Tolleranze geometriche: forma, orientamento, posizione e riferimenti
Zone di tolleranza, le caratteristiche ISO 1101, riquadro e riferimenti, perché la localizzazione è meglio delle quote, principio di indipendenza e massimo materiale.
Le tolleranze dimensionali controllano le misure, ma non la forma. Un albero può avere tutti i diametri dentro la tolleranza ed essere comunque leggermente curvo, o ovale; un foro può avere il diametro giusto ma l’asse inclinato. Per questi difetti servono le tolleranze geometriche, regolate dalla norma ISO 1101 e note anche con la sigla americana GD&T (Geometric Dimensioning and Tolerancing).
L’idea: la zona di tolleranza
Ogni tolleranza geometrica definisce una zona in cui l’elemento reale deve stare tutto:
- per la planarità, lo spazio tra due piani paralleli distanti
; - per la rettilineità di un asse, un cilindro di diametro ;
- per la circolarità, la corona tra due cerchi concentrici con raggi che differiscono di ;
- per la posizione di un foro, un cilindro di diametro centrato nella posizione teorica.
Le caratteristiche
| Tipo | Caratteristiche | Riferimento |
|---|---|---|
| forma | rettilineità, planarità, circolarità, cilindricità | no |
| orientamento | parallelismo, perpendicolarità, inclinazione | sì |
| posizione | localizzazione, coassialità e concentricità, simmetria | sì |
| oscillazione | oscillazione circolare, oscillazione totale | sì |
| profilo | profilo di una linea, profilo di una superficie | a volte |
Le tolleranze di forma riguardano un elemento da solo: una superficie è piana o no indipendentemente dal resto del pezzo. Tutte le altre riguardano un elemento rispetto a un altro, il riferimento (datum): una faccia è parallela *a qualcosa*, un foro è posizionato *rispetto a qualcosa*.
Come si scrivono
La tolleranza si scrive in un riquadro diviso in caselle, collegato all’elemento con una linea di richiamo:
- il simbolo della caratteristica (per esempio due linee parallele per il parallelismo, un cerchio con una croce per la localizzazione);
- il valore della tolleranza in millimetri, preceduto da ⌀ se la zona è cilindrica;
- le lettere dei riferimenti, in ordine di importanza.
I riferimenti si indicano sul disegno con una lettera maiuscola in un riquadro, collegata alla superficie con un triangolo pieno. Un pezzo appoggiato su tre riferimenti A, B, C è bloccato come in una morsa: A è la faccia su cui poggia (tre punti di contatto), B quella contro cui si spinge di lato (due punti), C quella che ferma l’ultimo scorrimento (un punto). Questo schema “3-2-1” riproduce come il pezzo verrà fissato per la lavorazione e per il controllo.
Perché la posizione è meglio delle quote con tolleranza
Supponiamo di dover posizionare un foro a 30 mm da due bordi, con quote ±0,1 mm. La zona in cui può cadere il centro è un quadrato di 0,2 × 0,2 mm. Ma ciò che conta per il montaggio di una vite è la distanza dalla posizione giusta, in qualsiasi direzione: lungo la diagonale del quadrato il centro può spostarsi di 
mm, lungo i lati solo di 0,1.
Con la tolleranza di localizzazione ⌀0,28 rispetto ai riferimenti, le quote 30 diventano quote teoriche esatte (scritte in un rettangolo, senza tolleranza) e la zona diventa un cerchio di diametro 0,28 mm. Il cerchio contiene il quadrato di prima e ha un’area più grande di circa il 57% (
mm² contro 0,04 mm²): si accettano più pezzi, tutti ugualmente buoni per il montaggio. È uno dei motivi per cui l’industria automobilistica e aeronautica usa sistematicamente il GD&T.
Il principio di indipendenza
Per la norma ISO 8015 ogni requisito dimensionale o geometrico vale da solo, indipendentemente dagli altri: il diametro di un albero controlla solo le misure locali, non la sua forma. Se si vuole che l’albero entri comunque in un foro della sua misura massima, si aggiunge il simbolo Ⓔ (requisito dell’inviluppo): il pezzo non deve oltrepassare il cilindro perfetto di diametro massimo. La norma americana ASME Y14.5 adotta invece l’inviluppo come regola di base. È un dettaglio che conta quando si lavora con fornitori di paesi diversi.
Il requisito di massimo materiale
Il simbolo Ⓜ dopo il valore della tolleranza indica il requisito di massimo materiale: la tolleranza vale per il pezzo nella condizione peggiore per il montaggio (foro più piccolo, albero più grande) e cresce quando il pezzo reale si allontana da quella condizione. Un foro di posizione ⌀0,2 Ⓜ, se viene lavorato 0,1 mm più largo del minimo, può essere spostato di più, fino a ⌀0,3, perché la vite entrerà comunque. Si verifica con un calibro funzionale: una piastra con perni fissi che simula il pezzo che si accoppia.
Un esempio dall’elettronica
Le tolleranze geometriche servono anche nei progetti elettronici. Il pannello frontale di un apparecchio con quattro connettori deve avere i fori in posizione rispetto ai fori di fissaggio della scheda, altrimenti i connettori non escono. Un dissipatore deve avere la base piana entro pochi centesimi di millimetro, altrimenti tra il dissipatore e il componente restano zone d’aria e la resistenza termica sale. Le schede tecniche dei dissipatori e dei processori riportano proprio la planarità richiesta.
