Per definire cosa sono gli accoppiamenti e le tollanze standard, iniziamo da un esempio concreto: un albero che deve inserirsi in un foro. Se il foro è troppo piccolo, l’albero non entra; se è troppo grande, l’assemblaggio è instabile. Gli accoppiamenti e le tollanze standard sono un sistema internazionale (ISO 286) che definisce con precisione le dimensioni massime e minime ammesse per due parti che si assemblano, per garantire che l’accoppiamento funzioni come previsto.
Ogni accoppiamento è formato da due simboli: il primo si riferisce al foro, il secondo all’albero. Nel caso specifico di H7/g6, la lettera indica la zona di tollanza (cioè la posizione dell’intervallo di dimensioni ammesse rispetto alla dimensione nominale, o dimensione base, che è la dimensione teorica ideale della parte), mentre il numero indica la classe di tollanza (cioè l’ampiezza dell’intervallo di dimensioni ammesse: numeri più bassi significano tollanze più strette, quindi parti più precise).
Per H7/g6:
Il risultato di questo accoppiamento è un accoppiamento di gioco: la differenza tra la dimensione minima del foro e la dimensione massima dell’albero è sempre positiva, quindi le due parti si inseriscono facilmente e possono muoversi una rispetto all’altra. Al contrario, un accoppiamento di interferenza si ottiene quando l’albero è sempre più grande del foro: per assemblarlo è necessario usare pressione, calore o freddo, e le parti rimangono bloccate tra loro.
La scelta corretta di accoppiamenti e tollanze ha tre impatti diretti sulla produzione: funzione del pezzo, facilità di assemblaggio e costo.
Ogni accoppiamento è progettato per una funzione specifica. Ad esempio, un accoppiamento H7/g6 è ideale per alberi che devono ruotare liberamente all’interno di un foro, come i perni di una catena di trasmissione o gli alberi di un motore elettrico di potenza media: il gioco garantisce che l’attrito sia limitato e che le parti non si grippino per dilatazione termica. Un accoppiamento di interferenza, invece, è necessario per parti che devono trasmettere coppia senza cuscinetti, come un ingranaggio montato su un albero: l’attrito tra le due parti blocca l’ingranaggio, evitando che si sfilacci durante la rotazione.
Se la tollanza è troppo larga, la funzione viene compromessa: un foro troppo grande in un accoppiamento di gioco può causare vibrazioni e rumore eccessivi; un albero troppo piccolo in un accoppiamento di interferenza può sfilacciare durante il funzionamento. Se la tollanza è troppo stretta, invece, si aumentano i costi di produzione senza alcun beneficio funzionale.
Le tollanze standard sono progettate per semplificare l’assemblaggio. Un accoppiamento H7/g6, ad esempio, può essere assemblato a mano o con attrezzi semplici, senza bisogno di pressatrici o sistemi di controllo termico. Al contrario, un accoppiamento di interferenza richiede attrezzature specifiche e tempi di assemblaggio più lunghi.
La precisione ha un costo: tollanze più strette richiedono macchine più precise, strumenti di misura più accurati e controlli più frequenti. Ad esempio, lavorare un foro H7 su un pezzo di acciaio richiede una macchina con una precisione di posizionamento inferiore a 0,003 mm, mentre un foro H12 (tollanza più larga) può essere lavorato su macchine meno precise e meno costose.
Per ottenere un accoppiamento H7/g6 o qualsiasi altra tollanza standard, è necessario combinare la capacità della macchina utensile, la scelta degli utensili e i controlli di misura.
La precisione della macchina è il fattore base per ottenere tollanze strette. Due parametri sono particolarmente importanti:
Per ottenere un accoppiamento H7/g6, la macchina deve avere una precisione di posizionamento e una ripetibilità almeno tre volte più strette della tollanza richiesta. Ad esempio, per un foro H7 di dimensione nominale 20 mm, la tollanza è di 0,021 mm. La macchina deve quindi avere una precisione di posizionamento inferiore a 0,007 mm e una ripetibilità inferiore a 0,007 mm.
Tra le macchine Gree CNC, modelli adatti a lavorare accoppiamenti H7/g6 sono:
Modelli meno adatti a tollanze così strette sono quelli con precisione di posizionamento superiore a 0,01 mm, come i centri di lavorazione a portale GA-GF2517 o GA-GF4028, progettati per lavorazioni di grandi dimensioni e carichi elevati con tollanze più larghe.
Per ottenere un foro H7, il processo di lavorazione tipico è:
Per ottenere un albero g6, il processo tipico è:
Per controllare che le parti rispettino le tollanze, si usano strumenti adatti alla precisione richiesta:
Anche se la macchina e gli strumenti sono adatti, diversi fattori possono causare errori che fanno uscire le parti dalle tollanze:
Il calore generato durante la lavorazione (per l’attrito tra utensile e pezzo) e le variazioni di temperatura dell’officina possono causare la dilatazione del pezzo. Ad esempio, un pezzo di acciaio di 100 mm di lunghezza si dilata di 0,012 mm per ogni aumento di temperatura di 10 °C. Se si misura un foro H7 quando il pezzo è caldo, la dimensione misurata sarà più grande della dimensione reale a temperatura ambiente, e il pezzo potrebbe essere scartato erroneamente.
Gli utensili si consumano durante la lavorazione: un alesatore, ad esempio, può perdere fino a 0,005 mm di diametro dopo aver lavorato 100 fori di acciaio. Se non si compensa l’usura, i fori lavorati con l’utensile usurato saranno più grandi della dimensione nominale, uscendo dalla tollanza.
Pezzi sottili o con forme complesse possono deformarsi durante la lavorazione, per le forze di taglio esercitate dall’utensile o per la rimozione di tensioni interne. Ad esempio, un piatto di acciaio di 10 mm di spessore può deformarsi di 0,02 mm dopo la fresatura, causando errori di diametro o di planarità.
Gli strumenti di misura hanno una precisione limitata: un micrometro con una precisione di 0,001 mm può avere un errore di misura di ±0,001 mm. Se si misura un foro H7 di dimensione nominale 20 mm (tollanza 0,021 mm), un errore di misura di 0,001 mm può cambiare la valutazione del pezzo.
Il sistema di accoppiamenti e tollanze standard è uno strumento potente, ma ha limiti che è importante conoscere per evitare errori di progettazione o produzione:
Le tollanze standard definiscono solo la dimensione massima e minima del pezzo, ma non la finitura superficiale. Un foro H7 può avere una finitura superficiale molto ruvida o molto liscia: se la finitura è troppo ruvida, l’accoppiamento può grippare anche se le dimensioni sono corrette. Al contrario, una finitura troppo liscia può causare perdite di lubrificante in accoppiamenti di gioco.
Le tollanze standard definiscono solo la dimensione del pezzo, ma non la sua forma. Un foro H7 può essere cilindrico, conico o ovale: se è ovale, l’accoppiamento non funzionerà anche se la dimensione media è corretta. Per controllare la forma, è necessario usare controlli specifici, come la misura della cilindricità.
Le tollanze standard sono progettate per condizioni di funzionamento standard (temperatura ambiente, carichi medi, velocità medie). Se il pezzo funziona a temperature molto alte o molto basse, o con carichi molto elevati, è necessario modificare le tollanze per tenere conto della dilatazione termica o della deformazione del pezzo.
Molte officine commettono l’errore di pensare che una macchina con una precisione di posizionamento di 0,003 mm possa lavorare qualsiasi tollanza di 0,003 mm. In realtà, come abbiamo visto, è necessario un margine di sicurezza di almeno tre volte tra la precisione della macchina e la tollanza richiesta, per tenere conto degli errori di lavorazione e di misura.
| Metodo di lavorazione | Precisione massima | Sforzo richiesto | Uso tipico |
|---|---|---|---|
| Foratura | ±0,1 mm | Basso | Fori preliminari, parti con tollanze larghe |
| Alesatura | ±0,002 mm | Medio | Fori H7, H8, H9 |
| Tornitura | ±0,005 mm | Medio | Alberi g6, g7, h6 |
| Rettifica | ±0,001 mm | Alto | Alberi g6, h5, parti ad alta precisione |
| Fresatura | ±0,01 mm | Medio | Superfici piane, parti con tollanze medie |
Posso ottenere un accoppiamento H7/g6 su una macchina con precisione di posizionamento di 0,01 mm? No. La precisione della macchina deve essere almeno tre volte più stretta della tollanza richiesta. Per un accoppiamento H7/g6, la tollanza è di circa 0,02 mm per dimensioni medie, quindi la macchina deve avere una precisione di posizionamento inferiore a 0,007 mm.
Qual è la differenza tra un accoppiamento H7/g6 e un accoppiamento H7/h6? Entrambi sono accoppiamenti di gioco, ma H7/g6 ha un gioco maggiore di H7/h6. L’albero g6 è più piccolo dell’albero h6, quindi la differenza tra il foro e l’albero è più grande in H7/g6. H7/g6 è ideale per alberi che devono ruotare liberamente, mentre H7/h6 è usato per alberi che devono essere posizionati con maggiore precisione.
Perché non usare sempre tollanze più strette per garantire la funzione? Tollanze più strette aumentano i costi di produzione: richiedono macchine più precise, utensili più costosi e controlli più frequenti. Inoltre, tollanze troppo strette possono causare grippaggi o difficoltà di assemblaggio, se non sono adatte alla funzione del pezzo.
Come compenso la dilatazione termica durante la lavorazione? Puoi misurare la temperatura del pezzo durante la lavorazione e calcolare la dilatazione usando il coefficiente di dilatazione termica del materiale (per l’acciaio è di 12 × 10⁻⁶ °C⁻¹). Puoi anche raffreddare il pezzo durante la lavorazione con refrigerante, per ridurre le variazioni di temperatura.
Un accoppiamento H7/g6 è adatto per pezzi di plastica? Sì, ma è necessario modificare le tollanze per tenere conto della maggiore dilatazione termica della plastica. La plastica ha un coefficiente di dilatazione termica fino a 10 volte maggiore dell’acciaio, quindi le tollanze devono essere più larghe per evitare grippaggi durante il funzionamento.
