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La norma ASME Y14.5 definisce cinque categorie di tolleranze GD&T in base agli aspetti che controllano: forma, orientamento, posizione, profilo ed eccentricità.
All’interno di ciascuna categoria sono presenti diverse tolleranze. Il parallelismo, insieme all’ angolarità ed alla perpendicolarità, appartiene alla categoria dell’orientamento, dove tutte le tolleranze controllano le relazioni angolari tra le lavorazioni.
Cosa si intende per parallelismo (GD&T)?
Il parallelismo è una tolleranza di orientamento in GD&T che mantiene un elemento (un piano, un asse o un piano centrale) equidistante da un piano o da un asse di riferimento lungo tutta la sua lunghezza (allineamento a 0°). In sostanza, garantisce che il piano o l’asse sotto controllo sia mantenuto rigorosamente parallelo ad uno o più piani o assi di riferimento.
Siccome controlla rigorosamente l’orientamento e non la posizione, l’elemento deve mantenere una distanza costante dal riferimento lungo la sua lunghezza, indipendentemente dalla sua posizione fisica nello spazio.
Il parallelismo può essere applicato a tre tipi principali di elementi:
- Parallelismo di superficie: mantiene una superficie parallela ad una di riferimento, che in genere è una superficie di accoppiamento. Questa rappresenta l’applicazione più comune.
- Parallelismo di asse: controlla l’asse centrale di elementi dimensionali, come perni e fori.
- Parallelismo del piano centrale: controlla il piano mediano di elementi (come scanalature e linguette) paralleli ad un’altra superficie. Il piano medio si ottiene calcolando la media delle ordinate sull’area di questi elementi.
Tuttavia, il parallelismo non è sempre la scelta corretta. La tabella seguente aiuta i progettisti a decidere rapidamente quando utilizzarlo.
| Obiettivo funzionale | Utilizzare il parallelismo? | Alternativa migliore se non… |
| Mantenere una faccia allineata ad una superficie di riferimento | Sì | La planarità è importante solo se conta la forma locale. |
| Mantenere l’asse del foro parallelo alla base | Sì | Anche la posizione dell’asse è fondamentale. |
| Mantenere una superficie a 30° o 45° rispetto ad un punto di riferimento | No | Angolarità |
| Mantenere una forma di superficie piatta senza fare riferimento ad altre lavorazioni | No | Planarità |
Suggerimenti di progettazione
- NON usare il parallelismo quando è importante la posizione → utilizzare la posizione
- NON utilizzare il parallelismo per controllare la planarità → utilizzare la planarità
- Utilizzare il parallelismo degli assi solo se la rotazione/l’adattamento dipende dall’allineamento
Esempio: Giunti flangia
La tolleranza di parallelismo viene spesso utilizzata per allineare le superfici delle flange nelle tubazioni industriali. Le flange accoppiate devono essere parallele entro una tolleranza specificata per garantire un giunto correttamente allineato e a tenuta stagna.
Mentre il disallineamento di offset è controllato dalla posizione o dalla coassialità, il disallineamento angolare è controllato principalmente dal parallelismo (spesso integrato dalla planarità o dal profilo della superficie). Applicando una tolleranza di parallelismo ad una delle superfici della flangia e utilizzando l’altra come riferimento principale, i progettisti garantiscono una distribuzione uniforme del carico tra i bulloni, una guarnizione pressata in modo uniforme e un rischio minimo di problematiche.
La zona di tolleranza del parallelismo
La zona di tolleranza del parallelismo è un limite fisico che definisce la variazione ammissibile della superficie controllata. Il componente si adatterà e funzionerà in modo soddisfacente finché tutti i punti della lavorazione controllata si troveranno all’interno di questa zona.
- Per il parallelismo tra superficie e piano centrale: la zona di tolleranza è definita di default da due piani paralleli. La distanza tra questi piani rappresenta il limite di tolleranza. Ad esempio, se la tolleranza di parallelismo di una superficie è di 0,05 mm, tutti i punti di tale superficie devono trovarsi all’interno di due piani paralleli distanziati esattamente di 0,05 mm.
- Per il parallelismo degli assi: la zona di tolleranza è un inviluppo cilindrico definito attorno all’asse mediano derivato. Affinché il componente superi il controllo, tutti i punti dell’asse devono trovarsi interamente all’interno di questo cilindro.
Conformazione del riquadro di controllo della funzione di parallelismo
La tolleranza di parallelismo viene applicata ad un disegno CAD tramite un frame di controllo delle caratteristiche. Questo riquadro è composto da tre blocchi distinti: il blocco dei simboli GD&T, quello delle tolleranze ed il blocco dei riferimenti.
Il simbolo di parallelismo GD&T (secondo ASME Y14.5) è costituito da due linee parallele inclinate di circa 60° rispetto all’orizzontale.
1. Il blocco del simbolo GD&T
Questo blocco informa l’utente sulla tolleranza geometrica applicata. Ogni tolleranza in GD&T ha un simbolo specifico posizionato in questo primo blocco. Il simbolo di parallelismo GD&T secondo ASME Y14.5 è costituito da due linee parallele inclinate di circa 60° rispetto all’orizzontale.
2. Il blocco della tolleranza
Questo blocco descrive come viene applicata la tolleranza, definendo la forma della zona, il valore e le condizioni del materiale.
- Forma della zona: per il parallelismo degli assi, si utilizza un simbolo di diametro (Ø) per specificare una zona cilindrica. Il parallelismo delle superfici utilizza due piani paralleli, che è l’impostazione predefinita GD&T e non richiede simboli speciali.
- Valore di tolleranza: indica il diametro del cilindro (per gli assi) o la distanza tra i due piani (per le superfici). Secondo la regola n. 1 GD&T (il principio dell’inviluppo), la tolleranza di parallelismo non può superare la tolleranza dimensionale specificata per l’elemento.
- Modificatori del materiale: i modificatori delle condizioni del materiale (MMC o LMC) possono essere applicati al parallelismo degli assi e del piano centrale per controllare le dimensioni degli elementi (come fori o perni). Poiché questi modificatori dipendono dalle dimensioni, non sono validi per le superfici piane. Secondo la norma ASME Y14.5, se non viene specificato alcun modificatore, la tolleranza predefinita è “Indipendentemente dalle dimensioni dell’elemento” (RFS).
3. Il blocco datum
Siccome il parallelismo è un controllo di orientamento, esso richiede un elemento di riferimento (datum) rispetto al quale confrontarlo. Il datum definisce l’orientamento di riferimento e limita i gradi di libertà dell’elemento controllato.
Il datum è alloggiato nel blocco di riferimento, che si trova subito dopo il blocco di tolleranza.
- Il parallelismo tra superficie e piano centrale richiede un solo datum.
- Il parallelismo tra assi può richiedere uno o due datum, a seconda della complessità del pezzo.
- In genere, il parallelismo non viene mai specificato con tre datum. La superficie più grande e stabile viene solitamente scelta come riferimento primario. È possibile utilizzare più riferimenti primari o secondari. Quando si fanno riferimento a due datum primari o secondari, come A e B, questi vengono specificati insieme nello stesso blocco di controllo delle lavorazioni, separati da un trattino (A-B).
Comprensione della tolleranza bonus
Quando il parallelismo dell’asse o del piano centrale viene utilizzato insieme a un modificatore MMC o LMC, diventa idoneo per la tolleranza bonus.
La tolleranza bonus è un errore aggiuntivo consentito nel parallelismo che si verifica quando una dimensione si discosta dalla condizione del materiale specificata nel riquadro di controllo della lavorazione. Viene calcolata come la differenza tra la dimensione effettivamente misurata e la dimensione MMC/LMC.
- Per le lavorazioni interne (fori): la tolleranza aggiuntiva cresce all’aumentare delle dimensioni fisiche. (Ad esempio, un foro con un MMC di 10,00 mm ed una dimensione effettiva di 10,10 mm ottiene una tolleranza aggiuntiva di 0,10 mm).
- Per le lavorazioni esterne (perni): la tolleranza aggiuntiva aumenta al diminuire delle dimensioni fisiche. (Ad esempio, un albero con un MMC di 10,00 mm ed una dimensione effettiva di 9,90 mm ottiene una tolleranza aggiuntiva di 0,10 mm).
La tolleranza di parallelismo totale ammissibile è la somma della tolleranza dichiarata nel sistema di riferimento più la tolleranza bonus calcolata.
Parallelismo vs. altri simboli
Il parallelismo può talvolta essere confuso con altre annotazioni, poiché possono sembrare riferirsi ad aspetti simili di una lavorazione. Per evitare una progettazione eccessiva o un’errata applicazione delle tolleranze, è fondamentale comprendere in che modo il parallelismo si differenzia dalle annotazioni GD&T visivamente simili.
Parallelismo vs. Planarità
Sia il parallelismo che la planarità si applicano alle superfici piane e utilizzano una zona di tolleranza costituita da due piani paralleli.
- La planarità è un controllo di forma, simile alla rettilineità, alla circolarità e alla cilindricità.
- Non fa riferimento a un piano di riferimento, ma riguarda esclusivamente la forma della superficie stessa.
- Il parallelismo è un controllo di orientamento, che mantiene un allineamento di 0° rispetto ad un piano di riferimento specifico. Una superficie può essere perfettamente piana, ma non superare comunque un controllo di parallelismo se è inclinata rispetto al piano di riferimento.
Parallelismo vs. Angolarità
Entrambi sono controlli di orientamento relativi a un datum.
- Il parallelismo crea rigorosamente una zona di tolleranza parallela (0°) al piano di riferimento.
- L’angolarità crea una zona di tolleranza angolare e viene utilizzata per angoli non paralleli/non perpendicolari compresi tra 0° e 90° (ad esempio, 30°, 45°). Una superficie inclinata di 2° rispetto a un piano di riferimento non supererà il controllo di parallelismo, ma potrebbe superare un controllo di angolarità se è specificata una tolleranza di 2°.
| Controllo | Datum richiesto | Controlli | Impiego tipico |
| Planarità | No | Forma della superficie | Forma della superficie di tenuta o di contatto |
| Parallelismo | Sì | Orientamento 0° | Facce di accoppiamento, assi allineati |
| Angolarità | Sì | Angolo diverso da 0 | Superfici inclinate |
| Posizione | Sì | Posizione e orientamento delle caratteristiche dimensionali | Fori, perni, tasche negli assemblaggi |
Come misurare il parallelismo?
Il parallelismo è una tolleranza di orientamento che viene sempre applicata rispetto ad uno specifico elemento di riferimento. Per la misurazione del parallelismo, l’ispezione deve essere eseguita rispetto a tale datum.
Esistono diversi metodi affidabili per la misurazione del parallelismo. Il più preciso è l’utilizzo di una macchina di misurazione a coordinate (CMM). Nei casi in cui ciò non sia possibile, un comparatore a quadrante con simulatore di riferimento, come ad esempio un piano di riscontro, può generalmente fornire risultati soddisfacenti.
Macchine di misurazioni a coordinate
Riservata ad esigenze di elevata precisione, una macchina di misura a coordinate (CMM) è in grado di misurare il parallelismo di superfici, assi e piani centrali con notevole accuratezza. La CMM scansiona diversi punti sulla superficie di riferimento per stabilire il datum, quindi scansiona la superficie superiore.
Il software calcola la distanza minima necessaria per interpolare due piani paralleli contenenti tutti i punti della superficie superiore; questa distanza rappresenta l’errore di parallelismo. Pur essendo estremamente precise, le CMM sono costose, poco portatili e richiedono una manutenzione annuale onerosa, pari a circa il 15-20%.
Piano di riscontro e comparatore a quadrante
Un metodo comune e portatile utilizzato in officina prevede l’impiego di un piano in granito e di un comparatore a quadrante. La superficie di riferimento del pezzo viene posizionata direttamente sul piano pulito, che funge da elemento simulatore del datum.
La sonda del comparatore entra in contatto con la superficie superiore e viene fatta scorrere lungo il pezzo. La differenza tra la lettura più alta e quella più bassa registrate determina il valore di tolleranza del parallelismo. (Ad esempio, una lettura massima di 0,08 mm e una minima di 0,02 mm corrispondono ad un errore di parallelismo di 0,06 mm).
Interferometro laser e autocollimatore
Per componenti di dimensioni estremamente grandi o non movimentabili, gli interferometri laser e gli autocollimatori rappresentano le soluzioni di ispezione ideali.
Questi strumenti analizzano le deviazioni angolari o i modelli di interferenza in un fascio di luce riflesso per raggiungere una precisione sub-micrometrica. Tuttavia, sono altamente sensibili a fattori ambientali come la dilatazione termica, l’umidità e la turbolenza dell’aria.
Padroneggiare i controlli di orientamento
Il parallelismo è una tolleranza di orientamento fondamentale nel GD&T (Geometric Design and Toleration) ed è cruciale per la produzione affidabile di superfici parallele. Mantenendo una spaziatura ed un allineamento uniformi entro i limiti e gli accoppiamenti richiesti, garantisce un corretto assemblaggio, una tenuta stagna ed un’affidabilità meccanica a lungo termine.
Comprendendo le sue specifiche zone di tolleranza e le condizioni del materiale, gli ingegneri possono applicare il parallelismo in modo efficace senza aumentare inutilmente i costi di produzione.
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