno orientarsi su una fatica alterna simmetrica, condizione obiettivamente più grave della realtà poiché, in termini di torsione, è decisamente improbabile che quest’albero inverta frequentemente la coppia e quindi sulle sue sezioni trasversali si sviluppi un regime alterno simmetrico di tensioni Y. Tale condizione viene assunta nell’ottica di una progettazione in massima sicurezza (vedi Nota 1) che pertanto si concretizza nella assunzione del medesimo coefficiente di sicurezza, pari ancora a 3. 1 σ amm _ f = σ amm ⋅ = 62 MPa 3 A questo punto, facendo riferimento al criterio di Von Mises, si ricava il corrispettivo valore di Yamm_f . σ τ amm _ f = amm _ f = 35,8 MPa 3 Per il dimensionamento si fa riferimento all’equazione di stabilità alla torsione statica, considerando però il valore di tensione ammissibile tangenziale appena ricavato e ottemperando alle necessarie precauzioni di sicurezza nei confronti della fatica: M τ = t ≤ τ amm _ f Wt 275 Modulo B Dispositivi di collegamento Si determina, a questo punto, il momento torcente da trasmettere Mt, dopo avere calcolato la velocità angolare \: 2π ⋅ n = 261,8 rad/s ω= 60 P 110000 = 420,169 Nm ≅ 420170 Nmm Mt = = ω 261,8 L’equazione di stabilità, declinata sul suo argomento “dimensionale”, ovvero il modulo di resistenza a torsione, Wt, diventa: Mt 420170 = = 11763 mm3 Wt = τ amm _ f 35,8 Essendo la sezione resistente dell’albero da considerarsi a tutti gli effetti come circolare piena, il valore del Wt vale: π Wt = d 3 16 da cui si ricava il valore del diametro di nocciolo dell’albero: d = dn = 3 16 ⋅ Wt = 39,09 mm π Occorre anche tener conto della cava della linguetta. Per tale motivo il diametro effettivo dell’albero dovrà essere incrementato almeno del valore t1 della linguetta. Considerando un diametro effettivo pari a 45 mm e facendo riferimento alla Tab. C3.1, estratta dalla UNI 6604 avremo: d – t1 = 45 – 5,5 = 39,5 > dn TAB. C3.1 Campo di applicazione Diametro albero d ··· Linguetta Dimensioni nominali b×h ··· Da 44 a 50 14 × 9 ··· ··· Tolleranze su bh9 h ··· ··· 0 0 –0,043 –0,090 ··· ··· Cava Tolleranze sulla larghezza b Lunghezza l* ··· Per alberi Profondità Per fori Albero t1 N9 P9 D10 JS9 P9 Nom. Toll. Nom. ··· ··· ··· ··· ··· ··· ··· ··· ··· ··· 5,5 +0,2 0 4,4 +0,2 0 ··· ··· ··· ··· +0,043 0 –0,018 +0,120 –0,018 36 – 160 ±0,021 0 –0,043 –0,061 +0,050 –0,061 ··· Mozzo t2 H9 ··· ··· ··· ··· ··· ··· Toll. Per questa ragione applicheremo una linguetta UNI 6604 14x9 × “L”. La sua lunghezza sarà dimensionata nell'ultimo passaggio dell’esercizio. Proporzionamento parametrico del giunto NOTA 2: Per questa fase dell’attività di progettazione, faremo riferimento alla Fig. C3.3 e alle relative formule di proporzionamento parametrico* ivi riportate. Avendo determinato il diametro dell’albero d = 45 mm, calcoleremo ora i seguenti valori del giunto: De = ~2,5 · d + 100 = 212,15 mm ➪ 215 mm (diametro esterno) Dm = ~1,8 · d + 20 = 101 mm ➪ 100 mm (diametro esterno del mozzo) l1 = 1,5 · d = 67,5 mm ➪ 70 mm (larghezza esterna del semigiunto) Dv = 0,2 · d = 9 mm ➪ 10 mm (diametro esterno della filettatura di ogni singolo bullone**) Con l’ausilio di formulari presenti sui manuali e in funzione della Fig. C3.16, si ricava: * Il parametro di riferimento per il proporzionamento è il diametro d del mozzo, ovvero dell’albero, appena ricavato. ** Questa è una misura che deve essere presa come indicativa in quanto verrà successivamente calcolata con criteri legati alla sollecitazione meccanica che ogni bullone è tenuto a sostenere, al fine di garantire la coppia trasmissibile di progetto. 276 Trasmissione del moto con giunti Unità C3 FIG. C3.16 Sezione parziale del semigiunto Dm + De = 157,5 mm (diametro della circonferenza 2 su cui verranno praticati i fori di alloggiamento dei bulloni) Di = l2 = 0,15 · d + 14 = 20,3 mm ➪ 20 mm (larghezza interna della base di appoggio dei bulloni) Lmx o L = πr2 = 2 · d + 60* = 150 mm** (ingombro assiale dei due semigiunti assemblati) Definizione dell’area di contatto FIG. C3.17 Definizione dell’area di contatto dei semigiunti La superficie di contatto è una corona circolare su cui si serrano i due semigiunti. Per effetto dell’attrito che si sviluppa su queste due superfici, premute l’una contro l’altra, si può garantire la trasmissione della coppia e quindi della potenza. Se Mt è il momento torcente trasmissibile occorre che tramite l’attrito sopra citato si garantisca una forza tangenziale fra i due semigiunti pari a: M Ft amm " t rm in cui rm rappresenta il raggio della circonferenza media della corona circolare di contatto. Ovviamente s’immagina che tutta la Ft amm sia idealmente applicata in un solo punto; in realtà è la risultante di un sistema di forze distribuite su tutta la corona circolare. Questa Ft amm è generata dalle forze di contatto che si sviluppano fra due semigiunti per effetto del serraggio dei bulloni. Sempre idealmente, considerando un’unica forza di contatto Fc, intesa come la somma delle forze generata dai semigiunti, si può scrivere che Ft amm = Fc · f in cui f rappresenta il coefficiente di attrito che sussiste fra le due superfici a contatto. Ammesso che si abbia * Questa formula empirica è valida qualora d ≤ 60 mm. Per d > 60 mm la formula diviene: Lmx o L = 2 · d + 70. ** Questa lunghezza sarà verificata quando si determinerà la lunghezza delle due linguette di calettamento e dovrà essere superiore alla loro somma. 277 Modulo B Dispositivi di collegamento a che fare con due piani a contatto tramite forze prementi di notevole entità, occorre soddisfare la condizione di pressione specifica: Fc Fc = ≤ pamm psp = 2πrm ⋅ b πdm ⋅ b equazione che, in fase di progetto, diventa: pamm = Fc 2πrm ⋅ b da cui: Fc = pamm · 2Urm · b Volendo esplicitare Ft amm : Ft amm = pamm · 2Urm · b · f A questo punto Mt diventa: Mt = Ft amm · rm = (pamm · 2Urm · b · f) · rm = pamm · 2Urm2 · b · f formula, quest’ultima, che esprime più incognite contemporaneamente quindi, così com’è, non può essere utilizzata. Per questa ragione si prosegue, imponendo un valore ragionevole di b. Un criterio di “buon proporzionamento” per ricaFIG. C3.18 vare il valore di b, può essere quello di considerare: 1 b ≅ ( re − rv ) 2 quindi b = 14 mm. Di conseguenza si ricava rm: rm = re − b De b = − = 100,5 mm 2 2 2 Considerando un valore di pamm di estrema sicurezza, pari a pamm = 6 MPa e un coefficiente di attrito statico fra acciaio e acciaio f = 0,15 il momento torcente trasmissibile diventa: Mt trasmissibile = pamm · 2Urm2 · b · f = 799618 Nmm Anche volendo considerare un ipotetico fattore di servizio in grado di tenere conto delle eventuali irregolarità di moto, il momento torcente che deve trasmettere il giunto è: Mt = Mt ⋅ fs ≅ 490950 Nmm ≤ Mt trasmissibile valore che può essere tranquillamente trasmesso dal giunto fino a ora ipotizzato. Si può quindi, proseguire con la successiva fase di dimensionamento. Scelta dei bulloni Relativamente al numero di bulloni da utilizzare, si noti che il numero di bulloni z, è in funzione del diametro del mozzo, ovvero del diametro dell’albero. Per d = 45 mm viene suggerito uno z = 4. La forza assiale che si scarica sui bulloni FA deve garantire la forza totale di contatto fra i due semigusci Fc , la quale, come visto, genera la Ft necessaria per trasmettere il Mt richiesto. Per determinare la forza FA partiamo dal valore di progetto di Mt' (tenendo conto del fattore di servizio, allo scopo di dotarsi di un ulteriore grado di sicurezza). Mt' = Ft · rm = f · Fc · rm 278 Trasmissione del moto con giunti Unità C3 ma: Fc = z · FA quindi: Mt' = f · z · FA · rm da cui si ricava la seguente relazione: FA = Mt' = 8141,8 N f ⋅ z ⋅ rm Questa è la forza che sollecita a trazione ogni bullone. Considerando una sezione resistente che le tabelle riportano come An (area di nocciolo della filettatura), l’equazione di stabilità alla trazione si scrive: F σ = A ≤ σ amm An Supponendo di utilizzare una classe di resistenza 5.6 che corrisponde a (Rm = 500 MPa e Rs = 300 MPa; cfr. UNI ISO 3740 e UNI EN ISO 4759): σ amm = 500 = 166 MPa 3 la sezione minima di nocciolo per ogni bullone, allora, dovrà essere: F An = A = 49,04 mm2 σ amm In riferimento alle filettature metriche ISO con profilo triangolare UNI 4536, l’area resistente immediatamente superiore a questo valore appartiene alla filettatura M10 (con passo grosso, 1,5 mm), che presenta una Ar = 58,0 mm2. Occorre stabilire la loro lunghezza e per far questo facciamo riferimento a specifiche tabelle. La lunghezza dovrà essere pari ad almeno due volte la larghezza l2 prima definita, sommata alla larghezza del dado, quindi a un margine di uscita del gambo filettato dal dado di 4 ÷ 7 mm. Occorre quindi, scegliere il tipo di dado. Facendo sempre riferimento alle tabelle specifiche di viti e bulloni, troviamo il dado scelto per la filettatura individuata precedentemente, che risulta essere il seguente: dado esagonale Tipo 1 UNI EN ISO 4032 M10-8 Questo dado ha uno spessore pari a lD = 8,4 mm, rilevabile dalle tabelle citate. Possiamo quindi determinare la lunghezza del gambo filettato della vite: lmin_ g.f .v . = 2 ⋅ l2 + lD + ( 4 ÷ 7) = 2 ⋅ 20 + 8,4 + ( 4 ÷ 7) ≅ 55 mm (lunghezza UNI) A conclusione dei calcoli effettuati si potranno utilizzare: n. 4 viti a testa esagonale ISO 4014 – M10 × 55 – 5,6. Verifica al taglio delle viti Nel caso vi fosse un’anomalia si può supporre che i bulloni trasmettano la Ft non garantendo il contatto, ma direttamente, ovvero venendo sollecitati a taglio. Per cautela ulteriore, si suppone che solo due bulloni si facciano da mezzo di trasmissione e che gli altri due siano completamente non collaborativi rispetto alla funzione per cui sono preposti. Ogni bullone è in grado di resistere a taglio secondo l’equazione di stabilità (taglio per le sezioni circolari): 4 F τ = ⋅ t ≤ τ amm 3 Ar in cui: τ amm = σ amm = 95,84 MPa 3 279 Modulo B Dispositivi di collegamento Pertanto, per ogni vite si avrà: Ft = τ amm ⋅ Ar ⋅ 3 = 4169 N 4 Per due viti che resistono: Ft2 = 2 · Ft = 8338 N il momento trasmissibile, in questa condizione di emergenza, vale: Mt em = Ft2 · rm = 837969 Nmm valore abbondantemente superiore a quello di progetto (Mt' = 490950 Nmm). Per questo motivo, anche la condizione di emergenza supposta, risulta in sicurezza. Qualora si verificasse l’emergenza, occorre interrompere immediatamente l’utilizzo del giunto e provvedere alla sostituzione dei componenti danneggiati. Dimensionamento del sistema di collegamento albero-mozzo La sezione b×h delle due linguette che collegano i due alberi ai mozzi dei semigiunti è già stata determinata come primo passaggio del procedimento. Si tratta di due linguette tipo A UNI 6604, con b = 14 mm e h = 9 mm. In questa fase determineremo la lunghezza perché in funzione di questa si potrà disporre di una misura su cui basare il proporzionamento della lunghezza dei due mozzi. Come è evidente nella Fig. C3.19, è necessario deterFIG. C3.19 minare la forza FL perché è questa che, prodotta dal Mt trasmesso, va a sollecitare a taglio la linguetta. La sua determinazione è funzione, oltre che del Mt, anche del diametro dell’albero. Si suppone che tale forza agisca sulla superficie dell’albero stesso e che quindi sia disposta tangenzialmente sulla superficie dell’albero. Pertanto: d Mt = FL ⋅ 2 da cui: M ' 490950 " 21820 N FL " t " 45 d 2 2 Come accennato poc'anzi si considera la linguetta sollecitata a taglio puro. Per questo motivo occorre determinare il parametro di tensione Yamm a essa relativo. Le linguette sono realizzate con acciai aventi Rm = 590 MPa. Utilizzando un criterio di sicurezza classico per le linguette, derivante dall’assunzione di un carico affaticante di tipo pulsante (si tratta come sempre di un criterio di sicurezza piuttosto affidabile) avremo: R 2 σ amm _ f = m ⋅ = 131,5 MPa 3 3 da cui, attraverso il criterio di Von Mises, si ricava: σ τ amm = amm _ f = 75,7 MPa 3 Anche se si decide di optare per una linguetta di forma A (con gli estremi arrotondati), si ritiene, sempre in ottica di sicurezza, che la sezione trasversale resistente sia rettangolare, pertanto non vengono considerati partecipanti all’azione resistente i due tratti semicircolari. A causa di questo, l’equazione di stabilità al taglio che sarà utilizzata è quella relativa a una sezione rettangolare: F 3 τmax = ⋅ L ≤ τ amm 2 b ⋅ Lmin 280 Trasmissione del moto con giunti Unità C3 dove l’oggetto del calcolo è proprio il valore di Lmin, minima lunghezza della linguetta (a meno delle estremità arrotondate) per garantire la stabilità: FL 3 Lmin = ⋅ = 30,88 mm 2 b ⋅ τ amm Per la scelta della linguetta occorre riferirsi alla lunghezza effettiva L, aggiungendo a questo valore appena ricavato, una lunghezza pari alle due estremità arrotondate (una per lato): b b Ll = Lmin + + = 44,88 mm 2 2 La lunghezza unificata che più si approssima a questo valore è 45 mm. Questa dimensione è in perfetto accordo con il valore di ingombro assiale di un semigiunto, valutabile in buoL na approssimazione come , in cui il valore di L, ingombro assiale dei due semigiunti assemblati, determinato 2 nel secondo passaggio del procedimento, aveva un valore 150 mm. Infatti, è verificata la disequazione: L #L 2 l ragion per cui la linguetta può essere inserita nel semigiunto senza sporgere da quest’ultimo. Per precauzione occorre effettuare la verifica a pressione specifica sul fianco della linguetta, in quanto la forza applicata risulta di notevole entità. Il contatto che deve essere verificato è quelFIG. C3.20 lo che si sviluppa fra il fianco verticale del mozzo e la parte alta della linguetta, perché è quello che ha la minore superficie su cui si possa scaricare la forza FL. Di conseguenza è in questi punti che si formano i valori più elevati di pressione specifica. Come indicato nella Fig. C3.20, la superficie è praticamente un rettangolo con base pari alla lunghezza utile della linguetta (ovvero alla lunghezza Ll, unificata, a meno delle due estremità arrotondate)* e di altezza pari all’altezza h della linguetta, decrementata della profondità della cava t1. Per questo motivo, la pressione generata sarà: FL 21820 psp = = = 201,1 MPa (Ll − b) ⋅ (h − t1) (45 − 14) ⋅ (9 − 5,5) Nonostante i manuali di meccanica specifichino che nel contatto acciaio-acciaio il range di ammissibilità per la pressione specifica si possa assumere fra 90 e 250 MPa**, è bene abbassare il valore ottenuto, agendo sull’unico elemento possibile di modifica a disposizione, ovvero il valore di Ll. Le due superfici dei semigiunti a contatto, invece, sono da considerarsi di acciaio dolce: ad esempio un S235 UNI 10025, materiale deformabile e quindi atto alla fucinatura/stampaggio, procedimento di formatura classica per i grezzi da cui ricavare i semigiunti finiti. Per tali acciai è bene cautelarsi opportunamente in termini di pressioni ammissibili superficiali. * Si considerano sempre ininfluenti le due estremità arrotondate della linguetta, le quali, comunque presenti, contribuiscono a un incremento della sicurezza. ** Si noti che, precedentemente, nell’assumere un valore ponderato di pamm, inerente l’area di contatto dei due semigiunti, si è optato per un valore pari a 6 MPa, valore evidentemente molto distante da questo. Il motivo è spiegabile dal fatto che le superfici a contatto, in questo caso, fra linguetta e albero, sono sempre di acciaio ma trattato termicamente a seguito di una bonifica. Il trattamento termico produce un incremento di resistenza alla pressione specifica e consente un’assunzione di valori più elevati. 281 Modulo B Dispositivi di collegamento Assumendo un valore Ll = 70 mm che garantisce comunque un margine di rientro della linguetta nell’ingombro del mozzo del semigiunto pari a 5 mm, la pressione specifica diventa: 21820 psp = = 111,32 MPa (70 − 14) ⋅ (9 − 5,5) Tale valore è più accettabile perché permette di garantire la stabilità a pressione specifica del contatto linguetta-mozzo. La linguetta che sarà quindi utilizzata per effettuare i collegamenti fra i due alberi e i due semigiunti corrisponderà alla seguente designazione: linguetta UNI 6604 – A 14×9×70 2 Esercizio proposto Calcola le dimensioni di un giunto rigido progettato per la trasmissione di una potenza P = 15 kW con una velocità di rotazione di 400 giri/min. Calcola il numero e le dimensioni dei bulloni di collegamento, dopo aver fissato la classe di resistenza degli stessi. Il materiale di cui sono costituiti i due semigiunti è una ghisa G 25 UNI EN 1561:2011. Scegli ogni dato mancante con giustificato criterio. Completata la fase di progettazione esegui il disegno esecutivo dei due semigiunti. 3 Esercizio proposto Verifica i bulloni di collegamento di un giunto a manicotto in grado di trasmettere, a regime, una potenza di 20 kW ruotando a 320 giri/min. 4 Esercizio proposto Un giunto a gusci di lunghezza 220 mm congiunge due alberi coassiali di diametro 50 mm. Le viti di serraggio utilizzate sono z = 6. Il giunto esercita sull’albero una pressione specifica p = 10 N/mm2; considerando un coefficiente di attrito R = 0,2 fra albero e giunto, calcola: a) il valore del massimo momento trasmissibile con gli alberi in mat. Fe 420; b) il carico di sicurezza per l’albero; c) il diametro delle viti di serraggio supponendo per esse un carico di sicurezza di 160 N/mm2. 282 UnitÀ C4 Trasmissione del moto con ruote dentate CONOSCENZE ➜ Conoscere i principi relativi alla trasmissione del moto. ➜ Conoscere la differenza fra trasmissione del moto con alberi vicini e con alberi lontani. ➜ Conoscere la classificazione delle ruote dentate. ➜ Conoscere le caratteristiche geometriche di una ruota dentata. ➜ Conoscere la differenza tra pignone o rocchetto e ruota. ➜ Conoscere gli ingranaggi a vite senza fine. ABILITÀ ➜ Saper scegliere da cataloghi, guide a ricircolo di sfere, cremagliere, pignoni. ➜ Saper proporzionare una ruota dentata a denti dritti, elicoidali, conici. ➜ Saper rappresentare convenzionalmente le ruote dentate secondo le specifiche norme. COMPETENZE ➜ Scegliere e rappresentare graficamente qualunque tipologia ruota dentata. ➜ Determinare quale tipologia d’ingranaggio è più funzionale in relazione alla coppia da trasmettere ➜ Descrivere per ogni tipologia di ruota le specifiche peculiarità. 283 Modulo C La trasmissione del moto C4.1 LA TRASMISSIONE DEL MOTO Uno dei problemi più ricorrenti che deve affrontare un progettista nell’ambito della sua attività consiste nel determinare sia le modalità che i meccanismi, con cui trasferire il moto (prevalentemente rotatorio, ma non solo) da un albero appartenente a un organo motore (che viene definito albero conduttore) a un altro albero che dal primo riceve il moto detto (albero condotto). Le problematiche non sono sempre rappresentate dalla trasmissione del moto, ma spesso, dalla trasformazione del moto. Il moto rotatorio del motore può essere trasformato in movimento lineare mediante slitte e guide, azionate da viti a ricircolo di sfere o con sistemi a comando pneumatico o elettromeccanico. Pignone e cremagliera rappresentano anch’essi una trasformazione del moto rotatorio del motore in lineare, attraverso la cremagliera, o ancora rettilineo alternato (biella manovella, glifo oscillante). Non ultimo il caso di trasmissione del moto rotatorio continuo dall’albero conduttore all’albero condotto ma con variazione del numero di giri per quest’ultimo (motoriduttori). Questi dispositivi, o molti di essi, come già accennato nelle unità precedenti, possono essere reperiti sul mercato normalizzati, con estrema facilitazione per il progettista che potrà utilizzarli tout-court o modificarli a seconda delle proprie esigenze. È comprensibile quindi l’ampiezza che avrebbe un testo qualora ogni singolo elemento dovesse essere rappresentato con le proprie caratteristiche tecniche, funzionali e/o tecnologiche. Esiste quindi la possibilità, trattandosi di prodotti commerciali, di fare riferimento direttamente ai cataloghi dei produttori che implementano le caratteristiche tecniche con formulari di rapida interpretazione per una corretta e funzionale applicazione. FIG. C4.1 Sistemi di guida lineare (immagini SKF) Guida LLR Guida LLRHS 284 Guida LLU Trasmissione del moto con ruote dentate Unità C4 Fatta questa doverosa introduzione, vediamo come il moto può essere trasmesso. Le modalità di trasmissione del moto più usuali sono: ◗ trasmissione del moto con alberi vicini ◗ trasmissione del moto con alberi lontani La trasmissione del moto con alberi vicini (trasmissioni rigide) avviene con una ruota calettata sul primo albero (albero conduttore), la cui superficie periferica liscia, è mantenuta premuta sulla analoga superficie della seconda ruota (condotta). In questo sistema di ruote denominato (con ruote di frizione), la trasmissione avviene per attrito e non può essere utilizzata quando la potenza da trasmettere è significativa in quanto si genererebbe quello che viene definito slittamento. FIG. C4.2 Ruote di frizione ad assi paralleli FIG. C4.3 Ruote di frizione ad assi sghembi Considerando uguale la velocità di un punto P sulla linea di contatto che definiamo punto di contatto, appartenente sia alla ruota A (ruota conduttrice) che alla ruota B (ruota condotta), la relazione tra il numero di giri delle due ruote può essere espressa dalla seguente relazione: V = \2 · r2 = \1 · r1 essendo (\ e r) rispettivamente velocità angolare e raggio della ruota conduttrice e (\1 e r1) velocità angolare e raggio della condotta, avremo che il rapporto di trasmissione i sarà espresso da: i = n d ω2 r1 = . Poiché \ · r = πnd avremo anche i " " 1 , dove n1 d ω1 r2 n e d e n1 e d1 sono rispettivamente il numero di giri (nell’unità di tempo) e il diametro della ruota conduttrice e della ruota condotta. Come si evince dalla Fig. C4.2 e dalla Fig. C4.3, i due alberi ruotano in senso opposto. Qualora occorresse concordanza del verso di rotazione deve essere interposta tra le due ruote, una terza ruota denominata ruota oziosa che non influenzerà il rapporto fra il numero di giri delle due ruote, ma solo il verso. Con questo sistema di trasmissione del moto, è possibile collegare anche ruote calettate su alberi sghembi (Fig. C4.3). Un difetto che diventa un pregio nelle trasmissioni rigide è lo “slittamento”. Infatti, la trasmissione del moto viene interrotta allorquando la potenza trasmessa supera l’attrito che le due ruote a contatto generano. Qualora infatti dovesse aumentare la potenza trasmessa, il sistema potrebbe subire dei 285 Modulo C La trasmissione del moto danni. Lo slittamento, interrompendo la trasmissione del moto, trasforma in una sicurezza per il sistema ciò che appariva un difetto della trasmissione. Se occorresse trasmettere il moto, garantendo regolarità nel tempo senza cioè slittamento, si farà ricorso ad altri dispositivi come le ruote dentate in cui il moto relativo non è assicurato dall’attrito, ma dalla reciproca azione che si scambiano opportune “sporgenze” (denti), realizzate sulla periferia di un cilindro. Alcuni esempi di ruote dentate a denti diritti ed elicoidali sono riportati nella Fig. C4.4. ⓐ FIG. C4.4 Esempi di ruote dentate diritte ed elicoidali: a) ruota con dentatura dritta; b) ruota con dentatura elicoidale senza mozzo; c) ruota con dentatura elicoidale (immagini Canepari Parma) ⓑ ⓒ Definiamo pertanto ruota dentata un organo di macchina sulla cui periferia è stata generata un’opportuna dentatura atta a trasmettere un moto rotatorio e un momento torcente. Definiamo ingranaggio un meccanismo costituito da una coppia di ruote dentate. Definiamo rotismo, una combinazione di ingranaggi che dà luogo a una catena cinematica. FIG. C4.5 Ingranaggio (immagine Canepari Parma) Durante la rotazione delle ruote dentate che costituiscono l’ingranaggio indipendentemente dalla loro forma, i denti di una ruota, diritti o elicoidali, devono impegnarsi nei vani dell’altra per cui la loro forma deve essere realizzata seguendo precisi principi. Inoltre la peculiarità che devono possedere le ruote dentate è di dare continuità al moto e mantenere costante nel tempo il rapporto di trasmissione. Per questo il profilo dei denti è realizzato in maniera tale che queste condizioni siano sempre soddisfatte. Il profilo più diff uso è l’evolvente di cerchio (Fig. C4.6). L’evolvente di cerchio è rappresentato dalla curva generata da un punto appartenente a una retta denominata retta d’azione che rotola senza strisciare, su una circonferenza detta circonferenza fondamentale o di base. 286 Trasmissione del moto con ruote dentate Unità C4 FIG. C4.6 Evolvente di cerchio Pignone o rocchetto è la denominazione che assume la ruota più piccola in un ingranaggio. La ruota più grande viene denominata ruota o corona. Come per le ruote di frizione il rapporto di trasmissione i, corrisponde al rapporto tra la velocità angolare della ruota motrice e quella della ruota condotta. ⎧>1 ingranaggio riduttore ⎪ ω2 i= Questo rapporto potrà essere: ⎨=1 ingranaggio indifferente ω1 ⎪ ⎩<1 ingranaggio moltiplicatore C4.2 CLASSIFICAZIONE DELLE RUOTE DENTATE Le ruote dentate sono classificate secondo la tipologia di dentatura: TAB. C4.1 Classificazione delle ruote dentate interna dentatura diritta Assi paralleli esterna interna ruote cilindriche dentatura elicoidale esterna diritta Assi concorrenti ruote coniche dentatura elicoidale tangenziale ruote cilindriche a denti elicoidali (primitive cil.) Assi sghembi coppie ipoidi (primitive iperboloidi di rotazione) coppie vite perpetua-ruota elic. (primitive cil.) 287 Modulo C La trasmissione del moto C4.3 CARATTERISTICHE GEOMETRICHE DELLE RUOTE DENTATE FIG. C4.7 Caratteristiche geometriche delle ruote dentate Le caratteristiche geometriche principali delle ruote dentate, sono raccolte nella tabella UNI 4760 e sono così definite: ◗ Circonferenza di testa (da ): è la circonferenza che limita superiormente la dentatura. ◗ Circonferenza di piede (df ): è la circonferenza che limita inferiormente la dentatura. ◗ Circonferenza primitiva (d): è la circonferenza ideale rispetto alla quale la ruota dentata può essere studiata come una ruota di frizione. ◗ Circonferenza di base (db): è la circonferenza utilizzata come geometria di riferimento nella costruzione del profilo a evolvente di cerchio dei denti. ◗ Passo (p): è la distanza tra due punti corrispondenti di due denti consecutivi; corrisponde anche al rapporto tra la lunghezza della circonferenza primitiva e il numero di denti della ruota dentata: π⋅ d P= z ◗ Retta d’azione: è la retta normale comune ai profili dei due denti e passante per il loro punto di contatto. ◗ Angolo di pressione (F): corrisponde all’angolo formato tra la retta d’azione e la tangente comune alle due circonferenze primitive, generalmente F = 20°. ◗ Altezza del dente (h): è la distanza radiale tra il diametro di testa e il diametro di fondo. 288 Trasmissione del moto con ruote dentate Unità C4 ◗ Addendum (ha ): è la distanza tra il diametro di testa e il diametro primitivo. ◗ Dedendum (hf ): è la distanza radiale tra il diametro primitivo e il diametro di fondo. ◗ Modulo (m): è un parametro di proporzionamento delle ruote dentate corrisponde al rapporto tra il passo (p) e il numero di denti (z): p d m" " z z TAB. C4.3 TAB. C4.2 Moduli Unificati Secondo UNI 6586 Valori principali Valori secondari 0,50 4 0,550 4,5 0,60 5 0,700 5,5 0,80 6 0,900 7 1 8 1,125 9 1,25 10 1,375 11 1,50 12 1,750 14 2 16 2,250 18 2,50 20 2,750 22 3 25 3,500 Proporzionamento di un dente Addendum m Dedendum 1,25 · m Altezza del dente 2,25 · m Lunghezza assiale (8 ÷ 12) · m Diametro primitivo dp = m · z Diametro interno D = 2,5 · m Diametro esterno D + 2m = (z + 2) · m Pertanto, affinché due ruote dentate possano ingranare tra loro, devono avere lo stesso passo e quindi lo stesso modulo. Sulla base delle considerazioni fatte sopra, è possibile proporzionare le ruote dentate con formule usuali che consentono di determinare tutte le dimensioni geometriche in funzione del modulo. FIG. C4.8 Caratteristiche geometriche dei denti di una ruota dentata e della dentiera di riferimento 289 Modulo C La trasmissione del moto C4.4 PROPORZIONAMENTO DI RUOTE DENTATE FIG. C4.9 Proporzionamento di ruote dentate cilindriche a denti dritti TAB. C4.4 Proporzionamento delle ruote dentate cilindriche a denti dritti FIG. C4.10 Proporzionamento di ruote dentate cilindriche a denti elicoidali 290 Denominazione Simbolo Numero di denti z Relazione z = d/n Modulo m m = p/n = d/z Diametro primitivo dp dp = m · z Diametro di piede df df = d – 2 · hf Diametro di testa da da = d + 2 · ha Diametro di base db db = d · cos F Addendum ha ha = m (normale) Dedendum hf hf = m · 1,25 (normale) Altezza del dente h h = m · 2,25 (normale) Passo p p = U · m = U · d/z Angolo di pressione F F = 20° (normale) Rapporto di ingranaggio u u = z2 / z1 = d2 / d1 = n1 / n2 Interasse a a = d1 + d2 / 2 Larghezza dentatura b b = (8 ÷ 20) · m Trasmissione del moto con ruote dentate Unità C4 TAB. C4.5 Proporzionamento di ruote dentate cilindriche a denti elicoidali Denominazione Simbolo Relazione Numero di denti z z = d / mt Numero di denti ideale zid zid = z / cos3 β Modulo normale mn mn = pn / π Modulo trasversale mt mt = mn / cos β = pt / π Diametro primitivo dp dp = mt · z Diametro di piede df df =d – 2 · hf Diametro di testa da da =d + 2 · ha Diametro di base db db = d · cos αt Addendum ha ha = mn (normale) Dedendum hf hf = mn · 1,25 (normale) Altezza del dente h h = mn · 2,25 (normale) Passo normale pn pn= π · mn Passo trasversale pt pt = π · mt Passo dell’elica pe pe = π · d / cos β Angolo di pressione normale αn α = 20° (normale) Angolo di pressione trasversale αt tgαt = tgαn / cos β Angolo dell’elica β β = 15° ÷ 30° Rapporto di ingranaggio u u = z2 / z1 Interasse a a = (d1 + d2) / 2 Larghezza dentatura b b = (10 ÷ 30) · mt Denominazione Simbolo Numero di denti z z = d/m Modulo m m = p/π Passo p p=π·m Diametro primitivo dp dp = m · z Diametro di piede df d = dp – 2 · hf · cos δ Diametro di testa da da = d + 2· ha· cos δ Addendum ha ha = m Dedendum hf hf = 1,20 · m (normale) FIG. C4.11 Proporzionamento di ruote dentate coniche a denti dritti TAB. C4.6 Proporzionamento di ruote dentate coniche a denti dritti Relazione Generatrice R R = (m · z) / 2 · sen δ Angolo addendum ϑa Tg ϑa = 2 · sen δ / z Angolo dedendum ϑf Tg ϑf = 2 · 1,20 · sen δ / z [segue] 291 Modulo C La trasmissione del moto Simbolo Relazione Semiangolo cono di piede Denominazione If If = I – I f Semiangolo cono di testa Ia Ia = I + I f Semiangolo cono primitivo I tg I1 = z1 / z2 Angolo di pressione F F = 20° (normale) Rapporto d’ingranaggio u u = z1 / z2 Larghezza dentatura b b = (5 ÷ 8) · m (b ≤ R3) FIG. C4.12 Proporzionamento ingranaggio ruota-vite senza fine TAB. C4.7 Proporzionamento ingranaggio ruotavite senza fine 292 Elementi caratteristici N° denti z N° principi Ruota Vite z2 = d2 / mt2 // i // i1 = d2 / mt2 Modulo normale mn mn mn Modulo trasversale mt mt2 = mn / cos G mt1 = mn / sen G Modulo assiale ma ma2 = mn / sen G ma1 = mn / cos G Passo normale pn Passo trasversale pt pt2 = mt2 · U Passo assiale pa pa2 = ma2 · U Addendum ha ha = mn hf =1,25 · mn Dedendum hf Altezza dente h Diametro di testa da pn = mn · U pt1 = mt1 · U pa1 = ma1 · U h = hf + ha da2 = d2 + 2 · ha da1= d1 + 2 · ha Diametro primitivo dp dp2 = mt2 · z2 dp1 = mt1 · i1 Diametro di piede dp df2 = d2 – 2 · hf df1 = d1 – 2 · hf Angolo dell’elica G tg G = ma1 / mt1 Angolo di pressione Fn 15° ÷ 25° Larghezza dentatura L Interasse a L2 = (6 ÷ 10) · mn a = (d1 + d2) / 2 Rapporto di ingranaggio u u = z2 / i1 L1 = (4 ÷ 6) · pa1 Trasmissione del moto con ruote dentate Unità C4 C4.5 INGRANAGGI CILINDRICI A DENTI ELICOIDALI FIG. C4.13 Elementi di una ruota bi-elicoidale Nella trasmissione del moto con ingranaggi si ha una linearità di movimento rotatorio in quanto un dente di una ruota è in presa con un dente dell’altra ruota con cui è accoppiata e al termine del suo accostamento, un’altra coppia entra in contatto per ricominciare a spostarsi lungo il suo arco di contatto. Questa è la condicio sine qua non affinché si realizzi con continuità la trasmissione del moto, ovvero che vi sia continuativamente almeno una coppia di denti ingranati. Nelle ruote a denti dritti ogni coppia di denti entra in contatto con la coppia successiva contemporaneamente su tutta la sua lunghezza assiale e con le medesime modalità si allontana per riprendere il ciclo. Questo tipo di contatto, genera rumore e vibrazioni. Nelle dentature a denti elicoidali, al contrario, per effetto dell’inclinazione (β) della dentatura, la coppia entra in presa in maniera graduale e altrettanto gradualmente la abbandona, risulta pertanto evidente che in ogni istante, vi sono in ingranamento più coppie di denti anziché una sola come avviene nelle ruote dentate a denti dritti. Ciò rende la trasmissione più dolce, regolare e silenziosa. Oltre a questo significativo vantaggio, negli ingranaggi con dentatura elicoidale, le velocità periferiche sono di gran lunga maggiori oltre i 60 m/s, ma a trarne giovamento è anche il rapporto di ingranaggio che risulta essere notevolmente migliorato. Può arrivare fino a 30 nei denti elicoidali e al massimo a 8 nei denti diritti (ude fino 30, udd max 8). Appare quindi evidente che l’inclinazione del dente produce un ingranaggio più vantaggioso; per contro, a causa dell’inclinazione dei denti, la forza F che viene trasmessa, forma con l’asse della ruota un angolo uguale all’angolo di inclinazione della dentatura β. Tale situazione genera una spinta tangenziale Ft che assicura la trasmissione del momento torcente e una spinta assiale che tende a spostare la ruota o l’albero su cui potrebbe essere calettata. Questa spinta è proporzionale all’angolo della dentatura. Come si evince osservando la Fig. C4.13, sono i cuscinetti a dover sopportare la componente assiale (Fa), della forza F. Quando l’applicazione progettuale prevede carichi elevati e si vuole contenere il valore della spinta assiale sui cuscinetti, si agisce sull’angolo di inclinazione dei denti β, mantenendo il suo valore inferiore a 15 e ricorrendo a dei cuscinetti reggispinta. Quando i carichi applicati sono ragguardevoli, si realizzano ruote dentate bi-elicoidali nelle quali le opposte spinte assiali, come si intuisce dalla Fig. C4.13, si annullano reciprocamente. Questa soluzione tecnica conferisce agli ingranaggi a denti elicoidali un rendimento molto elevato. Relativamente ai calcoli per il proporzionamento delle ruote cilindriche a denti elicoidali, vengono applicati gli stessi criteri adottati per le ruote cilindriche a denti dritti. In fase di progettazione è sempre bene conoscere il rendimento di 1 1 1 un ingranaggio calcolato con la seguente relazione: η = 1 − ⋅ + . 2 z1 z 2 293 Modulo C La trasmissione del moto Ricordiamo invece che la potenza utile deve essere calcolata come prodotto tra la potenza per il rendimento secondo la relazione: Pu = P · η C4.6 INGRANAGGI CONICI FIG. C4.14 Coppia conica a denti diritti FIG. C4.15 Coppia conica a denti elicoidali (immagini Canepari Parma) FIG. C4.16 Trasmissione del moto con due alberi concorrenti La trasmissione del moto tra due assi concorrenti in un vertice, secondo il ragionamento fatto sulle ruote di frizione, è possibile realizzarlo anche mediante due ruote di frizione con forma tronco-conica. In questa situazione gli assi (a) e (a1) dei due coni, convergono nel punto (O), conseguentemente l’angolo tra loro sarà uguale alla somma degli angoli di semiapertura dei coni. I diversi punti di contatto, distribuiti sulla retta generatrice (in quanto comuni), avranno la stessa velocità considerandoli appartenenti a entrambi i coni. Il rapporto di trasmissione rimane costante secondo la formula: α l ⋅ sen 1 v r1 2 i= = = v1 r l ⋅ sen α 2 294 Trasmissione del moto con ruote dentate Unità C4 Si definiscono conici gli ingranaggi i cui assi non sono più paralleli ma ortogonali o con angolo il cui valore può variare al variare dell’angolo del cono. Sulla base di questa definizione, i denti vengono realizzati su superfici coniche in modo tale che le ruote accoppiate siano montate su alberi che si incontrano con un angolo determinato. Riprendendo le considerazioni fatte per le altre classificazioni di ruote dentate, gli ingranaggi conici sono divisi a seconda della forma del dente in: ◗ ingranaggi a denti dritti; ◗ ingranaggi con denti a spirale. Gli ingranaggi conici a denti diritti sono più economici, con i limiti già visti negli ingranaggi con ruote a denti diritti, mentre quelli a spirale distribuiscono la coppia su più denti per un moto più uniforme e silenzioso. Si definiscono ingranaggi ipoidi gli ingranaggi i cui assi sono inclinati e non incidenti. Questa metodologia di trasmissione del moto con opportuni accorgimenti tecnici, risulta essere molto più resistente, graduale e silenziosa rispetto alle trasmissioni precedentemente trattate. Un aspetto tipico dell’ingranaggi ipoidi è la maggior dimensione del pignone e la riduzione di rendimento dovuta allo scorrimento. C4.7 INGRANAGGI A VITE SENZA FINE Gli ingranaggi a vite senza fine sono utilizzati nel campo meccanico prevalentemente nei riduttori di velocità. In queste applicazioni il rocchetto o vite è sempre l’elemento che trasmette il moto (conduttore), mentre la ruota è l’elemento condotto. A ogni giro della vite, la ruota si sposta dell’angolo di un dente. Questi ingranaggi consentono di moltiplicare coppie motrici basse o ridurre il numero di giri con ingombri ridotti. Vite e ingranaggio sono caratterizzati da denti elicoidali; in questo modo si avvolgono reciprocamente aumentando sia l’area di contatto tra i denti sia la pressione di contatto. FIG. C4.17 Vite senza fine C4.8 RAPPRESENTAZIONE CONVENZIONALE DELLE RUOTE DENTATE In maniera convenzionale le ruote dentate e gli ingranaggi sono rappresentate dalla UNI EN ISO 2203:1999. Essa richiede il disegno della ruota con i contorni come se si trattasse di rappresentare un pezzo pieno. Il diametro primitivo viene rappresentato con una linea mista fine tipo E UNI EN ISO 128-20:2002. Qualora si disegnasse una ruota o un ingranaggio con rappresentazione in sezione, i denti, indipendentemente dalla loro tipologia, non si sezionano. 295 Modulo C La trasmissione del moto FIG. C4.18 Rappresentazione convenzionale di ruote dentate: a) coniche; b) cilindriche; c) a vite ⓐ FIG. C4.19 Rappresentazione convenzionale di pignone con dentiera FIG. C4.20 Rappresentazione convenzionale di ingranaggio a ruote coniche 296 ⓑ ⓒ Trasmissione del moto con ruote dentate Unità C4 FIG. C4.21 Rappresentazione convenzionale di un ingranaggio FIG. C4.22 Rappresentazione convenzionale dell’orientamento della dentatura FIG. C4.23 Disegno costruttivo di una ruota dentata conica a denti dritti con tabella relativa alle caratteristiche tecniche Toll. gen. UNI ISO 22768-1:1996 mH Materiale: C45 297 Modulo C La trasmissione del moto TAB. C4.8 Caratteristiche tecniche ruota dentata conica a denti dritti Modulo m 5 N° denti z 22 Diametro primitivo dp 80 Angolo primitivo di riferimento I 15°30’ Angolo di piede If 12°45’ Coefficiente di spostamento x Grado di precisione 0,22 8 (UNI ISO 1328-2:2000) N° denti ruota coniugata z2 49 Angolo tra gli assi dell’ingranaggio Ft 90° Gioco normale dell’ingranaggio jn 0,10÷0,16 FIG. C4.24 Disegno costruttivo di una ruota dentata a denti dritti con tabella relativa alle caratteristiche tecniche Toll. gen. UNI EN 22768-1:1996 mH Materiale: 19 NI Cr Mo 5 UNI EN ISO 683-3:2018 298 Trasmissione del moto con ruote dentate Unità C4 TAB. C4.9 Tabella relativa alle caratteristiche tecniche di una ruota dentata a denti dritti Modulo normale mn N° denti z 5 52 Dentiera di refer. Angolo elica UNI 6587 21°35’15” G Senso dell’elica destro Diam. primitivo dp 240 Coeff. di spost. x 0,28 Grado di precis. 6 (UNI ISO 1328-2:2000) Interasse di funzionamento a1 240 Gioco normale di ingranaggio j 0,08 ÷ 012 FIG. C4.25 Disegno costruttivo di vite senza fine con tabella relativa alle caratteristiche tecniche Toll. gen. UNI EN 22768-1:1996 mH Materiale: 19 NI Cr Mo 5 UNI EN ISO 683-3:2018 TAB. C4.10 Tabella relativa alle caratteristiche tecniche di vite senza fine Numero di principi z 1 Modulo normale m 2 Modulo trasversale ma 2,004 Diametro primitivo dp 33,34 Angolo dell’elica F 3°35’ Addendum ha 2 Dedendum hf 2,4 Altezza filetto hd 4,4 Passo normale pn 6,28 Passo trasversale pt 6,23 299 Modulo C La trasmissione del moto FIG. C4.26 Disegno costruttivo di ruota elicoidale con tabella relativa alle caratteristiche tecniche Toll. gen. UNI ISO 22768 mH Materiale: C45 TAB. C4.11 Tabella relativa alle caratteristiche tecniche di ruota elicoidale Numero di principi 300 z 36 Modulo normale m 4 Modulo trasversale ma 4,008 Diametro primitivo dp 110 Angolo dell’elica F 3°35’ Addendum ha 4 Dedendum hf 5 Altezza filetto hd 9 Passo normale pn 12,57 Passo trasversale pt 12,59 Trasmissione del moto con ruote dentate Unità C4 VERIFICA UnitÀ C4 Domande a risposta breve 1 Fornisci una definizione di albero condotto e di albero conduttore. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 2 Quali sono le modalità principali della trasmissione del moto? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 3 Qual è la relazione matematica che intercorre tra una ruota condotta e una ruota conduttrice? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 4 Qual è la relazione matematica che esprime il rapporto di trasmissione? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 5 Nella trasmissione del moto con ruote dentate il profilo più diffuso è l’evolvente di cerchio; cosa rappresenta? 6 Quando il rapporto di trasmissione è >1 si dice che l’ingranaggio è riduttore. Come si definisce il rapporto di trasmissione =1 e <1? 7 Come sono classificate le ruote dentate (anche con l’aiuto di uno schema a blocchi)? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 8 In quale Norma UNI sono raccolte le caratteristiche geometriche delle ruote dentate? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 9 Cos’è il modulo di una ruota dentata? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 10 Cos’è la circonferenza primitiva? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 11 Qual è la differenza sostanziale tra una ruota dentata a denti dritti e una ruota a denti elicoidali? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 12 Quando si vuole trasmettere il moto tra due alberi sghembi, qual è l’ingranaggio maggiormente consigliato? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 13 Nella rappresentazione grafica in sezione di una ruota dentata o di un ingranaggio cosa prevede la specifica Norma UNI? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 14 Quali sono le relazioni matematiche che esprimono il rendimento di un ingranaggio e la potenza utile? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... Test vero o falso 1 La trasmissione del moto con alberi vicini è definita trasmissione articolata. 2 Tra due ruote di frizione il punto di contatto è definito un punto appartenente sia alla ruota A (conduttrice) sia alla ruota B (condotta). V F V F 301 Modulo B Dispositivi di collegamento 3 Un ingranaggio è un dispositivo su cui sono stati realizzati dei denti. 4 Una ruota dentata viene definita tale solo se è accoppiata con un’altra ruota. 5 L’evolvente di cerchio è un cerchio che tende a espandersi. 6 Il pignone o rocchetto è la ruota più piccola di un ingranaggio, la corona è quella più grande. 7 Le ruote dentate possono essere cilindriche o coniche. 8 Gli assi di rotazione per la trasmissione del moto possono essere paralleli o perpendicolari. 9 Il modulo delle ruote dentate corrisponde al rapporto tra il passo e il numero di denti. 10 Due ruote dentate possono ingranare tra loro indipendentemente dal rispettivo modulo. 11 Gli ingranaggi elicoidali sono più efficienti e meno rumorosi degli ingranaggi a denti diritti. V F V F V F V F V F V F V F V F V F 12 Con gli ingranaggi elicoidali i cuscinetti di supporto subiscono una sollecitazione maggiore rispetto a quella che subiscono i cuscinetti di supporto degli ingranaggi a dentatura diritta. 13 Negli ingranaggi bi-elicoidali le spinte assiali si annullano reciprocamente. 14 Gli ingranaggi ipoidi sono ingranaggi costruiti all’estero e non in Italia. 15 La potenza utile di un ingranaggio, non è influenzata dal rendimento dello stesso. 16 Negli ingranaggi conici gli assi degli alberi devono essere sempre ortogonali. 17 La norma che regolamenta la rappresentazione delle ruote dentate è la UNI 7282. 18 La dentatura di una ruota dentata si seziona come un qualunque altro elemento. V F V F V F V F V F V F V F Esercizi 1 Esercizio svolto Una ruota di frizione (conduttrice) con diametro 50 mm ruota a 140 giri/min. Considerando una perdita del 3% dovuta alla specificità del dispositivo, calcola il diametro della ruota condotta affinché possa compiere 110 giri/min. Svolgimento d1 n2 50 n2 50 ⋅140 3 = = = → d2 da cui: n2 − n2 = 110 d2 n1 d2 140 n2 100 ⎛ 97 3 ⎞ pertanto: n2 ⎜1− = 110 ⎟ = 110 → n2 ⎝ 100 ⎠ 100 110 ⋅100 n2 = = 113,40 giri/min (arrotondiamo a 113) 97 A questo punto calcoliamo il diametro della ruota condotta: 50 ⋅140 d2 = = 62 mm (diametro della ruota condotta) 113 2 Esercizio svolto Esegui il dimensionamento di una coppia di ruote di frizione ad assi paralleli aventi un interasse a = 280 mm. L’albero motore dovrà trasmettere una potenza P = 1,5 kW con rotazione a 450 giri/min. Si consideri un rapporto di trasmissione i = 2 e un coefficiente di attrito tra le ruote f = 0,2. Calcoliamo il momento torcente sull’albero motore mediante la relazione: 2000 = 42666 Nmm 450 n n 450 sappiamo che i = 1 → n2 = 1 = = 300 giri/min 1,5 n2 i Mt = 9600 ma anche che i = 302 d +d d2 → d2 = d1 ⋅ i e che l'interasse a = 1 2 2 d1 Trasmissione del moto con ruote dentate Unità C4 d1 + 2d1 3d1 560 = → 560 = 3d1 → d1 = = 187 mm 2 2 3 conseguentemente d2 = 374 mm quindi 280 = Mt 42666 = = 456,5 N d1 93,5 2 F ⋅ k 456,5 ⋅ 1,5 = = 3423,75 N assumendo k = 1,5 si ha pn = 0,2 f la forza trasmessa sarà: F = ricordiamo che k può assumere un valore variabile tra 1,5 ÷ 2 assumendo il coefficiente c = 30 N/mm avremo che la larghezza della fascia l si ricaverà dalla relazione seguente: p 3423,75 " 114 mm (larghezza della fascia di contatto) l" n " 30 c Nota 1: il coefficiente specifico c è il valore di pressione in N che si esercita su 1 mm di larghezza della ruota. Mediamente si assume un valore compreso tra 20 ÷ 40 N/mm. In via del tutto eccezionale può avere il valore 200 N/mm esclusivamente per le ruote in acciaio, mentre per la ghisa si assume c = 100. 3 Esercizio svolto Una ruota dentata in acciaio speciale ruota con una velocità di n = 800 giri/min conoscendo i parametri della ruota: Z = 60 e m = 4, calcola la potenza che è in grado di trasmettere. Svolgimento Troviamo il diametro della ruota con le seguenti relazioni: d da cui d = m · z quindi 4 · 60 = 240 mm (diametro della ruota) m" z Calcoliamo ora la velocità periferica con la relazione: 2π ⋅ n ⋅ r π ⋅ n ⋅ d 3,14 ⋅ 800 ⋅ 0,24 v= = = = 10,04 m/s 60 60 60 Considerando questa velocità periferica e trattandosi di un acciaio speciale, per esempio al nichel, possiamo considerare un st = 60 N/mm2. Pertanto avremo: Mt = st · z · m3 = 60 · 60 · 64= 230.400 Nmm n ⋅ Mt 800 ⋅ 230400 = = 19200 W = 19,2 kW da cui: P = 9600 9600 4 Esercizio svolto Una ruota dentata ha il modulo m = 4 e il numero di denti z = 38. Sulla base di questi valori, determina tutti gli altri elementi in grado di dimensionare la ruota stessa ed esegui il disegno di produzione. Svolgimento Utilizziamo le seguenti relazioni: dp = m · z = 4 · 38 = 152 mm F = 1,25 · 4 = 5 mm C = m = 4 mm h = F + C = 5 + 4 = 9 mm b = 10 · m = 10 · 4 = 40 mm p = U · m = 3,14 · 4 = 12,56 mm De = dp + 2C = 152 + (2 · 4) = 158 mm Dp = dp – 2F = 152 – 2 · 5 = 142 mm ⎧diametro primitivo ⎪ ⎪fianco ⎪costa ⎪ ⎪altezza del dente ⎨ ⎪larghezza del dente ⎪passo ⎪ ⎪diametro di testa ⎪diametro di piede ⎩ 303 Modulo B Dispositivi di collegamento 5 Esercizio proposto Esegui il dimensionamento di una coppia di ruote dentate cilindriche a denti diritti in acciaio (carico di sicurezza X = 400 N/mm2), aventi un rapporto di trasmissione i = 1. La potenza da trasmettere deve essere P = 15 kW. L’albero motore ruota a n1 = 900 giri/min con velocità periferica di 5 m/s. 6 Esercizio proposto Esegui il dimensionamento di una coppia di ruote dentate cilindriche in ghisa con interasse a = 190 e rapporto di trasmissione i = 2. Considera che la ruota condotta dovrà trasmettere una potenza P = 8 kW a 400 giri/min. 7 Esercizio proposto Ipotizzando di dover disegnare una coppia conica per la produzione di un lotto di 20 pezzi, procurati la coppia di ingranaggi ed esegui la rilevazione dal vero di tutti gli elementi necessari e i calcoli per gli elementi mancanti. Attrezzatura minima indispensabile: • calibro digitale centesimale; • micrometro a piattelli; • micrometro per interni con campo di misura in funzione del diametro degli ingranaggi; • una squadra a 90°; • goniometro. 8 Esercizio proposto Esegui la rappresentazione degli elementi dell’esercizio 7. 304 UnitÀ C5 Trasmissione del moto con cinghie, funi, catene CONOSCENZE ➜ Conoscere la trasmissione tramite cinghie. ➜ Conoscere le caratteristiche e le applicazioni delle cinghie trapezoidali. ➜ Conoscere la struttura delle cinghie sincrone e non sincrone. ➜ Conoscere i dispositivi tenditori e il concetto di pretensionamento. ➜ Conoscere le categorie di fune secondo la norma specifica. ➜ Conoscere la trasmissione con catene e la loro applicazione in una progettazione. ➜ Conoscere i differenti tipi di catene. ➜ Conoscere le norme di sicurezza relative alle catene nella loro applicazione. ABILITÀ ➜ Saper scegliere da cataloghi la cinghia più consona alla progettazione. ➜ Saper proporzionare le cinghie trapezoidali e sincrone. ➜ Saper rappresentare convenzionalmente i differenti tipi di pulegge. ➜ Saper scegliere e rappresentare i vari tipi di catena. ➜ Saper proporzionare e rappresentare le pulegge per la trasmissione con funi. COMPETENZE ➜ Rappresentare graficamente cinghie e relative pulegge. ➜ Determinare la scelta sulla migliore tipologia di trasmissione. ➜ Definire le norme di sicurezza da applicare nelle trasmissioni con cinghie, funi, catene. 305 Modulo C La trasmissione del moto C5.1 TRASMISSIONI CON CINGHIE La trasmissione meccanica si può definire come l’insieme di vari elementi che costituiscono un dispositivo in grado di trasmettere una coppia. Abbiamo visto nella precedente unità, come la trasmissione del moto può avvenire con organi che trasmettono un momento torcente tra alberi coassiali e senza variazione del numero di giri (giunti), Fig. C5.1, oppure con variazione del numero di giri in uscita mediante ruote lisce o dentate, in questi casi anche tra alberi paralleli o sghembi. FIG. C5.1 Trasmissione del moto con giunto FIG. C5.2 Trasmissione del moto con ruote dentate, rapporto moltiplicatore FIG. C5.3 Trasmissione del moto con ruote dentate, rapporto riduttore 306 Trasmissione del moto con cinghie, funi, catene Unità C5 A volte vi è la necessità di trasmettere il moto con rapporto di trasmissione diverso da uno, collegare cioè un motore il cui albero ruota con un determinato numero di giri in uscita e l’utilizzatore con numero di giri differente magari più basso e distante per motivi di progettazione, di sicurezza ecc. Si pensi a un nastro trasportatore il cui nastro o i rulli debbano avere una determinata velocità necessariamente bassa, collegato a un motore il cui albero in uscita ruota a 1400 giri/min. È evidente che ogni singola applicazione necessiterà della più appropriata tipologia di trasmissione che dipenderà da numerose condizioni che emergeranno in fase di progettazione o da specifiche richieste del committente o dettate da motivi di sicurezza. Si elencano le situazioni più significative per la scelta della trasmissione: ◗ l’interasse tra gli alberi da collegare; ◗ la potenza da trasmettere; ◗ la velocità da trasmettere; ◗ il rapporto di trasmissione richiesto; ◗ l’aspetto economico della progettazione; ◗ il montaggio e la manutenzione; ◗ le misure di sicurezza. Quando la distanza tra i due alberi da collegare è significativa e tale da non poter ricorrere a ruote dentate troppo grandi o a cascate di ruote, si fa uso di cinghie o catene (vedi Fig. C5.4 e Fig. C5.5). FIG. C5.4 Trasmissione del moto con cinghia FIG. C5.5 Trasmissione del moto con catena Nel corso degli anni questi dispositivi hanno risolto il problema del trasferimento di potenza tra alberi anche molto distanti tra loro. Le trasmissioni a cinghia hanno assunto una grande importanza nella prima rivoluzione industriale, anni in cui la trasmissione del moto a tutti i macchinari era assicurata da cinghie. Il progresso tecnologico ha consentito lo sviluppo di questo dispositivo e il suo utilizzo nei più svariati settori industriali fino a giungere oggi al suo impiego in ogni settore delle macchine moderne. 307 Modulo C La trasmissione del moto Quando occorre trasmettere potenza meccanica tra due alberi posizionati a distanza tra loro si ricade nel campo delle trasmissioni tramite elementi flessibili come le cinghie, le funi o le catene. Anche l’informatica ne fa grande uso (ci sono cinghie nei computer e nelle stampanti) come pure qualsiasi tipo di automazione. I materiali e le forme si sono evolute, ma la sostanza è che ancora oggi di questi dispositivi non si può fare a meno. C5.2 TRASMISSIONI DI POTENZA TRAMITE CINGHIA Le cinghie sono definite elementi flessibili. Vengono impiegate nella trasmissione di potenza da una puleggia conduttrice a una puleggia condotta disposte a distanza tra loro. Sono contraddistinte dal fatto che la tensione di una cinghia che si avvolge sull’arco maggiore o minore di una puleggia, varia lungo l’arco di contatto e a tale variazione è associata la trasmissione della forza utile. Conseguentemente possiamo asserire che un sistema minimo di trasmissione a cinghia è costituito da due pulegge e da un elemento flessibile avvolto attorno a esse. FIG. C5.6 Elementi di una trasmissione a cinghia C5.3 TIPOLOGIE DI TRASMISSIONE A CINGHIA Le trasmissioni a cinghia si dividono in base al tipo di cinghia utilizzata. Ci sono due tipologie di cinghia: ◗ cinghia sincrona; ◗ cinghia non sincrona. Viene definita cinghia sincrona una cinghia che garantisce assenza di slittamenti e mantiene regolare il movimento degli organi meccanici in fase tra di loro. Per ottenere questo si utilizzano cinghie dentate. Le relative pulegge hanno un profilo esterno dentato che ingrana con i denti della cinghia, assicurando una trasmissione stabile, veloce e precisa. 308 Trasmissione del moto con cinghie, funi, catene Unità C5 FIG. C5.7 Cinghia sincrona FIG. C5.8 Puleggia per cinghia sincrona Definiamo cinghia non sincrona, una cinghia che non possiede elementi che ingranano con la puleggia; pertanto, a causa del possibile slittamento tra i due elementi, può produrre uno sfasamento del numero di giri all’albero condotto. Queste cinghie possono essere classificate, in relazione alla loro sezione. Si hanno cinghie: ◗ piatte; ◗ trapezoidali. C5.4 CARATTERISTICHE DELLE CINGHIE PIATTE Molto usate in passato, in modo occasionale oggi, le cinghie piatte hanno una sezione rettangolare molto appiattita, generalmente poco spessa e molto larga. Le pulegge utilizzate per queste cinghie hanno una superficie esterna liscia su cui appoggia la cinghia che in almeno una delle due pulegge, solitamente quella motrice, deve essere leggermente “bombata” per consentire l’auto-centratura della cinghia impedendo la sua “caduta”. I vantaggi di questa cinghia sono: il modesto costo, un tempo di intervento per montaggio e/o smontaggio relativamente basso, semplicità di intervento per la loro sostituzione, trasmissione della potenza a lunghe distanze ed elevata elasticità quindi possibilità di assorbire brusche variazioni di coppia. Sono assimilabili a trasmissioni a cinghia piatta quasi tutti i nastri trasportatori (anche se le pulegge sono sostituite da rulli e la cinghia prende la denominazione di nastro o tappeto). Le cinghie piatte possono essere fabbricate con diversi materiali. Le categorie più comuni sono: ◗ cinghie di cuoio; ◗ cinghie a struttura composita (laminati plastici e cuoio, gomma o resine); ◗ cinghie di cotone, rayon, canapa, e altri materiali tessili. Cinghie di cuoio. Oramai non più utilizzate. Erano ricavate da pelle di bue conciata e potevano essere unite tramite giunti metallici o collanti. 309 Modulo C La trasmissione del moto Cinghie a struttura composita (laminati plastici e cuoio, gomma o resine). Sono prodotte mediante l’utilizzo di materiali molto resistenti alla trazione. Solitamente, come materiale di base, vengono utilizzati cavi in Kevlar “affogati” in una soluzione gommosa a base di neoprene oppure rivestiti con uno strato di cuoio sulla superficie a contatto con la puleggia, mentre sulla superficie non a contatto con uno speciale tessuto trattato con cloruro di polivinile. Cinghie di cotone, rayon, canapa e altri materiali tessili. Sono realizzate con tessuti cuciti tra loro e impregnati da resine, gomma o altri materiali protettivi. Indipendentemente dal materiale con cui sono realizzate, sul mercato si trovano modelli sia ad anello chiuso, sia da confezionare nello sviluppo desiderato. In questi casi molto importante è la preparazione dello smusso di estremità per la cui giunzione vengono utilizzati collanti nel caso di cinghie in cuoio, solventi mono o bi-componenti nel caso di cinghie in materiale sintetico. C5.5 CARATTERISTICHE DELLE CINGHIE TRAPEZOIDALI Molto più diff use sono oggi le cinghie trapezoidali. La norma di riferimento è la ISO 4184:1992. Si definiscono trapezoidali le cinghie la cui sezione ha la forma di un trapezio isoscele. Furono inventate all’inizio del XX secolo e sono divenute nel corso degli anni, le cinghie standard per molte trasmissioni. La loro sezione può essere a cinghia semplice o multipla. Queste cinghie operano su pulegge con gole trapezoidali ricavate sulle loro corone. Il contatto cinghia-puleggia avviene esclusivamente sui fianchi della cinghia e l’incuneamento risultante esalta l’aderenza della cinghia con la puleggia. Il nucleo delle cinghie trapezoidali destinato a sopportare gli sforzi di trazione è formato da trefoli di poliammide, poliestere, fibra di vetro o altri materiali disposti su uno o più strati paralleli alla base del trapezio in una zona che ha al centro l’asse neutro della flessione. FIG. C5.9 Effetto di compressione della cinghia nella sede della puleggia 1. Tessuto gommato 2. Strati di gomma elastica vulcanizzata 3. Trefori resistenti alla trazione 310 Trasmissione del moto con cinghie, funi, catene Unità C5 In corrispondenza dell’asse si definisce il diametro primitivo delle pulegge e lo sviluppo della cinghia. Il nucleo è immerso in gomma e successivamente rivestito in tessuto elastico, con funzione di elemento di protezione. Sono prodotte sia ad anello aperto sia ad anello chiuso con lunghezze unificate. L’angolo formato dai fianchi è di 40° mentre l’angolo formato dai fianchi delle pulegge può essere minore per adattarsi alle deformazioni trasversali subite dalla cinghia in fase di tensione per posizionamento. Fig. C5.10 Sezione di cinghia trapezoidale La cinghia trapezoidale trasmette il moto unicamente per aderenza dei suoi fianchi con quelli della gola della puleggia; questa preme sulle superfici laterali della puleggia quando viene tensionata per il funzionamento del dispositivo cui è preposta e ciò crea su di essa una condizione di carico che è una combinazione di un carico normale al suo asse e di un carico di trazione sui suoi lati a contatto con le superfici della puleggia. Nella Fig. C5.10 sono rappresentare le dimensioni delle cinghie trapezoidali i cui valori si ricavano dalla tabella ISO 4184 (Tab. C5.1). TAB. C5.1 Dimensioni cinghie trapezoidali Sezione Y Z A B C D E lp a b 5,3 6 4 19 22 14 27 32 19 32 28 25 Sezione lp a b SPZ 8,5 9,7 8 8,5 11 14 10 13 17 6 8 11 Cinghie strette SPA SPB SPC 11 14 19 12,7 16,3 22 10 13 18 Nella Fig. C5.11 sono indicate le dimensioni delle sedi delle pulegge, secondo la tabella DIN 2211 (vedi Tab. C5.2, Tab. C5.3, Tab. C5.4). Fig. C5.11 Dimensionamento delle sedi delle pulegge TAB. C5.2 Diametri minimi di riferimento Profilo gola Y Z A B C D E SPZ SPA SPB SPC ∅ min di rif. dp 20 50 75 125 200 355 500 63 90 140 224 311 Modulo C La trasmissione del moto TAB. C5.3 Valori di dimensionamento delle sedi delle pulegge Profilo della gola Cinghie Cinghie trapezoidali strette Y Z SPZ A SPA B SPB C SPC D E wd bmin 5,3 8,5 11 14 19 27 1,6 2 2,75 3,5 4,8 8,1 32 9,6 h minimo Cinghie Cinghie trapezoidali strette 4,7 7 9 8,7 11 10,5 14 14,3 19 19,9 23,4 e Toll. su e fmin 8 12 15 19 25,5 37 ± 0,3 ± 0,3 ± 0,3 ± 0,4 ± 0,5 ± 0,6 6 7 9 11,5 16 23 44,5 ± 0,7 28 TAB. C5.4 Angoli della gola in relazione ai diametri di riferimento Profilo gola Cinghie trapezoidali Cinghie strette Y Z SPZ A SPA B SPB C SPC D E F = 38° > 80 > 118 > 190 > 315 > 475 > 600 Diametri di riferimento F = 36° F = 34° > 60 ≤ 80 ≤ 118 ≤ 190 ≤ 315 ≤ 475 ≤ 600 F = 32° ≤ 60 La designazione di una cinghia trapezoidale viene effettuata indicando: ◗ la lettera corrispondente alla sezione; ◗ la lunghezza di riferimento in mm; ◗ la norma di riferimento. Esempio di designazione: cinghia B-1220 ISO 4184 La designazione di una puleggia trapezoidale viene effettuata indicando: ◗ la Norma UNI 5266; ◗ il numero di gole; ◗ la lettera corrispondente alla sezione; ◗ il diametro di riferimento dp in mm. Esempio di designazione: puleggia DIN 2211-3B-210 Rappresentazione di una puleggia per cinghia trapezoidale completa di quotatura e segni di rugosità. Come già detto, è bene fare sempre riferimento ai cataloghi dei produttori, più completi sia dal punto di vista delle informazione tecnologiche, sia per le informazioni di carattere generale (studi, formulari ecc.) che aiutano i progettisti nel calcolo e dimensionamento del dispositivo che intendono scegliere. 312 Trasmissione del moto con cinghie, funi, catene Unità C5 FIG. C5.12 Rappresentazione grafica di una puleggia per cinghia trapezoidale Cinghia Poly-V La cinghia Poly-V è una cinghia predisposta con nervature a sezione triangolare disposte nel senso longitudinale della cinghia stessa. FIG. C5.13 Profilo sezioni cinghie Poly-V Il ridotto spessore rende la cinghia molto flessibile, soprattutto per alcune sezioni (vedi Tab. C5.5), consentendole avvolgimenti anche intorno a piccoli diametri. È particolarmente utilizzata nei settori motociclistico e automobilistico. Considerati gli spessori ridotti, le cinghie Poly-V possono raggiungere alte velocità periferiche di gran lunga maggiori rispetto alle tradizionali cinghie trapezoidali. TAB. C5.5 Sezioni e caratteristiche dimensioni delle cinghie Poly-V Sez. P mm S mm H J K L M 1,60 2,70 3,24 3,50 3,56 5,00 4,70 7,00 9,40 12,00 Massa g/mt/nerv 4,2 8,0 20,0 32,0 110,0 Velocità lineare max 80 60 55 50 40 Diametro min. di avvolgimento Diametro min. del tenditore int/est 9 18 50 70 180 15 est, 25/40 50/65 70/120 180/280 Tensione di montaggio N/nerv. 25÷35 35÷50 90÷110 140÷160 450÷550 313 Modulo C La trasmissione del moto Gli elementi di trazione sono costituiti da trefori in poliestere a elevata resistenza “inglobati” in gomma. La geometria dei differenti profili delle relative pulegge, deve essere conforme alla Norma ISO 9982. Le maggiori applicazioni si trovano nel settore delle lavatrici industriali, macchine utensili, ventilatori industriali ecc. Pretensionamento di una cinghia Una efficiente trasmissione a cinghia è subordinata a una corretta tensione di montaggio. I diversi produttori riportano sui propri cataloghi le tensioni con cui montare ogni specifica cinghia. C5.6 GALOPPINI O TENDITORI I tenditori sono dei dispositivi mediante i quali è possibile mantenere una cinghia con la corretta tensione. Spesso in fase di progettazione, al fine di utilizzare una cinghia commerciale, si utilizza la soluzione di variare, quando possibile, l’interasse delle pulegge. Qualora ciò non fosse possibile, per ottenere un corretto tensionamento della cinghia, si possono utilizzare i tenditori, chiamati anche galoppini, all’interno o all’esterno delle cinghie. I tenditori sono costituiti da pulegge piane o a gola e possono lavorare sia sul ramo condotto sia sul conduttore anche se è preferibile far lavorare sempre questo dispositivo sul tratto più lento (condotto). In linea generale i tenditori sono montati su asole per aumentare la possibilità di tensionare la cinghia anche i presenza di allungamento per usura e facilitare sia il montaggio che lo smontaggio. FIG. C5.14 Due esempi di trasmissione a cinghia: a) con tenditori; b) senza tenditori 314 Trasmissione del moto con cinghie, funi, catene Unità C5 FIG. C5.15 Tenditori in campo motociclistico FIG. C5.16 Tenditori in campo automobilistico C5.7 CARATTERISTICHE DELLE CINGHIE SINCRONE Le cinghie piane o trapezoidali fin qui analizzate, sono subordinate a strisciamento sulle superfici delle sedi delle pulegge. L’azione di strisciamento è determinata dalla deformazione che subisce la cinghia nel passaggio dal ramo più teso (allungamento) a quello meno teso (accorciamento). Considerazioni che comportano necessariamente la conclusione che qualora sia richiesto un rapporto di trasmissione costante, questi tipi di cinghia non sono consigliati. Le cinghie sincrone sono state sviluppate per ovviare a questo inconveniente e oggi rappresentano il più efficiente sistema per la trasmissione del moto rotatorio. L’evoluzione delle cinghie sincrone, sollecitata dalle diverse case automobilistiche, è stata possibile anche grazie allo sviluppo di nuovi materiali. Nella realizzazione delle cinghie sincrone ai vantaggi della trasmissione a ingranaggi si aggiungono quelli della trasmissione con dispositivi flessibili, eliminando gli inconvenienti di ognuno di essi. Elenchiamo le convenienze significative legate alle caratteristiche costruttive delle cinghie sincrone: ◗ assenza di slittamento quindi sincronismo tra gli elementi che compongono la trasmissione; ◗ lubrificazione non necessaria; ◗ limitazione del carico sui supporti per mancanza di pretensionamento; ◗ utilizzo a velocità elevate; ◗ assenza di rumorosità; ◗ inestensibilità. Le cinghie di nuova generazione sono costruite in policloroprene, gomma sintetica, quindi non più organica. Questa aumenta la capacità di resistenza all’usura, all’invecchiamento, al calore e all’attacco di agenti chimici. Il policloroprene viene usato come collante e protegge dall’usura gli inserti longitudinali destinati alla trazione e a sopportare i carichi. Grande attenzione viene poi dedicata al profilo dei denti che sono rivestiti per diminuire il rumore e aumentare la vita media delle cinghie stesse. 315 Modulo C La trasmissione del moto C5.8 STRUTTURA DELLE CINGHIE SINCRONE Strutturalmente le cinghie sincrone sono costituite da: 1. anima resistente; 2. corpo della cinghia e denti; 3. rivestimento dei denti. Anima resistente Ha la funzione di sopportare i carichi e impedire l’allungamento della cinghia. Gli ultimi progressi tecnologici vedono l’utilizzo di materiali caratterizzati da elevato carico di rottura (fibre di carbonio, fibre di vetro), disposti e assicurati lungo tutta la larghezza della cinghia. Corpo della cinghia Riveste l’anima resistente e incorpora in sé anche i denti, il più delle volte, in gomma di tipo policloroprenico di opportuna durezza ed elasticità. Molto resistente all’usura ha anche la funzione di proteggere l‘anima resistente dall’umidità e da ogni altro agente abrasivo. Rivestimento dei denti Questa sezione della cinghia è costituita da un particolare tessuto di nylon fortemente assicurato al corpo cinghia. C5.9 PULEGGE PER CINGHIE DENTATE Le pulegge per cinghie dentate recano sulla superficie esterna, i vani per l’accoppiamento con i denti della cinghia. In relazione al passo dei vani, sono realizzate in materiale di vario tipo. La plastica o l’alluminio sono materiali prevalentemente utilizzati per passi fino a 5 mm, acciaio o ghisa per passi superiori. Per evitare lo scarrucolamento della cinghia è necessario che almeno una puleggia sia dotata di flange di contenimento. Come nel caso delle cinghie trapezoidali, anche per il dimensionamento di una trasmissione con cinghie dentate è bene consultare i cataloghi dei produttori che, solitamente, suggeriscono procedure e calcoli in relazione alle caratteristiche del loro prodotto. Spesso software semplificati aiutano i progettisti in questa fase della progettazione. Le cinghie sincrone possono essere di tre tipologie: ◗ a doppia dentatura simmetrica; ◗ a dentatura monolaterale; ◗ a doppia dentatura sfalsata. 316 Trasmissione del moto con cinghie, funi, catene Unità C5 FIG. C5.17 Puleggia dentata con e senza flange FIG. C5.18 Pulegge dentate alleggerite con e senza flange FIG. C5.19 Disegno di cinghie sincrone con parametri tecnici principali 317 Modulo C La trasmissione del moto C5.10 TRASMISSIONE CON FUNI METALLICHE FIG. C5.20 Particolare di una fune (immagine di Redaelli Tecna S.p.A.) La fune è un organo meccanico di trasmissione delle forze e del moto in direzione assiale. È un dispositivo flessibile e resistente ed è utilizzato oltre che come elemento di collegamento tra notevoli distanze, anche per trasferire sforzi elevati tramite le connessioni collegate alle loro estremità o mediante la loro deviazione su pulegge e carrucole. Tuttavia non è paragonabile ai classici materiali da costruzione in quanto la fune non è un materiale omogeneo, ma è composta da molti elementi. La fune è un insieme di fili metallici avvolti in varie configurazioni. Il tipo di materiale, il numero dei fili, la sua costruzione e il senso in cui sono avvolti tra di loro conferiscono alla fune le caratteristiche specifiche per il suo utilizzo. Gli elementi che la compongono sono: i fili che, avvolti tra di loro in modo elicoidale, formano un secondo elemento, i trefoli che a loro volta verranno avvolti su un anima centrale formando la fune. L’anima centrale può essere costituita da differenti materiali: fibra tessile, metallica oppure metallica con ricopertura in plastica (HDPE) o ancora in polietilene ad alta densità. FIG. C5.21 Elementi che compongono una fune filo centrale trefolo fune filo esterno FIG. C5.22 Processo di fabbricazione delle funi anima Il processo di fabbricazione delle funi è piuttosto complesso ma è schematizzabile nel seguente modello. trefolatura materia prima trafilatura prodotto finito 318 cordatura Trasmissione del moto con cinghie, funi, catene Unità C5 Quindi abbiamo filo, trefoli e poi fune; per realizzare il filo serve la materia prima identificabile in due gruppi, vergella o semilavorato. La prima si può definire un grosso filo grezzo che può avere diversi diametri e composizione chimica, la seconda è un prodotto precedentemente trasformato in filo di diametro specifico. Entrambi possono essere lucidi (cioè il materiale non è rivestito) oppure zincati a caldo (processo di zinco/ galvanizzazione della materia prima) così da essere resistenti agli agenti atmosferici. Prima di essere trafilata la vergella viene decapata, poi fosfatata con bonder o borace se è lucida, oppure patentata e zincata. I fili d’acciaio preposti alla realizzazione di una fune presentano varie percentuali di carbonio: ◗ extra dolci: carbonio compreso tra lo 0,05% e lo 0,15%; ◗ dolci: carbonio compreso tra lo 0,15% e lo 0,25% ◗ semidolci: carbonio compreso tra lo 0,25% e lo 0,40%; ◗ semiduri: carbonio tra lo 0,40% e lo 0,60%; ◗ duri: carbonio tra lo 0,60% e lo 0,70%; ◗ durissimi: carbonio tra lo 0,70% e lo 0,80%; ◗ extraduri: carbonio tra lo 0,80% e lo 0,85%. Per realizzare il filo sono utilizzate vergelle o semilavorati che sono ottenuti dalla laminazione delle billette, ottenute per fusione di minerali o di rottame selezionato. Subiscono un processo di laminazione al fine di ottenere il prodotto finito desiderato. Questo prodotto deve possedere una caratteristica fondamentale, deve cioè avere una buona attitudine alla deformazione plastica. Vediamo i processi principali che deve subire la vergella prima di essere trasformata in filo. Stelmorizzazione Si definisce stelmorizzazione il processo effettuato sulla vergella subito dopo la laminazione sfruttando la sua temperatura elevata, facendole subire un raffreddamento controllato con una miscela di aria e acqua in modo da omogenizzare la struttura perlitica dell’acciaio. Decapaggio Si definisce decapaggio il processo chimico che ha lo scopo di eliminare gli strati di ossido di ferro di cui la vergella si ricopre durante il processo produttivo. Questi ossidi a forma di scaglie sono molto duri, quindi se non venissero rimossi prima della trafilatura usurerebbero le trafile in poco tempo. Fosfatazione La fosfatazione è un processo eseguito per rendere trafilabili le vergelle allo stato grezzo e consiste nel depositare uno strato superficiale di bonder o fosfato. 319 Modulo C La trasmissione del moto Patentamento Il patentamento è un trattamento termico cui viene sottoposta la vergella al fine di esaltare le sue caratteristiche meccaniche e facilitare la sua trafilatura. La specificità di questo trattamento consiste nel riscaldare i fili d’acciaio a una temperatura superiore ai punti critici (circa 900 °C) e successivamente raffreddarli in bagno di piombo fuso a temperatura di circa (500 ÷ 550 °C) temperatura in cui avviene un rapido raffreddamento che trasforma l’austenite prodotta a 900 °C in perlite molto fine. Ottenuta la vergella va realizzato il filo tramite il processo di trafilatura partendo da vergelle o semilavorati con un tenore di carbonio compreso tra 0,4 e 0,90%. Trafilatura Fig. C5.23 Processo di trafilatura (immagine di Redaelli Tecna S.p.A.) La trafilatura è un processo a freddo mediante il quale si effettua la riduzione del diametro del filo al fine di ottenere le specifiche dimensioni e le caratteristiche meccanico-tecnologiche richieste. Il risultato è influenzato dalla riduzione di sezione e dal tenore di carbonio dell’acciaio. Durante la trafilatura si deve curare la lubrificazione con speciali stearati e il raffreddamento in maniera continua e controllata. La percentuale di carbonio e la riduzione di sezione conferiscono ai fili la resistenza richiesta. Sulla trafilatrice sono installate diverse filiere (utensili di metallo duro con specifica geometria) che hanno la funzione di ridurre il diametro del filo tramite un diagramma di riduzione a scalare riducendo il diametro passo-passo da grande a sempre più piccolo fino al diametro richiesto. La massima riduzione consigliata è dell’89% del diametro iniziale, oltre questo limite si rischia di rendere eccessivamente fragile il filo. Questa riduzione di sezione modifica le caratteristiche meccaniche, nello specifico la duttilità dell’acciaio. La caratteristiche fondamentali che garantiscono la qualità della fune, devono rispondere ad alti standard internazionali (EN 10264 – ISO 2232 – API 9/A), che specificano i parametri che devono essere verificati e garantiti. Più precisamente devono essere verificate le seguenti caratteristiche meccaniche: ◗ resistenza a trazione; ◗ torsione; ◗ piegatura; ◗ allungamento. Trefolatura Ottenuto il filo si realizzano i trefoli, componenti base per la produzione delle funi. Si definiscono trefoli i prodotti del processo di trefolatura che consiste nel disporre i fili di acciaio, secondo una determinata configurazione, con un senso di avvolgimento a spirale. 320 Trasmissione del moto con cinghie, funi, catene Unità C5 Le macchine utilizzate per questo processo sono denominate trefolatrici. Oltre alle configurazioni, le caratteristiche geometriche del trefolo sono il diametro e il passo. Le configurazioni hanno la funzione di: ◗ ottimizzare il riempimento della sezione del trefolo; ◗ consentire appoggi lineari tra i vari strati; ◗ garantire la necessaria resistenza alla pressione trasversale. Nel trefolo ciascuno strato di fili può disporsi rispetto allo strato precedente secondo alcune configurazioni di base quali: FIG. C5.24 Trefolo normale (N) FIG. C5.25 Trefolo Seale (S) FIG. C5.26 Trefolo Warrington (W) FIG. C5.27 Trefolo Filler (F) NORMALE (N) non esiste alcun legame con il numero dei fili dello strato sottostante e il passo di ogni strato è differente, inoltre ogni strato richiede una operazione di cordatura. SEALE (S) il numero dei fili di uno strato è lo stesso di quello dello strato precedente e il passo è il medesimo per tutti i fili (es: 1-7-7; 1-8-8 ;1-9-9). WARRINGTON (W) il numero dei fili di uno strato è il doppio di quello dello strato precedente e il passo è il medesimo per tutti i fili (es: 1-5-5+5; 1-6-6+6; 1-7-7+7); FILLER (F) il numero dei fili di uno strato è il doppio di quello dello strato precedente che viene integrato da fili di riempimento (filler). Il passo è il medesimo per tutti i fili (es: 16F-12). 321 Modulo C La trasmissione del moto Le stesse composizioni possono essere realizzate anche nella versione compattata per: ◗ aumentare la sezione metallica; FIG. C5.28 Trefolatrice (immagine di Redaelli Tecna S.p.A.) FIG. C5.29 Funi crociate (immagine di Redaelli Tecna S.p.A.) ◗ creare zone di contatto estese tra i fili; ◗ ottenere una superficie regolare più liscia, estesa e meno permeabile; ◗ rendere più uniforme la ripartizione delle tensioni sui fili. ◗ aumentare la stabilità dimensionale rispetto a forze trasversali Il procedimento per la formazione della fune è analogo al trefolo, ma la macchina utilizzata per l’operazione viene chiamata cordatrice a cesto. Le bobine di trefoli vengono posizionate su questa immensa giostra che le fa ruotare avvolgendole attorno a un’anima (trefolo d’acciaio o di altri materiali), posizionando i trefoli secondo una determinata configurazione. Ogni rotazione della macchina corrisponde alla produzione e quindi all’avanzamento di un passo della fune. L’avanzamento è garantito dal tiro del cabestano che, attraverso uno specifico dispositivo (pre-formatore), imprime una deformazione a elica dei singoli trefoli e permette il corretto posizionamento dei trefoli nella fune stessa. La fune, normalmente, viene lubrificata con grassi o olii che devono contribuire a preservare i fili e quindi la fune dalla corrosione, riducendo anche eccessivi attriti tra gli stessi componenti della fune. Le funi possono avere avvolgimento destro (Z) o sinistro (S), ed essere composte da trefoli che a crociata sinistra loro volta possono essere cordati (avvolti) in direzione opposta alla direzione di avvolgimento dei fili componenti il trefolo stesso. In questo caso la fune crociata destra si definisce “crociata”. Qualora i fili componenti il trefolo e il trefolo stesso siano cordati con la stessa direzione dell’elica, la fune si definisce “parallela”. Ad esempio, possono essere composte da trefoli cordati sinistri ma che si avvolgono per formare la fune a destra (crociato destro – CD), viceversa crociato sinistro (CS), oppure trefoli destri e fune destra (parallelo destro – PD) e viceversa parallelo sinistro (PS), oppure in altri casi ancora, intrecciati con sigla (TR). La Norma UNI EN 12385 classifica le categorie principali in cui possono essere suddivise le funi metalliche e sono le seguenti: Funi a trefoli Un assemblaggio di più trefoli posti a elica su uno o più strati attorno a un’anima (fune a singolo strato) o centro (fune anti-rotazione o fune chiusa parallelamente). Fune a singolo strato Fune a trefoli composta da un solo strato di trefoli posti a elica attorno a un’anima. 322 Trasmissione del moto con cinghie, funi, catene Unità C5 Fune anti-rotazione Fune a trefoli progettata per generare livelli ridotti di torsione e rotazione quando soggetta a carico. Fune chiusa parallelamente Fune a trefoli composta da almeno due livelli di trefoli posti a elica con un’operazione di cordatura attorno a un’anima in fibra. Fune a trefoli compattati Fune i cui trefoli, prima della cordatura della fune, sono soggetti a un processo di compattazione. Fune compattata (martellata) Fune soggetta a un processo di compattazione (solitamente martellatura) dopo la cordatura della fune per ridurne il diametro. Fune a cavi Un assemblaggio di più (solitamente sei funi) a trefoli tondi (riferito a funi unitarie) posti a elica attorno a un’anima. Fune intrecciata Un assemblaggio di più fili tondi intrecciati a coppie. Fune piatta Un assemblaggio di funi unitarie conosciute come Reddies, ognuna delle quali composta da quattro trefoli. Di solito 6, 8 o 10 Reddies, ad avvolgimento alterno sinistro e destro, sono posti l’una vicina all’altra e tenute in posizione da fili di cucitura, trefoli o rivetti. Fune spiroidale Un assemblaggio di almeno due strati di fili posti a elica attorno a un filo tondo centrale, trefolo costruito o trefolo parallelo. Almeno uno strato di fili è posto in direzione opposta e verso contrario all’altro strato/agli altri strati per ottimizzare le caratteristiche di rotazione. Fune semichiusa Funi spiroidali con uno strato esterno di fili semichiusi (a H) e fili tondi alternati. Fune chiusa interamente Fune spiroidale con uno strato esterno di fili chiusi (a Z). Fune rivestita con polimero Fune coperta da polimero solido. Fune riempita con polimero Fune i cui spazi interni vuoti sono riempiti con polimero solido. Il polimero si estende fino (o leggermente oltre) alla circonferenza esterna della fune. 323 Modulo C La trasmissione del moto La funzione svolta dall’anima tessile nelle funi a trefoli è di supporto ai trefoli stessi, oltre che consentire la lubrificazione evitando il loro sfregamento e il loro spostamento. Fino a qualche anno fa, erano costituite da fibre naturali poi, in maniera graduale, si è passati alle fibre sintetiche (polipropilene) più stabili e durevoli. Sono tuttavia meno adatte a essere impregnate di lubrificante per cui attualmente, soprattutto per le funi di particolari impianti, l’anima viene realizzata con un estruso polimerico il cui profilo è adattato al filo. Laddove la sollecitazione principale è la trazione (ponti sospesi, teleferiche ecc.), le funi maggiormente utilizzate sono le funi spiroidali. Quando le funi devono essere avvolte su pulegge o tamburi, quando cioè è presente una sollecitazione di flessione, (ascensori, funi di comando, funi per gru ecc.) si utilizzano le funi a trefoli. FIG. C5.30 Sezioni di funi spiroidali e a trefoli (immagine di Redaelli Tecna S.p.A.) C5.11 MATERIALI E DIMENSIONAMENTO DELLE FUNI Le funi sono costruite con fili d’acciaio trafilato a freddo il cui carico unitario di rottura R deve essere compreso tra 785 e 2060 N/mm2. Per il dimensionamento di una fune si utilizza un criterio di resistenza a trazione, si adottano tuttavia specifici coefficienti di sicurezza nel rispetto delle norme di legge previste. Ai fini del dimensionamento di una fune si determina il carico che la stessa può sopportare con la seguente relazione: P =n 324 πd 2 R 4⋅c Trasmissione del moto con cinghie, funi, catene Unità C5 con n = numero dei fili d = diametro del filo R = carico unitario di rottura di ogni singolo filo c = coefficiente di sicurezza Coefficiente di sicurezza per funi Applicazione Per persone TAB. C5.6 Gru Ascensore con tamburo di avvolgimento Ascensori con puleggia motrice Teleferiche: funi traenti Teleferiche: funi portanti FIG. C5.31 Modalità di chiusura di una fune (immagine di Redaelli Tecna S.p.A.) 12 ÷ 16 16 ÷ 24 8 4 Per materiali 6÷7 8 ÷12 11 ÷ 18 6÷7 3÷4 La trasmissione con funi è considerata un argomento per cui la progettazione e la costruzione degli elementi che caratterizzano questo tipo di trasmissioni è riservata a specialisti e aziende altamente specializzate. A tal proposito si ricorda che le funi in acciaio più pesanti al mondo sono state realizzate in Italia negli stabilimenti triestini della Redaelli Tecna S.p.A. La più recente aveva un diametro di oltre 160 millimetri, oltre 4000 metri di lunghezza e un peso di 488 tonnellate. Queste funi sono utilizzate su enormi argani installati su navi per l’abbandono e il recupero di speciali e pesanti elementi sul fondale marino. FIG. C5.32 Immagine Fune Flexpack ® IV GWR REDAELLI TECNA S.p.A. FIG. C5.33 Immagine Fune Flexpack ® IV GWR REDAELLI TECNA S.p.A. C5.12 PULEGGE PER FUNI Nell’ambito della trasmissione del moto mediante organi flessibili e resistenti (funi), si dovranno utilizzare pulegge che avranno un particolare profilo. Questo profilo, qualora non fosse corretto, può provocare, per eccessiva pressione, la deformazione della fune che può risultare dannosa per il funzionamento oltre che ovviamente per la durata della fune stessa. Le gole devono avere un profilo circolare di raggio Rg incrementato del 6 ÷ 8% del raggio nominale della fune. Il diametro della puleggia deve essere almeno 40 volte maggiore di quello della fune. 325 Modulo C La trasmissione del moto FIG. C5.34 Forma corretta o errata delle gole FIG. C5.35 Gole di puleggia per funi Nel caso di avvolgimento della fune su tamburi questi devono avere un diametro maggiore di almeno 25 volte il diametro della stessa fune e di almeno 300 volte il diametro del filo ed è preferibile che la superficie del tamburo su cui si avvolge la fune sia scanalata. Qualora la fune si avvolga su un tamburo scanalato l’angolo di deviazione non deve superare i 2° (Fig. C5.37). Si definisce angolo di deviazione l’angolo formato dalla fune con la perpendicolare all’asse del tamburo. Quando la fune si avvolge su tamburi non scanalati o per avvolgimenti di funi su più strati, l’angolo di deviazione non deve superare 1,5°. Qualora ciò non fosse possibile occorre dotare il sistema di un guidafune. Valori per dimensionamento tamburi per funi: p = passo (1,05 ÷ 1,08) · Df β = 1,30° per tamburi lisci β = 2° per tamburi scanalati e = 0,2 · Df Dt > 25 · Df Dg = 1,08 · Df 326 Trasmissione del moto con cinghie, funi, catene Unità C5 FIG. C5.36 Tamburi per funi FIG. C5.37 Tamburi per funi C5.13 TRASMISSIONI CON CATENE Le catene sono dispositivi meccanici destinati alla trasmissione di potenza e al sollevamento di carichi con rapporti di trasmissione costanti. Durante il loro esercizio non vi è slittamento tra le parti pertanto, per le catene vale la medesima relazione cinematica valida per le ruote dentate in cui si afferma che il rapporto tra il numero di giri delle ruote (condotta-conduttrice) e il numero dei denti è inversamente proporzionale. Le catene si caratterizzano per la loro flessibilità che si realizza tramite il collegamento di elementi rigidi. Per questa loro specificità la trasmissione si definisce anche semirigida. La loro maggiore applicazione si riscontra nel: ◗ trasferimento di potenza; ◗ trasporto; ◗ sollevamento. Come detto, hanno il grande vantaggio di mantenere costante il rapporto di trasmissione che possiamo esprimere anche in relazione al numero dei denti delle ruote: i" n1 z1 " n2 z 2 il cui valore deve essere compreso tra 7 ÷ 8. C5.14 TIPOLOGIE DI CATENE Le catene, in linea generale, devono essere tutte calibrate intendendo con ciò che le maglie e gli anelli devono avere la medesima dimensione per consentire il loro alloggiamento negli spazi specifici predisposti sulla corona delle rispettive pulegge. 327 Modulo C La trasmissione del moto Le catene in funzione del loro utilizzo possono essere: ◗ ad anello chiuso (principalmente utilizzate per sollevamento); ◗ a piastre articolate multiple (sollevamento a corsa limitata per esempio carrelli elevatori). FIG. C5.38 Catene di sollevamento FIG. C5.39 Catena Fleyer (prevalentemente per carrelli elevatori) FIG. C5.40 Catena a rulli FIG. C5.41 Attacchi per catene ◗ scomponibili (per trasmissione di potenza, ma non solo) costituite da maglie metalliche collegate mediante dei perni e la loro forma definisce il tipo di catena. Le più importanti sono: § Catene Galle (a perni) Questo tipo di catene (brevettate nel 1832 da Meduel Gall che le applicò alla bicicletta) erano costituite da una serie di perni equidistanti (che definivano il passo della catena), collegati tra loro da coppie di piastrine laterali. Erano utilizzate per velocità non troppo elevate, comprese tra (0,5 e 3 m/s) per effetto della notevole usura dovuta alla esigua superficie di strisciamento tra perno e piastrine. § Catene Zobel (a bussola) Le catene Zobel sono l’evoluzione della catena stessa. Infatti le criticità che avevano le Galle, ossia usura elevata dei perni, è stata ridotta inserendo nel perno una bussola. Sono definite, infatti, catene a bussola in quanto sui perni, solidali alle piastrine esterne, viene montata una bussola a sua volta solidale alle piastrine interne. Questo consente indubbi vantaggi nelle trasmissioni a catena tra cui l’incremento notevole delle velocità, la minore usura e la diminuzione della rumorosità. § Catene Renold (a rulli girevoli) Un ulteriore miglioramento delle catene, è apportato dall’inserimento sui perni di rulli girevoli sistema Renold. La loro specificità si caratterizza per il montaggio sul perno di un rullo girevole che riduce notevolmente lo strisciamento tra catena e ruota quando la stessa ingrana con i denti della corona o pignone. Ciò consente il loro utilizzo per velocità fino a 12 m/s. Per le loro caratteristiche di sicurezza e leggerezza sono quelle maggiormente usate grazie anche alla loro adattabilità alle più svariate applicazioni. Sono previste catene a semplice, doppia e tripla fila di rulli e sono unificate dalla Norma UNI 7484. Alle maglie delle catene finalizzate al trasporto e montate su nastri trasportatori, possono essere collegati, con diversi sistemi, attacchi di forma e dimensione differenti che consentono di “movimentare” prodotti senza danneggiarne la loro superficie. Oltre che per la movimentazione, possono essere utilizzati anche per separare, trattenere, equidistanziare durante la fase di capovolgimento della catena. 328 Trasmissione del moto con cinghie, funi, catene Unità C5 C5.15 RUOTE PER CATENE (PIGNONI E CORONE) I simboli per il calcolo delle ruote dentate per catena, utilizzate per la trasmissione del moto, sono raccolti nella Norma UNI 7484. In linea di massima queste ruote, definite pignoni e corone, sono prodotti commerciali realizzati esclusivamente da aziende specializzate che producono anche le catene. I pignoni, le corone, e le catene possono essere a dentatura semplice, doppia o tripla. In fase di progettazione è consigliabile la consultazione dei cataloghi tecnici che riportano scrupolosamente ed esaustivamente specifiche tecniche, caratteristiche e aspetti tecnologici dei materiali. L’utilizzo delle catene nell’ambito della progettazione di nastri trasportatori è piuttosto diff usa e consente una notevole economia di motoriduttori. Si pensi per esempio a nastri lineari, collegati con curve, entrambi motorizzati in cui è possibile con un solo motoriduttore alimentare la movimentazione di entrambi, applicando sull’ultimo rullo del nastro e sul primo della curva un pignone a doppia corona. O ancora motorizzare tutti i rulli di un nastro trasportatore utilizzando il sistema del giro di catena su tutti i rulli con pignone a doppia corona. Le ruote per catene denominate pignoni e corone a seconda che siano fornite di mozzo o meno sono caratterizzate da: FIG. C5.42 Pignone FIG. C5.43 Corona ◗ passo; ◗ numero dei denti; FIG. C5.44 Fiancata di nastro trasportatore ◗ diametro primitivo. C5.16 RAPPRESENTAZIONE GRAFICA DI PIGNONE E CORONA COMMERCIALI E LAVORATI FIG. C5.45 Pignone commerciale 329 Modulo C La trasmissione del moto FIG. C5.46 Rappresentazione grafica del pignone lavorato FIG. C5.47 Rappresentazione grafica di corona lavorata 330 Trasmissione del moto con cinghie, funi, catene Unità C5 FIG. C5.48 Applicazioni di trasmissione a catena con varie potenze: a) motocicletta; b) bicicletta; c) nastro trasportatore ⓐ ⓑ ⓒ C5.17 SICUREZZA E MANUTENZIONE DELLE CATENE Le norme di sicurezza (D.Lgs 81/08) obbligano tutti coloro che utilizzano catene a proteggerle con dei carter al fine di non creare impigliamento che, a seconda del tipo di catena, potrebbe creare seri problemi all’incolumità degli utilizzatori. Una adeguata lubrificazione è fondamentale per garantire la lunga durata e la continuità di servizio di una trasmissione a catena. La lubrificazione infatti previene l’usura tra i vari componenti della catena stessa, rende più scorrevole il contatto tra i rulli e le ruote dentate ammortizzandone l’impatto, inoltre dissipa il calore, non fa penetrare scorie e corpi estranei e protegge dall’ossidazione. 331 Modulo C La trasmissione del moto C5 VERIFICA UnitÀ 1 Domande a risposta breve 1 Fornisci una definizione di trasmissione meccanica. 2 Quali sono le motivazioni più significative che inducono alla scelta di un particolare sistema di trasmissione? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 3 Come sono definite le cinghie e perché? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 4 Com’è costituito un sistema minimo di trasmissione a cinghie? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 5 Come si può definire una cinghia non sincrona? 6 Come si classificano le cinghie non sincrone e qual è la Norma UNI di riferimento? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 7 Come si designa una cinghia trapezoidale? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 8 Come si designa una puleggia per cinghia trapezoidale? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 9 Qual è la specificità della cinghia Poly-V? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 10 Fornisci una definizione di fune. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 11 Qual è il materiale base per la costruzione delle funi? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 12 In che cosa consiste la stelmorizzazione? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 13 Quali sono le caratteristiche fondamentali che garantiscono la qualità di una fune? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 14 Come si chiama la macchina utilizzata per la costruzione delle funi? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 15 Elenca le principali tipologie di funi. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 16 Come deve essere progettato il profilo di una puleggia per fune? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 17 Cosa sono le catene? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 332 Trasmissione del moto con cinghie, funi, catene Unità C5 18 Quali sono gli elementi che caratterizzano le corone e i pignoni? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 19 Qual è la differenza sostanziale tra le catene Zobel e le catene Renold? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 20 Dove vengono prevalentemente utilizzate le catene a piastre articolate multiple, definite anche Fleyer? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 2 Test vero o falso 1 La trasmissione a cinghie si applica solo per distanze non inferiori a 2 metri. 2 Le cinghie sono anche definite elementi flessibili. 3 Le cinghie sono utilizzate oltre che in meccanica anche in informatica. 4 Un sistema minimo di trasmissione con cinghia è costituito da pulegge e fune. 5 La cinghia sincrona è un elemento che mantiene costante il rapporto di trasmissione. 6 La cinghia non sincrona può essere piatta o trapezoidale. 7 La Norma UNI di riferimento delle cinghie trapezoidali è la 55755. 8 Le cinghie trapezoidali trasmettono il moto per attrito sui fianchi della puleggia. 9 I tenditori o galoppini hanno la funzione di mantenere in tensione le cinghie. 10 Le cinghie sincrone richiedono pulegge particolari. 11 La fune è un insieme di fili metallici singoli opportunamente allungati. 12 L’anima della fune è sempre metallica. 13 Il decapaggio ha la funzione di eliminare l’ossido di ferro prima della trafilatura. 14 Il patentamento è il titolo che devono avere i costruttori delle funi. 15 I trefori sono particolari tipi di fune a tre fili di opportuno diametro. 16 Le funi possono essere destre o sinistre. 17 La fune più pesante mai costruita era lunga 4000 metri. 18 Le catene hanno la peculiarità di mantenere costante il rapporto di trasmissione. 19 Le catene ingranano solo su pignoni e corone. 20 Le catene devono sempre essere protette da carter. V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F 333 Modulo C La trasmissione del moto C VERIFICHE SOMMATIVE MODULO CONOSCENZE 1 Domande a risposta breve 1 Dai una definizione di albero condotto e conduttore. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 2 Come si definiscono le sedi su cui alloggiano i supporti di un albero orizzontale? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 3 Elenca le forme che può assumere un perno di estremità. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 4 Cos’è un supporto? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 5 Quali effetti deve produrre la lubrificazione di un supporto? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 6 Quali sono i vantaggi più significativi dei cuscinetti volventi rispetto ai cuscinetti radenti? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 7 Quali sono i criteri da rispettare per il montaggio di un cuscinetto volvente? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 8 Qual è la motivazione tecnica per cui vengono utilizzate le guarnizioni o tenute? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 9 Indicare la differenza tra le tenute statiche e le tenute dinamiche. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 10 Fornisci una definizione di tensione di snervamento. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 334 Modulo C La trasmissione del moto 11 Definisci la caratteristica delle molle illustrando la relazione che calcola il coefficiente Cu. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 12 Elenca le tipologie di molle in funzione della loro deformazione. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 13 Indica le peculiarità delle molle a tazza. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 14 Elenca la classificazione delle molle a tazza. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 15 Indica la norma che unifica le molle a tazza e le foglie per le molle a balestra. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 16 Elenca i vari tipi di giunti in relazione al loro principio di funzionamento. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 17 Definisci il principio di funzionamento di un giunto rigido ed elenca i più importanti giunti rigidi. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 18 Fornisci una definizione di giunto elastico. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 19 Qual è la specificità dei giunti HELI-CAL? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 20 Quali sono le motivazioni tecniche per cui è consigliato l’uso dei giunti articolati? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 21 Rappresenta le differenze sostanziali tra un giunto cardanico e un giunto omocinetico. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 22 Quali sono le modalità principali della trasmissione del moto? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 23 Descrivi il funzionamento di una trasmissione del moto con “trasmissione rigida”. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 335 Modulo C La trasmissione del moto 24 Qual è la funzione di una “ruota oziosa”? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 25 Dai una definizione di: ruota dentata, ingranaggio e rotismo. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 26 Fornisci una definizione di addendum e dedendum. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 27 Qual è la peculiarità degli ingranaggi a (vite senza fine)? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 28 In maniera convenzionale le ruote dentate e gli ingranaggi da quale Norma UNI sono rappresentate? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 29 Quando si ricorre alla trasmissione con cinghie? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 30 Dai una definizione di cinghia sincrona. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 31 Quali sono i vantaggi delle cinghie sincrone rispetto ad altri tipi di cinghia? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 32 Perché le superfici della cinghia trapezoidale formano un angolo di 40° mentre i fianchi della puleggia hanno un angolo minore? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 33 Definisci il tenditore e spiegane il funzionamento. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 34 Quando si realizza la trasmissione con funi metalliche? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 35 Qual è il processo di fabbricazione delle funi metalliche? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 36 Come possono essere suddivise le funi metalliche secondo la Norma UNI EN 12385? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 336 Modulo C La trasmissione del moto 37 Descrivi come sono realizzate le funi a trefoli. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 38 Durante la costruzione delle funi, cosa indicano le lettere “S” e “Z”? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 39 Cosa succede a una fune metallica qualora il profilo della puleggia non fosse correttamente realizzato? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 40 Perché la trasmissione a catena viene anche definita trasmissione semirigida? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 41 Quali sono le più importanti tipologie di catene? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 42 Qual è la differenza tra pignone e catena? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 43 Dove trova maggiore applicazione la trasmissione a catene? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 44 Cosa prevede il D.lgs 81/08 per tutti coloro che utilizzano trasmissioni a catena? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 45 Quali sono le motivazioni per cui una catena deve essere lubrificata? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 2 Test vero o falso 1 Nella trasmissione del moto la coppia viene trasmessa attraverso gli elementi montati sull’albero. 2 Lo spallamento ha la funzione di bloccare il movimento assiale. 3 I supporti hanno la funzione di bloccare in posizione gli alberi. 4 I supporti sono sempre costituiti in un solo pezzo. 5 I supporti possono essere anche oscillanti. 6 I cuscinetti possono essere radenti e volventi. 7 La lubrificazione è utilizzata soltanto per i cuscinetti radenti (bronzine). 8 Le bronzine ruotano con il perno. 9 Negli elaborati grafici, gli ingrassatori non sono mai indicati. 10 Le bronzine possono essere anche divise in due pezzi. V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F 337 Modulo C La trasmissione del moto 11 Le guarnizioni hanno soltanto la funzione di proteggere il cuscinetto. 12 Le guarnizioni possono essere anche piane. 13 Superata la tensione di snervamento la molla può ritornare alle condizioni originarie. 14 La rigidezza delle molle dipende dalla forza impressa per comprimerla o allungarla. 15 Le molle possono essere utilizzate per amplificare le vibrazioni. 16 Le molle a compressione sono soltanto di forma cilindrica. 17 Le spire iniziale e finale delle molle non si molano mai. 18 Le molle possono avere un senso di rotazione destro o sinistro. 19 Le molle a tazza si montano sempre contrapposte. 20 Le molle a balestra non vengono più utilizzate. 21 Le molle possono essere realizzate anche con materiale non ferroso. 22 Il giunto può essere montato anche ad alberi fermi. 23 I giunti rigidi richiedono la perfetta coassialità degli alberi. 24 Il bloccaggio dei giunti può avvenire anche con spine elastiche o cilindriche. 25 Il numero dei bulloni dipende sempre dal buon senso del progettista. 26 Il giunto elastico si definisce in questo modo perché è realizzato in plastica. 27 Il giunto a molla può essere definito anche allungabile. 28 I giunti HELY-CAL si utilizzano su alberi non coassiali. 29 I giunti cardanici si utilizzano soltanto su mezzi agricoli. 30 Il giunto omocinetico può essere anche a sfere. 31 La trasmissione con alberi vicini è definita trasmissione rigida. 32 Il punto di contatto tra due ruote di frizione deve appartenere solo alla ruota condotta. 33 La ruota oziosa si introduce in un ingranaggio per modificare il rapporto di trasmissione. 34 Ingranaggio e ruota dentata sono sinonimi. 35 Il pignone può avere soltanto la dentatura a denti diritti. 36 Se il rapporto di trasmissione di un ingranaggio è maggiore di 1, l’ingranaggio è riduttore. 37 La circonferenza primitiva rappresenta la circonferenza che limita superiormente la dentatura. 38 La coppia conica ha sempre un angolo di 90° tra le ruote. 39 Due ruote con passo differente non possono ingranare tra loro. 40 Gli ingranaggi a denti elicoidali sono meno rumorosi degli ingranaggi a denti diritti. 41 Gli ingranaggi ipoidi hanno gli assi inclinati ma non incidenti. 42 Le cinghie sono definite anche elementi flessibili. 43 Le cinghie sono sempre commercializzate ad anello chiuso. 44 Le cinghie sono utilizzate esclusivamente in ambito meccanico. 45 Le cinghie possono essere sincrone o non sincrone. 46 Le cinghie trapezoidali non possono essere sincrone. 47 Le cinghie sincrone utilizzano pulegge speciali. 48 Le cinghie trapezoidali hanno un angolo di 40°. 49 I tenditori hanno la funzione di allungare la cinghia. 50 Le cinghie sincrone sono inestensibili. 338 V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F Modulo C La trasmissione del moto 51 La fune non è considerata un organo meccanico per la trasmissione delle forze e del moto. 52 La fune può avere un’anima interna. 53 La trafilatura si esegue a caldo per ridurre il diametro del filo. 54 La macchina per produrre la fune si chiama cordatrice. 55 La fune può avere un senso di avvolgimento destro o sinistro. 56 Le catene non possono mantenere costante il rapporto di trasmissione. 57 La trasmissione a catene è definita anche trasmissione rigida. 58 Le catene Fleyer sono utilizzate quasi esclusivamente per mezzi di sollevamento. 59 Le catene a rulli, hanno il rendimento maggiore. 60 Non vi è l’obbligo di coprire le catene con dei carter. V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F ` E COMPETENZE ABILITA 3 Esercizi 1 Esercizio svolto Calcola il momento torcente che può trasmettere un giunto a dischi che agisce su una coppia di alberi in Fe 490 UNI EU 10027-1:2016. I due semigiunti sono serrati insieme da bulloni di ∅14 con carico di sicurezza σ = 160 Nmm2, il numero di bulloni è Z = 6. Svolgimento Il coefficiente d’attrito fra i dischi è µ = 0,2. Calcoliamo il diametro degli alberi accoppiati al giunto per poter ricavare il momento. Calcoliamo la forza massima a cui sono sottoposte le singole viti a trazione: 2 2 ⎛ db ⎞ ⎛ db ⎞ F = σ ⋅ S = σ ⋅ π ⎜ ⎟ = 160 ⋅ ⎜ ⎟ = 24630 N ⎝2⎠ ⎝2⎠ La forza che agisce tra i dischi vale quindi: p = z · F = 6 · 24630 = 147780 N La forza periferica inerente al giunto è la seguente: f = µ · p = 0,2 · 147780 = 29.556 N Si calcola quindi il momento per l’albero con diametro d mediante la seguente relazione: M =f ⋅r =f ⋅ d 2 Pertanto d 2 = → d=3 5M 3 5f ⋅ d 3 5 3f ⋅ d = = τ τ 2τ 5 3f 255954 = = 1599 quindi d = 40 (diametro dell’albero d). σ 160 Riprendendo la formula del momento M avremo: d M = f ⋅ = 295561⋅ 20 = 591122 Nm (momento trasmesso dal giunto) 2 2 Esercizio svolto FIG. C5.49 339 Modulo C La trasmissione del moto La trasmissione a cinghia rappresentata nella Fig. C5.49 ha le seguenti caratteristiche: Puleggia conduttrice P1 ∅ = 300 Puleggia condotta P2 ∅ = 100 Puleggia conduttrice P3 ∅ = 180 Puleggia condotta P4 ∅ = 90 Ipotizzando che la puleggia P1 compie n1 = 220 giri/min, trasmettendo una potenza P = 10,5 kW, determinare la velocità della puleggia P4 (n4) e la potenza P trasmessa considerando un rendimento η = 90% e una riduzione del numero di giri del 2%. Svolgimento Sapendo che il rapporto di trasmissione: n d 220 100 220 ⋅ 300 i= 1= 2→ = → n2 = = 660 giri/min n2 d1 n2 300 100 dallo schema rappresentato si evidenzia come la P2 sia solidale alla P3 pertanto n2 = n3. Quindi avremo: n3 d4 660 90 180 ⋅ 660 = → = → n4 = = 1320 giri/min 90 n4 d3 n4 180 Avendo una perdita di potenza a causa dei cinematismi del 3%, ricalcoliamo la n4 ottenendo: 3 n4 = 1320 − = 1280,7 giri/min 100 Considerando un rendimento della P4 del 90% avremo: 90 PP4 = P − 90% = 7,5 − = 6,75 kW = 6750 W 100 Mt = 9554 3 P 6750 = 9554 = 50354,9 Nmm = 50,35 Nm n4 1280,7 Esercizio svolto Due alberi paralleli supportano sui rispettivi terminali d’albero due ruote dentate, la motrice ha un diametro primitivo dp = 180 mm, la condotta ha un diametro primitivo dp = 300 mm. Sapendo che sull’albero motore agisce una potenza di 22 kW e che esso ruota a n1= 600 giri/min, calcola i momenti che agiscono sulle sezioni dei perni di estremità dei due alberi. L’angolo di pressione β è pari a 20°. Svolgimento Calcoliamo il rapporto di trasmissione: n d 180 τ= 2 = 1 = = 0,6 da cui n2 = τ ⋅ n1 = 0,6 ⋅ 600 = 360 giri/min n1 d2 300 Il momento agente sull’albero motore sarà espresso dalla relazione seguente: P 60 ⋅ P 60 ⋅ 45000 M1 = = = 716,56 Nm = 716560 Nmm = 2π ⋅ 600 ω1 2π ⋅ n1 Ruota condotta: P 60 ⋅ P 60 ⋅ 45000 M2 = = = 1194,26 Nm = 1194260 Nmm = 2π ⋅ 360 ω2 2π ⋅ n2 4 Esercizio svolto Si debba trasmettere il moto da un albero A all’albero B di una macchina operatrice per mezzo di cinghie trapezoidali. L’interasse ipotizzato ha un valore di 650 mm. In condizioni normali di funzionamento l’albero condotto B, ruota a n2 = 525 giri/min trasmettendo una potenza utile P2 = 4 kW. Sapendo che il rapporto di trasmissione è i = 1,85 e che il rendimento della trasmissione è η = 0,95, calcola: • il numero delle cinghie, • la sezione e la lunghezza delle cinghie; • le dimensioni delle due pulegge. 340 Modulo C La trasmissione del moto Svolgimento Calcoliamo le velocità angolari \2 e \1: π ⋅ 525 ω2 = = 54,95 rad/sec 30 \1 = i ·\2 = 1,85 · 54,95 = 101,66 rad/sec quindi il numero di giri n2: 30 ⋅ ω1 30 ⋅ 101,66 = n2 = = 971 gir/min π 3,14 La potenza da trasmettere: P 4 P1 = 2 = = 4,2 kW η 0,95 Per le macchine operatrici che operano mediamente 8 ÷ 10 ore al giorno, si assume un fattore di servizio Fs = 1,2. Calcolando la potenza di calcolo Pc, con la relazione Pc = Fs · P1 otteniamo: Pc = 1,2 · 4,2 = 5,04 kW Relativamente al calcolo della cinghia più appropriata, dalle tabelle dei costruttori che incrociano la potenza con la frequenza di rotazione (numero di giri), rileviamo che la cinghia più appropriata è quella con la sezione B. In merito alla scelta del dp secondo la tabella UNI 5266, in funzione dei dati in nostro possesso si sceglie un dp = 160 mm. Il diametro primitivo dp vale: Dp = i · dp = 1,85 · 160 = 296 mm Calcoliamo ora la lunghezza della cinghia Lp. Con un interasse di l = 650 mm la lunghezza risulterà essere: 2 ( ) L = 2 ⋅ I + 1,57 Dp + d p + (D − d ) = 2 ⋅ 650 + 715 + 23 = 1300 + 715 + 23 = 2038 mm p p 4 ⋅ 650 Calcoliamo ora il diametro equivalente. Dalle tabelle UNI 5789 relative ai valori di Fb in funzione del rapporto di trasmissione, troviamo che per i = 1,85 il corrispondente valore di Fb = 1,12. Il diametro equivalente risulterà quindi: de = Fb · dp = 1,12 · 160 = 180 mm Relativamente alla potenza trasmissibile P avremo: d 0,16 v = ω1 p = 101,66 = 8,13 m/s 2 2 Dalle tabelle relative al dimensionamento delle cinghie incrociando i valori troviamo: p1 = 3,116 kW Fa = 0,953 Fe = 1,00 Pertanto la potenza effettiva trasmissibile da un cinghia sarà data dalla relazione: P = Fa · Fe · p1 = 0,953 · 3,116 = 2,96 kW Dovendo trasmettere una potenza di calcolo Pc di 5,04 kW avremo: P 5,04 Zc " c " " 1,7 P 2,96 Occorreranno allora due cinghie di sezione B con lunghezza pari a 2038 mm 5 Esercizio proposto Calcola il perno di estremità di un albero con numero di giri n = 400 g/min, lubrificazione ordinaria, finalizzato a sostenere un carico F di 15 kN. Esegui il disegno costruttivo del perno di estremità. 6 Esercizio proposto Dimensiona un albero che deve trasmettere una potenza di 100 kW a 800 g/min. L’interasse a tra i cuscinetti posizionati all’estremità, è di 950 mm; il carico complessivo F sull’albero applicato in maniera simmetrica rispetto ai cuscinetti è di 35 kN. Il materiale utilizzato per la costruzione dell’albero è un acciaio C45 UNI EN ISO 683-2:2018. Esegui il disegno di fabbricazione dell’albero. 341 Modulo C La trasmissione del moto 7 Esercizio proposto Calcola una molla a elica cilindrica che sollecitata a compressione da un carico di 180 (da N), subisce un accorciamento di 100 mm. Si consideri: • il filo di diametro 8 mm, • materiale per realizzare la molla acciaio al carbonio tipo C 8 UNI EN 10270-1:2017, • carico di rottura del materiale 1470 (da N /mm2), • carico di sicurezza kf 50 (da N/ mm2). 8 Esercizio proposto Occorre trasmettere una potenza P = 11 kW con un numero di giri di 420 giri/min, mediante un giunto a dischi in ghisa G25 UNI EN 1561:2011. • Dimensiona il giunto. • Calcola il diametro dell’albero (d). • Calcola il numero di bulloni (z). Nel caso in cui i dati non fossero sufficienti, scegli i dati mancanti motivando la scelta. 9 Esercizio proposto Un albero di trasmissione caratterizzato da un momento M = 280 Nm, viene collegato tramite un giunto a dischi a un altro albero coassiale. Dimensiona il giunto sapendo che il carico di sicurezza per l’albero vale X = 160 Nmm2 mentre per le viti in numero di z = 4 il carico di sicurezza vale X = 120 Nmm2. Considera un coefficiente di attrito tra i dischi del valore di µ = 0,25. 10 Esercizio proposto Un ingranaggio con ruote a denti diritti costituito da una ruota motrice caratterizzata da z1 = 30 denti e ruota condotta Z2 = 46 denti, deve trasmettere una potenza di 12 kW. Trova il rendimento e la potenza utile dell’albero condotto. 342 Modulo D MATERIALI PER LE COSTRUZIONI MECCANICHE Tra le conoscenze necessarie per il completamento del profilo di un buon progettista vi è la capacità di saper scegliere il materiale più adatto per ogni applicazione meccanica e la necessità quindi di conoscere, per ogni particolare progettato, le specifiche proprietà affinché sia lavorabile con il processo tecnologico scelto. Occorre considerare che la quantità dei materiali con cui un disegnatore può venire a contatto è rilevante, pertanto l’analisi si limiterà solo ai materiali metallici, rame e sue leghe, alluminio e altre leghe leggere, materie plastiche e si accennerà solamente ai materiali compositi. Appare del tutto evidente che l’analisi dei materiali dovrebbe rientrare nelle conoscenze di diverse figure professionali, dal tecnologo, al metallurgico, al progettista ecc. Si tratterà l’argomento in modo da consentire al disegnatore di seguire una metodologia chiara, una strada certa che lo conduca a effettuare scelte congrue e tecnicamente corrette durante la progettazione di semplici applicazioni, in ottemperanza a quanto previsto dalle Indicazioni ministeriali. D1 Materiali metallici ferrosi e non ferrosi D2 Materie plastiche UnitÀ D1 Materiali metallici ferrosi e non ferrosi CONOSCENZE ➜ Conoscere la differenza tra i differenti materiali metallici. ➜ Conoscere i vari metodi di produzione. ➜ Conoscere la differenza tra acciaio e ghisa. ➜ Conoscere i processi di produzione dell’alluminio. ➜ Conoscere, il rame e le sue leghe. ➜ Conoscere le leghe antifrizione. ABILITÀ ➜ Saper scegliere e applicare il più idoneo materiale da costruzione. ➜ Saper interpretare la funzione delle tabelle tecniche. ➜ Saper determinare le aspettative del materiale scelto. COMPETENZE ➜ Individuare in maniera scientifica i differenti materiali metallici. ➜ Determinare il materiale più appropriato per specifiche progettazioni. ➜ Leggere correttamente le tabelle tecniche dei materiali. 344 Materiali metallici ferrosi e non ferrosi Unità D1 D1.1 MATERIALI PER LE COSTRUZIONI MECCANICHE L’analisi dei materiali maggiormente impiegati nelle costruzioni meccaniche, di interesse per un disegnatore/progettista, dei quali saranno esaminate le caratteristiche tecniche, processi produttivi e relative norme di unificazione sono i seguenti: MATERIALI METALLICI FERROSI I materiali metallici ferrosi hanno alla base il ferro in legame con il carbonio o con altri elementi chimici. ◗ Acciai ◗ Ghise MATERIALI METALLICI NON FERROSI I materiali metallici non ferrosi alla base non hanno il ferro in legame con il carbonio o con altri elementi chimici. Alluminio, magnesio e relative leghe Appendice TAB. A 74 L’alluminio e il magnesio sono definiti comunemente “leghe leggere” per il loro modesto peso specifico. Rame, bronzo, ottone Il bronzo e l’ottone sono due leghe del rame: il primo con lo stagno, il secondo con lo zinco. Zinco e piombo Lo zinco e il piombo sono due metalli duttili e malleabili ad alto peso specifico e bassa temperatura di fusione. Leghe antifrizione Le leghe antifrizione sono leghe a basso coefficiente di attrito. MATERIE PLASTICHE Le materie plastiche sono prodotti dell’industria chimica che per basso costo, lavorabilità, capacità di resistenza a numerosi agenti chimici e fisici, negli ultimi anni hanno sostituito i materiali metallici nella realizzazione di numerosi particolari. 345 Modulo D Materiali per le costruzioni meccaniche MATERIALI COMPOSITI I materiali compositi hanno come caratteristica principale quella di essere realizzati “combinando” in maniera particolare due materiali omogenei tradizionali che, includendosi, danno luogo a un materiale che consente di utilizzare sinergicamente le migliori proprietà di ciascuno di essi. D1.2 MATERIALI METALLICI FERROSI La lega ferro-carbonio ancora oggi, da molti utilizzatori, è denominata ferro. Ricordiamo che è definita “ferro”, la lega Fe-C (ferro-carbonio) con una quantità di carbonio inferiore allo 0,32%. Questo materiale non è temprabile, è fucinabile e si salda con grande facilità. È prodotto per pudellaggio o per fusione. Il processo di pudellaggio è stato uno dei primi processi industriali per ottenere dell’acciaio con una specifica quantità di carbonio. Introdotto a livello industriale alla fine del XVIII secolo, utilizzava dei forni detti a riverbero. Oggi questo processo è completamente in disuso. L’acciaio è una lega ferro-carbonio con una percentuale di carbonio compresa tra 0,32% e 1,6% circa. Questo materiale è saldabile, temprabile e si può lavorare con processi di fucinatura e fusione. La durezza, essendo direttamente proporzionale alla percentuale di carbonio presente nella lega, aumenta con l’aumentare del carbonio. Le ghise sono sempre leghe ferro-carbonio con una percentuale di carbonio compresa tra 2,2% e 6,6% circa. Sono ottenute solo con processo di fusione. Quando la percentuale di carbonio presente nella ghisa è compresa tra 1,7% e 2,2% è definita ghisa acciaiosa ed è utilizzata prevalentemente per la produzione di altri materiali a base di ferro o più correttamente materiali metallici. Circa la produzione dell’acciaio e delle altre leghe ferro-carbonio si rimanda, per specificità, alla disciplina Tecnologia meccanica di processo e di prodotto. D1.3 CLASSIFICAZIONE DEGLI ACCIAI Secondo la Norma UNI EN 10020 è definito acciaio una lega Fe-C in cui l’elemento preponderante è il ferro, mentre il carbonio deve essere presente in quantità <2%. La lega può contenere anche altri elementi. Gli acciai, in base alla presenza del solo carbonio o di altri elementi, possono essere classificati in: ◗ acciai comuni ◗ acciai legati (speciali) § acciai martensitici § acciai austenitici § acciai ferritici 346 Materiali metallici ferrosi e non ferrosi Unità D1 Per gli acciai comuni, la classificazione dipende dalla percentuale di carbonio presente nella lega. TAB. D1.1 Classificazione degli acciai comuni Denominazione Acciai extra dolci % di carbonio <0,15 Acciai dolci 0,15 ÷ 0.20 Acciai semiduri 0,20 ÷ 0.50 Acciai duri 0,50 ÷ 0.75 Acciai extra duri >0,75 Occorre considerare che durante il processo fusorio per la produzione degli acciai, nella lega possono essere presenti quelle che sono definite impurità. Queste impurità danno luogo a un’ulteriore divisione degli acciai in: ◗ acciai comuni (in cui risulta esserci presenza di: zolfo, manganese, silicio, fosforo con percentuale complessiva di zolfo e fosforo <0,050%) ◗ acciai di qualità in cui la presenza di zolfo e fosforo con percentuale inferiore allo 0,030% conferisce all’acciaio migliori caratteristiche tecnologiche. ACCIAI LEGATI (SPECIALI) Si caratterizzano per la presenza di altri elementi quali: cromo, cobalto, manganese, silicio, nichel, wolframio, vanadio, molibdeno e altri. Questi acciai vengono anche definiti binari o ternari. Si definiscono acciai binari gli acciai in cui vi sia la presenza di un solo elemento oltre alla lega Fe-C. Gli acciai ternari sono acciai in cui, oltre alla lega Fe-C, sono presenti altri due elementi. Acciai martensitici Sono acciai binari e si caratterizzano per la presenza di cromo con percentuale compresa tra 8 e 11%, mentre la percentuale di carbonio rimane compresa tra 0,2 e 1%. Sono definiti anche auto-temprabili in quanto, raffreddati in aria calma, possono raggiungere una durezza significativa corrispondente circa a quella degli acciai comuni raffreddati bruscamente in acqua. Acciai austenitici Sono acciai ternari perché nella lega vi è la presenza di cromo e nichel con percentuali di Cr del 16 ÷ 28% e di Ni del 6 ÷ 22%. Non sono temprabili perché la presenza del Ni consente loro di mantenere la struttura austenitica fino a temperatura ambiente. Gli acciai austenitici sono quelli maggiormente utilizzati nelle costruzioni meccaniche grazie alla loro duttilità e tenacità oltre a un basso limite elastico. Queste caratteristiche conferiscono una significativa resistenza con gli urti e all’usura. Di contro, hanno una durezza inferiore se confrontati con gli acciai martensitici. 347 Modulo D Materiali per le costruzioni meccaniche Acciai ferritici Anche gli acciai ferritici sono acciai binari. Vedono nella lega Fe-C solo la presenza di cromo con una percentuale del 14% ÷ 30% mentre la percentuale di carbonio non supera lo 0,2%. La presenza di un’alta percentuale di Cr consente all’acciaio ferritico di non modificare la propria struttura fino alla temperatura di fusione. Questo non consente la loro temprabilità. D1.4 NORMATIVE UNI SUGLI ACCIAI Relativamente alla definizione e alla classificazione degli acciai si rimanda per una più approfondita e specifica conoscenza, alla Norma UNI EN 10020. La norma è la versione ufficiale in lingua italiana della norma europea EN 10020 (edizione marzo 2000). Definisce il termine “acciaio” e stabilisce: la classificazione in acciai non legati, acciai inossidabili e altri acciai legati in base alla composizione chimica; la classificazione degli acciai non legati, degli acciai inossidabili e degli altri acciai legati in funzione delle principali classi di qualità definite in base alle caratteristiche principali riguardanti le loro proprietà e i rispettivi impieghi. Di seguito si riportano una serie di norme riguardanti gli acciai che possono interessare disegnatori, progettisti, incaricati di ufficio acquisti e altre figure professionali legate alla progettazione di macchine e impianti. Data la vastità e la specificità degli argomenti in esse contenuti, si riporterà solo il titolo delle norme, lasciando ai singoli un’analisi approfondita della norma stessa. Si ricorda che le norme sono in costante aggiornamento al fine di armonizzarle alla normativa europea o internazionale. TAB. D1.2 Corrispondenza tra le qualità dell’acciaio precedenti e attuali TAB. D1.3 Elenco di alcune norme riguardanti gli acciai Precedente (UNI 7070) Attuale (UNI EN 10027-1:2016) Fe 00 Fe 000 Fe 33 Fe 320 Fe 37 Fe 360 Fe 42 Fe 410 Fe 44 Fe 430 Fe 50 Fe 490 Fe 60 Fe 590 Fe 70 Fe 690 Titolo dalla norma Rif. norma Sistemi di designazione degli acciai. UNI EN 10027 Prodotti finiti laminati a caldo in barre e rotoli di acciaio non legato o legato speciale da cementazione. UNI EN ISO 683-3:2018 Acciai inossidabili. Lista degli acciai inossidabili. UNI EN 10088-1:2014 Getti di acciaio inossidabile o di lega colati in sabbia, resistenti al calore (refrattari). Qualità, prescrizioni e prove. UNI EN 10295:2003 [segue] 348 Materiali metallici ferrosi e non ferrosi Unità D1 Titolo dalla norma Rif. norma Condizioni tecniche di fornitura dei getti di acciaio per impieghi sotto pressione – Qualità di acciaio per impiego a temperatura ambiente e a elevate temperature. UNI EN 10213:2016 Acciai da bonifica. UNI EN ISO 683-2:2018 Acciai per trattamento termico, acciai legati e acciai automatici – Acciai per cuscinetti a sfere e a rulli. UNI EN ISO 683-17:2014 Acciai da nitrurazione – Condizioni tecniche di fornitura. EN 10085:2001 Acciai laminati a caldo per molle bonificate – Condizioni tecniche di fornitura. EN 10089:2002 Nastri di acciaio laminati a freddo da trattamento termico – Condizioni tecniche di fornitura – Acciai per molle e per altre applicazioni. EN 10132-4:2000 Filo di acciaio per molle meccaniche – Parte 1: Filo di acciaio non legato per molle trafilato a freddo e patentato. UNI EN 10270-1:2017 Acciai inossidabili laminati a freddo in continuo – Tolleranze sulle dimensioni e sulla forma – Parte 2: Bandelle e nastri larghi. UNI EN ISO 9445-2:2010 Prodotti finiti di acciaio, laminati o fucinati a caldo, per utensili. Generalità, prescrizioni e prove. UNI EN ISO 4957:2018 Prodotti fucinati di acciaio per impieghi generali – Requisiti generali. EN 10250-1:1999 Lamiere e nastri per caldaie e recipienti a pressione (sp. >1) in acciaio legato. UNI EN 10028 Prodotti finiti laminati a caldo in barre e rotoli di acciaio non legato o legato speciale per tempra superficiale. Qualità, prescrizioni e prove. UNI 7847 Acciai per lavorazioni meccaniche ad alta velocità – Condizioni tecniche di fornitura per i prodotti semilavorati, le barre laminate a caldo e le vergelle. UNI EN ISO 683-4:2018 Prodotti in acciaio. Definizioni e classificazioni secondo le forme e le dimensioni. UNI EN 10079 Prodotti laminati a caldo di acciai non legati per impieghi strutturali. Condizioni tecniche di fornitura. UNI EN 10025 Acciai di cementazione – Condizioni tecniche di fornitura. UNI EN 10084:2018 Fonderia – Getti di ghisa a grafite sferoidale. UNI EN 1563:2018 Fucinati di acciaio per apparecchi a pressione – Parte 4: Acciai saldabili a grano fine con elevato limite di elasticità. UNI EN 10222-4:2017 Profilati cavi finiti a caldo di acciai non legati e a grano fine per impieghi strutturali – Parte 1: Condizioni tecniche di fornitura. UNI EN 10210-1:2006 Prodotti piani di acciai per recipienti a pressione. UNI EN 10028 Prodotti piani laminati a freddo d’acciaio a basso tenore di carbonio per imbutitura o piegamento a freddo. UNI EN 10130 Prodotti finiti piatti di acciaio non legato di qualità. Lamiere sottili e nastri larghi da costruzione laminati a freddo. UNI 7958 Materiali metallici – Tubi – Prova di schiacciamento. UNI EN ISO 8492:2014 Prodotti finiti piatti laminati a caldo di acciaio da cementazione o da carbonitrurazione. Lamiere, nastri e larghi piatti per costruzione meccanica. Qualità, prescrizioni e prove. UNI 8788 [segue] 349 Modulo D Materiali per le costruzioni meccaniche Titolo dalla norma Rif. norma Vergella, barre e filo di acciaio per ricalcatura a freddo ed estrusione a freddo – Parte 2: Condizioni tecniche di fornitura degli acciai non destinati al trattamento termico dopo lavorazione a freddo. UNI EN 10263-2:2017 Filo di acciaio e relativi prodotti – Filo di acciaio per funi – Parte 1: Requisiti generali. UNI EN 10264-1:2012 Tubi senza saldatura di acciaio di sezione circolare per utilizzi meccanici e ingegneristici generali – Condizioni tecniche di fornitura – Tubi di acciaio non legato e legato. UNI EN 10297-1:2003 Tubi saldati di acciaio per impieghi a pressione – Condizioni tecniche di fornitura – Parte 1: Tubi di acciaio non legato per impiego a temperatura ambiente. UNI EN 10217-1:2005 Tubi senza saldatura di acciaio non legato. Tubi lisci per usi generici. Qualità, prescrizioni e prove. UNI EN 10216-1:2014 Tubi di acciaio senza saldatura per impieghi a pressione – Condizioni tecniche di fornitura – Parte 2: Tubi di acciaio non legato per impieghi a temperatura elevata. UNI EN 10216-2:2014 Questo elenco include soltanto alcune delle numerosissime norme che hanno il compito principale di fornire all’utente una conoscenza sufficientemente chiara delle caratteristiche tecnologiche e meccaniche del materiale che s’intende scegliere. Le problematiche legate alla scelta del materiale più idoneo, per la realizzazione di un qualsiasi elemento meccanico, sono piuttosto numerose perché numerosi sono i materiali proposti dalle aziende commerciali e, altrettanto numerose sono le norme che ne regolano sia i processi produttivi, sia le tipologie commerciali, le modalità di prove ecc. Vi sono inoltre da considerare altre variabili quali: il costo del materiale, la sua lavorabilità, la sua reperibilità, i tempi di consegna ecc. È tuttavia buona prassi utilizzare sempre il materiale più idoneo allo scopo che ci si attende dall’elemento progettato, valutando le caratteristiche meccaniche. A volte sono utilizzabili i comuni acciai al carbonio sia per l’aspetto economico sia per la loro lavorabilità o i non necessari trattamenti termici che comportano inevitabilmente un aumento di costo. Tuttavia durante la fase che precede la scelta del materiale da utilizzare è bene ricordare alcuni concetti fondamentali. 1. Le condizioni operative del pezzo in funzione dell’ambiente, quali: § temperatura, § corrosione, § nebbie saline ecc. 2. Le condizioni operative del pezzo in funzione delle sollecitazioni cui sarà sottoposto che determineranno in linea di massima le sue dimensioni. 3. Il suo processo di fabbricazione: § lavorazioni alle macchine utensili; § processo di fusione; § processo di estrusione; § stampaggio ecc. Al fine di disporre di una ulteriore azione di orientamento sulla scelta del materiale più indicato da scegliere si può procedere secondo la metodologia indicata nella Tab. D1.4. 350 Materiali metallici ferrosi e non ferrosi Unità D1 Cosa sto progettando Norma di riferimento Dispositivo meccanico poco sollecitato, ma con alta durezza superficiale La norma a fianco fornisce una serie d’informazioni sugli acciai per trattamento termico, acciai legati e acciai automatici (parte 1: Acciai non legati da bonifica). UNI EN ISO 683-1:2018 Particolare meccanico lavorato mediante macchine automatiche con alte velocità di taglio La norma specifica i requisiti tecnici di fornitura per prodotti semilavorati, formati a caldo, per esempio lastre, barre, vergelle ottenuti da acciai automatici e forniti in una delle condizioni di trattamento termico indicate per i diversi tipi di prodotto. UNI EN ISO 683-4:2018 Dispositivo meccanico prodotto con materiale relativamente economico Prodotti fucinati di acciaio per impieghi generali. UNI EN 10250-1:2001 Dispositivo meccanico con rilevante durezza superficiale La norma specifica i requisiti tecnici di fornitura per semilavorati fabbricati con acciai da nitrurazione. EN 10085:2001 Dispositivo meccanico in ghisa sferoidale La norma specifica le caratteristiche del materiale scelto. UNI EN 1563:2018 TAB. D1.4 Tabella per la scelta dell’acciaio più appropriato È sempre valido il consiglio di utilizzare i cataloghi dei produttori nei quali, oltre alle caratteristiche meccaniche e in generale tecnologiche, vi sono consigli utilissimi sulla base delle esperienze maturate nell’ambito della ricerca e sviluppo che le aziende produttrici operano costantemente. D1.5 LE GHISE GENERALITÀ Il termine ghisa è utilizzato per indicare una famiglia di leghe ferrose composte principalmente da ferro e carbonio al 2 ÷ 5%. Si ottengono per fusione e sono utilizzate in molteplici applicazioni meccaniche. La ghisa oltre al ferro e al carbonio contiene anche altri elementi tra i quali il manganese (Mn), il silicio (Si), il fosforo (P), il cromo (Cr). Alcuni di questi elementi favorendo la trasformazione del carbonio in grafite, sono definiti grafitizzanti. Il silicio (Si) è un elemento che facilita questa trasformazione, altri favoriscono la combinazione del ferro con il carbonio per creare la cementite Fe3C e sono denominati antigrafitizzanti. Appartengono a questa famiglia il manganese e il cromo (Mn, Cr). La grafite inoltre può assumere la forma lamellare o sferoidale. Appare evidente che, essendo la ghisa il prodotto di un processo fusorio, la sua qualità può essere decisa dal produttore regolando sia la decomposizione sia la microstruttura dei componenti la lega o di parte di essi o ancora con l’aggiunta di sostanze (una di queste è il magnesio) per ottenere differenti tipologie e qualità di ghisa. Le caratteristiche predisposte durante la fase di preparazione conferiscono al prodotto delle particolarità meccaniche e/o tecnologiche adatte a specifici settori di applicazione. La ghisa grigia e la ghisa bianca hanno caratterizzato la prima classificazione delle ghise. Oggi i criteri di classificazione sono molteplici: la composizione micro351 Modulo D Materiali per le costruzioni meccaniche strutturale, l’aspetto delle fratture, alcune proprietà meccaniche particolari. In linea generale si ritiene sia preferibile una suddivisione in funzione della morfologia di solidificazione e della relativa microstruttura. La classificazione comunemente adottata prevede le macrofamiglie di riferimento che saranno illustrate di seguito. D1.6 I VARI TIPI DI GHISA GHISE GRIGIE Le ghise grigie sono classificate in sei qualità differenti dalla UNI EN 1561:2011 in relazione sia alla resistenza a trazione Rm, sia alla durezza in HB. In queste tipologie di ghisa, la percentuale di carbonio varia dal 2,5 al 4,5% e la grafite si presenta sotto forma di flocculi (aggregati microscopici dall’aspetto fioccoso). Quando un particolare realizzato in ghisa grigia si rompe, la frattura avviene lungo il profilo dei flocculi e la superficie si presenta di colore grigio scuro. I flocculi possono essere di tipo frastagliato, compatto o sferoidale. Le ghise con le caratteristiche di cui sopra hanno generalmente una bassa resistenza agli urti e una buona conducibilità termica. Risultando poco resistenti agli urti e generando basse forze di taglio, consentono una buona lavorabilità alle macchine utensili. Per migliorare le caratteristiche meccaniche spesso viene aggiunto il cromo come elemento di lega. Tuttavia al miglioramento delle proprietà meccaniche corrisponde una minore lavorabilità. GHISE BIANCHE (UNI EN 12513:2011) Le ghise bianche sono caratterizzate dalla presenza del carbonio sotto forma di carburo di ferro (cementite). Sono particolarmente dure e resistenti all’usura, ma fragili perché anziché grafite, contengono grandi quantità di carburi. Sono conosciute anche come “ferro bianco” poiché l’assenza di grafite dà alla superficie di frattura un aspetto bianco. La loro durezza rende difficoltosa la lavorazione alle macchine utensili di conseguenza vengono impiegate come materiale primario per la produzione della ghisa malleabile. GHISE MALLEABILI (UNI EN 1562:2012) Le ghise malleabili si ottengono per ricottura della ghisa bianca. Il processo è piuttosto lungo (alcune decine di ore) e avviene a temperature intorno ai 900 ÷ 1000 °C in ambiente ossidante o riducente. Se l’ambiente è ossidante, si ottiene ghisa malleabile a cuore bianco, la cui superficie è quasi completamente decarburata e la sua struttura è ferritica. Se l’ambiente è riducente, si ottiene la ghisa malleabile a cuore nero; in questo caso la cementite si trasforma parzialmente in grafite in una struttura perlitica o ferritica a seconda di come avviene il raffreddamento. La ricottura rende malleabile la ghisa portandola a formare agglomerati di grafite di struttura irregolare. Tale struttura garantisce alla ghisa: duttilità, resistenza meccanica, resistenza 352 Materiali metallici ferrosi e non ferrosi Unità D1 agli urti. Il processo che rende la ghisa malleabile, può avvenire secondo le seguenti metodologie: ◗ processo europeo (a cuore bianco); ◗ processo americano (a cuore nero). Le ghise malleabili nella loro designazione sono caratterizzate, infatti, dalle sigle W (white) o B (black). GHISA SFEROIDALE (UNI EN 1563:2018) Nella ghisa sferoidale la grafite si presenta in forma nodulare come conseguenza dell’aggiunta di magnesio al metallo fuso, prima che avvenga la colata. Altri elementi che consentono la sferoidizzazione sono il cerio, il silicio, il nichel. La sua produzione è iniziata verso la metà del secolo scorso. La conformazione dei noduli definisce il tipo di ghisa e in funzione della loro specificità la ghisa assume la denominazione di ghisa nodulare o ghisa sferoidale. La ghisa sferoidale è un prodotto metallurgico particolarmente interessante dal punto di vista delle caratteristiche meccanico-tecnologiche giacché offre vaste possibilità d’impiego e può sostituire l’acciaio in svariate applicazioni. Le principali caratteristiche di queste ghise sono la fluidità, la colabilità, una buona resistenza all’usura, alla corrosione e al calore oltre a una non trascurabile saldabilità. Sono duttili quindi consentono una buona lavorabilità e presentano una buona resistenza alle sollecitazioni meccaniche, proprietà non riscontrabile nelle altre ghise. GHISE SPECIALI Le ghise speciali sono prodotte per soddisfare esigenze particolari, quali la resistenza alla corrosione, all’attacco chimico e al calore. Non sono unificate e spesso prendono il nome dall’applicazione per cui sono prodotte. Sostanzialmente per la produzione di queste ghise sono aggiunti elementi come il cromo, il nichel, il molibdeno, il silicio che conferiscono alla ghisa particolari peculiarità esaltandone le caratteristiche meccaniche. Troviamo allora ghise prodotte per alberi, pulegge, ruote dentate, canne di cilindri ecc. GHISE PARTICOLARI Vengono prodotte soprattutto per il settore automobilistico. Vediamo le due principali. Ghisa a grafite compatta detta anche ghisa vermiculare (sigla tecnica CGI, Compacted Graphite Iron). È caratterizzata da flocculi di grafite corti, compatti, con bordi arrotondati e interconnessi. È l’ultima ghisa scoperta (primi anni Duemila) per questo la classificazione delle sue caratteristiche microstrutturali e meccaniche non è ancora definitiva. Tuttavia è considerato un materiale molto interessante perché unisce le migliori caratteristiche della ghisa grigia a quelle della ghisa sferoidale. La sua principale collocazione è prevista nel settore motoristico. Le caratteristiche principali di questa ghisa sono la riduzione di peso e una buona lavorabilità alle 353 Modulo D Materiali per le costruzioni meccaniche macchine utensili. La sua resistenza a fatica è doppia rispetto a quella della ghisa grigia. Attualmente troviamo le maggiori applicazioni nella costruzione di monoblocchi per motori diesel ad alte prestazioni. Ghisa nodulare austemperata (sigla tecnica ADI, Austempered Ductile Iron). Ha una resistenza maggiore per unità di peso rispetto all’alluminio e una resistenza all’usura paragonabile a quella dell’acciaio. Trova il suo maggiore impiego nel settore automobilistico e nell’industria per la produzione di energia. Offre una buona lavorabilità alle macchine utensili, tuttavia gli elevati carichi meccanici in funzione della sua resistenza, determinano una precoce usura del tagliente dell’utensile. D1.7 ALLUMINIO, MAGNESIO E RELATIVE LEGHE GENERALITÀ E CARATTERISTICHE TECNOLOGICHE L’alluminio, nelle sue molteplici forme, è un materiale conosciuto da tutti. È caratterizzato da un colore bianco argenteo, da una leggerezza dovuta al suo basso peso specifico (2,7 Kg/dm3), da un’ottima lavorabilità e da una buona conducibilità termica ed elettrica. Molti oggetti di uso quotidiano sono realizzati con l’alluminio, come biciclette, automobili, aerei, treni, porte, finestre, tetti, orologi, oggetti di arredamento, contenitori per alimenti, imballaggi ecc. L’alluminio appartiene alla vita di ognuno di noi ed è connesso a tanti aspetti della società moderna. Sempre più diffuse sono le sue applicazioni nei diversi settori industriali e in molteplici applicazioni in sostituzione di metalli usati in precedenza, primo fra tutti l’acciaio, rispetto al quale come si diceva sopra, l’alluminio è più leggero, non si ossida e assicura un più alto livello d’igiene. Pensiamo al tetrapak in cui conserviamo latte, pomodoro, succhi di frutta ecc., alle lattine di bibite. Anche molte parti di aerei, navi, treni e perfino lo shuttle, sono realizzati in alluminio o sue leghe. L’alluminio è utilizzato a fini industriali dalla fine del XIX secolo, quando fu messo in atto il processo per estrarre questo elemento dalla bauxite. È quindi considerato un metallo giovane se messo a confronto con l’acciaio o altri metalli, tuttavia, grazie alle sue numerose e specifiche caratteristiche, non ultima la sua completa riciclabilità che gli consente di essere rifuso all’infinito, è uno dei metalli più utilizzati nell’industria moderna. Vediamo altre sue importanti peculiarità. ◗ Formabilità: l’alluminio può assumere qualunque forma, può essere estruso o laminato in una vastissima serie di forme (profili standard o personalizzati), in funzione delle esigenze dell’utilizzatore finale. ◗ Lavorabilità: la sua duttilità gli consente di essere facilmente lavorabile soprattutto con macchine utensili automatiche. ◗ Leggerezza: abbiamo visto come l’alluminio, possedendo un basso peso specifico, consente notevoli vantaggi nelle sue molteplici applicazioni industriali. ◗ Conduttività termica ed elettrica: grazie a quest’ultima proprietà, l’alluminio è spesso utilizzato in sostituzione del rame in diverse applicazioni elettriche o come conduttore per linee elettriche, ma è anche diff usamente utilizzato nell’e354 Materiali metallici ferrosi e non ferrosi Unità D1 lettronica e nell’informatica. La conduttività termica consente il suo utilizzo nella realizzazione di applicazioni che richiedono dissipazione di calore (caloriferi, radiatori di autovetture ecc). ◗ Resistenza meccanica: seppur limitatamente, mediante specifici trattamenti termici l’alluminio ha la capacità di resistere a vari tipi di sollecitazioni meccaniche. ◗ Resistenza agli agenti atmosferici e corrosivi: l’alluminio, grazie allo strato naturale di ossido protettivo di cui può dotarsi, si corrode con difficoltà e si degrada molto lentamente. Questa caratteristica si accentua con un trattamento superficiale di ossidazione anodica, (allumino anodizzato), processo semplice e facilmente applicabile al metallo. Con questo trattamento la vita degli elementi si allunga considerevolmente. ◗ Aspetto superficiale: i differenti trattamenti superficiali a cui può essere sottoposto l’alluminio rendono il suo aspetto gradevole; molte finiture anche in campo automobilistico, ma non solo, sono realizzate in alluminio. Per la sua leggerezza, lucentezza e malleabilità, è spesso proposto per la creazione di oggetti di design e decorazioni. ◗ Capacità riflettente: l’alluminio riflette la luce riducendo la dispersione della luminosità dalla sorgente di luce; anche per questo motivo, ma non solo, la struttura dei pannelli solari è realizzata in alluminio come del resto anche l’interno di molte lampade. ◗ L’alluminio è inoltre amagnetico ed è considerato atossico; per quest’ultima specificità è abbondantemente utilizzato nell’industria alimentare come contenitore di cibi e bevande oltre che come elemento protettivo nella conservazione dei cibi. D1.8 PROCESSO DI PRODUZIONE DELL’ALLUMINIO L’alluminio si produce mediante due processi sostanzialmente molto differenti, il primo, partendo da un minerale chiamato bauxite, il secondo per rifusione dell’alluminio riciclato. L’alluminio prodotto con il processo di estrazione dalla bauxite è definito alluminio primario. Si definisce alluminio riciclato o secondario, l’alluminio prodotto dalla rifusione dei rottami di alluminio o dell’alluminio già riciclato. La produzione di alluminio primario avviene attraverso un processo elettrolitico e per tale processo è fondamentale una grande quantità di energia elettrica. La lavorazione della bauxite in particolari impianti di riduzione consente di estrarre l’allumina. La trasformazione dell’allumina in alluminio liquido avviene, a una temperatura di 950 °C, in un bagno di criolite e allumina e attraverso correnti elettriche da 50000 a 100000 A. L’alluminio prodotto dalle varie reazioni chimiche, un po’ più denso della massa fusa, si raccoglie sul fondo della cella da cui viene prelevato. 355 Modulo D Materiali per le costruzioni meccaniche PRODUZIONE DEI SEMILAVORATI Le tecniche di trasformazione dell’alluminio fuso in prodotti a uso commerciale sono molteplici e possono essere così catalogate: ◗ colata continua e semicontinua; ◗ getti di fusione; ◗ estrusione; ◗ trafilatura; ◗ laminazione; ◗ forgiatura. Colata continua e semicontinua: è una tecnica per trasformare l’alluminio fuso in vergelle e successivamente, mediante il processo di trafilatura, è possibile realizzare fili, lastre, placche o billette destinate a ulteriori lavorazioni. Getti di fusione: attraverso forni elettrici, l’alluminio viene fuso e colato in appositi stampi. La colata può avvenire in stampi di sabbia, utilizzata per piccole unità, oppure in conchiglia per le produzioni in serie. Estrusione: è un processo in cui una billetta di alluminio pre-riscaldata viene compressa in una matrice d’acciaio (estrusore), mediante la quale la forma della billetta viene trasformata in un lungo profilato a sezione costante che è appunto costituito dal profilo della matrice. L’estrusione si usa per produrre forme particolarmente complesse. Possono rappresentare un esempio, i profilati per la costruzione di infissi, strutture per motocarri, per il settore ferroviario, navale e aeronautico. Trafilatura: è una tipologia di laminazione a freddo. Il processo prevede che il pezzo di partenza sia fatto passare attraverso una matrice che gli conferisce la forma definitiva. Per certi aspetti è il contrario dell’estrusione. Mentre nell’estrusione il materiale pre-riscaldato viene compresso, nella trafilatura viene afferrato e tirato. Si usa prevalentemente per la produzione di fili e tubi a diametro ridotto, detti appunto trafilati. Laminazione: è un processo che può avvenire a caldo o a freddo attraverso il quale viene ridotto lo spessore dell’alluminio. Mediante la laminazione a caldo un lingotto pre-riscaldato, passando attraverso dei rulli, subisce una riduzione dello spessore e un conseguente aumento della lunghezza. La laminazione a freddo è un procedimento simile, ma ha il vantaggio di conferire al prodotto finito una maggiore durezza. Gli spessori ottenibili con il processo di laminazione consentono di ottenere valori nell’ordine di alcuni millesimi di millimetro. Generalmente le normative prevedono fogli di alluminio aventi uno spessore variabile fra 0,20 e 3 mm. Forgiatura: è un processo mediante il quale la forma definitiva si ottiene comprimendo un settore circolare di alluminio caldo in un apposito stampo. È una metodologia per produrre prevalentemente lattine, pentolame e in generale pezzi di peso modesto. 356 Materiali metallici ferrosi e non ferrosi Unità D1 D1.9 NORMATIVA UNI DI RIFERIMENTO A livello commerciale l’alluminio è fornito alle fonderie in pani da fonderia e si distingue, secondo la normativa, in due categorie: ◗ di prima fusione; ◗ di seconda fusione. L’alluminio di prima fusione (UNI EN 575:1997) è il prodotto del processo elettrolitico ed è suddiviso in diverse qualità in relazione alla percentuale di alluminio puro presente, secondo la Tab. D1.5. TAB. D1.5 Qualità dell’alluminio di prima fusione Denominazione % minima di Al puro AL.P 99.8 UNI EN 575:1997 99,80 AL.P 99.7 UNI EN 575:1997 99,70 AL.P 99.5 UNI EN 575:1997 99,50 AL.P 99.3 UNI EN 575:1997 99,30 AL.P 99 UNI EN 575:1997 99 L’alluminio di seconda fusione (UNI EN 576:2007) è il prodotto ottenuto con il processo di rifusione di scarti, ritagli e rottami in genere. Come per l’alluminio di prima fusione, la normativa lo distingue in funzione della percentuale di alluminio puro presente, secondo la tabella Tab. D1.6. TAB. D1.6 Qualità dell’alluminio di seconda fusione Denominazione % Al puro ALS 99.5 UNI EN 576:2007 99,50 ALS 99 UNI EN 576:2007 99 ALS 98 UNI EN 576:2007 98 Per l’alluminio, utilizzato come conduttore elettrico, la specifica norma di riferimento (EN AW-1350A) prevede una percentuale di alluminio puro non inferiore al 99,5%. D1.10 LEGHE DI ALLUMINIO Abbiamo visto le numerose caratteristiche dell’alluminio, tuttavia il suo utilizzo come alluminio primario o di prima fusione, è estremamente limitato. Molto importanti sono invece le leghe che si possono ottenere. Le leghe leggere di alluminio dalla Norma UNI EN 573-3 sono definite come le leghe che abbiano come costituente fondamentale l’alluminio e massa volumica non maggiore di 3 Kg/dm3. 357 Modulo D Materiali per le costruzioni meccaniche La lega primaria fusa viene colata: ◗ in pani, nel caso sia destinata alla fonderia (sigla G); ◗ in lingotti, billette (da estrusione) o placche (da laminazione), se destinata alle lavorazioni plastiche (sigla P). Tutte le forme possono essere ottenute per colata in lingottiere metalliche, tuttavia motivi economici e di produttività inducono a utilizzare sempre più spesso la metodologia della colata continua o semicontinua in acqua. Questo metodo da un lato migliora la morfologia dei grani interni, ma presenta lo svantaggio di creare il pericolo di cricche nel lingotto per effetto dello stress termico. Le leghe d’alluminio d’impiego industriale vengono quindi suddivise in due grandi categorie: ◗ leghe da fonderia, destinate alla realizzazione di getti per colata (sigla G) § in terra (in sabbia) § in forma metallica (in conchiglia) § sotto pressione (pressofusione) ◗ leghe da lavorazione plastica, destinate a lavorazioni per deformazione plastica sia a caldo che a freddo (sigla P) § laminazione, estrusione, fucinatura, imbutitura, trafilatura ecc. A tale suddivisione, si aggiungono ulteriori criteri di classificazione: ◗ sulla base della composizione chimica ◗ in funzione dell’attitudine al trattamento di bonifica ◗ in relazione all’impiego specifico cui sono destinate Per la corretta designazione di una lega da fonderia secondo la Norma UNI EN 573-3 occorre riportare in sequenza: 1. il prefisso EN; 2. la lettera A che indica alluminio; 3. la lettera G che indica per getti; 4. il simbolo chimico dell’alluminio Al; 5. i simboli degli elementi in lega seguiti ognuno da numeri che esprimono la percentuale degli elementi stessi, riportati in ordine decrescente. Esempi di designazione EN AG-Al Mg 7 = lega alluminio-magnesio con una percentuale di magnesio del 7%. EN AG-Al Si 13 = lega alluminio-silicio con una percentuale di silicio del 13%. Qualora vi siano altri elementi non preponderanti che conferiscono ulteriori particolarità alla lega avremo: EN AG-Al Cu 10 Ni Si Mg = lega alluminio-rame con una percentuale di rame del 10% e presenza di nichel, silicio e magnesio. Per la corretta designazione di una lega da lavorazione plastica (UNI EN 573-2) occorre riportare in sequenza: 1. il prefisso EN 2. la lettera A che indica alluminio 3. la lettera W che indica prodotti semilavorati 358 Materiali metallici ferrosi e non ferrosi Unità D1 4. il simbolo chimico dell’alluminio Al 5. i simboli degli elementi in lega seguiti ognuno da numeri che esprimono la percentuale degli elementi stessi, riportati in ordine decrescente. Esempi di designazione EN AW-Al Zn 5 Mg 1,5 = lega alluminio-zinco con il 5% di zinco e con presenza di magnesio all’1,5%. EN AW-Al Cu 8 Si Mg = lega alluminio-rame con 8% di rame e presenza di silicio e magnesio. EN AW- Al Mg 7 = lega alluminio-magnesio con magnesio presente al 7%. I PRINCIPALI ELEMENTI DI LEGA E LORO CARATTERISTICHE Tra i principali elementi di lega troviamo: ◗ Il silicio: conferisce alla lega un aumento di fluidità e una riduzione del coefficiente di dilatazione termica che risultano molto utili nella tecnologia per la produzione dei getti e nell’esecuzione delle saldature. La presenza del silicio lascia pressoché inalterata la resistenza alla corrosione e la duttilità. Con l’aumento della percentuale di silicio vi è un netto miglioramento della durezza che conferisce alla lega una buona resistenza all’usura. ◗ Il magnesio: conferisce particolari qualità di resistenza alla corrosione e ottime attitudini di duttilità e lavorabilità, tuttavia incide negativamente durante il processo di fusione poiché rende la lega maggiormente ossidabile aumentando la probabilità che questa inglobi impurità per effetto della presenza nella fusione di ossidi. ◗ Il rame: aumenta la resistenza alle alte temperature, ma riduce il coefficiente di espansione termica e la fluidità delle leghe. Per migliorare la fluidità, al Cu generalmente si associa come elemento di lega il Si. Il rame tuttavia può causare diminuzione della duttilità e della resistenza a corrosione dovuta alla notevole differenza di potenziale elettrochimico fra Al e Cu. ◗ Il nichel: aumenta le caratteristiche meccaniche a caldo e migliora la resistenza dopo la bonifica in modo particolare quando viene legato con altri elementi come Mg e Si. ◗ Il ferro: non è molto desiderato nella lega a causa della sua struttura aghiforme. La sua presenza aumenta la resistenza ma diminuisce la duttilità. Nelle leghe utilizzate per processi di pressofusione, la presenza di Fe favorisce il distacco del getto solidificato nello stampo. ◗ Il titanio: la sua percentuale in linea di massima non supera mai il range 0,1 ÷ 0,2%. ◗ Il manganese: conferisce alla lega l’aumento della resistenza meccanica e la riduzione alla corrosione. ◗ Il calcio: la presenza di questo elemento può aumentare la solubilità dell’idrogeno che è responsabile delle porosità presenti nelle leghe. Nella Tab. D1.7 sono riassunti i principali vantaggi e svantaggi di alcuni tra i più importanti elementi di lega. 359 Modulo D Materiali per le costruzioni meccaniche TAB. D1.7 Vantaggi e svantaggi apportati dai vari elementi alla lega di alluminio Elemento Rame Cu Vantaggi Svantaggi – Consente il trattamento termico – Aumenta proprietà meccaniche – Riduce la colabilità – Riduce la resistenza alla corrosione Magnesio Mg – Aumenta la resistenza alla corrosione – Permette trattamento termico (con aggiunta di Si) – Aumenta l’ossidabilità – Riduce la colabilità Manganese Mn – Migliora la resistenza alla corrosione – Contrasta la riduzione di tenacità indotta dall’aggiunta di Fe Zinco Zn – Migliora le proprietà meccaniche – Permette trattamento termico (con aggiunta di Mg e Cu) – Riduce la resistenza alla corrosione – Migliora la resistenza meccanica alle alte temperature – Aumenta notevolmente la fragilità anche a causa della formazione di composti intermetallici – Riduce la resistenza alla corrosione Ferro Fe D1.11 CLASSIFICAZIONE INTERNAZIONALE DELLE LEGHE DI ALLUMINIO La classificazione internazionale prevede un sistema di quattro cifre in cui: ◗ la prima indica la famiglia di leghe; ◗ la seconda le eventuali varianti rispetto alla lega originaria, alla quale è riservata la cifra 0; ◗ le ultime due cifre indicano: nella serie 1xxx il grado di purezza dell’alluminio e nelle altre serie definiscono specificatamente la combinazione di alliganti, secondo lo schema seguente: Serie delle leghe di alluminio TAB. D1.8 1XXX Alluminio con purezza minima 99,00% 2XXX Leghe Al-Cu 3XXX Leghe Al-Mn 4XXX Leghe Al-Si 5XXX Leghe Al-Mg 6XXX Leghe Al-Mg-Si 7XXX Leghe Al-Zn 8XXX Leghe Al con altri elementi 9XXX Serie sperimentali Riferendosi alle norme internazionali per la classificazione delle leghe di alluminio, oltre alla designazione chimica sopra citata, prevedono anche la collocazione di una lettera, separata da un trattino, che descrive i trattamenti termici e meccanici che il materiale subisce prima di essere messo in commercio. 360 Materiali metallici ferrosi e non ferrosi Unità D1 Limitandosi ai punti principali, le lettere hanno il seguente significato: ◗ F grezza di laminazione; ◗ O ricotta cristallizzata; ◗ W temprata e invecchiata naturalmente; ◗ H incrudita e stabilizzata; ◗ T trattata termicamente. Le leghe di alluminio (Tab. D1.8) sono raggruppate in serie, in base alla loro designazione. Nella Tab. D1.9 sono riportate, per le serie più importanti la Norma EN, la Norma UNI aggiornata e la relativa denominazione del prodotto commerciale corrispondente. In detta tabella sono elencate alcune fra le leghe leggere d’alluminio maggiormente utilizzate con gli elementi chimici di lega, relativa codifica UNI EN, designazione UNI alfanumerica, utilizzo prevalente e denominazione commerciale. TAB. D1.9 Corrispondenza tra serie e norme EN e UNI per alluminio e sue leghe Nuova UNI EN UNI alfanumerica 573-3 P-Al99.5 Alluminio 99,5 EN AW-Al Cu6BiPb EN AW-Al Cu4PbMg EN AW-Al Cu4PbMgMn EN AW-Al Cu4MgSi (A) EN AW-Al Cu4Mg1 573-3 P-AlCu5.5PbBi P-AlCu4Mg1.1Pb P-AlCu4MgMnSi P-AlCu4.4MgMn 11S da tornitura Al da tornitura Al da tornitura Avional 100 Avional 24 EN AW-5005 EN AW-5754 EN AW 5083 EN AW-Al Mg1(B) EN AW-Al Mg3 EN AW-Al Mg4,5Mn0,7 573-3 P-AlMg0.8 P-AlMg4.5MnCr Peraluman 100 Peraluman 300 Peraluman 500 Serie 6000 Al, Mg, Si EN AW-6063 EN AW-6060 EN AW-6012 EN AW-6082 EN AW-6005 EN AW-Al Mg0,7Si EN AW-Al MgSi EN AW-Al MgSiPb EN AW-Al Si1MgMn EN AW-Al MgSi0,7 573-3 P-AlMg0.5Si0,4Fe P-AlSiMgMn P-AlMg0.6Si0.7MnCr Anticorodal 63 Anticorodal 60 BT3 Anticorodal 100 Serie 7000 Al, Zn EN AW-7075 EN AW-Al Zn5,5MgCu 573-3 P-AlZn5.8MgCuCr Ergal 55 Serie ed elementi base EN 573-1 Serie 1000 Al EN AW-1050A EN AW-Al 99,5 Serie 2000 Al, Cu EN AW-2011 EN AW-2030 EN AW-2007 EN AW-2017A EN AW-2024 Serie 5000 Al, Mg TAB. D1.10 Serie più utilizzate delle leghe di alluminio EN 573-2 Prodotto commerciale Alluminio puro >99% Serie SERIE 1000 Al Codifica EN 573-1 Designazione UNI alfanumerica EN AW 1200 EN AW 1050A EN AW 1080A P-AW Al 99,0 P-AW Al 99,5 P-AW Al 99,8 Sono prevalentemente utilizzate per: articoli casalinghi, impianti chimici, rivestimenti e coperture, carpenteria leggera, caloriferi, imballaggio, stampaggio, minuteria. [segue] 361 Modulo D Materiali per le costruzioni meccaniche Lega alluminio-rame (denom. commerciale Avional) Serie Codifica UNI EN Designazione UNI alfanumerica SERIE 2000 Al, Cu EN AW 2117 EN AW 2017A EN AW 2024 EN AW 2011 EN AW 2007 EN AW 2618A EN AW 2030 P-Al Cu2,6 Mg0,05 P-Al Cu4 Mg Si(A) P-Al Cu4 Mg1 P-Al Cu6 Bi Pb P-Al Cu4Pb Mg Mn P-Al Cu2 Mg1,5Ni P-Al Cu4 Pb Mg Sono prevalentemente utilizzate per: lavorazioni di torneria, strutture aeronautiche, stampi per materie plastiche, automezzi militari. Lega alluminio-manganese (denom. commerciale Aluman 30) Serie SERIE 3000 Al, Mn Codifica UNI EN Designazione UNI Alfanumerica EN AW 3103 EN AW 3005 EN AW 3004 EN AW 3003 P-Al Mn1 P-Al Mn1 Mg0,5 P-Al Mn1 Mg1 P-Al Mn1 Cu Sono prevalentemente utilizzate per: strutture con buona resistenza alla corrosione, materiali per stampaggio, elettrodomestici, trasporti, segnaletica stradale. Lega alluminio-magnesio (denom. commerciale Peralluman) Serie Codifica UNI EN Designazione UNI Alfanumerica SERIE 5000 Al, Mg EN AW 5005 EN AW 5050 EN AW 5454 EN AW 5154B EN AW 5083 EN AW 5056A EN AW 5754 P-Al Mg1(B) P-Al Mg1,5(C) P-Al Mg3 Mn P-Al Mg3,5 Mn0,3 P-Al Mg4,5 Mn0,7 P-Al Mg5 EN AW Al Mg3 Sono prevalentemente utilizzate per: mobili metallici, utensileria domestica, apparecchiature per industria chimica e alimentare, bulloneria speciale, strutture saldate per atmosfera marina. Lega alluminio-magnesio-silicio (denom. commerciale Anticorodal) Serie Codifica UNI EN Designazione UNI Alfanumerica SERIE 6000 Al, Mg, Si EN AW 6060 EN AW 6012 EN AW 6763 EN AW 6101 EN AW 6061 EN AW 6082 EN AW 6005/A P-Al Mg Si P-Al Mg Si Pb P-Al Mg Si Cu P-Al Mg Si P-Al Mg1 Si Cu P-Al Si1 Mg Mn P-Al Si Mg(A) Sono prevalentemente utilizzate per: particolari con buona resistenza alla corrosione, segnaletica stradale, trasporti, materiali per stampaggio, elettrodomestici. [segue] 362 Materiali metallici ferrosi e non ferrosi Unità D1 Lega alluminio-zinco (denom. commerciale Ergal) Serie SERIE 7000 Al, Zn Codifica UNI EN Designazione UNI Alfanumerica EN AW 7003 EN AW 7020 EN AW 7075 EN AW 7012 EN AW 7010 P-Al Zn6 Mg0,8 Zr P-Al Zn4,5 Mg1 P-Al Zn5,5 Mg Cu P-Al Zn6 Mg2 Cu P-Al Zn6 Mg Cu Sono prevalentemente utilizzate per: particolari strutturali ad alta resistenza, strutture per aeronautica, prodotti a elevata resistenza. ANODIZZAZIONE DELLE LEGHE DI ALLUMINIO L’ossidazione anodica conosciuta come anodizzazione è uno dei processi galvanici più diff usi insieme alla cromatura. L’anodizzazione dell’alluminio interessa settori che vanno dall’architettura, all’aeronautica, dagli attrezzi sportivi, alla meccanica, all’elettronica ed è finalizzata ad applicazioni decorative o funzionali. Il processo consiste in una trasformazione superficiale dell’alluminio in ossido di alluminio. Gli oggetti da trattare sono immersi in una soluzione acida dove avviene un passaggio di corrente continua, con gli aggetti che fungono da anodo (polo positivo). Il passaggio di corrente sviluppa ossigeno atomico che si combina con gli atomi di alluminio formando un ossido definito “a crescita controllata”, quest’ossido migliora notevolmente le proprietà dell’alluminio rispetto all’ossido che si formerebbe in modo naturale. Non tutte le leghe di alluminio tuttavia, si prestano all’anodizzazione in maniera equivalente: infatti, i risultati del processo sono in funzione del tipo di composizione chimica della lega. Più in generale risultano meno adatte all’anodizzazione le leghe con un maggiore numero di alliganti e quindi le leghe con elevate caratteristiche meccaniche. Escludendo gli aspetti estetici, per i quali non è particolarmente importante la quantità di ossido d’alluminio depositato, per applicazioni più “funzionali” viene fissato il limite di: ◗ 5% Cu, 7% Si, 7,5% di alliganti totali per l’anodizzazione cromica; ◗ 5% Cu, 8% Si per l’anodizzazione solforica dura. D1.12 LEGHE LEGGERE DI MAGNESIO Le leghe di magnesio, commercializzate con i nomi di Elektron e Atesia, non sono state ancora sottoposte a unificazione; l’auspicio è che lo possano essere a breve per consentire a produttori e utilizzatori un’univocità di elementi caratteristici. La massa volumica di queste leghe alla cui base vi è il magnesio, non deve essere superiore a 2Kg/dm3 cioè hanno una massa volumica minore delle leghe di alluminio che non dovrebbe essere maggiore di 3Kg/dm3. Oltre al magnesio, elemento di base, altri elementi che possono essere legati sono: l’alluminio, lo zinco e il manganese. Ognuno di questi elementi, con la sua specifica 363 Modulo D Materiali per le costruzioni meccaniche percentuale, ha come effetto la variazione delle proprietà chimico-fisiche e meccanico-tecnologiche della lega stessa. Vengono di seguito riportate alcune indicazioni di tabelle UNI, funzionali ai disegnatori e relative all’alluminio e alle leghe di alluminio. TAB. D1.11 Estratto dalle norme UNI relative all’alluminio e sue leghe, funzionali ai disegnatori TAB. D1.12 Tabelle di commercializzazione di prodotti realizzati in alluminio e lega d’alluminio estratte dalle norme UNI Prodotto Norma UNI Alluminio e leghe di alluminio – Pani da rifusione di alluminio non legato – Specifiche UNI EN 576:2007 Alluminio e leghe di alluminio – Getti – Composizione chimica e proprietà meccaniche UNI EN 1706:2010 Alluminio e leghe di alluminio – Barre e tubi trafilati a freddo – Parte 5: Barre rettangolari, tolleranze dimensionali e di forma UNI EN 754-5:2008 Alluminio e leghe di alluminio – Composizione chimica e forma dei prodotti semilavorati – Parte 3: Composizione chimica e forma dei prodotti UNI EN 573-3:2013 Alluminio e leghe di alluminio – Getti – Composizione chimica e proprietà meccaniche UNI EN 1706:2010 Anodizzazione dell’alluminio e sue leghe – Determinazione della massa areica degli strati di ossido anodico UNI EN ISO 2106:2011 NORME UNI EN Descrizione norma UNI EN 485-1 ÷ 4 Lamiere, nastri e piastre Condizioni tecniche di collaudo e fornitura UNI EN 754-1 ÷ 8 Barre e tubi trafilati. Condizioni tecniche di collaudo e fornitura UNI EN 755-1 ÷ 9 Barre, tubi e profili estrusi. Condizioni tecniche di collaudo e fornitura D1.13 IL RAME Il rame è un metallo conosciuto da moltissimi secoli, molto utilizzato sia allo stato puro che combinato con altri metalli con cui forma circa 400 leghe. È un metallo di colore rosso, simbolo Cu ed è l’unico metallo, oltre all’oro, ad avere una colorazione specifica. Ha una massa volumica di 8,9Kg/dm3 e un punto di fusione di 1083 °C. Il rame allo stato puro ha una straordinaria combinazione di proprietà che conferiscono all’elemento la possibilità di essere utilizzato in molteplici applicazioni industriali. Tra le sue proprietà rileviamo: alta conducibilità elettrica e termica, ottima resistenza alla corrosione, facilità dì lavorazione, buone caratteristiche sia di saldabilità sia di giunzione. Queste e altre caratteristiche meccaniche del rame si evidenziano in maniera esponenziale quando viene combinato con altri elementi dando luogo a una serie di leghe tra cui l’ottone e il bronzo, fondamentali per un notevole numero 364 Materiali metallici ferrosi e non ferrosi Unità D1 di applicazioni industriali. Il rame allo stato puro, grazie alla sua alta conducibilità elettrica, è diff usamente usato nell’industria elettrica, elettronica e recentemente anche nel campo dell’informatica. Fra i vari tipi di rame non legato, il rame raffinato, avendo un costo economicamente più accessibile, risulta essere il più utilizzato. È commercializzato sotto forma di barre, fili, lamiere e nastri. Le applicazioni sono tutte intorno a noi; per esempio, il trasporto dell’energia elettrica dalle centrali di produzione fino alle nostre case è reso possibile da questo elemento. Lo troviamo in tantissimi oggetti di uso quotidiano: cellulari, tablet, computer, lampade, TV, elettrodomestici, automobili, aerei, navi ecc. Dove c’è illuminazione, dove ci sono trasmissioni via cavo, via satellite o altro, c’è rame. Si provi a immaginare quanti metri di filo di rame vi sono in un appartamento, in un palazzo o in un grattacielo, i chilometri di filo di rame in un transatlantico o in un Boeing. Senza il rame non ci sarebbe illuminazione, trasmissione dati o in generale le comunicazioni. Tutti i motori elettrici sparsi per il mondo hanno l’avvolgimento realizzato con fili di rame. Oltre a un’ottima conducibilità elettrica, il rame presenta anche un’ottima conducibilità termica; è la migliore dopo l’argento e quindi, dati i costi dell’argento, il rame risulta essere il materiale più utilizzato nella trasmissione del calore. La sua conduttività è circa trenta volte maggiore dell’acciaio e quasi due volte quella dell’alluminio. Per effetto di questa caratteristica il rame è il materiale più utilizzato negli impianti che trasportano vapore o acqua calda: impianti di riscaldamento e climatizzazione, pannelli solari, scambiatori di calore ecc. Questa specificità del rame consente di non creare problemi alle strutture murarie perché un’ulteriore peculiarità del rame consiste nel possedere un basso coefficiente di dilatazione. Il rame è caratterizzato da un’elevata attitudine alla giunzione (Tab. D1.13), sia nelle applicazioni di saldature sia nelle brasature; entrambi i sistemi sono utilizzati in applicazioni civili e industriali. Le più tipiche, anche se quasi completamente sostituite da altri materiali, si trovano nella giunzione di tubi per il trasporto di gas. L’alto costo del rame, però ha indotto la chimica industriale a sviluppare materiali plastici che in parte hanno sostituito il rame soprattutto nell’ambito degli impianti civili. TAB. D1.13 Attitudine del rame alla giunzione Saldatura ad arco in atmosfera di gas inerte Ottima Saldatura ad arco con elettrodi di grafite Buona Saldatura ossiacetilenica Buona Brasatura dolce Ottima Brasatura forte Ottima Saldatura a resistenza per punti e continua Mediocre Saldatura ad arco con elettrodi rivestiti Scadente Il rame è un elemento amagnetico pertanto il suo utilizzo spazia anche nel campo degli strumenti di precisione e nel campo delle tecnologie avanzate. Un’altra non trascurabile caratteristica del rame è la sua autoprotezione dagli agenti atmosferici. Esposto all’aria, sviluppa uno strato di ossido protettivo chiamato co365 Modulo D Materiali per le costruzioni meccaniche munemente patina. Questo prodotto della corrosione del rame crea una pellicola protettiva che consente al materiale sottostante di essere pressoché indistruttibile. Il rovescio della medaglia è caratterizzato dalla modificazione del colore, l’aspetto cromatico del rame “nuovo” infatti, passa da un rosso-mattone a varie sfumature di verde-bruno distintivo delle condizioni climatiche dei vari luoghi in cui gli oggetti in rame sono collocati. Sarà perciò impossibile vedere una grondaia, un copritetto, un tubo di rame, dopo un breve periodo di esposizione agli agenti atmosferici di colore rosso-mattone tipico del rame. Anche le proprietà meccaniche del rame sono significative. Alla sua durezza aggiunge malleabilità e duttilità. La durezza del rame e il suo carico di rottura sono rispettivamente indicate dalla lettera H e dalla lettera R. Il rame può essere commercializzato a seconda delle necessità degli acquirenti e può essere ottenuto attraverso cicli termici o lavorazioni a freddo. Il rame ricotto (H040) (R200), possiede una durezza di 40 ÷ 65 HV e un carico di rottura da 200 ÷ 250 N/mm², mentre un rame lavorato a freddo identificato con (H110) (R360), può raggiungere una durezza di 110 HV e sopporta un carico di rottura fino a 360 N/mm². La sua resistenza meccanica può essere incrementata aggiungendo uno o più elementi per formare una lega. Insieme al berillio, forma la lega con la maggior resistenza al carico di rottura che può raggiungere i 1500 N/mm². Possedendo una considerevole malleabilità e duttilità, cioè capacità di deformarsi sotto l’azione di sollecitazioni meccaniche, è facilmente lavorabile per deformazione plastica al fine di ottenere laminati, tubi e fili con ottimi risultati. D1.14 LE LEGHE DI RAME TAB. D1.14 Norma UNI Oltre che utilizzato allo stato puro, il rame e notevolmente impiegato in lega con altri elementi e il suo consumo è notevolissimo. Essendo un materiale molto richiesto, il suo valore varia giornalmente secondo i valori stabiliti dalle varie borse italiane e internazionali alla stregua dei metalli preziosi. Le leghe di rame, meglio conosciute con il nome di bronzo e ottone, sono le maggiormente utilizzate nella meccanica dopo le leghe ferro-carbonio. Le norme UNI su queste leghe (ricordiamo che sono circa 400) sono numerosissime, pertanto si rimanda alla loro consultazione nei casi specifici elencandone solo alcune di carattere generale. Titolo norma UNI EN 1977:2013 Rame e leghe di rame – Vergelle di rame UNI EN 1412:2017 Rame e leghe di rame – Sistema europeo di designazione numerica UNI EN 12168:2016 Rame e leghe di rame – Barre forate per torneria UNI EN 12166:2016 Rame e leghe di rame – Fili per usi generali UNI EN 12163:2016 Rame e leghe di rame – Barre per usi generali [segue] 366 Materiali metallici ferrosi e non ferrosi Unità D1 Norma UNI Titolo norma UNI 11342:2009 Rame e leghe di rame – Tubi compositi senza saldatura di rame e polietilene per adduzione fluidi UNI EN 13601:2013 Rame e leghe di rame – Barre e fili di rame per usi elettrici generali UNI EN 12167:2016 Rame e leghe di rame – Profilati e barre per usi generali UNI EN 12449:2016 Rame e leghe di rame – Tubi tondi senza saldatura per usi generali UNI EN 1652:1999 Rame e leghe di rame – Piastre, lastre, nastri e dischi per usi generali UNI EN 12451:2012 Rame e leghe di rame – Tubi tondi senza saldatura per scambiatori di calore Come tutte le leghe, anche le leghe di rame sono caratterizzate dal tipo di alligante aggiunto e, secondo la specifica normativa, sono suddivise secondo il seguente schema: TAB. D1.15 Generalità sulle leghe di rame da lavorazione plastica e da fonderia Denominazione Caratteristiche Sigla Ottoni binari Contengono come alligante solo lo zinco. T Ottoni speciali Oltre allo zinco contengono altri alliganti con percentuale limitata e sempre minore dello zinco. Lo scopo dell’aggiunta di altri elementi è quello di modificare le caratteristiche meccanico-tecnologiche della lega. OTS Alpacche Contenente oltre al 10% di zinco anche una percentuale di nichelio che conferisce alla lega il caratteristico color argento. AL PA Bronzi binari Contengono come alligante solo lo stagno. B Bronzi speciali Oltre allo stagno contengono altri alliganti con percentuale limitata e sempre minore dello stagno. Lo scopo dell’aggiunta di altri elementi è quello di modificare le caratteristiche meccanico-tecnologiche della lega. BS Cuproleghe speciali Contengono sempre un alligante fondamentale che conferisce la proprietà particolare. Possono essere aggiunti altri alliganti detti secondari, ma con percentuale inferiore all’alligante principale. CS D1.15 BRONZO Il rame, ma soprattutto lo stagno, si ossidano facilmente ed essendo l’ossido di stagno insolubile, può formare inclusioni nocive nella lega solidificata. Per evitare questo inconveniente il bagno fuso si disossida aggiungendo una lega di rame-fosforo, con un contenuto di fosforo variabile dal 9 ÷ 14%. A fusione ultimata, il fosforo residuo nella lega non deve superare la concentrazione massima dello 0,2%. Il bronzo così ottenuto è definito bronzo fosforoso o bronzo al fosforo ed è adatto per la lavorazione plastica come del resto lo è anche il bronzo binario a condizione che lo stagno non superi la percentuale dell’8%. Molto raramente in fonderia si usano bronzi composti solo da Cu-Sn, ma sono generalmente presenti anche altri alliganti. 367 Modulo D Materiali per le costruzioni meccaniche Il colore del bronzo varia al variare della percentuale di stagno: color rosso rame con contenuti di stagno del 5%, giallo oro con percentuale di stagno dal 5 ÷ 10%, giallo chiaro con Sn dal 10 ÷ 25%, bianco con Sn >25%. Il bronzo contenente una percentuale di stagno del 10% è malleabile a freddo e possiede buone qualità meccaniche. Anticamente questo tipo di bronzo era utilizzato per la produzione di cannoni, da cui ancora oggi la denominazione “bronzo da cannone”. Quando la percentuale di stagno è del 16%, la lega ha un allungamento quasi nullo e viene utilizzato come bronzo per cuscinetti. Il bronzo per la costruzione delle campane ha una percentuale di stagno del 20 ÷ 25%. Questa lega è molto dura ma fragile e possiede una grande fluidità. Con oltre il 30 ÷ 35% di stagno si hanno bronzi durissimi di color grigiastro, che acquisiscono una particolare lucentezza se opportunamente lucidati. Anticamente erano utilizzati per la costruzione di specchi. Il bronzo è largamente utilizzato in fonderia per effetto delle ottime doti di colabilità e fluidità per cui riempie con estrema facilità tutti i particolari della forma; per contro questa lega ha un lungo intervallo di solidificazione per cui s’innescano pericolosi fenomeni di porosità da ritiro. Per ovviare a questo inconveniente si aggiunge alla lega nichelio che ha la capacità di accorciare l’intervallo di solidificazione senza danneggiare le caratteristiche di fluidità e colabilità. ◗ Cupralluminio È una lega dì rame e alluminio con alluminio presente con percentuale del 12%. È molto resistente alla corrosione e alle sollecitazioni meccaniche. Prevalentemente è utilizzato per la produzione di stampi per materie plastiche, pompe ecc. ◗ Cupronichel È una lega di rame e nichel fino al massimo del 30% di nichel. Per la sua altissima resistenza alla corrosione in ambiente marino è utilizzato per la realizzazione d’impianti di dissalazione. ◗ Alpacca Lega di rame, zinco e nichel con zinco fino al 20% e nichel fino al 30%. Con questa lega sono prodotte chiavi, rivetti, e contatti elettrici. TAB. D1.16 Leghe di bronzo maggiormente utilizzate (estratto dalla Norma UNI EN 1982:2017) Cu Sn10 Zn2 Cu Al9 Fe3 Cu Sn3 Zn8 Pb5 Cu Sn10 Zn2 Ni2 Cu Al11 Fe4 Cu Sn7 Zn4 Pb6 Cu Sn10 Pb10 Cu Sn10 Cu Al 11 Fe4 Ni4 Cu Sn8 Pb15 Cu Sn12 Cu Sn5 Zn5 Pb5 Cu Sn5 Pb20 Cu Sn3 Zn10 Pb7 D1.16 OTTONE Gli ottoni sono leghe di rame con aggiunta di zinco compreso tra il 5 ÷ 40%. Allo zinco sono spesso aggiunti altri elementi al fine di categorizzare l’ottone e finalizzarlo a speciali utilizzi e applicazioni, dando origine agli ottoni speciali. 368 Materiali metallici ferrosi e non ferrosi Unità D1 Il rame da solo possiede scarsa attitudine alla colabilità mentre, in lega con lo zinco per formare l’ottone, oltre ad abbassarne il costo a parità di peso, è facilmente colabile; ciò consente di ottenere getti e pani per fonderia. Anche l’ottone è lavorabile plasticamente sia a caldo sia a freddo, dando luogo a prodotti commerciali sotto forma di lastre, lamiere, tubi, fili, molle ecc. Quando l’ottone deve subire delle lavorazioni alle macchine utensili, contiene anche il piombo dall’1 ÷ 3%. Il piombo facilita (e questo vale anche per gli acciai) le lavorazioni per asportazione di truciolo. DESIGNAZIONE DEGLI OTTONI Ottoni da fonderia binari La loro designazione prevede l’aggiunta, prima del simbolo del rame, della lettera G seguita dalla lega Cu Zn40 e la relativa tabella UNI di riferimento. Esempio di designazione: G-Cu Zn40 UNI EN 1982:2017 Ottoni da fonderia speciali Come per il precedente, ma dopo la percentuale di zinco devono seguire gli altri elementi di lega con la rispettiva percentuale. Esempio di designazione: G-Cu Zn36 Si1 Pb1 UNI EN 1982:2017 Ottoni per lavorazioni plastiche La sigla è preceduta dalla lettera P seguita dai simboli del rame e dello zinco con la relativa percentuale e tabella UNI di riferimento. Esempio di designazione: P-Cu Zn36 UNI EN 1982:2017 TAB. D1.17 Alcune tipologie di ottoni con relative applicazioni Lega Cu-Zn (ottoni binari) Come si può osservare dagli esempi precedenti, la percentuale di rame non è dichiarata, ma desunta dalle percentuali indicate nella sigla degli altri elementi in lega. Nella terza categoria, quella che prevede la lettera P (ottoni per lavorazioni plastiche) è un ottone per lavorazione plastica di tubi, barre e fili contenente il 36% di zinco (Zn); si deduce pertanto che la percentuale di rame è del 64%. Un altro esempio: P-Cu Zn 10 è un ottone per lavorazione plastica per la produzione dei medesimi prodotti contenente il 10% di zinco (Zn), pertanto la percentuale di rame sarà del 90%. Nel primo esempio, ottoni che prevedono la lettera G anteposta alla sigla che indica la produzione di getti (o pani) si ha una lega G-Cu Zn 40. È un ottone contenente il 40% di zinco; il rame è presente con una percentuale del 60%. Nel secondo esempio si avrà un ottone G-Cu Zn36 Si1 Pb1. Si tratta di un ottone speciale contenente il 36% di zinco, l’1% di silicio, l’1% di piombo e ovviamente il 62% di rame. Applicazioni Cu Zn10 Cu Zn15 Cu Zn 20 Denominati anche similori per il loro aspetto simile a quello dei metalli preziosi, sono molto utilizzati per la produzione di bigiotteria. Cu Zn30 Sono usati prevalentemente per la preparazione di cartucce. [segue] 369 Modulo D Materiali per le costruzioni meccaniche Lega Cu-Zn (ottoni binari) Applicazioni Cu Zn33 Sono largamente usati per la produzione di portalampade, rivetti, molle, tubetti per radiatori auto; offrono un’ottima lavorabilità. Cu Zn37 Usati per la produzione di tranciati per strumentazione e contatteria, molle e rivetti. Cu Zn 40 Sono utilizzati soprattutto per le lavorazioni a caldo, per la produzione di laminati per piastre tubiere, stampati. Lega Cu-Zn (ottoni ternari) Applicazioni Ottoni al piombo CuZn38Pb2 CuZn39Pb2 CuZn40Pb2 Sono utilizzati per stampaggio e lavorazione alle macchine utensili, per la produzione di rubinetteria e accessori vari per bagno, valvolame, viteria e bulloneria. Ottoni allo stagno CuZn28Sn1As Sono utilizzati per la produzione di condensatori, scambiatori di calore, distillatori, raccordi, applicazioni marine; è denominato anche ottone ammiragliato. CuZn19Sn Sono utilizzati per la produzione di strumenti musicali. Ottone all’alluminio CuZn20Al2As È usato per tubi condensatori e scambiatori di calore, tubazioni e raccordi per acqua marina. D1.17 DESIGNAZIONE ISO DELLE LEGHE DI RAME È sempre più diff uso l’utilizzo della designazione ISO, applicata dalla Norma UNI EN 1412 (rame e leghe di rame – Sistema europeo di designazione numerica). Questo sistema prevede un codice formato da sei caratteri che possono essere cifre (1, 2, 3...) e lettere maiuscole (A, B, C...), come nell’esempio di Tab. D1.18. 1. Nella prima posizione deve essere inserita sempre la lettera C, che indica la lega di rame. TAB. D1.18 Formazione del codice ISO per rame e sue leghe X X 0 0 0 X 1 (C) 2 (W) 3 4 5 6 2. La seconda posizione deve essere occupata da una lettera, che ha il compito di “qualificare” il materiale: (B, C, M, R, S, W, X) come nella Tab. D1.19. TAB. D1.19 Qualificazione del materiale B materiali in forma di lingotti per rifusione, destinati alla produzione di getti C materiali in forma di getti M leghe primarie R rame raffinato, non lavorato plasticamente [segue] 370 Materiali metallici ferrosi e non ferrosi Unità D1 Qualificazione del materiale S materiali d’apporto per brasatura e saldatura W materiali sotto forma di semilavorati X materiali non unificati 3. Le posizioni da 3 alla 5 sono occupate da cifre che formano un numero che può andare da 000 a 999. Se il materiale è unificato, cade tra 000 e 799; qualora non lo fosse cade tra 800 e 999. 4. La sesta posizione è occupata da una lettera che indica il gruppo di materiali: A o B = rame C o D = leghe di rame, con meno del 5% di altri elementi E o F = leghe varie di rame, con più del 5% di altri elementi G = leghe rame-alluminio H = leghe rame-nichel J = leghe rame-nichel-zinco K = leghe rame-stagno L o M = leghe binarie rame-zinco N o P = leghe rame-zinco-piombo R o S = leghe rame zinco, complesse. Per esempio, una lamiera in rame puro al 99,90%, è designata dal codice CW024A, mentre una lastra in Cupronichel 70-30 avrà come codice la sigla CW354H. È necessario fare un accenno anche alla designazione dello stato metallurgico che può caratterizzare il materiale quasi quanto la composizione. Anche qui c’è un codice alfanumerico, riportato dalla UNI EN 1173 “Rame e leghe di rame – designazione degli stati metallurgici”. È formato da una lettera maiuscola seguita generalmente da 3 cifre. La lettera, come si può constatare osservando la Tab. D1.20, indica la caratteristica da designare. Le cifre che seguono la lettera indicano il valore minimo della caratteristica stessa. Per esempio una lastra di rame indicata con R180 indica una resistenza a trazione di 180 N/mm2. TAB. D1.20 Caratteristiche del codice alfanumerico secondo la UNI EN 1173 A Allungamento B Limite di elasticità a flessione D Grezzo di filatura, senza prescrizione delle caratteristiche meccaniche G Grossezza del grano H Durezza (Brinell o Vickers) M Grezzo di fabbricazione, senza prescrizione delle caratteristiche meccaniche R Resistenza a trazione Y Limite di elasticità allo 0,2% 371 Modulo D Materiali per le costruzioni meccaniche È evidente che le designazioni D e M non sono seguite da cifre, mentre dopo G non s’indica un valore minimo, bensì un valore medio. Un codice alfanumerico decisamente più “immediato” è quello della ISO 1190-1. La lega è designata da un codice di lunghezza variabile che riporta gli elementi presenti sotto forma di simbolo chimico e la loro percentuale nominale sotto forma di numero intero. Se la quantità dell’elemento in lega è compresa in un range di composizione si fa la media, mentre se la composizione riporta solo il contenuto minimo, si usa quello. All’inizio di ogni sigla si deve riportare il simbolo Cu cioè il metallo base. Per esempio: l’ottone da torneria veloce contenente in media il 39% di zinco e il 3% di piombo è designato con CuZn39Pb3. Non è necessario elencare tutti gli elementi in lega, ma solo quelli necessari per la giusta identificazione della medesima come nel caso della lega CuZn13Al1Ni1Sn1, avente elementi importanti intorno all’1%. Si noti che si possono elencare elementi significativi con percentuali sotto l’1%, ma in questo caso si omette la cifra, come nella lega CuZn43Pb1Al, con alluminio compreso tra lo 0,2 ÷ 0,8%. Questa necessità scaturisce dal fatto che a volte gli elementi presenti in lega possono avere una percentuale trascurabile a livello d’impurità, ma una funzione metallurgica importantissima al punto da caratterizzare la lega, quindi si menzionano comunque. È il caso dell’arsenico nella lega CuZn30As presente con percentuale compresa tra lo 0,02 ÷ 0,06% che funge da antidezincificante. TAB. D1.21 Codici delle principali famiglie di leghe per i semilavorati in rame Cu 99,3% min C10000-C15599 Cu 96-99,3% C15600-C19599 Ottone (Cu, Zn 3-39%) C2xxxx Ottoni al Piombo(Cu, Zn 32-39%, Pb1-3%) C3xxxx Ottoni allo stagno (Sn 0,5-2%) C4xxxx Bronzi allo stagno e fosforo (con o senza Zn) C5xxxx Bronzi all’alluminio (Al 2-13%) C6xxxx Bronzi al silicio C6xxxx Ottoni con elementi vari (Al, Co, Ni...) C6xxxx Cupronichel (Cu, Ni) C70100-C72950 Alpacche (Cu, Zn, Ni) C73500-C79800 TAB. D1.22 372 Codici di leghe per getti Rame (Cu > 99%) C80100-C81200 Leghe ad alto contenuto di rame (Cu > 94%) C81400-C82800 Ottoni (Zn, Sn, Pb, Cu 57-89%) C83300-C85800 Bronzi al silicio e al Manganese C86100-C87800 Bronzi allo stagno (con e senza Pb) C90200-C94000 Bronzi al nichel e all’alluminio C94700-C95900 Cupronichel C96200-C96800 Rame al piombo C98200-C98800 Altre leghe C99330-C99750 Materiali metallici ferrosi e non ferrosi Unità D1 D1.18 ZINCO Lo zinco è un elemento metallico di colore bianco-bluastro con simbolo chimico Zn, peso specifico 7,1 kg/dm3 e punto di fusione a 420 °C. In natura non si trova mai allo stato puro. La sua durezza è estremamente limitata mentre la sua duttilità e malleabilità è considerevole intorno ai 100 ÷ 150 °C. Lo zinco è un alligante per molte leghe come visto nella produzione degli ottoni (lega rame-zinco) e dell’alpacca (zinco, rame e nichel). È utilizzato spesso come piastra per celle elettrochimiche, ma il suo maggior utilizzo è come rivestimento protettivo mediante il processo di galvanizzazione per ferro e acciaio. Inoltre per effetto della sua inalterabilità all’aria, lo zinco è utilizzato sottoforma di piastre o fogli per la copertura di tetti. Un’altra importante utilizzazione dello zinco è la sua applicazione come anodo sacrificale in luoghi in cui si sviluppano correnti vaganti che generano corrosione galvanica. Questo argomento sarà sviluppato in maniera più esaustiva nella disciplina Tecnologia meccanica di processo e di prodotto. Data la sua limitata disponibilità, lo zinco è compreso tra i metalli rari, metalli cioè la cui presenza sulla crosta terrestre è inferiore allo 0,01%. TAB. D1.23 Classificazione dello zinco primario secondo la Norma UNI EN 1179 Valori massimi degli elementi, composizione in % Classificazione dello zinco Tenore di zinco Pb Cd Fe Sn Cu Al Tot. elementi Z1 99,995 0,003 0,003 0,002 0,001 0,001 0,001 0,005 Z2 99,990 0,005 0,005 0,003 0,001 0,002 – 0,010 Z3 99,950 0,030 0,020 0,020 0,001 0,002 – 0,050 Z4 99,500 0,450 0,050 0,050 – – – 0,500 Z5 98,500 1,400 0,050 0,050 – – – 1,500 Lo zinco per effetto delle sue caratteristiche tecnologiche ha un impiego molto limitato, tuttavia ha un significativo utilizzo come elemento di lega. Le leghe in cui lo zinco è l’elemento principale sono denominate zama. La zama è una lega che presenta diversi vantaggi tra cui la resistenza, la versatilità e l’economicità. Possiede inoltre un ottimo livello di conducibilità termica e una maggiore durezza rispetto alle leghe di alluminio e di magnesio avvicinandosi per caratteristiche meccaniche alle leghe di ottone risultando però molto più economica. Le leghe di zinco sono unificate dalla UNI EN 1179:2005 mentre le dimensioni di lamiere e nastri sono unificate dalle tabelle UNI EN 988:1998. D1.19 PIOMBO Il piombo è un metallo noto sin dall’antichità ed è relativamente abbondante sulla crosta terrestre. Si trova incluso in un minerale denominato galena. Ha un alto peso specifico 11,4 Kg/dm3 e una temperatura di fusione molto bassa 327 °C. 373 Modulo D Materiali per le costruzioni meccaniche È molto resistente alla corrosione, ma al contatto con l’aria si ossida e si abbruna. Il piombo ha molteplici utilizzi, ma constatata la sua alta tossicità, si cerca di limitarne l’utilizzo. È impiegato nella costruzione di accumulatori, nella costruzione di tubazioni (a eccezione delle condutture destinate al trasporto dell’acqua e agenti chimici), come schermatura dai raggi x e γ e in leghe per saldatura con lo stagno. È utilizzato anche nella produzione di munizioni, come elettrodo nei processi di elettrolisi, nella produzione del vetro per schermi di computer e televisori e nella produzione di vetri speciali o artistici (cristalli al piombo). D1.20 LEGHE ANTIFRIZIONE Sono materiali utilizzati prevalentemente come rivestimento di bronzine, teste e piedi di bielle ecc., in accoppiamento con altri organi meccanici dotati di moto relativo, nei casi in cui si abbia la necessità di ridurre l’attrito al fine di evitare l’usura del particolare più “impegnato”, generalmente l’albero. Questi materiali, denominati metalli bianchi sono, in effetti, di altro colore, spesso di colore rosso-mattone stemperato poiché derivanti dal rame. Le caratteristiche fondamentali che questi materiali devono necessariamente avere sono: ◗ una notevole resistenza ai carichi elevati, a fatica e agli urti; ◗ un basso coefficiente d’attrito; ◗ un’usura molto lenta; ◗ un elevato grado di plasticità. Le leghe antifrizione sono classificate in relazione alla presenza dell’elemento base della lega stessa: 1. leghe a base di rame 2. metalli bianchi antifrizione I metalli bianchi antifrizione sono ulteriormente suddivisi e classificati dalla normativa UNI 4515 in tre categorie: ◗ metalli bianchi antifrizione a base di stagno; ◗ metalli bianchi antifrizione a base di stagno-piombo; ◗ metalli bianchi antifrizione a base di stagno-zinco. 374 Materiali metallici ferrosi e non ferrosi Unità D1 VERIFICA UnitÀ D1 Domande a risposta breve 1 Fornisci una definizione di materiali metallici ferrosi e materiali metallici non ferrosi. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 2 Elenca alcuni materiali metallici ferrosi e alcuni materiali metallici non ferrosi. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 3 Fornisci una definizione di ottone e bronzo. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 4 Come sono classificati gli acciai? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 5 Cosa sono gli acciai binari e gli acciai tenari? 6 Spiega la differenza sostanziale tra gli acciai martensitici e gli acciai austenitici. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 7 Fornisci una definizione tecnica di ghisa. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 8 Fai un elenco delle varie tipologie di ghisa. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 9 Perché le ghise bianche sono definite a cuore bianco e a cuore nero? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 10 Qual è la caratteristica principale della ghisa sferoidale? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 11 Presenta l’alluminio in poche righe (max quattro). ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 12 Fornisci una definizione di formabilità e lavorabilità. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 13 Spiega i processi di produzione dell’alluminio. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 14 Cos’è l’alluminio secondario? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 15 Quali sono i processi di trasformazione dell’alluminio in prodotti commerciali? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 16 Come sono definite le leghe d’alluminio dalla Norma UNI EN 573-3? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 17 In cosa consiste il processo di anodizzazione dell’alluminio e perché viene eseguito? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 18 Descrivi il rame e almeno quattro delle sue caratteristiche principali. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 375 Modulo D Materiali per le costruzioni meccaniche 19 Il rame è conosciuto anche per la capacità di legarsi ad altri elementi. Elenca le leghe principali. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 20 Cosa sono le alpacche e qual è la loro principale applicazione? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 21 Alcuni ottoni sono definiti “similori” perché? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 22 Lo zinco è una lega? Descrivi le caratteristiche principali dello zinco. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 23 Cos’è la zama? Spiega le sue applicazioni. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 24 Il piombo ha delle applicazioni nobili e una meno nobile quali sono? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 25 Cosa sono le leghe antifrizione? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... Test vero o falso 1 L’alluminio è un materiale ferroso. 2 La ghisa è una lega Fe-Al. 3 La ghisa ha lo stesso peso specifico dell’alluminio. 4 Zinco e piombo sono due leghe del rame. 5 Gli acciai binari si utilizzano per costruire i binari delle ferrovie. 6 Negli acciai martensitici la percentuale del cromo è minore di quella del carbonio. 7 Le ghise malleabili possono essere a cuore bianco o nero. 8 La ghisa sferoidale viene utilizzata per costruire i cuscinetti a sfere. 9 L’alluminio ha un peso specifico minore della ghisa. 10 L’alluminio non è lavorabile sui torni automatici. 11 L’alluminio non è un buon conduttore termico ed elettrico. 12 L’alluminio dopo un riciclo non è più riciclabile. 13 Le leghe di alluminio si utilizzano di più dell’alluminio puro. 14 Con la laminazione dell’alluminio si possono ottenere fogli di alcuni decimi di mm. 15 L’anodizzazione è un processo di protezione dell’alluminio. 16 Elektron e Atesia sono due leghe del magnesio. 17 Il rame ha un peso specifico maggiore dell’acciaio. 18 Il rame forma circa 400 leghe. 19 Le leghe di rame sono le più utilizzate dopo le leghe ferro-carbonio. 20 Il valore del rame segue giornalmente i valori di borsa come i metalli preziosi. 21 Il bronzo è una lega di rame e stagno. 22 L’ottone è una lega rame e zinco. 23 Le leghe in cui lo zinco è l’alligante principale si chiamano zama. 24 Il piombo ha il peso specifico uguale all’alluminio. 25 Le leghe antifrizione sono anche chiamate metalli bianchi. 376 V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F UnitÀ D2 Materie plastiche CONOSCENZE ➜ Conoscere la classificazione delle materie plastiche. ➜ Conoscere le proprietà e le caratteristiche delle materie plastiche. ➜ Conoscere i differenti metodi di produzione. ➜ Conoscere la normativa tecnica delle materie plastiche più importanti. ➜ Conoscere le caratteristiche più importanti dei materiali compositi. ABILITÀ ➜ Saper scegliere e applicare in funzione delle caratteristiche tecniche, la materia plastica più funzionale alle esigenze. ➜ Saper interpretare la funzione delle tabelle tecniche. ➜ Saper determinare gli aspetti economici delle scelte effettuate. COMPETENZE ➜ Scegliere le materie plastiche in funzione delle caratteristiche funzionali. ➜ Determinare il processo produttivo più inerente alla sua trasformazione. ➜ Scegliere le materie plastiche applicando la specifica normativa. 377 Modulo D Materiali per le costruzioni meccaniche D2.1 MATERIE PLASTICHE Le materie plastiche o resine sintetiche sono materiali polimerici, formate cioè da molecole organiche molto grandi, dette anche macromolecole, derivanti a loro volta da legami chimici di piccole unità chiamate monomeri. Alcuni polimeri come la gomma naturale, la cellulosa e le resine sono di origine naturale, tuttavia la stragrande maggioranza delle materie plastiche è di origine artificiale. La loro caratteristica principale è costituita da basso peso specifico, modesto carico di snervamento e da grande allungamento a trazione. Il limite principale che li caratterizza è la scarsa resistenza alle alte temperature. Durante il processo di trasformazione questi materiali subiscono alterazioni permanenti della loro forma al variare delle condizioni della pressione e della temperatura. In linea generale le materie plastiche si dividono in: ◗ materiali termoplastici; ◗ materiali termoindurenti; ◗ elastomeri. LA NORMATIVA UNI La continua ricerca nel campo chimico ha comportato una costante revisione di diverse norme UNI relative alla classificazione delle materie plastiche. Tra le più utilizzate troviamo: TAB. D2.1 Classificazione UNI delle materie plastiche più utilizzate Materiali termoplastici di polietilene (PE) UNI EN ISO 17855-1:2014 Materiali termoplastici di poliprolilene (PP) UNI EN ISO 19069-1:2015 Materiali termoplastici di polistirene (PS) UNI EN ISO 19063-1:2016 Resine di policlorulo di vinile UNI EN ISO 1163-1:2002 POLIMERI TERMOPLASTICI I materiali termoplastici reagiscono al calore rammollendo. Di conseguenza acquisiscono una malleabilità che consente la loro modellazione e formatura in prodotti finiti, acquisendo a processo terminato rigidità. Questo processo, dal punto di vista teorico, potrebbe essere ripetuto nel tempo, ma dipende dalla qualità della materia prima sottoposta al processo. ◗ Polietilene Il polietilene può assumere la denominazione di: § polietilene ad alta densità; § polietilene a bassa densità. Il primo viene prevalentemente utilizzato per la produzione di tubazioni per acqua, gas e contenitori per liquidi e polveri. Il secondo è caratterizzato da un elevato grado di resistenza agli agenti chimici ed è dotato di buon isolamento elettrico. È utilizzato per la produzione di sacchetti, imballaggi, pellicole a uso alimentare. 378 Materie plastiche Unità D2 ◗ Polistirene (o polistirolo) Il polistirene può assumere la denominazione di: § polistirolo; § polistirolo espanso. Il primo è caratterizzato da durezza e rigidità. Si usa per la produzione di nastro adesivo, imballaggi, giocattoli, arredi. Il secondo per isolamenti termici, isolamenti elettrici, packaging ecc. ◗ Polietilene tereftalato (PET) Il PET è diventato negli ultimi anni il materiale polimerico maggiormente utilizzato nel confezionamento di alimenti e bevande. Le caratteristiche di resistenza, leggerezza, trasparenza, lavorabilità, bassa permeabilità all’ossigeno, bassi costi di produzione e riciclabilità hanno consentito al PET di sostituire quasi completamente il vetro nell’imbottigliamento di bevande gassate, oli e acque minerali. È in assoluto l’imballaggio preferito per le bibite. È lavorabile per ottenere fogli molto sottili e molto leggeri, possiede grande resistenza al calore (sino a 250 °C) ed è impermeabile ai gas. ◗ Polivinilcloruro (PVC o cloruro di polivinile) Il PVC è la materia plastica più utilizzata in assoluto per effetto delle sue proprietà meccaniche. È utilizzato per serramenti, giocattoli, contenitori, grondaie ecc. ◗ Polipropilene (PP) Il polipropilene è caratterizzato da un’alta resistente al calore e agli agenti chimici e presenta un buon grado d’isolamento elettrico. ◗ Poliammide (PA o nylon) La poliammide (nylon) è, tra le materie plastiche, una delle prime a essere stata sintetizzata. Non è infiammabile e presenta un buon grado di resistenza all’usura. È utilizzata per la produzione di ingranaggi, abbigliamento, tessuti ecc. ◗ Resine acriliche Le resine acriliche sono trasparenti, molto simili al vetro e sono caratterizzate dalla resistenza al calore, elasticità e comportamento antistatico. Sono utilizzate in sostituzione del vetro nella produzione di lampade, coperture trasparenti, arredi, tessuti ecc. PROCESSI DI LAVORAZIONE DEI MATERIALI TERMOPLASTICI Stampaggio per iniezione È un procedimento analogo alla pressofusione dei metalli. Il materiale da “iniettare” viene caricato in un contenitore in cui avviene il processo di plastificazione; acquisita la fluidità necessaria, il fluido viene iniettato attraverso un ugello in uno stampo freddo dove solidifica. Quando il componente è irrigidito viene espulso dallo stampo. Pressioni e temperature del processo variano con la natura del polimero. La Tab. D2.2 riporta alcuni esempi. TAB. D2.2 Pressioni e temperature di stampaggio per iniezione Temperatura °C Polimero kgf/cm2 (atm) PVC 1000 ÷ 2500 140 ÷ 150 Polistirene 700 ÷ 2000 170 ÷ 200 Polietilene 350 ÷ 1200 180 ÷ 250 Poliammidi 400 ÷ 1200 260 ÷ 270 379 Modulo D Materiali per le costruzioni meccaniche Questo processo è quello maggiormente utilizzato per realizzare componenti per il settore automobilistico. Termoformatura Mediante questo processo un foglio rigido di materiale termoplastico con spessore compreso tra 2 ÷ 4 mm, fissato su un supporto, viene riscaldato mediante raggi infrarossi per alcuni minuti fino a 180 ÷ 220 °C; successivamente viene formato su uno stampo o con un punzone. Il pezzo formato viene reciso dalla cornice. I vantaggi del processo sono il basso costo degli stampi e la rapidità del loro attrezzaggio. Possono essere eseguiti cicli di stampaggio anche nel caso di forme complesse con considerevole velocità esecutiva. Estrusione È un processo continuo che consente di ottenere prodotti finiti o semilavorati. Il materiale, per lo più termoplastico talvolta termoindurente a consolidamento ritardato, viene riscaldato fino ad assumere la consistenza di un liquido viscoso, quindi costretto da uno spintore ad attraversare un estrusore della forma desiderata che lo conforma. A seguito di un rapido raffreddamento, generalmente in acqua, fuoriesce rigido. Essendo un processo continuo, il materiale irrigidito dall’immersione in acqua viene sezionato secondo le esigenze commerciali. Per questo processo si utilizza PVC rigido o plastificato, polietilene, poliammidi. Il vantaggio è rappresentato dai costi di lavorazione modesti. Tale metodo produttivo è finalizzato esclusivamente alla produzione di componenti di forma semplice e costante. Per estrusione si ottengono fili, cavi elettrici, fogli, tubi, profilati. Estrusione con soffiatura È un processo adottato per produrre corpi cavi. Da un estrusore verticale fuoriesce un elemento tubolare riscaldato alla temperatura di rammollimento e in seguito introdotto in uno stampo chiuso che riproduce la forma dell’oggetto da estrudere. Attraverso il tubo che può essere di polietilene, PVC, poliammide, viene soffiata dell’aria che dilata il materiale polimerico fino a farlo aderire allo stampo. Un esempio è rappresentato dalla produzione delle bottiglie in PET. Calandratura È il processo mediante il quale si ottengono fogli di materiale polimerico. I polimeri, mescolati con plastificanti, coloranti, pigmenti stabilizzanti, vengono rammolliti termicamente e fatti passare tra cilindri rotanti fino a ottenere fogli il cui spessore può raggiungere il decimo di millimetro. POLIMERI TERMOINDURENTI I materiali termoindurenti reagiscono al calore in prima istanza rammollendo e successivamente ritornano a indurirsi. È possibile dare una forma a questi materiali grazie all’effetto combinato calore-pressione. ◗ Resine fenoliche Le resine fenoliche sono ottenute per reazione chimica tra fe380 Materie plastiche Unità D2 nolo e formaldeide. La bachelite appartiene alla famiglia delle resine fenoliche. È la prima materia plastica sintetica prodotta in laboratorio. Generalmente sono prodotti viscosi e collosi, liquidi e solubili in alcali o in solventi organici. Sono impiegate come vernici, mastici e altri prodotti e induriscono essiccando. ◗ Resine poliuretaniche Possono essere suddivise in due categorie: § Poliuretani espansi flessibili Sono schiume utilizzate nella produzione dei materassi e nelle imbottiture di arredamenti e auto. Sono lavorabili per colata o stampaggio a iniezione. § Poliuretani espansi rigidi Sono costituiti da schiume rigide leggere adatte alla produzione di lastre di materiale termoisolante; sono iniettate negli scaldabagni e frigoriferi come isolanti termici. Notevole è il loro utilizzo in edilizia come pannelli isolanti. Il prodotto di partenza generalmente è costituito da parallelepipedi di schiuma poliuretanica quindi tagliati in lastre di varie spessori per tutti gli utilizzi commerciali. I poliuretani espansi rigidi trovano grande impiego nell’industria del freddo, nella modelleria industriale, nella nautica, negli isolamenti termo-acustici. ◗ Resine epossidiche Le resine epossidiche hanno una eccellente adesività, resistenza al calore e agli agenti chimici. Hanno ottime proprietà meccaniche e sono ottimi isolanti elettrici. Vengono principalmente usate per la preparazione di vernici, rivestimenti e materiali compositi. ◗ Resine poliestere insature Le resine poliestere insature sono leggere, facilmente lavorabili dotate di ottima resistenza agli agenti atmosferici. Sono usate per rivestimenti di piscine, coperture di tetti e materiali compositi. ELASTOMERI Gli elastomeri sono sostanze che, sotto l’effetto di sollecitazioni meccaniche, modificano le proprie dimensioni per riacquistarle velocemente nel momento in cui la sollecitazione non è più applicata. La durezza degli elastomeri è misurata in shore ed è costituita dalla resistenza offerta dall’elastomero alla penetrazione a pressione costante da parte di un penetratore di forma conica. La profondità di penetrazione si esprime con una scala che va da 0 ÷ 100. È bene precisare che, a differenza di altri materiali per le gomme, un aumento di durezza non comporta necessariamente un aumento di resistenza a trazione. ◗ Gomma La gomma è un materiale la cui caratteristica principale è di poter essere allungata notevolmente per tornare alla lunghezza originale quando cessa l’azione di allungamento. Il comportamento della gomma è determinato proprio dagli elastomeri. Queste molecole di notevole lunghezza nella condizione di riposo sono ripiegate su se stesse. Quando sono sottoposte a trazione, si distendono mantenendo la capacità di ritornare alla loro configurazione originaria al termine della trazione. Le gomme possono essere suddivise in: § Gomme naturali Le gomme naturali derivano dalla coagulazione del lattice di alcune piante tropicali. Queste gomme hanno notevoli caratteristiche meccaniche, ma scarsa resistenza agli agenti atmosferici e chimici. 381 Modulo D Materiali per le costruzioni meccaniche § Gomme sintetiche Le gomme sintetiche si ottengono con il processo di polimerizzazione degli idrocarburi. Questo processo produce lattici artificiali che vengono fatti coagulare in un secondo momento. ◗ Silicone Il silicone mantiene inalterate le sue caratteristiche tanto alle basse quanto alle alte temperature anche se le sue proprietà meccaniche sono piuttosto modeste. Tutti i siliconi, essendo idrorepellenti, sono resistenti all’acqua e risultano stabili a temperature elevate superiori a 200 °C. D2.2 CENNI SUI MATERIALI COMPOSITI L’argomento “materiali compositi”, per ragioni quali: l’utenza a cui è destinato, l’alta specializzazione, la necessità di approfondite conoscenze chimiche ecc., non consente in questo contesto una trattazione esaustiva. Si cercherà di fornire tuttavia una conoscenza basilare dell’argomento, propedeutica a studi successivi. FIG. D2.1 Strutturazione di materiale composito MATERIALI COMPOSITI rinforzati con particelle particelle grandi fibro rinforzati dispersione di particelle fibre continue (allineate) strutturali laminati pannelli sandwich fibre discontinue (corte) allineate allineate casualmente Con la definizione di materiale composito s’intende un materiale ottenuto mettendo in connessione due o più materiali in modo tale che il materiale ottenuto abbia proprietà diverse da quelle dei singoli materiali combinati. Come vedremo, i materiali compositi in linea di massima, sono costituiti da almeno due elementi, definiti anche fasi, combinati in differenti forme e proporzioni. Delle due fasi, una è definita matrice. Ha il duplice scopo di dare la forma al particolare e proteggere e trasmettere in maniera uniforme il carico alla seconda fase definita rinforzo o fase dispersa. 382 Materie plastiche Unità D2 Le caratteristiche possedute dal composito generato dipendono dalle proprietà delle fasi e dalla geometria delle fasi disperse (fibre), oltre che dalle loro quantità e peculiarità. Quantità e geometria possono essere molto differenti. La disposizione geometrica delle fibre può essere orientata, distribuita, concentrata ecc., ma anche la sua forma può determinare benefici sul prodotto finale. La matrice è un componente in forma continua mentre il materiale di rinforzo è in forma discontinua. In maniera estremamente semplificata, si può dire che un materiale composito è costituito secondo lo schema in Fig. D2.2. FIG. D2.2 Costituzione semplificata di un materiale composito metalli fase matrice Materiale FRPSRVLWR¬ ceramica polimeri ÀEUH fase rinforzo vetro carbonio polimeriche particelle aramidiche polietilene gomme rigide Lo scopo finale della realizzazione di un materiale composito è la strutturazione di un “nuovo” materiale avente caratteristiche meccaniche, tecnologiche, prestazionali diverse, ma senza dubbio migliori dei singoli componenti di cui è formato. La sinergia tra materiali rappresenta, quindi, la strategia finale nella realizzazione di un composito. Se volessimo forzare un po’ la definizione, potremmo dire che un materiale composito ante litteram potrebbe essere il cemento armato. La fase matrice potrebbe essere rappresentata dal calcestruzzo mentre la fase di rinforzo potrebbe essere rappresentata dall’armatura metallica. L’unione di questi due elementi dà luogo a un terzo prodotto, il cemento armato che migliora sia le caratteristiche del calcestruzzo che dell’armatura metallica. Nei materiali compositi rinforzati con particelle, la matrice trasmette alle particelle una parte dello sforzo cui è soggetta; per contro le particelle limitano i movimenti della matrice. Le caratteristiche meccaniche ottenute sono un miglioramento della resistenza all’usura, all’abrasione e all’urto. La matrice, oltre a determinare la forma del materiale, associa le fibre e trasmette a loro il carico mentre le fibre hanno la funzione prevalente di “sopportare” il carico. Le peculiarità dei compositi rinforzati con fibre sono la resistenza e la rigidità. Affinché l’adesione tra fibre e matrice sia ottimale, occorre che il grado di bagnabilità delle fibre sia molto elevato. Per questo vengono introdotti gli “agenti associanti” che hanno la principale funzione di aumentare la bagnabilità delle fibre e favorire i legami matrice-fibra. La fase matrice, come abbiamo visto nella Fig. D2.2, può essere un polimero, un metallo o un materiale ceramico. Ha la funzione di proteggere le fibre dalle influenze negative dell’ambiente ed eliminare la propagazione di eventuali cricche (crepe) tra le fibre. 383 Modulo D Materiali per le costruzioni meccaniche Nelle matrici polimeriche la temperatura di fusione della matrice determina la temperatura massima di utilizzo del composito. Le più utilizzate sono le resine poliestere e le epossidiche, ma sono utilizzate con buoni risultati anche i polimeri termoplastici polietilene tereftalato e il polipropilene, rispettivamente PET e PP. La disposizione delle fibre consente al composito di possedere specifiche caratteristiche meccaniche che possono essere distribuite in maniera continua e allineata, oppure allineate in maniera discontinua o ancora, orientate in maniera casuale. I migliori risultati si ottengono con la distribuzione delle fibre in maniera uniforme. Le fibre di vetro conferiscono al materiale composito un elevato modulo elastico e una buona resistenza alla corrosione e agli sbalzi termici oltre che una semplificazione del processo produttivo. Le fibre di carbonio conferiscono al materiale composito un maggiore modulo elastico rispetto alle fibre di vetro, una maggiore resistenza, ma sono economicamente più impegnative; sono pertanto riservate per applicazioni in cui il costo non è un fattore determinante: Formula 1, settore aerospaziale, cantieristica navale di lusso e velica da competizione. Le fibre aramidiche sono caratterizzate da una resistenza a trazione molto elevata, da un’altrettanta elevata resistenza agli urti e assorbono in maniera significativa le vibrazioni. Hanno per contro il notevole svantaggio di non essere facilmente lavorabili e una pessima resistenza alla compressione. La più rappresentativa tra le fibre aramidiche è il kevlar, fibra inventata a metà degli anni Sessanta e continuamente sviluppata per le sue caratteristiche meccaniche rappresentate da una notevole resistenza meccanica alla trazione, a parità di massa, cinque volte maggiore dell’acciaio. Tra i settori tecnici che utilizzano maggiormente il kevlar troviamo i settori edile, militare e automobilistico. Per il settore militare vengono realizzati elmetti e giubbotti anti-proiettile inoltre, per la sua leggerezza e in combinazione con altre leghe leggere, è utilizzato per la costruzione di elicotteri e veicoli in cui la “corazza” è determinante per l’incolumità fisica dei trasportati. Per il settore automobilistico sono realizzati: telai, cinghie di distribuzione, elementi per il sistema frenante, serbatoi di carburante ecc. Anche il settore sportivo utilizza il kevlar tuttavia, l’alto costo di produzione non consente l’utilizzo di massa, questo materiale si usa solo per il livello agonistico o dove è necessaria una elevata sicurezza non raggiungibile per peso o resistenza, con altri materiali di tipo comune. L’equipaggiamento protettivo per la scherma, le corde per scalate, le attrezzature per parapendio ecc. rappresentano il loro principale utilizzo. I materiali compositi strutturali possono essere di tipo laminato o a pannelli sandwich. I laminati sono denominati anche compositi a fibre lunghe e vengono accoppiati per rendere uniforme la resistenza del composito nelle direzioni longitudinale e trasversale. Sono realizzati per sovrapposizione di strati in cui le fibre sono orientate tra loro per strati ortogonali, al fine di dar vita a un materiale laminato, con proprietà simili in tutta la sua completezza. Materiali compositi a pannello sandwich, sono realizzati da strati di compositi a fibre, tra i quali trovano alloggiamento strati di elementi a nido d’ape. Un’applicazione in campo automobilistico è costituita dalla produzione di paraurti realizzati con questo processo tecnologico. 384 Materie plastiche Unità D2 VERIFICA UnitÀ D2 Domande a risposta breve 1 Fornisci una definizione di materie plastiche. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 2 Esponi le caratteristiche dei materiali termoplastici. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 3 Rappresenta le differenze tra materiali termoplastici e termoindurenti. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 4 Descrivi le differenze e l’utilizzo più diffuso del polietilene. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 5 Il polistirene può assumere due denominazioni, indicare quali e il loro utilizzo prevalente. 6 Il polietilene tereftalato più conosciuto come PET, ha un utilizzo particolarmente diffuso; indica quale e perché. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 7 Quali sono le caratteristiche delle resine acriliche? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 8 Descrivi il processo di stampaggio per iniezione. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 9 Descrivi il processo di termoformatura. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 10 Cos’è il processo di calandratura e in cosa consiste? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 11 Quali sono le caratteristiche delle resine fenoliche? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 12 Cosa sono gli elastomeri e come si misura la loro durezza? Spiega il metodo di prova. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 13 Quali sono le caratteristiche principali della gomma? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 14 Quali sono le differenze sostanziali tra la gomma naturale e la gomma sintetica? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 15 Cosa s’intende per materiale composito? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 16 Qual è la funzione della matrice in un materiale composito? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 17 Quali sono generalmente le fibre utilizzate per il rinforzo? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 18 Con quali materiali è generalmente costituita la fase? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 385 Modulo D Materiali per le costruzioni meccaniche 19 Quali caratteristiche conferiscono al composito le fibre di vetro? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 20 Cos’è il kevlar e quali sono i settori in cui è maggiormente utilizzato? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 2 Test vero o falso 1 I polimeri sono formati da macromolecole a loro volta formati da monomeri. 2 La stragrande maggioranza delle materie plastiche è di origine artificiale. 3 I materiali termoplastici sottoposti a calore subiscono un indurimento. 4 I materiali termoindurenti una volta consolidati definitivamente non riacquistano più la fluidità. 5 Il polietilene può essere a bassa o alta densità. 6 Negli anni più recenti Il PET ha quasi sostituito il vetro nel packaging. 7 Il polivinilcloruro (PVC) è la materia plastica più utilizzata in assoluto. 8 Il poliammide (nylon) è una delle prime materie plastiche inventate. 9 Per eseguire lo stampaggio per iniezione, il PVC deve essere portato a una temperatura di 450 °C. 10 La termoformatura è un processo piuttosto costoso. 11 Il prodotto dell’estrusione deve essere lasciato raffreddare in aria calma. 12 Mediante il processo di calandratura si possono ottenere fogli non minori di un millimetro. 13 Con i poliuretani espansi flessibili, si realizzano materassi. 14 I poliuretani espansi rigidi trovano grande impiego nell’industria del freddo. 15 La durezza degli elastomeri si misura in shore. 16 Le gomme sintetiche si ottengono con il processo di polimerizzazione degli idrocarburi. 17 Tutti i siliconi sono idrorepellenti. 18 Il materiale composito è un materiale ottenuto combinando almeno altri due materiali. 19 Con il kevlar si realizzano anche i telai delle autovetture. 20 I materiali compositi si possono realizzare anche con pannelli sandwich. 386 V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F Materiali per le costruzioni meccaniche Modulo D VERIFICHE SOMMATIVE MODULO CONOSCENZE D Domande a risposta breve 1 Descrivi le caratteristiche del ferro, dell’acciaio e della ghisa specificando le percentuali di carbonio presente nelle leghe. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 2 Gli acciai sono classificati in relazione alla percentuale di carbonio presente nella lega Fe-C. Indica i principali tipi di acciaio e la loro percentuale di carbonio. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 3 Quali sono le specificità degli acciai martensitici? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 4 Quali sono le specificità degli acciai austenitici? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 5 Quali sono le specificità degli acciai ferritici? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 6 Durante la fase che precede la scelta dell’acciaio da utilizzare si devono tenere in considerazione alcuni vincoli fondamentali. Elenca i principali. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 7 Qual è il processo con cui si ottengono le ghise? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 8 Indica quali sono i principali tipi di ghisa e descrivi le caratteristiche principali di una di queste. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 9 Quali sono le principali specificità dell’alluminio? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 10 Quali sono le più importanti leghe dall’alluminio? Descrivi le caratteristiche di una di esse. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 387 Modulo D Materiali per le costruzioni meccaniche 11 Cosa s’intende per alluminio di prima fusione e alluminio di seconda fusione? Specifica il processo di produzione dell’alluminio di seconda fusione. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 12 Come sono classificate a livello internazionale le leghe di alluminio? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 13 Come si chiamano le due principali leghe leggere di magnesio e quali sono le specifiche caratteristiche? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 14 Descrivi cosa prevede la classificazione internazionale delle leghe di alluminio. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 15 Il rame è utilizzato allo stato puro e in lega con altri elementi. Indica gli utilizzi principali del rame. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 16 Quali sono i principali utilizzi del bronzo? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 17 Cos’è l’ottone e quali sono le sue specificità? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 18 Cos’è lo zinco e quali sono le sue caratteristiche principali? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 19 Il piombo è conosciuto fin dall’antichità. Quali sono le principali caratteristiche e le sue utilizzazioni? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 20 Cosa si indica con il termine metalli bianchi? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 21 Cosa si definisce con il termine materie plastiche? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 22 Quali sono le principali caratteristiche delle materie plastiche? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 23 Come si dividono le materie plastiche e quali sono i principali polimeri termoplastici? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 388 Materiali per le costruzioni meccaniche Modulo D 24 Qual è il processo di lavorazione dei materiali termoplastici? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 25 Descrivi il processo di estrusione di un polimero termoplastico. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 26 Cosa sono e come possono essere suddivise le resine poliuretaniche? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 27 Fornisci una definizione degli elastomeri indicando le loro peculiarità. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 28 Cos’è la gomma, e come può essere suddivisa? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 29 Indica la classificazione UNI delle materie plastiche maggiormente utilizzate nel settore metalmeccanico. ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 30 Cosa s’intende per materiale composito? Quali sono le caratteristiche che conferiscono al composito le fibre di vetro, di carbonio o le fibre polimeriche? ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................................................................................................... 2 Test vero o falso 1 I materiali ferrosi sono materiali alla cui base vi è il carbonio come legame con il ferro. 2 3 4 5 I materiali non ferrosi non hanno il ferro come base per altri elementi chimici. Alluminio e magnesio sono definiti leghe leggere per il loro basso peso specifico. Bronzo e ottone sono due leghe del rame. Le leghe antifrizione sono materiali con cui non si possono costruire le frizioni. Le materie plastiche sono tutte prodotte in laboratorio. L’acciaio è una lega ferro-carbonio con la percentuale di carbonio compresa tra 1,6 ÷ 3,2. La ghisa è una lega ferro-carbonio con la percentuale di carbonio compresa tra 0,32 ÷ 3,2. Nella classificazione degli acciai il tipo di acciaio dipende dalla percentuale di carbonio presente nella lega Fe-C. 10 Gli acciai legati (speciali) si caratterizzano per la presenza in lega di altri elementi quali: cromo, manganese, nichel, wolframio ecc. 11 Gli acciai ternari vedono la presenza di altri due elementi oltre la lega Fe-C. 12 Gli acciai martensitici si definiscono auto-temprabili perché si temprano mentre sono in magazzino in attesa di essere lavorati. 6 7 8 9 13 La norma che classifica gli acciai è la UNI EN 10020. 14 La Norma UNI 7070 è stata sostituita dalla Norma UNI EU 27. 15 Ghisa è un termine generale che indica una serie di leghe Fe-C. V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F 389 Modulo D Materiali per le costruzioni meccaniche 16 La ghisa può contenere altri elementi oltre al ferro e al carbonio. 17 Gli elementi grafitizzanti presenti nella lega facilitano la trasformazione del carbonio in grafite. 18 Il cromo e il manganese sono definiti materiali antigrafitizzanti. 19 Le ghise grigie sono classificate in sei qualità differenti e la qualità dipende dal tipo di colorazione grigia che assumono. 20 Nelle ghise grigie la percentuale di carbonio può raggiungere il 4,5%. 21 Dal processo europeo di produzione della ghisa produce si ottengono a cuore bianco, da quello americano a cuore nero. 22 La ghisa sferoidale, per le sue apprezzate caratteristiche meccaniche, può sostituire l’acciaio in molte applicazioni. 23 L’alluminio si ottiene con un processo di estrazione dalla bauxite e si definisce alluminio primario. 24 L’alluminio è un pessimo conduttore di calore. 25 La lega primaria di alluminio se destinata alla fonderia ha la sigla G, se destinata alla lavorazione plastica è contrassegnata con la sigla P. 26 Nella sigla EN AW-Al Zn 5 Mg 1,5 la lettera W indica che la lega contiene wolframio. 27 Il magnesio si utilizza solo allo stato puro e non può formare leghe. 28 Il rame è un ottimo conduttore elettrico. 29 Il rame presenta grosse difficoltà a essere saldato. 30 Il cupralluminio è una lega di rame e alluminio. 31 L’alpacca è una lega di rame – zinco – nichel con cui si costruiscono chiavi e rivetti. 32 L’ottone è una lega rame – zinco e lo zinco può avere percentuali fino al 40%. 33 Con gli ottoni al piombo si producono rubinetti e accessori da bagno. 34 Lo zinco viene spesso utilizzato come rivestimento protettivo per l’acciaio. 35 Lo zinco può essere utilizzato come anodo sacrificale. 36 Il piombo viene estratto da un minerale denominato golena. 37 I metalli bianchi sono utilizzati come rivestimento delle bronzine. 38 Un limite delle materie plastiche è costituito da un basso allungamento a trazione. 39 La caratteristica principale delle materie plastiche è la loro resistenza alle alte temperature. 40 Le temperature di stampaggio per iniezione non superano mai i 300 °C. 41 Lo stampaggio per iniezione è un processo con cui si realizzano componenti per il settore automobilistico. 42 Le resine fenoliche induriscono essiccando. 43 I materiali compositi non possono essere utilizzati nel settore aeronautico e spaziale. 44 I materiali compositi strutturali possono essere di tipo laminato o a pannelli sandwich. 45 Con i materiali compositi a pannello sandwich, si realizzano i paraurti delle autovetture. 390 V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F V F Appendice Le seguenti tabelle sono disponibili al sito Le tabelle segnalate in blu nel seguente elenco sono comunque riportate anche di seguito per una rapida consultazione dello studente. Viti a testa cilindrica con cava esagonale Viti a testa cilindrica con gambo interamente filettato Viti a testa svasata piana con cava esagonale Viti senza testa con cava esagonale ed estremità piana Viti senza testa con cava esagonale ed estremità cilindrica Viti senza testa con cava esagonale ed estremità conica Viti senza testa con cava esagonale ed estremità a coppa Viti a testa esagonale con gambo parzialmente filettato a passo grosso TAB. A9 Viti a testa esagonale con gambo parzialmente filettato a passo grosso TAB. A10 Viti a testa esagonale con gambo interamente filettato a passo grosso TAB. A11 Viti a testa esagonale con gambo parzialmente filettato a passo fine TAB. A12 Viti a testa esagonale con gambo interamente filettato a passo fine TAB. A13 Viti a testa esagonale larga per carpenteria TAB. A14 Dadi esagonali larghi ad alta resistenza per carpenteria TAB. A15 Rosette per bulloni ad alta resistenza per carpenteria TAB. A16 Viti ad alette TAB. A17 Tiranti a occhio TAB. A18 Viti prigioniere a radice corta TAB. A19 Viti prigioniere a radice lunga TAB. A20 Dadi esagonali Tipo 2 con filettatura metrica a passo grosso TAB. A21 Dadi esagonali Tipo 2 con filettatura metrica a passo fine TAB. A22 Dadi esagonali Tipo 1 TAB. A23 Dadi esagonali Tipo 1 con filettatura metrica a passo fine TAB. A24 Dadi esagonali bassi con smussi TAB. A25 Dadi esagonali bassi con filettatura metrica a passo fine TAB. A26 Dadi esagonali alti TAB. A27 Dadi esagonali normali TAB. A28 Dadi esagonali bassi TAB. A29 Dadi esagonali normali auto frenanti con anello di poliammide TAB. A30 Dadi ad alette TAB. A31 Dadi esagonali ciechi con calotta sferica TAB. A32 Dadi esagonali ciechi con calotta piatta TAB. A33 Dadi esagonali a intagli TAB. A34 Ghiere di bloccaggio Tipo KM TAB. A35 Ghiere autobloccanti tipo normale con inserto in nylon TAB. A36 Rosette di sicurezza Tipo MB TAB. A37 Rosette per viti a testa esagonale e per dadi esagonali TAB. A1 TAB. A2 TAB. A3 TAB. A4 TAB. A5 TAB. A6 TAB. A7 TAB. A8 TAB. A38 Rosette elastiche Grower a sez. rettangolare con spigoli vivi TAB. A39 Rosette elastiche Grower a sez. rettangolare con bordi tondi TAB. A40 Rosette elastiche TAB. A41 Rosette elastiche TAB. A42 Rosette elastiche TAB. A43 Rosette di sicurezza con linguetta TAB. A44 Piastrine per appoggio su ali di profilati UPN TAB. A45 Molle a tazza per bloccaggio di viti e bulloni TAB. A46 Molle a tazza TAB. A47 Spine elastiche diritte – Serie pesante TAB. A48 Spine cilindriche di precisione TAB. A49 Spine cilindriche TAB. A50 Spine coniche non temprate TAB. A51 Spine coniche con gambo filettato e parte conica costante TAB. A52 Spine coniche con foro filettato TAB. A53 Linguette a incastro TAB. A54 Linguette a disco TAB. A55 Copiglie TAB. A56 Copiglie elastiche sagomate TAB. A57 Rivetti a strappo testa bombata TAB. A58 Golfari a occhio circolare con gambo filettato TAB. A59 Golfari a occhio circolare con foro filettato TAB. A60 Golfari a occhio allungato, con foro filettato TAB. A61 Grilli a U – Tipo navale TAB. A62 Morsetti per funi metalliche TAB. A63 Ingrassatori a testa sferica diritti TAB. A64 Ingrassatori a testa sferica a 45° TAB. A65 Ingrassatori a testa sferica a 90° TAB. A66 Fascette stringitubo nastro 9 mm – Esecuzione leggera con testimone interno al nastro TAB. A67 Travi INP – serie normale TAB. A68 Travi IPE ad ali parallele TAB. A69 Travi UPN TAB. A70 Travi angolari a lati uguali e spigoli tondi TAB. A71 Travi angolari a lati disuguali e spigoli tondi TAB. A72 Travi HEA ad ali larghe serie alleggerita TAB. A73 Travi HEB ad ali larghe parallele serie normale TAB. A74 Tabelle dei pesi specifici di alcuni materiali di riferimento TAB. A75 Tabella codici ASCII TAB. A76 Anelli elastici di sicurezza per ALBERI Serie leggera TAB. A77 Anelli elastici di sicurezza per FORI Serie leggera TAB. A78 Gole di scarico di filettatura Appendice Viti senza testa con cava esagonale ed estremità piana ISO 4026 UNI 5923 923 DIN 913 9 H Hexagon socket set screws with flat point TAB. A4 Estratta dal Catalogo di Bulloneria Emiliana Filettatura metrica ISO a passo grosso grado medio 6g CATEGORIA A Dimensioni in mm d S t min L= 2 2,5 3 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 392 M 1,6 0,7 1) 0,7 2) 1,5 M2 0,9 0,8 1,7 M 2,5 1,3 1,2 2 0,021 0,029 0,025 0,037 0,063 0,029 0,044 0,075 0,037 0,059 0,100 0,046 0,074 0,125 0,056 0,089 0,150 0,076 0,119 0,190 0,148 0,249 0,259 M3 1,5 ,5 1,2 ,2 2 M4 2 1,5 2,5 M5 2,5 2 3 M6 3 2 3,5 M8 4 3 5 M 10 M 12 M 14 5 6 6 4 4,8 5,6 6 8 9 M 16 M 18 M 20 M 22 8 10 10 12 6,4 7,2 8 9 10 11 12 13,5 M 24 12 10 15 Massa x 1000 pz = Kg 0,09 09 0,13 13 0,16 16 0,20 20 0,28 28 0,36 36 0,44 44 0,52 52 0,60 60 0,20 0,28 0,35 0,50 0,65 0,80 0,95 1,10 1,25 1,40 0,46 0,54 0,76 1,00 1,24 1,48 1,72 1,96 2,20 2,80 0,79 1,13 1,36 1,70 2,04 2,38 2,72 3,06 3,91 4,76 1,60 2,25 2,90 3,55 4,20 4,85 5,50 7,13 8,75 10,33 12,00 3,50 4,48 5,46 6,44 7,42 8,40 10,85 13,30 15,75 18,20 20,65 23,10 6,62 7,30 8,70 10,10 11,50 15,00 18,50 22,00 25,50 29,00 32,50 36,00 39,50 10,77 13,00 15,00 17,00 22,00 27,00 32,00 37,00 42,00 47,00 52,00 57,00 62,00 67,00 14,8 17,4 22,0 26,5 33,0 39,5 46,0 52,5 59,0 65,5 72,0 78,5 85,0 23,8 27,0 35,2 43,4 51,5 59,6 67,8 75,9 84,0 92,0 100 108 27,5 31,5 42,0 52,5 63,0 73,5 84,0 94,5 105 115 126 136 32,5 45,0 57,5 70,0 83,0 96,0 109 121 134 147 160 41,5 56,5 71,5 87,0 102 117 132 147 162 177 192 Appendice Viti senza testa con cava esago agonale ed estremità conica ISO SO 4027 UNI 5927 DIN N 914 + Hexagon socket set screws witth cone point TAB. A 6 Estratta dal Catalogo di Bulloneria Emiliana Filettatura metrica ISO a passo grosso grado medio 6g CATEGORIA A Dimensioni in mm d S t min dt max L= ¥ 2 2,5 3 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 M 1,6 0,7 1) 0,7 2) 1,5 0,16 0,019 0,023 0,024 0,032 0,041 0,051 0,071 M2 0,9 0,8 1,7 0,2 M 2,5 1,3 1,2 2 0,25 0,030 0,034 0,049 0,064 0,079 0,109 0,138 0,051 0,063 0,079 0,105 0,130 0,179 0,222 M3 1,5 1,2 2 0,3 M4 2 1,5 2,5 0,4 M5 2,5 2 3 0,5 M6 3 2 3,5 1,5 M8 4 3 5 2 M 10 M 12 M 14 5 6 6 4 4,8 5,6 6 8 9 2,5 3 4 M 16 M 18 M 20 M 22 M 24 8 10 10 12 6,4 7,2 8 9 10 11 12 13,5 4 5 5 6 12 10 15 6 Massa x 1000 pz = Kg 0,059 0,084 0,124 0,164 0,244 0,324 0,404 0,484 0,564 0,15 0,20 0,27 0,42 0,57 0,72 0,87 1,02 1,17 1,32 0,30 0,35 0,59 0,83 1,07 1,31 1,55 1,79 2,03 2,63 0,62 0,85 1,19 1,53 1,87 2,21 2,55 2,89 3,74 4,59 1,36 1,83 2,48 3,13 3,78 4,43 5,08 6,71 8,33 9,96 11,58 3,02 3,63 4,61 5,59 6,57 7,55 10,00 12,45 14,90 17,35 19,80 22,25 5,04 5,81 7,21 8,61 10,01 13,51 17,01 20,51 24,01 27,51 31,01 34,51 38,01 9,63 63 10,63 63 12,63 63 14,63 63 19,63 63 24,63 63 29,63 63 34,63 63 39,63 63 44,63 63 49,63 63 54,63 63 59,63 63 64,63 63 12,63 13,65 20,83 23,25 16,25 21,86 24,24 27,71 3 3,59 22,75 30,06 34,63 34,80 42,7 5 29,25 38,26 45,13 47,30 57,75 35,75 46,36 55,63 59,80 73,25 42,25 54,46 66,13 79,80 88,25 48,75 62,66 76,63 85,80 103,25 55,25 70,76 87,13 98,80 118,25 61,75 78,86 97,63 111,80 135,25 68,25 86,86 108,13 124,80 148,25 74,75 94,86 118,63 137,80 163,25 81,25 102,86 129,13 150,80 178,25 La norma ISO 4027 non prevede le filettatu ure M 14, M 18, M 22 e le lunghezze nominali 14, 18, 65 e 70 7 mm. 393 Appendice DIN N 9981 Ghiere di bloccaggio Tipo KM TAB. A 34 Estratta dal Catalogo di Bulloneria Emiliana Slotted round nut for hook-spanne ner Materiale classe 5S Filettatura metrica ISO secondo UNI 5541 grado medio 5H Dimensioni in mm tipo KM 0 KM 1 KM 2 KM 3 KM 4 KM 5 KM 6 KM 7 KM 8 KM 9 KM 10 KM 11 KM 12 KM 13 KM 14 KM 15 KM 16 KM 17 KM 18 KM 19 KM 20 394 d x passo M 10 x 0,75 M 12 x 1 M 15 x 1 M 17 x 1 M 20 x 1 M 25 x 1,5 M 30 x 1,5 M 35 x 1,5 M 40 x 1,5 M 45 x 1,5 M 50 x 1,5 M 55 x 2 M 60 x 2 M 65 x 2 M 70 x 2 M 75 x 2 M 80 x 2 M 85 x 2 M 90 X 2 M 95 X 2 M 100 X 2 d1 13,5 17,0 21,0 24,0 26,0 32,0 38,0 44,0 50,0 56,0 61,0 67,0 73,0 79,0 85,0 90,0 95,0 102 108 113 120 d2 18 22 25 28 32 38 45 52 58 65 70 75 80 85 92 98 105 110 120 125 130 h 4 4 5 5 6 7 7 8 9 10 11 11 11 12 12 13 15 16 16 17 18 b 3 3 4 4 4 5 5 5 6 6 6 7 7 7 8 8 8 8 10 10 10 t Massa M x 1000 pz = Kg 2,0 4,0 2,0 7,2 2,0 9,7 2,0 13,6 2,0 21,8 2,0 31,6 2,0 42,6 2,0 65,1 2,5 86,5 2,5 122,0 2,5 138,0 3,0 160,0 3,0 172,0 3,0 201,0 3,5 256,0 3,5 306,0 3,5 400,0 3,5 460,0 4,0 580,0 4,0 672,9 4,0 736,0 Appendice Rosette di sicurezza Tipo M MB TAB. A 36 Washers for lock ring nuts Estratta dal Catalogo di Bulloneria Emiliana Materiale: acciaio a basso tenore nore di carbonio Dimensioni in mm N° d D e t s MB 0 MB 1 MB 2 MB 3 MB 4 MB 5 MB 6 MB 7 MB 8 MB 9 MB 10 MB 11 MB 12 MB 13 MB 14 MB 15 MB 16 MB 17 MB 18 MB 19 MB 20 10 12 15 17 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 21 25 28 32 36 42 49 57 62 69 74 81 86 92 98 104 112 119 126 133 142 3 3 3 4 4 5 5 6 6 6 6 8 8 8 8 8 10 10 10 10 12 3 3 4 4 4 5 5 5 6 6 6 7 7 7 8 8 8 8 10 10 10 1 1 1 1 1 1,25 1,25 1,25 1,25 1,25 1,25 1,25 1,5 1,5 1,5 1,5 1,75 1,75 1,75 1,75 1,75 * Tolleranze: categoria A, secondo UNI 3740 0 Parte 2D. 395 Appendice Rosette elastiche Grower a sezione rettangolare con bordi bo tondi UNI 1751 A TAB. A 39 Estratta dal DIN 127 B Catalogo di Bulloneria Emiliana Spring lock washers Dimensioni in mm d1 3,2 4,3 5,3 6,4 7,4 8,4 10, 10,5 13, 13,0 15, 15,0 17, 17,0 19, 19,0 21, 21,0 23, 23,0 25, 25,0 28, 28,0 31, 31,0 34, 34,0 37, 37,0 40, 40,0 Per viti esagonali con Ø M3 M4 M5 M6 M7 M8 M 10 M 12 M 14 M 16 M 18 M 20 M 22 M 24 M 27 M 30 M 33 M 36 M 39 Diametro nominale vite Carico di collaudo Altezza minima dopo rimozione del carico con superficie naturale 396 d2 5,8 7,3 8,9 11,4 12,4 14,4 17,5 21,0 24,0 27,0 29,0 33,0 35,0 39,0 42,0 47,0 54,0 57,0 60,0 h 1,6 1,8 2,4 3,2 3,2 4,0 4,4 5,0 6,0 7,0 7,0 8,0 8,0 10,0 10,0 12,0 12,0 12,0 12,0 s 0,8 0,9 1,2 1,6 1,6 2,0 2,2 2,5 3,0 3,5 3,5 4,0 4,0 5,0 5,0 6,0 6,0 6,0 6,0 N 3 1700 4 2900 5 4700 6 6700 7 9600 8 12200 10 19300 12 28000 h2 1,36 1,53 1,53 2,72 2,72 3,4 3,74 4,25 Appendice Spine elastiche diritte Serie pesante ISO 8752 752 ex UNI 687 6873 ex DIN N 148 1481 Spring type straight pins, slottted heavy type TAB. A 47 Estratta dal Catalogo di Bulloneria Emiliana Materiale: acciaio per molle C 70 temprat ato secondo UNI 7064 / INOX Superficie: come da lavorazione Durezza: 420 � 520 HV Dimensioni in mm d1 nom. min prima del montaggio max d2 prima del montaggio Ø foro resistenza min forza semplice al taglio in kN forza doppia L= ¥ 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 36 40 45 50 55 60 65 70 80 90 100 1,5 1,7 1,8 1,1 1,5 0,79 1,58 2 2,3 2,4 1,5 2 1,41 2,82 2,5 2,8 2,9 1,8 2,5 2,19 4,38 3 3,3 3,5 2,1 3 3,16 6,32 3,5 3,8 4 2,3 3,5 4,53 9,06 4 4,4 4,6 2,8 4 5,62 11,24 4,5 4,9 5,1 2,9 4,5 8,77 15,36 5 5,4 5,6 3,4 5 13,02 17,54 0,03 0,04 0,05 0,06 0,08 0,10 0,12 0,13 0,15 0,17 0,06 0,07 0,09 0,12 0,15 0,18 0,21 0,24 0,27 0,30 0,33 0,36 0,39 0,42 0,45 0,09 0,11 0,14 0,18 0,23 0,28 0,33 0,37 0,42 0,47 0,51 0,56 0,61 0,66 0,70 0,13 0,17 0,20 0,27 0,34 0,40 0,47 0,54 0,61 0,67 0,74 0,81 0,88 0,95 1,02 1,09 1,22 1,36 0,19 0,24 0,29 0,39 0,49 0,59 0,68 0,78 0,88 0,98 1,08 1,18 1,28 1,38 1,48 1,58 1,77 1,97 0,23 0,29 0,35 0,47 0,59 0,71 0,83 0,95 1,07 1,19 1,31 1,43 1,55 1,67 1,79 1,91 2,18 2,39 2,68 2,98 0,36 0,47 0,63 0,79 0,95 1,11 1,27 1,43 1,59 1,75 1,90 2,06 2,22 2,38 2,54 2,86 3,17 3,57 3,96 0,47 0,56 0,75 0,94 1,13 1,32 1,51 1,70 1,88 2,07 2,26 2,45 2,64 2,83 3,02 3,39 3,77 4,24 4,71 5,18 5,65 6,12 6,59 7,54 6 8 10 12 13 6,4 8,5 10,5 12,5 13,5 6,7 8,8 10,8 12,8 13,8 4 5,5 6,5 7,5 8,5 6 10 12 13 8 13,02 21, 21,38 35,08 52, 07 57,55 26,04 42,76 42, 70,16 1 04,1 115,1 14 14,5 14,8 8,5 14 72,35 144,7 Massa x 1000 pz = Kg 1,38 1,66 1,94 2,21 2,49 2,77 3,04 3,32 3,60 3,87 4,15 4,43 4,98 5,54 6,23 6,92 7,61 8,30 8,99 9,69 11,1 12,5 13,8 2,24 2,66 3,13 3,58 4,03 03 4,48 48 4,92 5,37 5,82 6,26 6,71 7,,16 8,,06 8,,95 10, 10,1 11, 11,2 12, 12,3 13, 13,4 14, 14,5 15, 15,67 18, 18,0 20, 20,1 22, 22,4 3,69 4,43 5,17 5,90 6,64 7,38 8,12 8,86 9,59 10,3 11,1 11,8 13,3 14,8 16,6 18,4 20,3 22,1 24,0 25,8 29,5 33,2 36,9 5,55 6,66 7,78 8,89 10,0 11,1 12,2 13,3 14,4 15,6 16,7 17,8 20,0 22,2 25,0 27,8 30,5 33,3 36,1 38,9 44,4 50,0 55,5 6,1 8 7,4 2 8,6 6 9,9 0 11, 1 12, 4 13,6 14,8 16,1 17,3 18,5 19,8 22,3 24,7 27,8 30,9 34,0 37,1 40,2 43,3 49,5 55,6 61,8 7,80 9,35 10,9 12,5 14,0 15,6 17, 1 18, 7 20, 3 21, 8 23, 4 24,9 28,1 31,2 35,1 39,0 42,9 46,8 50,1 54,6 62,4 70,2 77,9 La norma ISO 8752 coincide con la UNI 8752 87 (la quale sostituiva la precedente UNI 6873). 397 Appendice Spine cilindriche di precision ne TAB. A 48 ISO 87344* Estratta dal Catalogo di ex UNI 6364 -A Bulloneria Emiliana ex DIN 6325 Parallel pins hardened Materiale: acciaio da utensili temprato e rettificato Superficie: come da lavorazione Durezza: 58 � 62 HRC ~ 550 � 650 50 HV H Tolleranza diametro: m6** Dimensioni in mm L= 1 0,12 0,5 0,4 1 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 24 28 32 36 40 45 50 55 60 70 80 90 100 120 0,025 0,032 0,038 0,083 0,148 0, 0,230 0,048 0,111 0, 0,197 0,307 0,062 0,139 0,246 0, 0,384 0,166 0,296 0, 0,462 0,194 0,345 0,538 0, 0,222 0,395 0, 0,615 0, 0,444 0,692 0, 0,493 0,769 0,924 1,5 0,2 0,6 0,5 1,6 2 00,25 0 0,8 0 0,6 2 2,5 0,3 1 0,7 2,5 d a~ c c1 r~ 3 0,4 1,2 0,8 3 4 0,5 1,4 1 4 5 0,63 1,7 1,2 5 6 0,8 2,1 1,5 6 8 1 2,6 1,8 8 10 1,3 3 2 10 14 1,8 3,8 2,5 16 16 2 4,6 3 16 20 2,5 6 4 20 43,5 48,3 54,4 60,4 66,4 72,5 84,6 96,6 109 121 145 63,1 71,0 78,9 86,8 94,6 110 126 142 158 189 123 136 148 173 197 222 246 296 Massa x 1000 pz = Kg 0,443 0,554 0,665 0,775 0,886 0,996 1,11 1,33 1,55 1,77 0,98 1,18 1,38 1,58 1,77 1,97 2,37 2,76 3,15 3,55 3,94 1,85 2,16 2,46 2,77 3,08 3,70 4,32 4,93 5,54 6,15 6,93 7,70 3,10 3,55 3,99 4,44 5,32 6,21 7,10 7,98 8,86 9,96 11,1 12,2 13,3 7,10 7,89 9,46 11,0 12,6 14,2 15,8 17,7 19,7 21,6 23,6 27,6 31,5 14,8 17,2 19,7 22,2 24,6 27,7 30,8 33,9 37,0 43,2 49,4 55,5 61,6 * La norma ISO 8734 coincide con la precede dente UNI 8734 (la quale sostituiva la precedente UNI 6364 4). ** Altre tolleranze, secondo accordo tra committente c e fornitore. 398 12 1,6 3,8 2,5 12 24,9 28,4 31,7 35,5 40,0 44,4 48,8 53,3 62,2 71,0 79,9 88,8 Appendice Spine coniche non temprate ISO 23399* ex UNI 129 ex DIN 1 Taper pins TAB. A 50 Estratta dal Catalogo di Bulloneria Emiliana Dimensioni in mm L= d a~ 3 0,4 14 16 20 25 30 35 40 45 50 55 60 70 80 90 100 110 120 0,88 1,02 1,29 1,72 2,04 2,55 2,88 3,35 4 0,5 5 0,63 6 0,8 8 1 10 1,2 12 1,6 24,8 27,6 31,2 34,9 38,8 42,5 50,4 58,5 67,0 75,7 84,7 94,0 35,4 39,6 44,6 49,8 55,2 60,2 71,8 83,0 94,5 106 118 130 Massa x 10000 pz = Kg 1,78 2,23 2,96 3,48 4,28 4,84 5,56 6,31 7,12 3,47 4.56 5,31 6,51 7,30 8,35 9,45 10,6 11,8 6,95 7,76 9,50 10,3 11,7 13,4 14,7 16,3 19,7 24,3 28,4 32,6 13,11 16,00 17,88 20,22 22,77 25,33 27,88 33,22 38,88 44,55 50,55 57,00 63,55 *La norma ISO 2339 coincide con la precede dente UNI ISO 2339 e sostituisce la UNI 129. 399 Appendice Linguette ad incastro TAB. A 53 UNI 6604––A DIN 68855-A Parallel keys Estratta dal Catalogo di Bulloneria Emiliana Tolleranza sulla quota b: h9 Dimensioni in mm 3 montaggio b h 400 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 3 4 5 6 7 8 8 9 10 11 12 14 14 16 18 sopra a 8 fino a 10 1,8 t 10 12 12 17 17 22 22 30 30 38 38 44 44 50 50 58 58 65 65 75 75 85 85 95 95 110 110 130 2,5 3 + 0,1 1,8 2,3 + 0,1 3,5 4 5 5 5,5 6 7,5 9 9 10 11 2,8 3,3 3,3 3,3 3,8 4,3 7 + 0,2 4,4 + 0,2 4,9 5,4 5,4 6,4 32 192 220 247 275 302 343 385 440 495 550 281 317 352 343 440 492 563 633 703 407 452 440 565 633 723 814 904 s cost. lim. t1 1,4 s cost. lim. L= 4 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 0,565 0,707 0,848 0,989 1,130 1,270 1,410 1,550 1,770 1,980 2,260 2,540 1,01 1,26 1,51 1,76 2,01 2,26 2,51 2,76 3,14 3,52 4,02 4,52 5,02 5,65 Massa x 1000 pz = Kg 1,95 2,35 2,75 3,14 3,53 3,92 4,32 4,91 5,50 6,28 7,06 7,85 8,83 9,81 11,00 3,94 4,52 5,09 5,65 6,22 7,07 7,91 9,04 10,2 11,3 12,7 14,1 15,8 17,8 19,8 7,93 8,80 9,67 11,0 12,3 14,1 15,8 17,6 19,8 22,0 24,6 27,7 30,8 35,2 39,6 13,8 15,7 17,6 20,1 22,6 25,1 28,3 31,4 35,2 39,6 44,0 50,2 56,5 62,8 69,1 21,1 24,1 27,1 30,1 33,9 37,7 42,2 47,5 52,8 60,3 67,8 75,4 82,9 94,2 35,6 39,6 44,5 49,5 55,4 62,3 69,2 79,1 89,0 98,9 109,0 124,0 138,0 56,5 62,8 70,3 79,1 88,0 100 113 126 138 157 176 201 77,7 87,0 97,9 109 124 140 155 171 194 218 249 280 106 119 1322 151 170 188 207 235 264 301 339 377 152 169 193 218 242 266 302 338 387 435 484 Appendice Copiglie ISO 1234 UNI 1336 DIN 94 Split pins TAB. A 55 Estratta dal Catalogo di Bulloneria Emiliana Dimensioni in mm Ø del foro d1 c a b L= 10 12 16 20 25 30 35 40 45 50 60 70 80 90 100 max 2 3.2 4 5 6.3 8 1.8 2.9 3.7 4.6 5,9 7,5 7,3 min 1.7 2.7 3.5 4.4 5,7 max 3.6 5.8 7.4 9.2 11,8 15 min 3.2 5.1 6.5 8 10,3 13,1 max 2.5 3.2 4 4 4 4 4 6.4 8 10 12,6 16 0,25 0,28 0,34 0,40 0,47 0,56 0,61 0,66 Massa x 1000 pz = Kg 0,89 1,09 1,31 1,64 1,80 2,00 2,17 2,43 2,16 2,52 3,07 3,39 3,71 4,11 4,51 5,55 4,00 5,00 5,49 6,00 6,61 7,24 8,67 9,86 11,0 9,76 10,6 11,7 12,8 15,6 17,3 19,2 21,3 18,9 20,6 25,0 27,7 30,7 34,1 37,5 401 Appendice Copiglie elastiche sagomatee TAB. A 56 Special share split pins Estratta dal Catalogo di Bulloneria Emiliana Materiale: acciaio per molle C 70 secoondo UNI 3545 Superficie: zincata D Dimensioni in mm 2 L a b c f Massa x 1000 pz = Kg 402 2,5 3 3,5 4 4,5 5 6 43 17 18 16 4 63 23 24 21 7 73 23 32 27 5 76 24 37 30 7 85 26 40 30 7 93 34 40 32 6 95 34 40 34 7 100 34 40 36 6 2,3 3,3 8,3 11,7 16,6 26,9 32,7 50,7 Appendice UNI 9200 9200-A DIN 73337 A Rivetti a strappo a testa bomb bata H Blind rivets TAB. A 57 Estratta dal Catalogo di Bulloneria Emiliana Materiale corpo: Al / Fe / Cu Materiale mandrino: acciaio zinc ncato Superficie: grezza Dimensioni in mm d1 2,4 3 3,2 4 4,8 6,4 L 5 6 8 6 8 10 12 16 6 8 10 12 14 16 20 6 8 10 12 14 16 20 8 10 12 14 16 20 24 10 12 22 30 40 spessore rivettabilee 1÷3 2÷4 4÷6 2,5 ÷ 3,5 4,5 ÷ 5,5 5,5 ÷ 7,0 7÷9 11 ÷ 13 2,5 ÷ 3,5 3,5 ÷ 4,5 5,5 ÷ 7,0 7÷9 8 ÷ 11 9 ÷ 13 13 ÷ 17 1,5 ÷ 3,0 4÷5 5 ÷ 6,5 6,5 ÷ 8,5 8,5 ÷ 10,55 10,5 ÷ 12,55 14,5 ÷ 16,55 4 ÷ 5,0 4,5 ÷ 6,0 6÷8 8 ÷ 10 10 ÷ 12 14 ÷ 16 17 ÷ 19 1÷4 4÷6 12 ÷ 16 20 ÷ 24 28 ÷ 33 taglio trazione min carico co (N) min carico (N) d2 Ø foro K 5,0 2,5 0,55 450 660 6,5 3,1 0,80 650 880 6,5 3,3 0,80 830 1180 8,0 4,1 1,00 11800 1670 9,5 4,9 1,10 20500 2940 13,0 6,5 1,80 35200 4600 * La norma DIN 7337 A differisce dalla norma nor UNI 9200 A, riportata nella presente tabella, per i valo ori di K. 403 Appendice UNI 9200 9200-A DIN 73337 A Rivetti a strappo a testa bomb bata H Blind rivets TAB. A 57 Estratta dal Catalogo di Bulloneria Emiliana Materiale corpo: Al / Fe / Cu Materiale mandrino: acciaio zinc ncato Superficie: grezza Dimensioni in mm d1 2,4 3 3,2 4 4,8 6,4 L 5 6 8 6 8 10 12 16 6 8 10 12 14 16 20 6 8 10 12 14 16 20 8 10 12 14 16 20 24 10 12 22 30 40 spessore rivettabilee 1÷3 2÷4 4÷6 2,5 ÷ 3,5 4,5 ÷ 5,5 5,5 ÷ 7,0 7÷9 11 ÷ 13 2,5 ÷ 3,5 3,5 ÷ 4,5 5,5 ÷ 7,0 7÷9 8 ÷ 11 9 ÷ 13 13 ÷ 17 1,5 ÷ 3,0 4÷5 5 ÷ 6,5 6,5 ÷ 8,5 8,5 ÷ 10,55 10,5 ÷ 12,55 14,5 ÷ 16,55 4 ÷ 5,0 4,5 ÷ 6,0 6÷8 8 ÷ 10 10 ÷ 12 14 ÷ 16 17 ÷ 19 1÷4 4÷6 12 ÷ 16 20 ÷ 24 28 ÷ 33 taglio trazione min carico co (N) min carico (N) d2 Ø foro K 5,0 2,5 0,55 450 660 6,5 3,1 0,80 650 880 6,5 3,3 0,80 830 1180 8,0 4,1 1,00 11800 1670 9,5 4,9 1,10 20500 2940 13,0 6,5 1,80 35200 4600 * La norma DIN 7337 A differisce dalla norma nor UNI 9200 A, riportata nella presente tabella, per i valo ori di K. 404 Appendice Ingrassatori a testa sferica diritti Grease nipples UNI 7663TIIPO A TAB. A 63 Estratta dal Catalogo di Bulloneria Emiliana Materiale: corpo - acciaio 9SMnPb28; sfera - accciaio temprato Superficie: zincata Dimensioni in mm d M6 M8x1 M8 M 10 x 1 M 10 S 7 9 11 11 11 h 13,5 17,0 18,0 18,0 18,0 L 5 6 6 8 8 Ingrassatori a testa sfericaa a 45° 45 Grease nipples 45° TAB. A 64 UNI 7663 TIIPO B Estratta dal Catalogo di Bulloneria Emiliana Materiale: corpo - acciaio 9SMnPb28; sfera - accciaio temprato Superficie: zincata Dimensioni in mm d M6 M8x1 M8 M 10 x 1 S 11 11 11 11 Ingrassatori a testa sferica a 90° Grease nipples 90 h 26 26 26 26 L 6 7 7 7 o TAB. A 65 UNI 7663TIP PO C Estratta dal Catalogo di Bulloneria Emiliana Materiale: corpo - acciaio 9SMnPb28; sfera - accciaio temprato Superficie: zincata Dimensioni in mm d M6 M8x1 M8 M 10 x 1 M 10 S 11 11 11 11 11 h 20 20 20 20 20 L 6 7 7 7 7 405 Appendice Tabelle dei pesi specifici di alcuni materiali di riferimento TAB. A 74 Materiale Acciaio Ferro Ghisa comune Rame Bronzo (7,9%) Bronzo (14%) Bronzo fosforoso Ottone Piombo Stagno Zinco Alluminio Argento Oro Diamante Cromo Fosforo Tungsteno Nichel Magnesio Mercurio Gomma Polietilene AD Polietilene BD Polipropilene PVC Ghiaccio 406 kg/dm3 7,85 7,85 7,10 8,89 - 8,93 7,40 8,90 8,80 8,40 - 8,70 11,34 7,28 7,10 2,60 10,50 19,3 3,55 6,60 1,83 - 2,19 19,10 8,60 1,75 13,59 1,70 - 2,20 0,94 - 0,96 0,92 - 0,93 0,90 - 0,96 1,37 - 1,45 0,90 Appendice 407 Appendice 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 50 51 52 54 55 56 57 58 60 62 63 65 67 68 70 408 1,5 1,5 1,5 1,75 1,75 1,75 1,75 1,75 1,75 1,75 1,75 1,75 1,75 1,75 1,75 1,75 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2,5 2,5 2,5 2,5 30,5 31,5 32,2 33,2 34,2 35,2 36 36,5 37,5 38,5 39,5 40,5 41,5 42,5 43,5 44,5 45,8 46,8 47,8 49,8 50,8 51,8 52,8 53,8 55,8 57,8 58,8 60,8 62,5 63,5 65,5 5,2 5,4 5,6 5,6 5,7 5,8 5,9 6 6,2 6,5 6,5 6,6 6,7 6,7 6,8 6,9 6,9 6,9 7 7,1 7,2 7,3 7,3 7,3 7,4 7,5 7,6 7,8 7,9 8 8,1 3,7 3,8 3,9 4 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 4,5 4,5 4,6 4,7 4,8 4,9 5 5,1 5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 5,5 5,6 5,8 6 6,2 6,3 6,4 6,5 6,6 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 3 3 3 3 31,3 32,3 33 34 35 36 37 37,5 38,5 39,5 40,5 41,5 42,5 43,5 44,5 45,5 47 48 49 51 52 53 54 55 57 59 60 62 64 65 67 1,6 1,6 1,6 1,85 1,85 1,85 1,85 1,85 1,85 1,85 1,85 1,85 1,85 1,85 1,85 1,85 2,15 2,15 2,15 21,5 2,15 21,5 2,15 2,15 2,15 2,15 2,5 2,85 2,65 2,65 2,65 2,6 2,6 3 3 3 3 3,8 3,8 3,8 3,8 3,8 3,8 3,8 3,8 3,8 3,8 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 Appendice 409 Appendice 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 60 62 63 64 65 67 68 70 410 39 40 41 42.5 43.5 44.5 45.5 46.5 47.5 48.5 49.5 50.5 51.5 53 54 55 56 57 58 59 60 61 63 65 66 67 68 70 71 1.5 1.5 1.5 1.75 1.75 1.75 1.75 1.75 1.75 1.75 1.75 1.75 1.75 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2.5 2.5 2.5 39.5 40.8 42 43.5 44.5 45.5 46.5 47.5 48.5 49.5 50.5 51.5 52.5 54.2 55.2 56.2 57.2 58.2 59.2 60.2 61.2 62.2 64.2 66.2 67.2 68.2 69.2 71.5 72.5 5.5 5.5 5.6 5.8 5.9 5.9 5.9 6 6.2 6.3 6.4 6.4 6.5 6.5 6.5 6.7 6.7 6.7 6.8 6.8 6.8 6.9 7.3 7.3 7.3 7.4 7.6 7.7 7.8 3.6 3.7 3.8 3.9 4 4.1 4.2 4.2 4.3 4.4 4.4 4.5 4.5 4.6 4.7 4.7 4.9 5 5 5.1 5.1 5.2 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 6 6.1 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 3 3 3 1.6 1.6 1.6 1.85 1.85 1.85 1.85 1.85 1.85 1.85 1.85 1.85 1.85 2.15 2.15 2.15 2.15 2.15 2.15 2.15 2.15 2.15 2.15 2.15 2.15 2.15 2.65 2.65 2.65 3 3 3.5 3.8 3.8 3.8 3.8 3.8 3.8 3.8 3.8 3.8 3.8 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 4.5 73 2.5 74.5 7.9 6.2 3 2.65 4.5 Appendice TAB. A78 Estratta dalla UNI ISO 4755:1986 Gole di scarico per elementi di fissaggio con filettatura esterna metrica ISO. Dimensioni in mm Passo di filettatura dg P h12* (h13) 0,25 d - 0,4 0,3 d - 0,5 0,35 d - 0,6 0,4 d - 0,7 0,45 d - 0,7 0,5 d - 0,8 0,6 d-1 0,7 d - 1,1 0,75 d - 1,2 0,8 d - 1,3 1 d - 1,6 1,25 d-2 1,5 d - 2,3 1,75 d - 2,6 2 d-3 2,5 d - 3,6 3 d - 4,4 3,5 d-5 4 d- 5,7 4,5 d - 6,4 5 d-7 5,5 d - 7,7 6 d - 8,3 * h 12 fino al diametro di filettatura di 3 mm. ** g1 min. sull'angolo minimo di 30°. g1 ** min 0,4 0,5 0,6 0,6 0,7 0,8 0,9 1,1 1,2 1,3 1,6 2 2,5 3 3,4 4,4 5,2 6,2 7 8 9 11 11 g2 max (3P) 0,75 0,9 1,05 1,2 1,35 1,5 1,8 2,1 2,25 2,4 3 3,75 4,5 5,25 6 7,5 9 10,5 12 13,5 15 17,5 18 r 0,12 0,16 0,16 0,2 0,2 0,2 0,4 0,4 0,4 0,4 0,6 0,6 0,8 1 1 1,2 1,6 1,6 2 2,5 2,5 3,2 3,2 411 VERSIONE SCARICABILE EBOOK e-ISBN 978-88-203-8879-9 www.hoepliscuola.it Ulrico Hoepli Editore S.p.A. via Hoepli, 5 - 20121 Milano e-mail hoepliscuola@hoepli.it