Trucchi e segreti per una corretta applicazione del controllo di coassialità e concentricità
Molti progettisti hanno molta difficoltà a utilizzare i controlli geometrici di coassialità nei disegni tecnici a causa dei diversi significati e interpretazioni che i simboli hanno nelle normative ASME e ISO. Inoltre, non bisogna confondere il concetto di concentricità (riferita ad elementi geometrici con lo stesso centro) con la coassialità (riferita ad elementi geometrici che hanno lo stesso asse).
Il modo più semplice per verificare il significato di una tolleranza geometrica è esaminare due aspetti:
1. Quale elemento viene controllato.
2. La forma, le dimensioni, la posizione e l’orientamento della zona di tolleranza.
Coassialità e concentricità nelle norme ISO
Secondo gli standard ISO, la coassialità è un controllo specifico della tolleranza di posizione e viene definita come una condizione in cui la linea dell’asse (linea mediana) di una superficie assialsimmetrica sia contenuta in una zona di tolleranza cilindrica, il cui asse è coincidente col datum. La tolleranza di coassialità viene sempre applicata a una linea mediana derivata di un elemento cilindrico (feature of size) come in figura 1. In questo caso la linea mediana estratta del foro deve essere contenuta all’interno di un cilindro di diametro 0.1 mm, il cui asse è il datum A, ottenuto dal cilindro associato al datum feature A. Nelle norme ISO, non vi è alcuna differenza nell’utilizzare il simbolo di posizione o di coassialità. Ad esempio, in entrambi i casi di figura 2, l’elemento controllato è la linea mediana derivata e la zona di tolleranza è un cilindro di diametro 0.2 perpendicolare al datum A, parallelo al datum B e situato a distanza zero da esso. Pertanto, secondo gli standard ISO, il significato dei due disegni è identico in termini di requisiti di progettazione o di controllo richiesto.
Nelle norme ISO la concentricità è la condizione di un punto centrale di un elemento circolare che deve essere coincidente con un altro punto centrale preso come riferimento. La figura 3 illustra l’indicazione di una tolleranza di concentricità applicata a un punto centrale di una feature of size, utilizzando il modificatore ACS (Any Cross Section) per denotare che la concentricità si applica a ogni sezione trasversale. La stessa figura mostra l’interpretazione della zona di tolleranza: il punto centrale di ogni elemento circolare interno (ottenuto associando un cerchio alla superficie interna) deve stare all’interno di una zona di tolleranza circolare di diametro 0.1 mm, avente centro coincidente con quello del cerchio associato esterno (definito come datum A). L’utilizzo più tipico della concentricità può essere la verifica del bilanciamento di un organo rotante nonostante che il controllo venga influenzato dalla disomogeneità del materiale.
Applicando il requisito di massimo materiale (MMR, Maximum Material Requirement) alla tolleranza di coassialità, si ottiene il controllo di un contorno virtuale (MMVS Maximum Material Virtual Size) con il vantaggio di ottenere un aumento della tolleranza (fig. 4); in questo caso il contorno dei due fori non può violare la zona di tolleranza costituita da due cilindri coassiali (di diametro 49.9 e 29.6 mm). Naturalmente deve essere rispettata anche la tolleranza dimensionale.
La tolleranza di coassialità e concentricità nella norma ASME
I simboli di concentricità e simmetria sono stati rimossi dall’edizione 2018 dello standard ASME Y14.5, eliminando la confusione che circondava questi simboli e la loro errata applicazione (molte aziende come General Motors avevano vietato l’uso di queste tolleranze decenni prima). Infatti, il simbolo di concentricità adottato nelle versioni 1994 e 1982 di Y14.5 è sempre stato controverso e complicato da applicare. Il simbolo controllava la posizione dei punti medi degli elementi diametralmente opposti di una superficie di rivoluzione rispetto a un datum e questo controllo è raramente considerato un requisito funzionale.
Riassumendo, nel caso della normativa ASME (prima del 2018), se la tolleranza di concentricità viene riferita a superfici di rivoluzione, in ogni sezione i punti medi degli elementi diametralmente opposti della superficie devono essere contenuti entro una zona di tolleranza cilindrica il cui asse coincide con l’asse di riferimento A (fig. 5). Naturalmente, per ottenere i punti opposti, le linee di quota devono passare per il centro del cerchio di inviluppo minimo associato. Dimostrata quindi la complessità e la difficoltà della verifica dell’errore di concentricità, le norme americane ne sconsigliano l’utilizzo nei disegni tecnici, preferendo come ottima alternativa la tolleranza di posizione.
A differenza delle norme ISO, secondo lo standard ASME del 2009, solo il disegno di destra della figura 6 controlla la coassialità (il disegno di sinistra controlla la concentricità). Nell’indicazione di coassialità, l’elemento controllato non è più una linea mediana, ma è l’asse del cilindro più piccolo circoscrivibile (AME, Actual Mating Envelope) che deve essere contenuto in una zona di tolleranza cilindrica, di diametro 0.2 mm, perpendicolare al datum A e il cui asse coincide col datum B.
