Tolleranze dimensionali, accoppiamenti ISO e rugosità

Nessun pezzo si costruisce con la misura esatta: un albero da 20 mm uscirà dal tornio con 19,993 o 20,008 mm. Il progettista deve dire quanto può sbagliare la lavorazione senza compromettere il funzionamento. È la tolleranza. Stringerla troppo fa salire i costi, allargarla troppo fa sì che i pezzi non si montino o si muovano male. Il sistema ISO di tolleranze e accoppiamenti (ISO 286) risolve il problema con un codice di una lettera e un numero.

I termini

• Dimensione nominale: quella di progetto, per esempio 20 mm.
• Scostamento superiore e inferiore: di quanto la misura effettiva può essere maggiore o minore della nominale. Per un foro si indicano con ES ed EI, per un albero con es ed ei.
• Tolleranza: la differenza tra dimensione massima e minima, cioè l’ampiezza della zona ammessa.
• Linea dello zero: la linea che rappresenta la dimensione nominale nei diagrammi delle tolleranze.

Una quota come significa che il foro può misurare da 20,000 a 20,021 mm: tolleranza 21 µm.

Il sistema ISO: grado e posizione

Ogni tolleranza ISO si scrive con una lettera e un numero, per esempio H7 o g6.

• Il numero è il grado di tolleranza normalizzato (IT), da IT01 a IT18. Fissa l’ampiezza della zona: più è basso, più la lavorazione è precisa. L’ampiezza cresce anche con la dimensione nominale, perché è più difficile essere precisi su pezzi grandi. Per 20 mm, IT6 vale 13 µm e IT7 vale 21 µm.
• La lettera fissa la posizione della zona rispetto alla linea dello zero. Maiuscole per i fori, minuscole per gli alberi. La lettera H indica un foro con scostamento inferiore nullo (non può essere più piccolo della nominale); la h un albero con scostamento superiore nullo.

Gradi indicativi: IT5-IT7 per rettifica e tornitura di precisione, IT8-IT11 per tornitura e fresatura normali, IT12-IT16 per pezzi stampati o tagliati, dove la precisione non conta.

Gli accoppiamenti

Quando un albero entra in un foro, il loro rapporto dipende da come si collocano le due zone di tolleranza.

• Con gioco (mobile): l’albero è sempre più piccolo del foro. H7/g6: gioco tra 7 µm (foro minimo, albero massimo) e 41 µm (foro massimo, albero minimo). Per perni che devono ruotare o scorrere.
• Incerto (di transizione): a seconda dei pezzi effettivi ci può essere un piccolo gioco o una piccola interferenza. H7/k6: da 19 µm di gioco a 15 µm di interferenza. Per pezzi da centrare con precisione e smontare con un estrattore o leggeri colpi, come pulegge con linguetta o anelli interni dei cuscinetti.
• Con interferenza (forzato, bloccato): l’albero è sempre più grande del foro. H7/p6: interferenza da 1 a 35 µm. Si monta alla pressa o scaldando il pezzo esterno, e trasmette coppia per attrito, senza linguette.

Come si calcolano gioco e interferenza

Se il gioco minimo è negativo c’è interferenza. Per H7/g6 a 20 mm: gioco massimo µm, gioco minimo µm.

Foro base e albero base

Per ridurre il numero di utensili e di calibri si sceglie un sistema:

• foro base: tutti i fori sono H, e l’accoppiamento si ottiene variando l’albero. È il più diffuso, perché un albero si lavora e si misura più facilmente di un foro, mentre per i fori servono alesatori e calibri a tampone specifici per ogni tolleranza;
• albero base: tutti gli alberi sono h, e varia il foro. Si usa quando su un albero lungo calibrato vanno montati più pezzi con accoppiamenti diversi.

Sul disegno di un singolo pezzo si scrive la tolleranza del pezzo (⌀20 H7); su un disegno di assieme l’accoppiamento (⌀20 H7/g6).

Tolleranze generali

Scrivere una tolleranza su ogni quota sarebbe impossibile. Le quote senza tolleranza esplicita seguono le tolleranze generali richiamate nel cartiglio, per esempio “ISO 2768-m”. La classe m (media) ammette per esempio ±0,2 mm su dimensioni tra 6 e 30 mm e ±0,3 mm tra 30 e 120 mm. Si indicano tolleranze specifiche solo dove servono davvero.

La rugosità superficiale

Anche una superficie “liscia” ha creste e avvallamenti microscopici. Il parametro più usato è Ra, lo scostamento medio aritmetico del profilo dalla sua linea media, in micrometri. Si indica con un simbolo a forma di segno di spunta con il valore accanto (ISO 21920-1, che ha sostituito la ISO 1302).

Tolleranza e rugosità sono legate: non ha senso chiedere una tolleranza IT6 su una superficie con Ra 12,5, perché le creste sarebbero più alte della tolleranza stessa.