Disegno Macchine: dispense di disegno meccanico

Appunti delle lezioni di Disegno di Macchine

Disegno di Macchine

Lezione n°1 – Nozioni di Base

corso per I anno della laurea in ing. meccanica

Docente: ing. Francesca Campana


Scopo del corso

Il corso di Disegno di Macchine ha lo scopo di:• insegnare a leggere e redigere i disegni tecnici di progetti relativi all’ambito

dell’ingegneria industriale;• spiegare il ruolo del disegno nella progettazione meccanica.

Al termine del corso lo studente deve essere in grado di rispondere affermativamente alle seguenti domande:

• So interpretare un disegno tecnico capendo cosa rappresenta?• So disegnare secondo la normativa tecnica un componente meccanico? Ed un

assieme?• Ho capito a cosa serve un disegno nell’iter di progettazione?

Un disegno tecnico è una rappresentazione sintetica realizzata secondo norme specifiche finalizzate a spiegare in modo univoco – la forma e le dimensioni di un prodotto o componente,– le sue modalità di funzionamento,– Il materiale di cui è composto e le caratteristiche di fabbricazione.

Questi elementi rappresentano i risultati del processo di progettazione ovvero di quella serie di ragionamenti e calcoli specifici del lavoro dell’ingegnere.


IdeaIdea

Prodotto Prodotto

finitofinito

Progetto di Progetto di massimamassima

Pianificazione del processo Pianificazione del processo di produzionedi produzione

ProduzioneProduzione

Progetto Progetto esecutivoesecutivo

Il compito della progettazioneDefinizioni di base

1. Sistema meccanico (o assieme) = sistema in grado di compiere un Lavoro, assolvendo a specifiche funzionalità e requisiti prescritti all’inizio della progettazione.

2. Componente meccanico = elemento di base che insieme ad altri concorre alla definizione di un assieme.

La realizzazione di un qualsiasi sistema meccanico richiede una serie di passi che delineano con dettagli via via crescenti il sistema, rendendo possibile il passaggio dall’idea (o esigenza di mercato) al prodotto finito.


Il compito della progettazioneL’attuale organizzazione industriale prevede una vastissima gamma di categorie

merceologiche che richiedono “prodotti meccanici” di vario tipo ed impiego la cui progettazione si può articolare in più fasi quali:

1. La progettazione concettuale: in cui si definisce il principio di funzionamento ed un primo schema di massima (arrangiamento) del sistema;

2. La progettazione di massima: in cui si procede al dimensionamento ed all’ottimizzazione dell’arrangiamento dei componenti;

3. La progettazione esecutiva: in cui si indicano e risolvono tutte le problematiche di assemblabilità e funzionalità del sistema;

4. La progettazione della fabbricazione del sistema: in cui si risolvono tutti i problemi legati a come produrre il sistema.

Le varie fasi di progettazione implicano documenti differenti e quindi diversi tipi di disegni tecnici:•• disegni di disegni di avamprogettoavamprogetto (schizzi a mano, (schizzi a mano,

rappresentazioni concettuali)rappresentazioni concettuali)(progetto di massima)(progetto di massima)

•• disegni costruttivi (di complessivi, di gruppo, di sottogruppo, disegni costruttivi (di complessivi, di gruppo, di sottogruppo, di di componenti)componenti)

(progetto esecutivo)(progetto esecutivo)

•• disegni di fabbricazionedisegni di fabbricazione (per chi deve produrre) (per chi deve produrre)

•• disegni disegni ““come costruitocome costruito”” (per l(per l’’archiviazione)archiviazione)


L’evoluzione del Disegno TecnicoL’abilità di realizzare disegni a mano è estremamente utile per “catturare” le idee e comunicare al volo con i colleghi, rendendo possibile un’immediata valutazione dei pro e dei contro di alcune soluzioni. Per questo la si utilizza molto durante la fase di progettazione concettuale.

La stesura dei disegni costruttivi e di fabbricazione un tempo era realizzata al tavolo da disegno con l’ausilio del tecnigrafo (da qui deriva l’uso di chiamare i disegni tecnici anche “messe in tavola”), ora è automatizzata al computer mediate l’uso dei sistemi di Computer Aided Design (CAD).

Computer Aided Design = Progettazione assistita dal calcolatore

Computer Aided Drawing = Messa in tavola (o disegno bidimensionale) assistita dal calcolatore

Come sarà chiarito in seguito i disegni tecnici rappresentano i componenti in forma bidimensionale, disegnandoli così come sono visibili lungo specifiche direzioni di vista (vedi riquadro 2 in figura).

Disegno di Disegno di massima a manomassima a mano 2.2. proiezioniproiezioni

22

3. sezione3. sezione

33

1.1. assonometriaassonometria

11


I programmi di Computer Aided Design mutano la logica di progetto consentendo da subito la formalizzazione e la visualizzazione 3D dei componenti e del loro assieme.

I disegni al CAD si chiamano per questo modelli solidi dei componenti. Un modello solido è navigabile in tutte le direzioni (contrariamente ad un disegno tecnico) ed

è interrogabile per conoscere il centro geometrico o delle masse (se si attribuisce una densità), la superficie, il volume di tutto o di dettagli.

I sistemi CAD si articolano in almeno 3 ambienti: • uno di modellazione solida, • uno di messa in tavola in cui si possono realizzare in modo automatico le viste di

proiezione, le sezioni …, • e l’ambiente di assemblaggio in cui si creano prototipi con cui verificare l’assemblabilità

ed il movimento degli assiemi.

I sistemi CAD meccanici ( ad es. CATIA, Solid Edge, Solid Work, Autodesk Inventor, Pro-E, …) uniti ad altri software di verifica strutturale (calcolo agli elementi finiti = FEM), cinematica e automatizzazione delle lavorazioni meccaniche (sistemi CAM = Computer Aided Manufacturing), formano i sistemi di Computer Aided Engineering ovvero i sistemi di Ingegnerizzazione assistita dal calcolatore.

L’evoluzione del Disegno Tecnico


Cenni di modellazione solida

I modelli solidi si disegnano aggiungendo e sottraendo tra loro volumi. Questo si può realizzare in modo intuitivo attraverso:

• la creazione di primitive di base (parallelepipedi, cilindri, tronchi di cono, …)

• la traslazione o rotazione di superfici piane lungo un percorso rettilineo o curvo

• l’uso di operazioni booleane tra volumi

Altre operazioni di rifinitura consentono di raffinare i modelli creando caratteristiche specifiche come i raccordi, gli smussi, i fori o gli sformi.

Sottrazione di un volume da un altro

(operazione di scavo)





Creazione di foro alesato

(operazione di foratura)SmussaturaRaccordaturaForatura


Procedendo in questo modo la forma finale si ottiene attraverso una serie di lavorazioni che si susseguono secondo la logica della sgrossatura (= ottenere la forma di massima attraverso scavi successivi su un blocco di materiale) e della rifinitura (forature, raccordi, smussi, …) in modo simile a come si fa con le macchine utensili.

Questa serie di lavorazioni intuitive corrispondono alla definizione di un database di equazioni e bordi in grado di rappresentare e descrivere i volumi disegnati.

La struttura dei data-base segue essenzialmente le logiche della rappresentazione CSG (= Constructive Solid Geometry), e B-Rep (= Boundary Representation) ovvero della rappresentazione dei bordi.

Alla teoria della struttura dati si associano le tecniche di computer grafica per la visualizzazione del solido ed il rendering.

Cenni di modellazione solida


Disegno di Macchine

Lezione n°2 – Nozioni di disegno tecnico




Il Disegno Tecnico

Lo scopo del disegno tecnico consiste nel rappresentare il componente meccanico secondo principi geometrici e regole imposte dalla normativa in modo tale che sia univocamente ed universalmente comprensibili le sue forme, dimensioni e le caratteristiche di fabbricazione.

La rappresentazione geometrica realizzata nelle cosiddette tavole di disegno è una rappresentazione bidimensionale in grado di far ricostruire, mentalmente, al tecnico l’aspetto tridimensionale del componente o dell’assieme. Questa ricostruzione può avvenire grazie all’uso delle proiezioni ortogonali e delle viste in sezione.

La normativa prescrive le modalità di realizzazione del disegno tecnico così da unificare e rendere universale il modo di interpretazione del disegno bidimensionale. Esistono due enti unificatori principali: l’ UNI (Ente Nazionale Italiano di Unificazione) e l’ISO (International Standard Organization). L’ente ISO detta le normative a livello internazionale e l’UNI le ratifica e recepisce a livello nazionale. Per ogni settore industriale esistono dei comitati che si occupano di discutere ed aggiornare gli standard del settore.

– La norma UNI EN ISO 5457: 1999 definisce i formati dei fogli, la UNI 938 (norma solo nazionale) spiega come ripiegarli

– La norma UNI EN ISO 128-20:2002 detta le convenzioni di base sulle linee di tracciatura del disegno

– La norma UNI EN ISO 5456: 2001 codifica i metodi di proiezione da adottare


Il Disegno Tecnico: il formato dei fogliPrima dell’avvento del CAD il disegnatore doveva munirsi di matite con punte di varia

durezza (per tracciare al meglio i vari tratti in funzione della pressione della mano), riga, squadra, curvilinee, compasso, ... oltre che il foglio. Ora con il CAD i tratti si impostano al calcolatore e tracciare linee curve o forme complicate non è più un problema manuale. Tuttavia resta la necessità di preparare il foglio.

Da normativa si prevedono 5 formati standard di foglio, indicati con le sigle A0, A1, A2, A3, A4.

Il foglio A0 è il più grande: ha un’area pari da 1 m2 ed i suoi lati sono di 1189 x 841 mm.Le dimensioni degli altri formati derivano dal foglio A0 secondo lo schema riportato in

figura

A0

A2

A1A4

A3

b/2

a

b

Esiste la similitudine:

a : b = b/2 : a

quindi

b=1.41 a


Il Disegno Tecnico: il formato dei fogliViste le dimensioni di un foglio A0 o di A1 si comprende come mai occorrano delle

regole per ripiegare i fogli.Il contorno del foglio viene squadrato ad indicare la zona entro cui si disegna. I margini

possono presentare delle maglie rettangolari per localizzare delle aree attraverso coordinate alfanumeriche (questo è utile per localizzare i dettagli in disegni molto complessi).

In basso a destra si predispone il cartiglio, una zona in cui riepilogare i dati identificativi del documento.

A

B

C

1 2 3

Un sistema di coordinate alfanumeriche ai bordi permette di localizzare aree diverse del disegno


Per quanto riguarda la grossezza della linea le regole specifiche saranno richiamate volta per volta quando si adotteranno. Al momento basta sapere che esistono le linee continue grosse per disegnare tutti gli spigoli ed i contorni in vista mentre i bordi nascosti, se indicati, si tracciano con linea tratteggiata grossa. Con la linea fine in tratteggio, o meno, si tracciano le linee di costruzione, mentre gli assi di simmetria si tracciano come linee miste (tratto punto) fini.

La linea fina è spessa ¼ rispetto alla linea grossa.

Il Disegno Tecnico: la grossezza delle linee

continua grossa

tratteggiata grossa

continua fine

mista fine


Le AssonometrieLe viste assonometriche hanno lo scopo di dare un’idea tridimensionaledella forma di un componente.

Nel disegno meccanico si utilizzano in prevalenza l’assonometria isometricae quella cavaliera. Nei rispettivi casi I piani di riferimento dello spazio (xy, yze zx) sono reciprocamente disposti come in figura:

120°120°

x y

z

x

y

z

135°

Assonometria isometrica

Assonometria cavaliera

L’uso di queste viste è legato in genere alla creazione delle viste di assiemee delle viste esplose in cui si vuole trasmettere la tridimensionalitàdell’insieme.


Le proiezioni ortogonali descrivono bidimensionalmente un oggetto reale.

Consistono nel proiettare ortogonalmente, sul piano del disegno, da una distanza infinita, le varie vistedell’oggetto da rappresentare

zx

y

A A’

B B’

C C’

Il Disegno Tecnico: le proiezioni ortogonali


zx

y

A A’

B B’

C C’

RUOTO IL PIANO XY

Le diverse proiezioni (una per ciascuna modalità di

vista dell’oggetto) vengono rappresentate sul

foglio come illustrato a destra


RUOTO IL PIANO XZ

PIANO ZY


Secondo le norme

Esistono due metodi di rappresentazione:

1. 1. ilil metodometodo europeoeuropeo

2. 2. ilil metodometodo americanoamericano

Si differenziano in base alla posizione dell’oggettorispetto al piano di proiezione ed all’osservatore

In questo casol’oggetto appare

riflesso, come se fosse specchiato!



M N

OP

Q

R

M N

OP

Q

R

Piani di Proiezionesecondo il metodo ...

pian

o ve

rticale

piano orizzontale

piano laterale

�

�Prospetto (vista anteriore)

�

�Pianta (vista dall’alto)

�

�Vista da sinistra

��Vista da destra

�

�Vista dal basso

�

�Vista posteriore


M N

OP

Q

R

Proiezione Ortogonale

N.B.

In questo caso, poiché l’oggetto èassialsimmetrico bastano due viste per

definirlo interamente.

M N

OP

Q

R�

�

��

�

�

Come si sceglie la vista centrale o prospetto?

La vista da collocare in posizione 1 è quella considerata come maggiormente rappresentativa del pezzo in esame. Nel caso di una vite o di un albero sarà la vista parallela all’asse, nel caso di un automobile la vista dal lato. Per essere più incisivi, ove potrebbero esserci delle ambiguità, l’orientamento della vista deve ricalcare quello del suo possibile montaggio/funzionamento (un’automobile dovrà avere le ruote verso il basso e non in alto!).


M N

OP

Q

R

Proiezione Ortogonale

M N

OP

Q

R

�

�

��

�

�

N.B.

In questo caso, poiché l’oggettoè assialsimmetrico bastano due viste per definirlo interamente


Esempio di svolgimento• si parte dalla conoscenza del corpo tridimensionale

• si sceglie e si realizza la vista centrale

Si realizzano le altre viste in modo tale che esista la corrispondenza degli spigoli nel passaggio da una vista all’altra.

Questa corrispondenza si realizza attraverso le linee di costruzione (indicate nel disegno a tratto fine).

N.B. Nei progetti esecutivi le linee di costruzione non si riportano

45°

In tratteggio si riportano i bordi nascosti relativi ai 3 fori.


Proiezioni ortogonali di oggetti simmetrici

I solidisolidi assialsimmetriciassialsimmetrici (corpi cilindrici) e le figure simmetriche devono averel’indicazione degli assi

Gli assi dei raccordi non si riportano


Proiezioni ortogonali di raccordi

I raccordi hanno lo scopo di eliminare gli spigoli, perchè potrebbero essere taglienti oppure perchépossono creare zone critiche per la resistenza del pezzo (vedi in seguito il disegno di alberi ad asse reattilineo).

L’assenza dello spigolo fa sì che nelle proiezioni l’area soggetta a raccordo non venga rappresentata.


Proiezioni di superfici inclinate od oblique

La perpendicolarità tra la direzione di vista ed il piano di proiezione garantisce la rappresentazione reale della forma e delle dimensioni del componente. Capita alle volte che il pezzo sia così complicato da presentare comunque piani inclinato o obliqui.

Una superficie è inclinatainclinata se è perpendicolare ad uno dei piani di proiezione ma inclinata rispetto ai due piani adiacenti.

Una superficie è obliquaobliqua se non è parallela a nessuno dei tre piani di proiezione.

sup. inclinata

Nelle superfici inclinate le dimensionirimangono invariate solo nella vista

ortogonale alla superficie.


Per ottenere la forma e le dimensioni reali di una superficie inclinata si ricorre:

• alla vista ribaltata, ovvero alla rotazione della figura fino a renderlaparallela ad un piano di proiezione (nel caso delle superfici inclinate) ;

• alla vista ausiliaria (nel caso delle superfici inclinate o oblique).


piano inclinato

piano di proiezione

piano ribaltato

proiezione ribaltata

Operazione di ribaltamento


Si ottiene lo stesso scopo anche non ribaltando ilpiano ma realizzando la proiezione su un piano ad esso parallelo.

piano ausiliario vista ausiliaria



Esempi di viste ausiliarie e ribaltamenti

Vista Ausiliaria

Ribaltamento

indicazioneindicazione del del ribaltamentoribaltamento


Disegno di Macchine

Lezione n°3 – Nozioni di disegno tecnico: le viste in sezione




Viste in sezioneNei componenti cavi le proiezioni possono essere insufficienti a descrivere in modo chiaro la forma, in questi casi si ricorre alla rappresentazione mediantesezione.sezione.

La sezione è la rappresentazione secondo proiezione ortogonale di una delle due parti che si ottengono dividendo idealmente l’oggetto secondo uno o piùpiani chiamati piani di taglio. La proiezione sarà ortogonale al piano di taglio per mettere in evidenza la forma e le dimensioni su tale piano.

piano di taglio

Il materiale che interseca il piano di taglio viene evidenziato attraverso un tratteggio in

linea fine, generalmente inclinato a 45°, noto anche come campitura della sezione.

superfici dietro il piano di taglio

superficie sul piano di taglio


Viste in sezioneNella rappresentazione la traccia del

piano di taglio deve essere mostrata in modo chiaro, così da comprendere dove posizionare la sezione in esame.

I piani di taglio si indicano in proiezione ortogonale sottoforma di tracce, attraverso un tratto misto fine e grosso. Con il tratto grosso si marcano di più gli estremi. A questi estremi si fanno corrispondere due frecce, ad indicare la direzione di proiezione, e una lettera maiuscola identificativa della sezione in esame.


Viste in sezioneLe linee di tratteggio nelle aree sezionate vanno disegnate equidistanti, inclinate

a 45°con tratto fine. Se è presente uno spigolo anch ’esso a 45°l’inclinazione si può cambiare con un angolo incluso tra i 30°e i 60°.

La distanza tra le linee di tratteggio è in funzione della dimensione dell’oggetto (più l’oggetto è piccolo più le linee sono vicine). Oggetti di grandi dimensioni possono avere il tratteggio solo in prossimità dei bordi. Oggetti di piccolo spessore (max 2 mm) si anneriscono interamente.

N.B. Aree diverse dello stesso componente devono avere le linee inclinate nello stesso verso e con la stessa distanza.

N.B. Componenti contigui rappresentati in sezione devono avere tratteggi ad inclinazioni diverse o diverso intervallo di tratti.

Errore!Corretta!


Tipi di sezione

Le sezioni si possono suddividere in base:

all’elemento secante >> un solo piano, pianiparalleli, piani concorrenti,superfici qualsiasi

all’estensione della sezione >> semisezioni, sezioni parziali o a strappo

alla posizione >> sezioni ribaltate in loco, sezioni in vicinanza, sezioni successive


Sezioni con piani paralleli

Il cambio di piani in sezione èreso evidente dallo sfalsamento del tratteggio e da una linea mista ad indicare il cambio di piano.


Sezioni con piani concorrenti

In questo caso è necessario eseguireun ribaltamento


Semi-Sezioni

La semisezione rappresenta la vista in sezione di metà componente, l’altra metà si rappresenta in proiezione ortogonale.

Questo tipo di rappresentazione èparticolarmente indicato per corpi assialsimmetrici.


Sezioni a strappo

In altri casi, se il dettaglio interno è piccolo rispetto all’interocomponente si può ricorrere alla sezione a strappo


Sezioni ribaltate in loco

Talvolta, per evidenziare la sezione di travi o parti assimilabili a travi, èopportuno rappresentare la sezione con un ribaltamento in loco.

In questo modo si ha una visione immediata della sezione risparmiando l’aggiunta di una vista ulteriore.


Eccezioni nella rappresentazione in sezione

Alcuni componenti meccanici o parti di essi non vengono mai rappresentati in sezione ma sempre in proiezione ortogonale anche se inseriti in una sezione di assieme.

Questi componenti sono gli alberi e gli assi, le spine, le chiavette e le linguette, quando rappresentati in vista longitudinale.

1. Asse (rappresentato in proiezione)

2. Montante o staffa

3. Rullo tenditore

4. Base


Le parti di componenti sono invece: le dentature delle ruote dentate (in vista longitudinale), le razze delle pulegge (in vista longitudinale), gli elementi volventi dei cuscinetti (in ogni vista).

Le razze possono essere associate a sezioni trasversali con ribaltamento in loco.

Eccezioni nella rappresentazione in sezione


Disegno di Macchine

Lezione n°4 – Quotatura




Quotatura dei disegni meccaniciNel disegno meccanico attraverso la quotatura si precisano le dimensioni del componente, rendendo

possibile la sua realizzazione ed il suo corretto montaggio.

La norma di riferimento per la sua corretta definizione è la UNI 3973.

Dal punto di vista grafico le quote si riportano avvalendosi di linee di riferimento (in tratto continuo fine) che localizzano gli spigoli a cui si riferisce la quota. Tra le due linee di riferimento si traccia una linea di misura (a tratto continuo fine con due frecce terminali) su cui si riporta la quota nominale.

La quota da riportare è quella effettiva del componente: se il disegno è in scala non si riporta il valore della lunghezza della linea di misura ma del componente reale.

La disposizione delle linee di riferimento deve essere ordinata in modo tale da semplificare la comprensione del disegno: le linee non si devono intersecare tra loro e con le linee di disegno della parte. Inoltre devono succedersi in modo equi-spaziato, in genere sul basso e verso destra.

I bordi nascosti se presenti NON devono essere quotati (per definire i dettagli interni si quota la vista in sezione).


L’orientamento delle quote è parallelo alla linea di misura in modo da consentire la lettura in orizzontale per una rotazione del foglio di 90°oraria.

Oggetti simmetrici possono avere quote con linee di misura incomplete ed una sola linea di riferimento. In questo caso le quote si sfalsano in maniera alternata

Quote riferite a diametri si riportano con il prefisso “ O “


Per chiarezza di Per chiarezza di rappresentazione alcune rappresentazione alcune

linee di riferimentolinee di riferimento si si possono fare possono fare obliqueoblique

Evitare di intersecare le

linee del disegno

Non quotare i bordi nascosti


Le quote disposte su un componente possono essere distinte in quote di grandezza se definiscono la dimensione dell’entità in esame (ad esempio un raggio o la distanza tra due facce), oppure in quote di posizione, se servono a localizzare la posizione degli assi dei fori.

14

4

20

R2

10 18

R2

A riguardo si ricorda che la disposizione di quote secondo quanto riportato a destra èerrata poiché non ha alcuna utilità pratica nel localizzare il centro del foro.


Esempi di quotatura disposta in parallelo

Esempio di quotatura disposta in serieLa scelta di una disposizione rispetto all’altra vincola la precisione finale del pezzo e le modalitàdi collaudo.

Nella quotatura in serie ogni tratto parte dal precedente per cui la lunghezza finale del pezzo èaffetta dagli errori di lavorazione di ogni singola quota.

Nella quotatura in parallelo ogni dimensione èriferita ad una specifica faccia, per cui gli errori non si accumulano.

Alla luce di queste considerazioni occorre chiedersi con quale logica si impostano le quote di un disegno.


La scelta di quali elementi geometrici quotare deriva dalle necessità di:

– localizzare tutte le dimensioni necessarie alla definizione del pezzo (come se dovesse essere riprodotto)

– focalizzare i problemi inerenti al montaggio ed al funzionamento della parte

– aiutare il processo di fabbricazione riducendo gli errori– definire i punti di collaudo del pezzo

Si distinguono così diversi tipi di quotatura.

Nel disegno esecutivo di un componente si riportano tutte le quote necessarie a definire ogni dettaglio. Queste volendo possono essere distinte in quote funzionali, non funzionali e, se presenti, ausiliarie.

Come si imposta una quotatura di un componente? Quali elementi vanno quotati?

Le quote funzionali sono quelle relative alle superfici di accoppiamento.

Quelle non funzionali si riferiscono ad elementi che completano la geometria ma non servono al funzionamento della parte.

Quelle ausiliarie sono quote ridondanti per evitare calcoli a chi deve realizzare il pezzo. Le quote ausiliarie si riportano tra parentesi


Talvolta la quotatura del progetto esecutivo può coincidere con la quotatura di fabbricazione, altre volte no. In quest’ultimo caso può essere opportuno creare una versione del disegno con quotatura di fabbricazione. La fabbricazione di un componente, soprattutto se fatta alle macchine utensili, avviene secondo una sequenza di lavorazioniciascuna delle quali porta “a misura” specifiche parti. A seguire si illustra il problema con un esempio preso dal Manfè, Pozza, Scarato.

Il disegno in figura rappresenta un perno, definito dai diametri A e B e dalle rispettive lunghezze C e D. Questo sistema di quote rispecchia la logica delle quote funzionali poiché l’inserimento del perno in un foro di diametro nominale B consente un corretto funzionamento solo se la misura D rispetta l’esigenze di corretto montaggio nel foro.

Sulla carta è possibile riportare le lunghezze C e D o in serie (come fatto in figura) oppure in parallelo in cui ad esempio D si desume per differenza.

La quotatura proposta può essere una quota di fabbricazione?


Immaginiamo di ottenere il perno partendo da un semilavorato costituito da una barra circolare di diametro > A e lunghezza >> C+D

•Afferro la barra,

•creo la superficie 1 facendo sì che sia ortogonale all’asse della barra (sfacciatura)

•levo materiale fino ad ottenere il diametro A per un tratto > C+D

•levo materiale per un tratto di lunghezza D in modo che abbia diametro pari a B

•tronco il perno ad una lunghezza C+D

Le quote utili alla lavorazione sono: le lunghezze di materiale che via via si asporta e quelle del pezzo finito che poi dovràessere verificato in collaudo.

In questo caso la quotatura in parallelo è piùsignificativa.


semilavorato

Seq

uenz

a di

lavo

razi

one

Componente finito con quotatura di fabbricazione

cerchiato in rosso:moto di avanzamento

dell’utensile cerchiato in blu: quota di

fabbricazione corrispondente alla

fase di lavoro riportata a destra

•Quali quote mancano nella rappresentazione?

•E’ possibile quotare questo pezzo senza badare alla fabbricazione? Se sì, come?

utensile


•Quali quote mancano nella rappresentazione?

I diametri

•E’ possibile quotare questo pezzo senza badare alla fabbricazione? Se sì, come?

Ponendo tutte le lunghezze dei perni a diametro variabile in serie

La quotatura dello smusso è sempre una quotatura di fabbricazione, si fa quindi nel modo riportato di seguito perché lo smusso si realizza sempre a partire dalla lunghezza più esterna con un moto di avanzamento dell’utensile longitudinale ad entrare nel pezzo.

2 x 45°

40

2 x 45°

40

2 X 30 °

2 X

30

°

Errato!


Descrizione delle conicità

R 2

Simbolo di conicitàda disporre nel verso dell’inclinazione

Esempio di quotatura di raggi. Richiedono il prefisso R


Disegno di Macchine

Lezione n°5 – Componentistica di base: alberi




Introduzione ai componenti di macchine• I componenti meccanici di base possiamo distinguerli in funzione del loro scopo oppure in

base al principio tecnologico di funzionamento. In base allo scopo possiamo distinguere elementi per trasmissione di potenza e di supporto, mentre in base al principio di funzionamento possiamo distinguere elementi meccanici, elettromeccanici, idraulici e pneumatici. Sistemi complessi possono prevedere la coesistenza di più tecnologie.

• In molti casi il motore primo è di tipo elettromeccanico. Attraverso un albero di uscita si connette alla trasmissione meccanica che realizza le opportune variazioni di velocità fino ad azionare l’utilizzatore finale.

• La potenza richiesta in uscita dall’utilizzatore (Pu) consente di valutare la Potenza motrice iniziale (Pm) attraverso il rendimento (η) dei meccanismi che compongono il sistema: Pu = ηPm con η ∈ (0, 1) ma generalmente superiore a 0.9.

• La funzione che deve assolvere il sistema assieme ai vincoli di ingombro e fabbricabilitàrappresentano i requisiti di base su cui si definisce lo schema di massima della struttura, definendone i componenti e quindi i rendimenti e gli eventuali rapporti di trasmissione.

• Il rapporto di trasmissione τ = ωm/ωu rappresenta il rapporto tra la velocità angolare del componente motore e quello condotto. Con τ > 1 si realizza una riduzione di velocità dal motore al condotto, con τ < 1 una moltiplicazione. τ=1 presuppone costanza di velocità tra i due tratti della trasmissione.

• Tralasciando ad altri corsi l’approfondimento dei criteri specifici di dimensionamento e progettazione a seguire si presentano gli elementi di base per la trasmissione di potenza con lo scopo di inquadrare il loro funzionamento e le modalità di disegno nel contesto della progettazione di assiemi meccanici.


AlberiAlberiSono gli elementi di base per la trasmissione di potenza. Distinguiamo tra alberi ad asse rettilineo, alberi a gomiti e alberi a camme. I primi si usano per trasmettere potenza attraverso un momento torcente, moltiplicando o demoltiplicando la velocità angolare tramite organi quali ruote dentate, trasmissione per cinghie, catene o ruote di frizione. Gli altri servono a trasformare il moto alternato in rotatorio o viceversa. Gli alberi a gomiti attraverso la manovella si innestano sulla biella che viene mossa dal pistone (elemento che trasla), mentre quelli a camme hanno delle lavorazioni (le camme) il cui profilo comanda l’alzata dell’elemento che deve scorrere (ad es. una valvola nel caso di alberi di distribuzione).

Perno di manovella

Perno di banco

Manovella

- albero a gomito -

Cava per linguetta

Cava per chiavetta

Spallamenti o battute

Estremità d’albero

- albero ad asse rettilineo -

albero a cammealbero a camme

La forma della manovella è dettata da esigenze di bilanciamento delle masse dell’albero (masse eccentriche rispetto all’asse di rotazione creano sovraccarichi), la forma della camma è funzione della legge di moto da imprimere all’elemento che deve traslare.

L’albero ad asse rettilineo presenta diverse variazioni di sezione per consentire l’alloggiamento nei supporti (frapponendo opportuni cuscinetti per ridurre gli attriti ed aumentare così il rendimento) ed il montaggio di altri elementi.


Nel caso degli alberi ad asse rettilineo la sezione minima, sia essa piena o cava, è definita in base alla potenza trasmessa, gli altri diametri sono legati ad esigenze costruttive per il montaggio di:

• organi di trasmissione (ruote, pulegge, giunti, …);• cuscinetti per ridurre gli attriti in corrispondenza dei supporti.Un generico organo di trasmissione montato su un albero, sia esso una ruota dentata o una puleggia o altro,

si chiama mozzo. Il montaggio di un mozzo sull’albero (detto anche calettamento) può avvenire per:• collegamento con chiavetta o linguetta;• forzamento;• profilo scanalato.In tutti i casi, per evitare perdite di potenza, non ci deve essere moto relativo quindi dopo il montaggio è

come se il mozzo diventasse un tutt’uno con l’albero.I supporti hanno il compito di scaricare le forze a terra, ancorando nello spazio la posizione dell’asse

dell’albero. Le discontinuità di diametro presenti sugli alberi sono chiamati spallamenti (o battute). Essi richiedono una

raccordatura per migliorare la resistenza del pezzo e garantire l’eventuale montaggio di cuscinetti e mozzi.

tratto di albero con supporti e ruota dentata montata

attraverso linguetta

supporto supporto distanziale

•Il distanziale ha il compito di bloccare assialmente lo spostamento verso destra della ruota dentata.

•In corrispondenza dei cambi di sezione (frecce azzurre) è necessario raccordare


Esempi di raccordi per spallamenti di alberi ad asse rettilineo.

NO! NO!

Nel montaggio per garantire il contatto tra il mozzo e lo spallamento il mozzo deve essere opportunamente raccordato.

Occorre verificare che:

R_mozzo ≥ R_raccordo

oppure che il mozzo nel foro di calettamento sia smussato in modo tale da realizzare il contatto con lo spallamento

assenza di raccordo: montaggio errato!

Raccordo del mozzo troppo piccolo: montaggio errato!

assenza di raccordo: montaggio errato!

Raccordo del mozzo troppo piccolo: montaggio errato!


Per rendere più preciso il contatto e realizzare un montaggio corretto, sugli spallamenti si possono realizzare delle gole di scarico che migliorano la resistenza perché raccordano le due sezioni e nello stesso tempo localizzano meglio la superficie di spallamento tra albero e mozzo.

La normativa codifica le dimensioni e le geometrie delle gole di scarico.

Esempio di albero con profilo scanalato sulla destra e scavo

per linguetta a sinistra.

Notare i dettagli X e Y per le gole di scarico e le sezioni A-A e B-B per visualizzare la sezione

dell’albero in corrispondenza dei calettamenti.

N.B. Per alberi si ammette il posizionamento disallineato

delle sezioni.


In quanto corpi assialsimmetrici è obbligatorio riportare semprel’asse di simmetria in tratteggio fine

Le estremità d’albero possono essere di vario tipo, e sono unificate in base alle norme UNI 6397

vista longitudinale vista frontale

Direzio

nedi vis

ta

per la p

roiez

ione

frontale

Nella messa in tavola gli alberi non si sezionano mai (anche se sono cavi), sirealizzano sezioni a strappo solo per evidenziare cave o lavorazioni speciali.


albero a gomito

biella

cava per linguetta

esempio di supporto

Albero a camme con ruota per trasmissione potenza


Disegno di Macchine

Lezione n°6: Giunti cardanici ed innesti




I giunti cardanici sono un tipo di giunti mobili usati in genere per alberi ad assi concorrenti (con angolo α). Sia l’albero motore che il condotto sono dotati di una flangia che termina con una forcella. Nella forcella si monta una crociera composta da due perni disposti a 90°.

Giunti cardanici

La crociera ha un moto relativo rispetto alle forcelle, per questo l’interfaccia perno/fori della forcella deve essere ad attrito ridotto per evitare dissipazioni .

Tale movimento produce in uscita sul condotto una velocità di rotazione variabile (moto non uniforme). Per rendere il rapporto di trasmissione costante si usa il doppio giunto cardanico (che è quindi un giunto omocinetico).

Nel caso b di figura gli alberi motore e condotto sono disassati (= paralleli ma non coassiali).


Innesti

I giunti uniscono solidalmente i due alberi, quando il collegamento va instaurato in modo intermittente si usano gli innesti. Nei giunti meccanici un elemento scorrevole (il manicotto) viene azionato da leve o pattini per fa sì che si sospenda o si instauri il collegamento tra le due flange. Il collegamento può avvenire secondo innesto di denti o per frizione.

Nel primo caso l’innesto avviene con motrice ferma (altrimenti i sovraccarichi potrebbero danneggiare l’innesto), nel secondo può avvenire anche con velocità diversa da zero. L’azione dell’attrito tra i dischi di frizione crea un graduale accoppiarsi man mano che il pacchetto si serra, alla chiusura completa si trasmette la massima potenza possibile (τ=1). Molle di richiamofanno sì che nel disinnesto il contatto tra i dischi si perda istantaneamente.

Gli innesti a frizione si distinguono in monodisco (usate negli autoveicoli) o a dischi multipli.

Altri tipi di innesti sfruttano principi (ad esempio azione centrifuga) in grado di rendere automatico l’innesto, senza richiedere l’azione di un operatore.

Nelle pagine seguenti si illustrano due esempi costruttivi di innesti: uno a denti frontali ed uno a frizione a dischi multipli.

Riconoscere le parti che li compongono spiegando il loro funzionamento.


Schemi di azionamento

Come si montano le flange sui due alberi? Provare a disegnare il manicotto ed il semi-innesto condotto


Qual è il compito del manicotto 10? Come è fatto? Prova a disegnarlo.


Disegno di Macchine

Lezione n°12 – Collegamenti per trasmissione di potenza




Le chiavette sono degli elementi prismatici a sezione rettangolare di larghezza costante e spessore

decrescente

ChiavetteChiavette

Il loro montaggio avviene incastrandole in scanalature (cave) create longitudinalmente sia sull’albero che sul mozzo

conicità

1:100

La trasmissione

del motoavviene per forzamento

grazie all’attrito chesi sviluppa trale superfici a

contatto


La conicità garantisce l’arresto assiale del mozzo rispetto all’albero

ChiavetteChiavette

F

R

cava sull’albero chiavetta con nasello


Le linguette hanno sezione costante

Linguette Linguette

La traslazione assiale degli elementi non è impedita!

Il contatto tra le parti avviene sui fianchi della linguetta, che è soggetta ad una sollecitazione di taglio

N.B. chiavette e linguette longitudinalmente non si sezionano


Si adottano in caso di alberi molto piccoli o se la potenza da trasmettere è elevata

Alberi ScanalatiAlberi Scanalati

Sono alberi con sporgenze di pezzo disposte in maniera regolare sulla circonferenza, che si impegnano in analoghe

cave realizzate sul mozzo


Alberi ScanalatiAlberi ScanalatiLe sporgenze dei profili scanalati possono essere a fianchi paralleli oppure ad evolvente.

Il contatto tra il profilo dell’albero e quello dell’interno del mozzo può avvenire in diversi modi: può essere centrato sul diametro interno dell’albero, su quelloesterno oppure sui fianchi. La prima soluzione è più economica perchè richiedelavorazioni di precisione su aree di più facile accesso.

Il centraggio sui fianchi è la soluzione naturale per I profili ad evolvente, cherisultano più precisi e particolarmente adatti ad elevate velocità di rotazione. Per realizzare tali profili si usa lo stesso utensile adottato per le ruote dentate, mentre per le scanalature a denti dritti si usano frese di forma.

Esempio di centraggio sui fianchi



La rappresentazionedei profili scanalati neldisegno avviene in maniera simbolica (UniEN ISO 6413).

Il fondo dellescanalature sirappresenta con lineafine. Se il profilo è ad evolvente si indica ildiametro primitivo in tratto misto fine.

Le rappresentazioni in sezione si riferisconosempre a pianipassanti per le cave (e non per le sporgenze)



tratto di scarico per la lavorazione

Il tipo di accoppiamento (ovvero la sua designazione) può anche essere indicatocon dicitura semplificata in cui, attraverso linea di richiamo, si riportasimbolicamente il tipo di profilo ( ), ilnumero di cave, l’altezza del fianco e la larghezza della cava (se il centraggio ètra I fianchi). In questo caso si riportano anche le tolleranze di lavorazione per garantire il montaggio (in genere scostamenti H – f con classi di tolleranza da 5 a 7). Se il centraggio è sui diametri si riporta il diametro con relativa tolleranza.

Nel caso di profili ad evolvente si riporta il modulo m del profilo.

fianchi rettilinei, fianchi ad evolvente

che tipo di scanalatura è?


Le spine sono elementi conici (1/50) impiegati per collegare e

trasmettere potenza limitata.

La sollecitazione che li contraddistingue è il taglio

Spine e PerniSpine e Perni

I perni sono elementi cilindrici usati come:

1. fulcri di parti rotanti

2. elementi di arresto

3. elementi di centraggio

N.B. spine e perni longitudinalmente non si sezionano


Disegno di Macchine

Lezione n°5 – Componentistica di base: ruote dentate




Ruote DentateQuando l’interasse tra due alberi non consente l’uso di trasmissioni per flessibile (perché

troppo piccolo) si può trasmettere potenza, variando velocità, attraverso l’uso di due ruote di frizione. Vincolando il contatto attraverso una forza ortogonale alle ruote, si può sviluppare un attrito in grado di far trascinare la ruota condotta. Questa soluzione, tuttavia non garantisce continuità perché al crescere della velocità possono esserci degli slittamenti tra le ruote. E’ quindi opportuno pensare una soluzione alternativa che sia in grado di trascinare la ruota condotta, al girare della motrice. Nascono così gli ingranaggi (o ruote dentate).

Sagomando opportunamente la ruota motrice e la ruota condotta, si creano delle zone di contatto in cui si minimizza l’attrito tra le due ruote, Il fianco di ogni dente ha un profilo

sagomato secondo un evolvente di cerchio (vedere sul libro come si realizza!).

La ruota condotta si ingrana su quella motrice e nella rotazione quando una coppia di denti sta per distaccarsi un’altra si ingrana. La diversità nel numero di denti tra una ruota e la sua condotta definisce il rapporto di trasmissione.

- Descrizione di ruota con denti ad evolvente di cerchio-

Appunti delle lezioni di Disegno di MacchineRuote Dentate

Coniche (per alberi ortogonali)

Le ruote possono essere classificate sulla base dell’andamento dei fianchi del dente (ruote cilindriche dritte, cilindriche elicoidali, coniche) oppure su come si posizionano gli assi delle due ruote (paralleli, concorrenti, sghembi)

Elicoidali


Nelle viste in sezioneil dente non viene maisezionato. Nelle viste

frontali e longitudinali I vani non si

rappresentano ma siindica con linea mista

leggera la circonferenza

primitiva.


Disegno di Macchine

Lezione n°10 – Cuscinetti radenti e volventi




Supporti e CuscinettiSupporti e CuscinettiI I supportisupporti sorreggono gli elementi rotanti e vincolano la posizione degli assi di rotazione, scaricando a terra le forze che si esplicano sugli alberi/assi.

I cuscinetti sono elementi interposti tra albero e supporto con lo scopo di ridurre le perdite di potenza legate all’attrito sviluppato dall’elemento rotante rispetto al supporto che è fermo. Distinguiamo due tipi fondamentali di cuscinetti in base al tipo di attrito che sfruttano nel loro funzionamento: cuscinetti radenti e cuscinettivolventi (o a rotolamento).

attrito radente >> cuscinetti striscianti

A sinistra si riporta un esempio di supporto con cuscinetto radente. Quest’ultimo può essere realizzato in un pezzo unico (boccola) o in due semi-gusci cilindrici chiamati bronzine. Il materiale con cui si realizzano questi componenti ècaratterizzato da un minore attrito rispetto al contatto acciaio/acciaio, raggiungendo così lo scopo prefissato dal cuscinetto. Se il materiale non è in grado di sopportare i carichi esercitati sul cuscinetto si possono frapporre tra boccola e supporto strati di materiale più resistente.

strato a basso attritorinforzosupporto


I cuscinetti radenti possono lavorare a secco (e quindi la riduzione dell’attrito è delegata interamente alla scelta del materiale del cuscinetto (bronzo, leghe antifrizione a base di stagno, …) oppure con lubrificazione. A tal proposito occorre distinguere se il lubrificante serve a ridurre ulteriormente l’attrito di strisciamento oppure se ha funzioni di sostentamento dei carichi sostituendosi al contatto tra perno e boccola. In questo caso possiamo distinguere due soluzioni: il cuscinetto idrostatico e quello idrodinamico. Nel primo caso in corrispondenza dei supporti si inietta del lubrificante in pressione. Tale pressione è in grado di sollevare e sostenere il perno che gira all’interno del lubrificante. Nel caso dei cuscinetti idrodinamici il gioco tra albero e perno combinato con le condizioni di velocità di rotazione e viscosità del lubrificante crea una distribuzione di pressione tra fluido e perno che è in grado di sollevare e sostenere il perno evitando che tocchi il supporto.

In entrambi i casi occorre prevedere un’opportuna gabbia con guarnizioni di tenuta per evitare la fuori uscita del lubrificante, nel caso dei cuscinetti idrostatici servirà anche un circuito per mettere il liquido in pressione.

In funzione del carico agente sull’albero distinguiamo cuscinetti idrodinamici assiali o radiali.

F

Cuscinetto radiale idrostatico: v=0

Cuscinetto radiale idrostatico: v>0

Meato pieno di fluido

Zona con distribuzione di pressione in grado di sorreggere F


I cuscinetti a rotolamento sono composti da un anello interno, uno esterno con all’interno una serie di elementi volventi (sfere o rulli) equidistanziati da una gabbia. Gli elementi volventi possono scorrere lungo le piste predisposte tra i due anelli. L’anello interno si monta sull’albero e quello esterno nel supporto. Le dimensioni caratteristiche (selezionate attraverso tabelle in base al carico ed al numero di cicli (ore) di funzionamento) sono il diametro esterno (D), il diametro interno (d), la lunghezza assiale (B) e i raggi di raccordo (importanti per il montaggio degli anelli in corrispondenza degli spallamenti).

I cuscinetti volventi si distinguono in radiali, assiali ed obliqui in base alla direzione dei carichi che possono sopportare. Si distinguono inoltre tra cuscinetti rigidi ed orientabili a seconda se i due anelli sono obbligati alla coassialità oppure se ammettono lievi angolazioni (questo dipende dal tipo di elemento volvente e dalla forma della pista).

cuscinetto radiale a sfere

cuscinetti radiali


cuscinetti obliqui

cuscinetti assiali

Per bilanciare le forze assiali i cuscinetti obliqui a sfere ed a rulli conici vanno

montati in coppia disponendoli ad X oppuread O, ovvero ad X se la direzione delle forze tra elementi volventi e gli anelli si

incontrano all’interno dei due cuscinetti, ad O se si incontrano all’esterno.

“O” “X”


Il montaggio dei cuscinetti è un aspetto importante ai fini del progetto di un albero di trasmissione. Generalmente un albero èguidato da due supporti, tre possono creare sovraccarichi in uno dei punti di supporto soprattutto se con l’uso di cuscinetti orientabili non si compensano disassamenti o errori di montaggio.

Per i cuscinetti radiali uno va bloccato assialmente mentre l’altro deve essere assialmente libero. Questo comporta che un cuscinetto abbia tutti e due gli anelli bloccati da spallamenti o ghiere mentre l’altro ha l’anello esterno libero. Se non si ha carico assiale o se è di piccola entità e solo in una direzione gli anelli interni dei cuscinetti a sfere possono essere liberi. Se il primo cuscinetto è a sfere ed il secondo è a rulli cilindrici si possono bloccare tutti gli anelli perché la dilatazione è consentita al rullo.

Per quanto riguarda le tolleranze il foro dell’anello interno ègeneralmente h9 o h10, il perno dell’albero può variare da g6 fino a j6. Le condizioni di gioco si scelgono nei casi di ruote folli. Si sale di classe di scostamento man mano che salgono i carichi assiali e le velocità.

Per quanto riguarda gli alloggiamenti dei supporti si va da condizioni di tipo H6 fino a P7.


Cuscinetto assiale: schema di montaggio Cuscinetto assiale a doppio effetto (sopporta carichi nelle due direzioni indicate in freccia)

Nei cuscinetti obliqui èimportante registrare i giochi di funzionamento attraverso spessori o ghiere filettate.

Se la disposizione è a X si agisce sull’anello esterno, se è a O sull’interno


Tenuta strisciante

Tenuta strisciante

ad anello

Altri elementi importante per il corretto funzionamento dei cuscinetti sono le tenute e la lubrificazione. Le tenute sono costituite da guarnizioni striscianti o labirinti e scanalature in grado di non far fluire il lubrificante fuori dai coperchi del supporto.

La lubrificazione nei cuscinetti volventi ha il compito di abbassare ulteriormente l’attrito, preservare dalla ruggine, asportare il calore.

La lubrificazione può essere fatta con grasso ed a olio (a bagno, a iniezione, a circolazione o a nebbia)

Cercare sul Manfè, Pozza, Scaratoesempi di applicazione.


Disegno di Macchine

Lezione n°11 – Collegamenti filettati e cenni sui dispositivi anti svitamento




La vite è un elemento impiegato per collegare tra loro parti distinte, è costituita da un gambofilettato, ovvero da una diametro di nocciolo su cui si sviluppa secondo un percorso elicoidale un filetto che può avere sezione triangolare, trapezoidale,

Viti e BulloniViti e Bulloni

Il collegamento avviene avvitando il profilo della vite in una sede dotata di filetti analoghi (dado o madrevite). Durante l’operazione di serraggio i filetti impegnati nella madrevite mettono in trazione il gambo della vite comprimendo le parti da congiungere che si frappongono tra la madrevite e la testa della vite

testa

dado

Appunti delle lezioni di Disegno di MacchineViti e Bulloni Viti e Bulloni La rappresentazione convenzionale dei collegamenti filettati nei disegni tecnici segue la norma UNI EN ISO 6410

la filettatura NON si disegna nel suo aspetto reale ma, nel caso della vite richiede unalinea continua a tratto fine in corrispondenza del D di nocciolo. Nel caso dellamadrevite il tratto fine continuo rappresenta il D nominale della filettatura.

rap. di vite mordente

Le viti in sezione non si tratteggiano!


Viti e BulloniViti e Bulloni

bullone

filettature esterne ed interne

vite+ da

do >> bu

llone

Nella vista dall’alto la filettatura si indica con ¾ di un arco in linea continua fine, in corrispondenza del D di nocciolo (gambi filettati) o del D nominali (dadi e madreviti).


Rosette e Dispositivi AntisvitamentoRosette e Dispositivi Antisvitamento

Le rosette (o rondelle) sono elementi cilindrici piatti interposti

tra il dado ed il pezzo da serrareoppure tra la testa della vite ed il pezzo da serrare

Servono per:

1. proteggere la superficie in caso di frequenti svitamenti

2. aumentare la superficie di appoggio

Rosetta d’appoggio

Appunti delle lezioni di Disegno di MacchineRosette e Dispositivi AntisvitamentoRosette e Dispositivi Antisvitamento

Le vibrazioni, gli urti e le dilatazioni termiche possono portare all’allentamento del collegamento

Le rosette elastiche funzionano come delle molle che spingono assialmente le parti collegate

Controdado

vite

c.dado

dado

Appunti delle lezioni di Disegno di MacchineRosette e Dispositivi AntisvitamentoRosette e Dispositivi AntisvitamentoCopiglia

Rosetta di sicurezza

Piastrina


Disegno di Macchine

Lezione n°11 – Tolleranze dimensionali




Gli assiemi per svolgere le loro funzioni correttamente possono richiedere condizioni di montaggio con gioco o con interferenza. Nel primo caso tra le due parti esiste un collegamento mobile, nel secondo si ha un collegamento stabile. Alberi e mozzi montati per forzamento richiedono un montaggio con interferenza altrimenti non si eserciterebbero le forze di calettamento, un pistone che scorre nel cilindro deve avere un gioco, altrimenti non potrebbe scorrere con efficienza.

In aggiunta a queste considerazioni va sottolineato che la fabbricazione di un componente introduce necessariamente delle imprecisioni, per cui le dimensioni e la forma di un oggetto non sono mai rigorosamente identiche ai valori nominali (una lunghezza può avere degli scostamenti dimensionali, un piano orizzontale può essere leggermente inclinato, …). Distinguiamo quindi imprecisioni dimensionali, geometriche e micro-geometriche (ovvero rugosità delle superfici).

Le tolleranze prescrivono la variabilità ammissibile per le naturali imprecisioni di fabbricazione affinché gli assiemi funzionino correttamente, garantendo le opportune condizioni di gioco o interferenza. La scelta del tipo di accoppiamento e la precisione di fabbricazione dei pezzi definisce il valore di tolleranza prescrivibile.

A seguire si illustra la logica codificata dalla normativa (UNI ISO 286/1) per definire e scegliere le giuste tolleranze in funzione degli accoppiamenti da realizzare.

Introduzione

Appunti delle lezioni di Disegno di MacchineDefinizioni di base

Per convenzione da qui in poi chiamiamo alberi le quote riferite ai pieni (ovvero gli elementi interni) e fori quelle relative agli scavi (o elementi esterni), anche se nella realtà non sono corpi cilindrici.Riferiamo inoltre ai fori le grandezze indicate con il carattere maiuscolo, agli alberi quelle minuscole. Nel caso delle tolleranze dimensionali la realtà che corrisponde ad una corretta fabbricazione deve far registrare un diametro del valore deffettivo incluso tra [dmin, dmax] per l’albero ed un Deffettivo incluso tra [Dmin, Dmax] per il foro:

• se si verifica sempre che Deffettivo > deffettivo si ha accoppiamento con gioco• se si verifica sempre che Deffettivo < deffettivo si ha accoppiamento con interferenza• se possono verificarsi entrambi i casi a seconda di dove si trovano i due valori si ha accoppiamento incerto

Chiamiamo tolleranza dimensionale la differenza tra le dimensioni massime e minime ammissibili:t = Dmax – Dmin ovvero t = dmax – dmin

La rappresentazione grafica del valore nominale (D0, d0), definisce una linea di riferimento chiamata linea dello zero.

La zona di tolleranza rappresenta graficamente l’ampiezza della tolleranza, t, e la sua posizione rispetto alla linea dello zero, ovvero alla quota nominale dell’accoppiamento.


- condizioni ideali - - condizioni con prescrizione di tolleranza -

Rappresentazione grafica delle zone di

tolleranza per un caso albero/foro con gioco.

Rappresentazioni grafiche


L’ampiezza della zona di tolleranza (quindi il valore t) si chiama anche IT (International Tolerance) ed è funzione:

• del tipo di lavorazione con cui si eseguono le superfici di accoppiamento (ad es. lo stampaggio èmeno preciso di una lavorazione alle macchine utensili)

• della dimensione nominale a cui si riferisce l’accoppiamento (al crescere delle dimensioni nominali t, ovvero IT, cresce)

Delle tabelle prescrivono tali valori suddivisi in classi di tolleranza (cercare esempi di tabelle sui libri di testo consigliati!). L’ordine di grandezza in cui si trovano tali valori va dal µm al mm

Usualmente per dimensioni nominali tra 5 e 1000 mm si prescrivono 18 classi di precisione a cui competono 18 gruppi di t al variare della dimensione nominale.

IT1, IT1, IT3, IT4 : sono le classi di massima precisione (precisione descrescente al crescere del numero) ovvero hanno intervalli tutti dell’ordine del µm, si ottengono attraverso lavorazioni con macchine di speciali e si adottano per accoppiamenti in strumenti di precisione (ovvero strumenti di misura o macchine utensili).

IT5, IT6 e IT7: sono le classi di lavorazione precisa, corrispondente a rettifica (IT5 e IT6) e tornitura(IT7), siamo sull’ordine della decina di µm. Si usano per accoppiamenti precisi (IT7 è considerato lo standard per molti accoppiamenti).

IT8, IT9, IT10: sono le classi per accoppiamenti medi (IT8 e IT9) e grossolani (IT10). Le operazioniche reallizzano queste precisioni sono le alesature, le forature con trapani, le trafilature.

IT11, IT12, IT13, IT14: sono classi dell’ordine dei decimi o centesimi di mm, si ottengono per stampaggio e fusione e si applicano a corpi che non si accoppiano.

Le classi di tolleranza


Scostamenti e modalità di accoppiamentoLa definizione delle classi di tolleranza, sebbene assegni l’ampiezza dell’intervallo di variabilitàammesso, non aiuta nella scelta della combinazione più opportuna di tolleranza di albero e foro, sulla base del tipo di accoppiamento da realizzare (con gioco o interferenza). Per fare ciò occorre definire due nuove grandezze: lo scostamento inferiore e quello superiore.Chiamiamo scostamento superiore (Es, es) la differenza algebrica tra il diametro massimo e il valore nominale:

Es = Dmax - Dnom ovvero es = dmax – dnom

Chiamiamo scostamento inferiore (Ei, ei) la differenza algebrica tra il diametro minimo e il valore nominale:

Ei = Dmin - Dnom ovvero ei = dmin – dnom

Considerando che gli scostamenti possono essere sia positivi che negativi, se si focalizza per i fori lo scostamento inferiore (Ei) e per gli alberi lo scostamento superiore (es), possiamo definire 27 classi di scostamento rappresentabili per via grafica rispetto alla linea dello zero in modo tale da delineare in modo univoco coppie di classi in grado di fare sempre accoppiamento con interferenza, con gioco o incerto (vedi pagina seguente).Ogni classe di scostamento si indica con una lettera dell’alfabeto (maiuscola per i fori, minuscola per gli alberi).La classe H (h) corrisponde ad uno Ei = 0 (es=0). Le classi da A a H accoppiate con una qualsiasi classe da a ad h producono sempre accoppiamento con gioco perché il dmax

dell’albero è sempre più piccolo del nominale mentre il Dmin del foro è sempre più grande del nominale. Cosa accade da p a zc quando si accoppia con una classe da P a ZC?


accoppiamenti con interferenzaaccoppia

menti incerti

accoppiamenti con gioco

Ei > 0

ei > 0

es < 0

Es < 0


Assegnazione delle tolleranze: sistemi foro base o albero baseAttribuire ad un accoppiamento una coppia di lettere significa definire gli scostamenti fondamentali (Ei ed es) per la tolleranza del foro e del perno. Associando tale conoscenza alla classe di precisione si è in grado di ricavare in maniera univoca Es/ei, tramite:

Per fori: Es= IT + Ei [Sotto la linea dello zero Ei=Es-IT]Per alberi: ei= es – IT [Sopra la linea dello zero es=IT+ei]

Esistono delle tabelle che al variare della dimensione nominale definisco gli scostamenti fondamentali per ciascuna classe di tolleranza. N.B. gli scostamenti fondamentali sono dell’ordine del µm.

Per semplificare ancora di più si fissa la qualità di tutti i fori o di tutti gli alberi al valore H7 / H6(adottando così il sistema foro base) o h7 / h6 (adottando così il sistema albero base). In questo modo si riducono le combinazioni possibili tra classi di tolleranza diverse per albero e foro, andando a favore della semplicità di collaudo e/o fabbricazione (riducendo così i costi).

Adottando un sistema foro base tutti i fori prevedono uno scostamento fondamentale (Ei) di classe H (quindi Dmin=Dnom) ed un IT=7 / 6 (lavorazione al tornio di buona / buonissima precisione). Per realizzare gioco gli alberi devono avere prescrizioni di tolleranza di classe inclusa tra “a” ed “h”, per avere interferenza invece le classi degli scostamenti devono essere prese tra “p” e “zc”. Le classi tra “j” ed “n” danno luogo ad accoppiamenti incerti. La classe di precisione usualmente attribuita agli alberi è uguale o un grado più alta dei fori, in considerazione del fatto che le superfici esterne si lavorano con maggiore facilità (e quindi precisione).

Cosa accade adottando il sistema albero base? Quando si ha gioco? Quando interferenza?


(preso da pag. 354 del ChironeTornincasa, vol. 2)

es < 0

ei > 0foro


Esempi di accoppiamenti di uso comuneA seguire si riportano alcuni esempi di accoppiamento basati sul sistema Foro base (cercare sui libri o sui manuali tabelle analoghe per il sistema Albero

Base):

H6/g5: gioco, montaggio libero a mano, per corpi rotanti di alta precisione, ad es. alberi rotanti in acciaio bonificati e rettificati in bronzine, mandrini di rettificatrici

H6/h5 o H6/h6: gioco, montaggio di scorrimento a mano, per centraggi ed accoppiamenti di alta precisione scorrevoli assialmente e con moto oscillatorio o rotatorio lento, per es. aste di stantuffi e stantuffi, manicotti portamandrini e mandrini per fresatrici, comandi idraulici di alta precisione, spine di posizionamento.

H6/j5 o H6/j6: accoppiamento incerto, montaggio a mano con leggeri colpi di mazzetta, per accoppiamenti di precisione tra corpi reciprocamente fermi e sfilabili assialmente, per es. ruote di ricambio montate con linguette, perni di centratura

H6/n5: interferenza, montaggio alla pressa o a caldo con la mazzetta, per accoppiamenti bloccati ma senza bloccaggio assiale, per es. ingranaggi con linguetta da smontare raramente, bronzine nel supporto se da smontare con frequenza.

H6/p5: interferenza, montaggio alla pressa o a caldo, per organi calettati senza movimento assiale che devono sopportare grandi carichi, es. bronzine nel supporto quando non devono essere smontabili.


Nella quotatura le tolleranze dimensionali si trovano riportate in diversi modi:

1. facendo seguire alla quota nominale come pedice gli scostamenti superiori ed inferiori seguiti dal valore ±;

2. facendo seguire alla quota nominale le classi di tolleranza e precisione prescritti.

3. Mettendo la classe di tollerenza, di precisione più gli scostamenti tra parentesi

Nel primo caso nulla si dice sulla natura dell’accoppiamento, mentre si illustrano subito i valori di fabbricazione accettabili. La quota di tipo 1 è quindi più utile alla fabbricazione (e quindi al progetto esecutivo della singola parte) mentre quella di tipo 2 è più sintetica nello studio degli assiemi, illustrando le condizioni di accoppiamento in corrispondenza delle quote funzionali.

Tolleranze dimensionali e quotature

Esempi:


albero

foro

Accoppiamento con gioco Accoppiamento incerto Accoppiamento con interferenza

Quando si studiano gli assiemi e si valutano gli accoppiamenti delle parti, le quotature funzionali sono esaminate nei casi limiti di tolleranza per verificare il corretto funzionamento (analisi delle tolleranze). Esempi di base per l’analisi delle tolleranze di un singolo accoppiamento: negli accoppiamenti con gioco è importante valutare il gmax ed il gmin, per quelli con interferenza l’imax e l’imin, nel caso degli accoppiamenti incerti si ricerca la gmax e la imax.


gmax=Dmax – dmin

gmin=Dmin - dmax

imax=Dmin – dmax

imin=Dmax - dmin

gmax=Dmax – dmin

imax=Dmin - dmax


D

DD + T

D + TD + T

D = dato

D + T = dato desunto da tabella

Esempio di calcolo delle condizioni minime e massime di tolleranza a partire dalla prescrizione di accoppiamento


Per quanto riguarda le quotature funzionali si ricorda che a seconda dell’uso del pezzo si possono avere più di un modo per disporre le quote. Se si riportano solo le quote nominali le quote derivate, qualunque sia la disposizione sono uguali, se si riportano le tolleranze invece disposizioni diverse portano ad intervalli di tolleranza diversi!


Per avere un esempio si riporta una illustrazione presa da “disegno Meccanico” di Manfè, Pozza, Scarato.


Queste considerazioni introducono il problema dell’ottimizzazione (o allocazione) delle tolleranze durante la fase di progetto esecutivo.

Durante il progetto degli assiemi si stabiliscono le condizioni di gioco necessarie al corretto funzionamento, queste si possono riferire ad una specifica quota funzionale ma non alle altre, resta quindi il problema di allocare al meglio (ovvero nel modo più economico e in grado di garantire il corretto funzionamento) le altre quote della catena funzionale.


Disegno di Macchine

Lezione n°12 – Ancora sulle tolleranze: tolleranzegenerali, geometriche e rugosità superficiale




Tolleranze (dimensionali) generali

La designazione delle tolleranze dimensionali mediante gli scostamenti fondamentali, secondo la logica definita negli appunti precedenti, si riserva agli accoppiamenti le cui condizioni di funzionamento richiedono specifiche indicazioni di precisione e modalitàdi accoppiamento (gioco/interferenza/acc.to incerto).

Le altre quote non direttamente interessate da tali calcoli rappresentano dei valori nominali che nella realtà variano entro scostamenti che sono sempre funzione della precisione di lavorazione. Per questo motivo nell’ambito dei disegni esecutivi le quote non funzionali vengono associate a 4 classi semplificate di tolleranza scelte e fissate in base alla funzione del componente.


Tolleranze geometricheLe imprecisioni di fabbricazione non sono solo relative alle dimensioni dei componenti ma anche alla loro geometria: i piani non sono superfici perfette così come non lo sono i cilindri, gli assi non sono rettilinei e le condizioni di parallelismo o angolazione non sono quindi sempre assicurate. La mancanza di queste “certezze” può pregiudicare il corretto funzionamento dell’assieme, per cui si rende necessario definire anche delle tolleranze geometriche entro cui il corretto funzionamento rimane garantito. Si pensi ad esempio al caso di guide prismatiche: la mancata precisione della posizione delle superfici e della loro planarità può pregiudicare il movimento; si pensi alla cilindricità di un perno ed alla condizione di sua coassialità con un foro, …

Le ricadute industriali legate a questi problemi di tolleranza sono importantissime: se i pezzi non si montano o funzionano male aumentano i costi legati allo scarto della parte (si sprecano materiali, forza lavoro, energia e macchinari e tempo), se si fissano tolleranze troppo strette aumentano i costi di fabbricazione.

In aggiunta non bisogna dimenticare che una volta fabbricato il pezzo va collaudato o verificato attraverso il controllo (spesso di tipo “passa / non passa”) per capire se rientra o meno nelle tolleranze specificate [ sai come si misurano i componenti meccanici? Cerca sui libri i metodi di collaudo]. Ogni tipo di tolleranza prescritta richiede processi di misura diversi (ad es. uso di calibri passa / non passa o strumenti chiamati comparatori, …) il cui iter va protocollato e standardizzato per evitare di misurare in modo errato la tolleranza effettiva, evento che aumenterebbe ancor di più i costi di fabbricazione.Per ovviare a tutto ciò da molto tempo l’ente ISO sta promuovendo la standardizzazione della definizione delle tolleranze dimensionali, geometriche e di superficie in modo da unificare l’approccio progettuale con quello di misura e collaudo. La commissione che si occupa di ciò è la TC213 :Dimensional and geometrical product specifications and verification


Metodi di rappresentazione nei disegni tecnici

significato

A seguire si riportano le spiegazioni sintetiche delle tolleranze geometriche più comuni e la loro rappresentazione.

Quelle riportate in questa pagina sono prescrizioni che non richiedono alcuna entità geometrica di riferimento (detta anche datum) rispetto alla quale valutare la geometria

0.01

Tipo di prescrizione (rettilineità)

Valore di prescrizione entro cui ècompresa la deviazione(0.01 mm)


Esempi di tolleranze geometriche che richiedono la prescrizione di entità di riferimento (una o più).

0.01

Tipo di prescrizione (parallelismo)

Valore di prescrizione entro cui ècompresa la deviazione(0.01 mm)

A

A

Nome dell’entità rispetto a cui valutare la deviazione

Entità di riferimento



La rugosità superficialeLe tolleranze dimensionali e geometriche possono essere viste come gli intervalli di imprecisione accettabili

per gli errori di forma macrogeometrici. La rugosità superficiale invece rappresenta l’errore medio del profilo effettivo della superficie di un pezzo. Anche la rugosità è funzione del tipo di lavorazione con cui si realizza la superficie e più è precisa la lavorazione e piccola la rugosità richiesta più è costoso realizzare la lavorazione. Per ridurre i costi di fabbricazione e di collaudo (ovvero di misura per controllare la rugosità) questa indicazione va riportata solo dove strettamente necessario alla funzionalità del pezzo.

Definiamo il parametro rugosità come:

dxyL

RaL

∫=0

1

ovvero in termini discreti come:

∑=

=n

iiy

nRa

1

1

Questo è un valore medio delle valli e dei picchi che si registrano nel tratto di misura L.


Si parla di micron!

Anche qui le applicazioni con rugositàminore sono quelle per strumenti di misura

Superfici levigate a bassa rugositàaiutano la tenuta.



L’indicazione sui disegni del grado di rugositàsi riporta attraverso i simboli qui riportati.

Nel primo caso si prescrive una rugosità maxdi 2 µm ottenuta per fresatura.

Nel secondo caso lo stato superficiale èottenuto per lavorazione senza asportazione di truciolo (lo indica il simbolo circolare), in particolare attraverso sabbiatura.

Nel terzo caso il simbolo prescrive una lavorazione per asportazione di truciolo con max rugosità di 0.2 µm.

Le prescrizioni 2 e 3 potevano anche essere fatte come segue:

Ra

Lavorazione X alla macchina utensile

dove con Ra si indica la max rugositàammissibile


Per semplificare la complessità dei disegni costruttivi la rugosità si può indicare in modo sintetico nel cartiglio o in basso a destra.

In questo caso il simbolo posto in basso si ritiene attribuito a tutte le superfici del componente tranne che a quelle dove è espressamente indicato sul disegno. Il valore indicato sulle superfici specifiche si riporta anche tra parentesi in basso a destra.

Nella figura in alto il componente prevede rugosità media di 6.3 µm, realizzata alla macchina utensile, su tutte le superfici prive di indicazione, tra parentesi si fa presente che su certe superfici sono possibili altre prescrizioni.

La figura in basso si interpreta che la rugosità media delle superfici generiche è 6.3 µm, realizzata alla macchina utensile, ma che su particolari superfici si trovano prescrizioni pari a 3.2 µm, 1.6 µm e 0.8 µm.


Disegno di Macchine

Lezione n°13 – I processi di lavorazione per compone nti meccanici. Cenni sui processi di fonderia e di forgiatura.




Il disegno esecutivo deve prevedere le modalità con cui viene realizzato un componente. La conoscenza delle modalità di fabbricazione aiuta quindi non solo nell’impostazione delle

quote (si ricordi la distinzione tra quote di fabbricazione e quote funzionali), ma anche nella definizione del corretto disegno delle parti (prevedendo opportuni dettagli che saranno evidenziati in seguito quali ad esempio angoli di sformo, gole di scarico, …).

In generale il processo di fabbricazione opera su semilavorati o materiali grezzi attraverso una serie di operazioni eseguite da macchine operatrici ed utensili. Esistono diverse categorie di lavorazioni ciascuna caratterizzata da specifiche tecnologie. Questo implica sia specifici campi di applicazione che specifiche richieste progettuali relative alla forma da dare al componente.

Volendo sintetizzare i fattori che intervengono nella scelta di un processo di fabbricazione si possono elencare i seguenti:

– La natura del materiale– Le dimensioni dei pezzi– La precisione di lavorazione richiesta– La disponibilità aziendale di macchine ed attrezzature– La quantità dei pezzi da realizzare

In progettazione concettuale, quando emerge che una data funzionalità può essere realizzata, a parità di prestazioni, da organi meccanici realizzabili secondo diverse fabbricazioni tra loro alternative (ad esempio per saldatura profilati o lavorazione alla macchina utensile), la scelta va operata secondo il criterio dell’economicità e della convenienza aziendale.

Più in generale possiamo dire che le scelte progettuali relative al disegno della parte, intesa come forme da dare al componente, vanno fatte non solo in base al modo in cui devono sopportare i carichi ma anche in base alle esigenze industriali legate alla sua realizzazione.

Considerazioni generali

Know-how dell’ingegnere

Strategia aziendale


Panoramica sui processi di lavorazione

Immagine presa da “Disegno Tecnico Industriale”, Ch irone, Tornincasa, ed. Il Capitello

La lavorazione per asportazione con taglienti viene realizzata attraverso le macchine utensili.

Attraverso laminatura, estrusione e trafilatura si realizzano molti semilavorati (ad es. barre e profilati) su cui procedere con altre operazioni (lavorazione per asportazione o taglio e saldatura).

Ogni lavorazione implica:

• specifici criteri di progetto per le forme che si possono realizzare,

• specifiche tolleranze e finiture superficiali (vedi tabelle IT e campi di rugosità),

• la necessità di progettare/programmare le fasi di lavorazione (ad es. sviluppo e messa a punto stampi per la formatura e la forgiatura, scelta degli utensili per l’asportazione, …)


Schema sintetico Forme-LavorazioniImmagine presa da “Disegno Tecnico Industriale”, Ch irone, Tornincasa, ed. Il Capitello

In questa tabella si illustrano degli esempi di legame forma-lavorazione in modo da iniziare ad inquadrare come si realizzano i più comuni componenti meccanici.

Tecnologia meccanica è la disciplina che studia le diverse modalità di fabbricazione e i connessi problemi di progettazione.

In generale occorre sapere che al progettista di prodotti si affianca il progettista di processo produttivo. La conoscenza dei problemi di processo è comunque necessaria alla formazione del progettista di prodotto per prevenire errori di impostazione che poi farebbero perdere tempo di sviluppo o diminuire la qualità del prodotto.


Formatura dallo stato liquidoIl processo di fonderia consiste nel creare una cavità (la forma) che ricopia in negativo il pezzo da realizzare. Esso si crea colando nella forma la lega metallica fusa scelta per la realizzazione del pezzo.

Il suo utilizzo è diffuso per componenti di forma complessa di medie e grandi dimensioni (carburatori, testate di motori, volani, bancali di grandi dimensioni, raccordi, valvolame idraulico, …) .

La forma può essere di tipo transitorio o permanente (utile per produzioni in grande serie)

A sinistra si riporta uno schema (preso da “Disegno Tecnico Industriale”, Chirone, Tornincasa, ed. Il Capitello) relativo al procedimento in forma transitoria. Il modello per poter essere estratto ha bisogno di una forma in due parti facilmente scomponibili per rendere possibile la sformatura del pezzo una volta solidificato. Il piano di divisione consente di diformare pezzi unici a partire da due forme la cui sezione massima coincide con il piano di appoggio delle staffe della forma.

Il getto finale è un grezzo che richiede lavorazioni di finitura di vario tipo (distacco delle materozze, e dei colatoi, … sbavatura, sabbiatura).

Oggetto da realizzare

Modello

scomponibile per

creare la form

aDa c) a h) creazione della forma tramite sabbia compattata attorno al modello

Creazione dell’anima

interna per fare la cavitàcentrale

Estrazione del semi-modello

Montaggio dell’anima

colata


Per progettare correttamente componenti realizzati per fusione occorre tener conto

•del fenomeno del ritiro (diminuzione di volume dovuta alla solidificazione);

•di sovraspessori per consentire le lavorazioni di finitura successiva;

•l’estraibilità del modello dalla forma.

Il ritiro crea uno stato di sollecitazione all’interno del pezzo, diminuendo le sue prestazioni. Per ridurlo ènecessario scegliere forme che uniformino le velocità di raffreddamento

Valori minimi di spoglia per getti in sabbia

Confronto processi/tipo di produzione/costi/qualità


Schema della forma di realizzazione del getto

Da a) a c) disegno dei modelli (i due semi-modelli scomponibili e l’assieme montato). (manca l’anima realizzata a parte per ultimo, vedi disegno seconda staffa)

Pezzo finito dopo la lavorazione alle macchine utensili (sapresti disegnare come è fatto il getto?)


Deformazione plastica

bramme

blumi

profilati

rotaie

billette

tubi

fili

barre

Tubi da saldare

lamiere

nastri Le lavorazioni per deformazione plastica si basano sulla possibilitàdi deformare permanentemente i metalli. I processi possibili sono diversi (laminazione, estrusione,forgiatura, stampaggio lamiere) .

Con la laminazione si ottengono diversi semilavorati che poi possono essere adottati come materiale di partenza per altre lavorazioni.

Con la laminazione di fonderia si ottengono i primi semilavorati siderurgici (gli sbozzati ovvero i blumi, le bramme e le billette). I blumi attraverso altre laminazioni possono diventare i semilavorati per profilati di varia sezione (sezioni a L, T, doppi T,rotaie, …); le bramme diventano nastri, le billette diventano barre a sezione circolare o rettangolare per lavorazioni alle macchini utensili o di fucinatura


ForgiaturaLa forgiatura si distingue in forgiatura a stampo aperto o in forma chiusa. Il primo metodo serve per sbozzare il componente dopo un riscaldamento a temperatura opportuna (1000-1200 °C per acciai), il secondo serve, in una o più riprese, a dare la forma finale del pezzo.

Al termine del processo si asporta il materiale in eccesso (bava di stampaggio) attraverso taglio (sbavatura)

Fucinatura in forma aperta

Fucinatura in forma chiusaBava di stampaggio da rimuovere successivamente

semilavorato

semilavorato

forma stampata

forma stampata


I criteri di progetto per ottimizzare le forme realizzate per stampaggio sono in parte simili a quelli della fonderia. Occorrono gli sformi (o angoli di spoglia) per l’estrazione dagli stampi. In genere si adottano circa 7°per le superfici esterne, 10°per quelle interne, questi valori sono più alti d i quelli per la fonderia (circa 5°) perché l’inclinazione serve anche a migliorare l’andamento del materiale nello stampo durante la deformazione plastica. Anche in questo caso si deve tener conto del ritiro da raffreddamento (circa -1%). Esiste una linea di separazione tra gli stampi che è sede di bave di stampaggio e rappresenta la sezione di massima dimensione.

La norma ISO10135 codifica la possibilità di realizzare disegni semplificati di componenti ottenuti per stampaggio o fusione, attraverso l’uso di simboli il cui significato è riportato nelle figure seguenti.

Indicazione delle spoglie (verso e angolo)

Indicazione della linea di separazione e del max disallineamentoammissibile (+1.7 mm)


Indicazione della linea di separazione e del max disallineamentoammissibile (±0.6 mm)

Indicazione delle spoglie (verso e angolo)


Disegno di Macchine

Lezione n°14 – I processi di lavorazione per compone nti meccanici. Cenni sulle lavorazioni per asportazione di truciolo.

Collegamenti tramite saldatura




Lavorazioni per asportazione di truciolo

La lavorazione per asportazione di truciolo consente di ottenere dei prodotti finiti, asportando dal pezzo grezzo il sovrametallo con l’opportuna macchine utensile (funzione del tipo di lavorazione che si deve compiere).

Il sovrametallo si asporta tramite l’utensile che è provvisto di un tagliente.Questa operazione prevede un moto di taglio tra pezzo da lavorare ed il tagliente stesso

(ad es. la lavorazione al tornio prevede il pezzo in rotazione e l’utensile fermo, viceversa accade nella fresatura). Una volta asportato il truciolo occorre un moto di alimentazione per procedere ad asportare in una nuova zona (sempre nel tornio il moto di alimentazione è dell’utensile, viceversa nella fresatura).

La conoscenza del processo di asportazione da assegnare ad un dettaglio di un componente aiuta nella scelta delle quote di fabbricazione (vedi lezione4).


La modellazione solida eseguita dai sistemi CAD segue spesso una logica simile ai processi per asportazione di truciolo (ovvero procede per sgrossature e rifiniture sottraendo volumi) per omogeneità con la lavorazione e per verificare il prima possibile la fattibilitàfisica della geometria.

Le lavorazioni attuali sono realizzate con macchine a controllo numerico che pilotano l’esecuzione mediante un programma generabile per traduzione da un file CAD (o da un formato IGES).

I sistemi CAM (computer aidedmanufacturing) a partire dal modello solido consentono di simulare/progettare il processo di asportazione facendo scegliere il tipo di lavorazione e di utensile, le condizioni di montaggio e di avanzamento

Nel link (simulazione CAM) proposto sul sito del corso la tornitura è simulata senza far vedere il moto di rotazione del pezzo, tuttavia sono chiaramente visibili le sequenze di lavorazione (distinte in sgrossatura e finitura) attraverso l’avanzamento degli utensili. Si noti come sono direttamente riconducibili a featuredi modellazione solida.


Nelle figure che seguono si evidenziano alcuni accorgimenti da seguire durante la progettazione di componenti/dettagli realizzati alla macchine utensili (immagini prese da Chirone, Tornincasa, Disegno Tecnico Industriale. Edizione il Capitello)

Lasciare sufficiente spazio per evitare collisioni con la fresa

sino

Incassare o rialzare le sedi dei fori per offrire una superficie di contatto piana

Lasciare sempre lo spazio aggiuntivo per far fluire il truciolo


Saldatura

Il processo di saldatura si realizza per congiungere tra loro parti distinte rendendole un corpo unico non smontabile. Esistono molti processi basati su principi diversi. In figura si illustra una catalogazione distinguendo tra brasatura e saldatura autogena, nel primo caso la saldatura agisce su un materiale aggiuntivo, nell’altro si opera direttamente sui lembi da unire.


In basso si riportano le possibili preparazioni da fare sui lembi per garantire il risultato della saldatura. Man mano che cresce lo spessore i lembi sono lavorati in vario modo per garantire una giunzione continua lungo lo spessore

Schemi di giunzione

Morfologia del cordone


Nel disegno tecnico il cordone di saldatura non si disegna ma si riporta tramite un richiamo associato a simboli grafici.

A sinistra si elencano i simboli corrispondenti alle diverse saldature (rappresentate in modo pittorico)

In basso si riporta il tipo di richiamo indicato dalla normativa


La linea 2 a in tratteggio rappresenta la parte del giunto opposta a quella puntata dalla freccia (in altri termini è la parte nascosta del giunto). Se il cordone di saldatura è dalla parte opposta della linea puntata dalla freccia il simbolo della preparazione dei lembi va dalla parte della linea tratteggiata 2 a.



Saldatura sul lato della freccia

Saldatura sul lato opposto della freccia

Saldature sul lato della freccia


Saldatura sul lato della freccia e ripresa sul bordo opposto

Saldatura ad U sul lato della freccia ed a V sul lato opposto




Esempio: cordone di testa con ripresa al rovescio

Da cosa si riconosce il dritto del giunto?Quale simbolo indica il rovescio?

Dove vanno indicate le quote riferite alla sezione? Alla lunghezza?

Documents

Disegno Macchine: dispense di disegno meccanico