Nella realizzazione dei componenti meccanici con un qualsivoglia processo tecnologico, è inevitabile introdurre imperfezioni nelle dimensioni e nella forma, rispetto a quelle ideali specificate nel disegno. Spetta al progettista indicare l’entità massima delle deviazioni ammissibili, compatibilmente con i requisiti di funzionalità della macchina e di economicità della sua costruzione, cioè specificare le cosiddette tolleranze di lavorazione, le quali definiscono il margine di errore ammissibile per le dimensioni e le caratteristiche geometriche del componente. Si tratta di un’operazione delicata, perché l’indicazione di una tolleranza troppo ampia può compromettere il corretto funzionamento della macchina, mentre invece la definizione di tolleranze troppo termine determina un aumento dei costi.
In particolare, nella produzione industriale di macchine su larga scala, per le quali sono impraticabili operazioni di aggiustaggio nella fase di assemblaggio dei componenti, diversamente dal caso di esemplari unici o comunque prodotti in serie limitate, è indispensabile utilizzare lavorazioni la cui precisione garantisca l’intercambiabilità nel montaggio dei componenti e il corretto funzionamento dell’assieme.
Una quota riportata sul disegno costituisce la dimensione nominale, mentre l’indicazione delle dimensioni minima e massima definisce la zona di tolleranza, cioè il campo all’interno del quale deve rimanere la dimensione reale per l’accettabilità del pezzo.
Il rispetto delle tolleranze consente il montaggio dei singoli pezzi in un assieme, cioè il loro accoppiamento, come ad esempio avviene nel caso emblematico di un albero in un foro, che nell’esempio più tipico sono di forma cilindrica ma che, più in generale, possono identificare un elemento rispettivamente interno ed esterno anche di altra forma geometria.
Si è soliti rappresentare la zona di tolleranza mediante un’area rettangolare campita, la quale può trovarsi al di sopra, a cavallo o al di sotto della dimensione nominale, cioè della cosiddetta linea dello zero. Generalmente l’ampiezza dei campi di tolleranze è dell’ordine delle decine di micrometri e i pezzi accoppiati hanno dimensioni nominali, espresse in millimetri, identiche; a seconda della posizione reciproca delle zone di tolleranza, di possono avere accoppiamenti:
- con gioco, o mobile, quando la zona del foro è tutta al di sopra di quella dell’albero;
- con interferenza, quando la zona del foro è tutta al di sotto di quella dell’albero;
- incerto, o stabile, quando vi è sovrapposizione tra le due zone (figura 1).
La differenza tra la dimensione massima e la nominale costituisce lo scostamento superiore e quella tra la minima e la nominale lo scostamento inferiore. Gli scostamenti sono indicati con la lettera E (maiuscola, per il foro) e la e (minuscola, per l’albero), con un pedice s o i, a seconda che si tratti del superiore o dell’inferiore.
La differenza tra la dimensione massima e la nominale costituisce lo scostamento superiore e quella tra la minima e la nominale lo scostamento inferiore. Gli scostamenti sono indicati con la lettera E (maiuscola, per il foro) e la e (minuscola, per l’albero), con un pedice s o i, a seconda che si tratti del superiore o dell’inferiore.
Tolleranze secondo il sistema ISO
Le tolleranze vengo specificate secondo il sistema standardizzato dall’ISO, ripreso dall’UNI nelle UNI EN ISO 286-1 e 286-2.
Nel sistema ISO, la tolleranza di una quota viene specificata combinando un numero ed una lettera. Il primo identifica l’ampiezza del campo di tolleranza, in funzione del gruppo dimensionale a cui appartiene la quota, e corrisponde al grado o qualità della lavorazione (IT da International Tolerance grade): al crescere del numero aumenta l’intervallo di tolleranza, cioè si riduce la qualità; la seconda definisce la posizione della zona di tolleranza rispetto alla linea dello zero: si utilizzano le lettere minuscole per la posizione dell’albero e quelle maiuscole per il foro.
I valori del grado di tolleranza IT possono essere calcolati mediante espressioni o, più semplicemente, ricavati da una tabella in funzione del campo dimensionale (figura 2).
Per i fori, le lettere dalla A alla H corrispondono ad una zona di tolleranza tutta al di sopra della linea dello zero, cioè caratterizzata da uno scostamento fondamentale positivo, cioè il più prossimo alla dimensione nominale, positivo, mentre per le lettere da K a ZC la zona di tolleranza è tutta al di sotto della linea dello zero (con un’eccezione per K) e lo scostamento fondamentale è negativo. Le lettere J e JS definiscono una zona di tolleranza a cavallo della quota nominale.
Per gli alberi, le lettere da a ad h, corrispondono ad una zona di tolleranza sotto la linea dello zero (scostamento fondamentale negativo), quelle dalla k alla zc al di sopra (scostamento fondamentale positivo) e j e js a cavallo.
I valori numerici degli scostamenti fondamentali possono essere ricavati da tabelle, rispettivamente per gli alberi e i fori, in funzione dei gruppi di dimensioni.
Combinando in modo opportuno la tolleranza del foro e dell’albero, si possono ottenere i campi di interferenza o di gioco desiderati, in funzione delle necessità funzionali. Sebbene i campi desiderati possano in linea di principio essere ottenuti con molteplici combinazioni di posizioni di foro e albero, nella pratica ci si limita alle combinazioni foro base, che utilizzano fori corrispondenti alla lettera H, cioè con dimensione minima pari alla nominale, ed albero base, per le quali si ha un albero h, cioè con dimensione massima uguale alla nominale. Nella maggioranza dei casi, si privilegia la prima (foro base), con alcune eccezioni nelle quali invece si preferisce utilizzare il sistema albero base, come ad esempio nel caso in cui uno stesso albero si debba accoppiare, nello stesso assieme, con due fori con necessità di gioco e/o interferenza diversi.
Nella scelta del grado normalizzato, sovente si utilizza una qualità migliore per l’albero di un punto, tenuto conto della maggiore facilità con la quale si possono lavorare le superfici cilindriche esterne rispetto a quelle interne.
Sul disegno, le tolleranze vengono specificate singolarmente sulle quote rilevanti dal punto di vista funzionale ed in particolare per quelle coinvolte negli accoppiamenti, mentre per le altre quote si specificano delle tolleranze generali, tipicamente più ampie rispetto alle precedenti.
Oltre alle tolleranze dimensionali, vi sono le tolleranze geometriche, o di forma e posizione, che non sono qui trattate.
