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RUGOSITÀ E ZIGRINATURA

Appunti di Tecnologie Meccaniche e Applicazioni

Rugosità superficiale

Se immaginiamo di effettuare una lavorazione di tornitura cilindrica di un perno i parametritecnologici potrebbero essere questi:

Appunti di Tecnologie Meccaniche e Applicazioni 2

• D= diametro del perno da tornire;

• d= diametro del perno tornito;

• a= avanzamento in mm/giro;

• p= profondità di passata p = (D-d)/2;

• R= raggio di raccordo della puntadell’utensile;

• n= numero di giri del mandrinogiri/min.

Ad occhio nudo potrebbe sembrare che la superficie S sia perfettamente liscia, ma se siingrandisce la parte lavorata, si osserva che la superficie è formata da tracce elicoidali lasciatedall’utensile.

La profondità di questi solchi dipende principalmente da i seguenti fattori:

• Più è grande l’avanzamento a, più saranno profondi i solchi;

• Più è grande il raggio di raccordo R della punta dell’utensile, meno saranno profonde letracce. Di contro aumentano le vibrazioni che peggiorano la finitura.

Introduzione

Le superfici degli oggetti reali sono di solito affette da irregolarità microgeometriche. Taliirregolarità possono essere casuali (tipico nei pezzi prodotti per fusione), ovvero avere degliandamenti preferenziali (frequente in pezzi sottoposti a lavorazioni alle macchine utensili).


Le irregolarità superficiali si misuranoimmaginando di sezionare lasuperficie secondo un piano, dettopiano di rilievo, ortogonale allasuperficie stessa. Il profilo reale è lalinea risultante dall'intersezione dellasuperficie reale con il piano di rilievo.

La misura della rugosità si effettuaattraverso uno strumento chiamatorugosimetro. Il rugosimetro funzionain maniera analoga alla puntina dagrammofono, registrando le asperitàdella superficie. Si ottiene un profilodel tipo di quello indicato a fianco. Lalunghezza di base (L) è dell’ordine diqualche millimetro.

x

Lunghezza di base (L)

yProfilo rilevato

Linea media del profilo

A partire dal profilo misurato è opportuno estrarre determinati parametri sintetici checaratterizzino il profilo.

Innanzitutto le coordinate del profilo rilevato sono riferite ad uno zero dello strumento cheè poco significativo. Occorre riportarle ad un sistema di riferimento indipendente dallostrumento. A tale scopo si definisce la linea media del profilo come la linea per la quale èminima la somma delle distanze al quadrato dei punti del profilo dalla linea stessa.


x


yProfilo rilevato

Linea media del profilo

Per semplicità consideriamo la lineamedia pari a:

𝑦 = 𝑖=1

𝑛 𝑦𝑖

𝑛

Nota bene i valori yi vengono inseriticon il loro segno.

Rugosità Ra

Assunto come asse xm la linea media del profilo, si definisce il parametro di rugosità Ra

(rugosità media) come il valore medio (espresso in µm) delle ordinate (y1, y2, … yn) delprofilo rispetto alla sua linea media. Nel dominio continuo si ha quindi la seguentedefinizione:


xm


yyi

La rugosità Ra fornisce un valore di finitura superficiale medio che non discrimina peròil tipo di irregolarità. Ad esempio pochi picchi elevati potrebbero sortire lo stesso effettodi molti picchi più bassi.

Operativamente il rugosimetro fornisce un valore di Ra calcolato su una lunghezzamaggiore della lunghezza di base (lunghezza di esplorazione). Il valore che ne risulta è lamedia dei valori calcolati su più lunghezze di base.

𝑅𝑎 = 𝑖=1

𝑛 𝑦𝑖

𝑛

Misurazione della rugosità

La misura della rugosità Ra (come pure degli altri parametri che verranno di seguitointrodotti) normalmente si esegue rilevando il profilo lungo un certo numero di lunghezze dibase L. La somma delle lunghezze di base rilevate rappresenta la lunghezza divalutazione (Ln). La lunghezza di valutazione usuale è pari a cinque volte la lunghezza dibase.


Tabella della lunghezza di base e della lunghezza di valutazione in funzione di Ra

Principio di funzionamento del rugosimetro

TastatoreLunghezza di valutazione

Piano sezionatore

Superficie

Profilo

Valori di rugosità e loro applicazioni


Indicazione della rugosità a disegno (secondo UNI ISO 1302)


Simbolo utilizzato per l’indicazione della rugosità a disegno.

a = valore della rugosità Ra.

b = prescrizioni particolari di lavorazione.

c = valore della lunghezza di base espresso in mm.

d = simbolo dell’orientamento preferenziale dei solchi.

e = sovrammetallo di lavorazione in mm.

f = indicazione di altri parametri di rugosità diversi da Ra (Rz, lt ecc.).

Il simbolo può essere applicato direttamente sulla traccia della superficie, su una linea che rappresenta il prolungamento della stessa o su una linea di richiamo.

Varianti del simbolo base:

Indica superficie da ottenersi senzaasportazione di truciolo (asportazione ditruciolo non consentita).

Indica superficie da ottenersi conasportazione di truciolo (asportazione ditruciolo richiesta).

Indica che tutte le superfici del pezzo devonoavere quel valore di rugosità.

Direzioni preferenziali dei solchi


Segni grafici per l’indicazione dei solchi di rugosità.

SIMBOLO SIGNIFICATO

Solchi paralleli al piano di proiezione della vista sulla quale è applicato il segno grafico

Solchi ortogonali al piano di proiezione della vista sulla quale è applicato il segno grafico

Solchi incrociati in direzioni oblique rispetto alpiano di proiezione della vista sulla quale èapplicato il segno grafico

Solchi approssimativamente circolari rispettoal centro della superficie sulla quale è applicato ilsegno grafico

Solchi approssimativamente radiali rispetto alcentro della superficie sulla quale è applicato ilsegno grafico

Solchi multidirezionali

=

X

C

R

M

Relazione tra tolleranza dimensionale e rugosità


Una determinata tolleranza dimensionale impone, automaticamente dei limiti alla rugosità che quella superficie può avere.

Non è vero il contrario: assegnare una certa rugosità non implica l’assegnazione di una determinata tolleranza dimensionale.

Relazione tra metodo di fabbricazione e rugosità


Si riportano valori indicativi della rugosità in funzione del processo produttivo.

Rugosità richiesta in funzione delle applicazioni


L’indicazione di un grado di rugosità basso (comunque minore di quello abituale dell’officina)comporta quasi sempre un aumento dei costi di produzione. È quindi bene prescriverevalori di rugosità bassi solo per quelle superfici che effettivamente lo necessitino da unpunto di vista funzionale (valore più grande possibile compatibilmente con le funzionalità delpezzo).

RUGOSITÀ (Ra, m) APPLICAZIONE

Piani di appoggio di micrometri, specchi e blocchi di riscontro0.025

Cost

i dip

roduzi

one

Facce di calibri d’officina e piani di appoggio comparatori0.05

Facce di calibri a corsoio. Utensili di precisione. Perni di articolazione. Superfici a contatto per tenuta fluidi senza guarnizione.

0.1

Camme, supporti di alberi a gomiti e a camme. Guide tavole macchine utensili. Cuscinetti reggispinta ad alte velocità.

0.2

Alberi scanalati. Superficie interna cilindri di motori. Bronzine. Valvole e saracinesche.

0.4

Tamburi, freni. Denti di ingranaggi. Superfici di parti scorrevoli a contatto (pattini e guide).

Superfici di tenuta con guarnizioni in gomma. Carter di riduttori e ingranaggi. Testate cilindri.

0.8

1.6

3.2

Confronto tra i vecchi simboli di rugosità ed i nuovi


La vecchia normativa per identificare il livello di finitura superficiale si usavano inserire unnumero crescente di triangoli capovolti, il numero massimo era tre (Superficie Rettificata) main maniera convenzionale si iniziò ad usare anche quella con quattro triangoli capovolti(Superficie Lappata).

Uso dei segni grafici nel disegno


a) Si richiede la stessa rugosità superficiale per tutte le superfici del pezzo, l’indicazionepuò essere fatta con un segno grafico generale, posto presso la vista del pezzo o nelriquadro delle descrizioni;

b) Se nello stesso pezzo ci sono delle superfici con rugosità diversa, accanto al segnografico generale, tra parentesi, vengono riportati i segni relativi a stati particolari.Questi devono essere riportati anche sulle corrispondenti superfici del disegno.

Zigrinatura


La zigrinatura è una deformazione plastica di compressione, praticata sulle superficicilindriche mediante rulli zigrinati, per migliorarne l’aderenza.

Le dimensioni, le forme e le regole per larappresentazione convenzionale delle superficizigrinate, vengono normalizzate dalla tabella.

• Passo p: è la distanza perpendicolare tra duerigature successive. Viene espresso in millimetri,scelto tra quelli previsti e qui riportati:

O,5 – 0,6 – 0,8 – 1 – 1,2 – 1,5 – 1,6 – 2

• Angolo del profilo α: è l’angolo che forma il

profilo zigrinato, in una sezione perpendicolare

alle rigature. Viene indicato solo se diverso a 90°;

• Diametro nominale d1: è il diametro esterno che

si ottiene dopo aver effettuato la zigrinatura;

• Diametro di rullatura d2: è il diametro del

pezzo prima dell’esecuzione della zigrinatura.

Quando la quota d1 è funzionale, occorre

calcolare d2 con la relazione in tabella;

• Forma: l’unificazione prevede sette forme,

identificate da una lettera maiuscola riportate in

tabella.

Designazione e rappresentazione convenzionale


La designazione completa di una zigrinatura è composta:

• Dalla denominazione “Zigrinatura”;

• Dal riferimento alla norma UNI 149;

• Dal simbolo di identificazione della forma;

• Dal valore del passo espresso in millimetri;

• Dal valore dell’angolo del profilo α, se diverso da 90°.

Esempi di Zigrinatura:

Zigrinatura spinata incavata, p=0,8 mm, α=90°:

Zigrinatura UNI 149 – E 0,8

Zigrinatura incrociata in rilievo, p=1 mm, α=105°:

Zigrinatura UNI 149 – G 1 x 105° Rappresentazione convenzionale delle zigrinature:

a) Designazione completa; b) designazione abbreviata.

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