Nei componenti, la perfezione non esiste | Officina

Delle tolleranze geometriche abbiamo già parlato più volte. Ci si avvicina il più possibile alla forma ideale, compatibilmente con l’accuratezza consentita dal processo produttivo, ovvero dalle macchine utensili impiegate.

E naturalmente facendo le opportune considerazioni economiche, che nella produzione di serie hanno un peso considerevole.

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Tolleranze dimensionali e geometriche

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Tante cose in effetti sono diverse da come appaiono, non soltanto alla vista ma anche dopo le misurazioni che si effettuano usualmente in officina. Comparatori e micrometri centesimali hanno una risoluzione che è, appunto, dell’ordine del centesimo di millimetro. Eccellente ma c’è di meglio e da tempo sono in commercio strumenti di misura millesimali, che rilevano cioè il micron.

Li impiegano i preparatori più evoluti e le officine di lavorazioni meccaniche più attrezzate. Per fare le cose ancora meglio, le misurazioni dovrebbero essere effettuate sempre a una stessa temperatura di riferimento (quella standard è in genere 20 °C). Fin qui, tutto bene, per quanto riguarda le tolleranze dimensionali. Le cose però si complicano leggermente passando a quelle geometriche.

Spesso l’allontanamento dalla forma ideale si può rilevare utilizzando gli stessi strumenti di misura, ovvero i micrometri e i comparatori. È il caso della ovalizzazione e della conicità dei perni degli alberi, per le quali alcune case indicano i massimi valori ammissibili (ossia i cosiddetti limiti di usura).

Si misura il diametro in più punti, sia nel senso della lunghezza che in direzioni a 90° tra loro, e si confrontano i valori così ottenuti. Lo stesso criterio si applica ai cilindri, per i quali i diametri vengono misurati con gli alesametri.

In effetti gli allontanamenti dalla geometria ideale non si limitano alla conicità e alla ovalizzazione. I perni possono assumere forme lievemente a botte o a clessidra. E presentano inevitabilmente delle lobature, dovute al fatto che durante la rotazione la mola che effettua la rettifica con è del tutto esente da vibrazioni e che il fissaggio del pezzo non è perfettamente rigido.

Un discorso esattamente analogo vale per le canne dei cilindri. Altri errori geometrici interessano la rettilineità degli alberi, il parallelismo, la coassialità e la perpendicolarità tra i vari organi o tra varie parti di uno stesso componente. E inoltre, la distanza tra gli assi (di fori, perni, etc…), la loro disposizione reciproca, il piazzamento angolare e la curvatura delle superfici.

Errori ammessi, ma minimi

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Non sempre le tolleranze geometriche vengono comunicate dai costruttori. Comunque nella produzione di serie in genere il massimo errore ammesso è di 0,005 mm per quanto riguarda la conicità e l’ovalizzazione dei perni di banco e di biella, e di 0,01 mm sia per l’allineamento dei perni di banco che per il parallelismo tra di essi e i perni di manovella. Una superficie che all’apparenza è perfettamente piana presenta in effetti delle ondulazioni e, su scala minore, delle microasperità.

Se si appoggia un pezzo su di un altro, entrambi dotati di superfici piane, l’area di contatto reale è di gran lunga inferiore a quella geometrica (ovvero apparente). Quelli che si toccano sono soltanto i picchi più pronunciati delle microasperità superficiali. L’area di contatto reale aumenta al crescere della forza con la quale i due corpi vengono premuti uno contro l’altro. Le elevate pressioni localizzate determinano infatti la deformazione delle piccole asperità che già si toccano, con schiacciamento e allargamento della loro superficie, e l’aumento del numero dei punti di contatto.

Nella maggior parte dei casi, per i componenti lavorati, il rapporto tra la superficie di contatto reale e quella apparente è dell’ordine di 1/1000 – 1/10.000.

La finitura delle superfici dei vari organi meccanici, ovvero la loro rugosità, ha una notevole importanza. Anch’essa viene logicamente indicata, assieme alle varie quote di progetto, nei disegni costruttivi dei vari organi meccanici.

Il parametro al quale si fa più spesso riferimento viene indicato con la sigla Ra ed è costituito dalla media aritmetica delle distanze del profilo rilevato dalla linea media. Per i perni degli alberi a gomiti fino a qualche anno fa veniva generalmente indicata una rugosità Ra di 0,20 micron. Oggi in molti casi essa è scesa a 0,16 micron. Analoghi valori vengono raccomandati per le camme. In quanto alle sfere e ai rulli dei cuscinetti, si scende spesso a 0,10 micron.

Per le canne dei cilindri si impiegano finiture particolari, in grado di fornire una adeguata estensione della superficie portante unitamente a una ottima ritenzione dell’olio.

È quindi importante il rapporto pieni/vuoti della superficie di lavoro. Per indicarlo graficamente si ricorre alla curva di Abbott-Firestone, che consente anche di sapere come si modificherà la situazione in seguito all’usura.

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