QUOTATURA e LAVORAZIONI SUPERFICIALI

La quotatura è l'insieme delle linee di misura, dei relativi riferimenti, dei simboli e dei valori numerici che definiscono quantitativamente le caratteristiche dimensionali e geometriche di una parte o di un assieme. E' effettuata secondo opportune norme e criteri, fornisce ulteriori prescrizioni non solo dimensionali, ma anche geometriche e tecnologiche, come ad esempio il grado di precisione delle lavorazioni, la finitura delle superfici, il tipo di unione fra le parti di un assieme e altri requisiti di ciò che si desidera fabbricare. Non è univoca.

Le quote sono l'insieme delle linee di misura, dei relativi riferimenti e dei valori numerici che definiscono quantitativamente le dimensioni di una parte o di un assieme. Sono obbligatorie.

Dal momento che la scala di rappresentazione è nota, perché non rilevare le quote direttamente sul foglio di disegno o sul modello CAD? 

1) Sarebbe un’operazione inutilmente laboriosa, lenta e difficoltosa 

2) Le quote, apposte secondo determinati criteri, forniscono ulteriori informazioni, non solo dimensionali 

3) Vanno indicate solo una volta nel foglio, mai la stessa misura su più viste.

Linea di riferimento: Segmenti rettilinei che puntano gli elementi di cui si vuole indicare la quota. Sono tracciate con linee continue fini. 

Linee di misura: Segmenti rettilinei o archi di circonferenza (per quote angolari), delimitati da opportuni terminatori (frecce o altri simboli approvati) che rappresentano la dimensione che si vuole prescrivere. Sono tracciate anch’essi con linee continue fini.

Designazione della quota: Simbolo che precede il valore numerico della quota e che caratterizza la caratteristica quotata (es. superficie cilindrica o spianata, filettatura...) 

Quotatura in serie, in parallelo e combinata

Le quote “mancanti” possono essere derivate da quelle esplicite. Dunque una quotatura vale l’altra? Assolutamente NO. Nell’assegnare le quote dobbiamo tenere conto di: 

A. Variabilità nei processi di fabbricazione 

B. Funzionalità della parte nell’assieme 

C. Tecnologie di fabbricazione 

A. Variabilità nei processi di fabbricazione 

Il disegno tecnico è una rappresentazione della forma ideale (nominale) del pezzo.

In realtà, il pezzo effettivamente fabbricato sarà sempre affetto da un certo scostamento dimensionale e geometrico (più o meno grande) rispetto a quello assegnato. Si avrà una gaussiana più o meno ampia. A migliore precisione di lavorazione corrisponderà una minore variabilità delle parti prodotte, ma maggiori costi.

In serie:se si vuole precisare le dimensioni delle singole parti a scapito dell’ingombro complessivo. Se, per qualche motivo, la lavorazione della parte comporti sempre un errore in eccesso di 0.1mm rispetto alle dimensioni indicate dalle quote. L'ingombro massimo non importa. Lo scavo centrale è largo 40.1 mm, ma ogni riferimento è affetto da un errore cumulato con quello relativo alla quota precedente In particolare l’ingombro complessivo cresce di 0.3mm! 

In parallelo: è più importante l'ingombro complessivo. Le quote indicate sono affette da un errore (±0.1mm) indipendente quello delle altre. Lo scavo (S) è affetto da un errore di 0.2mm, nonostante la tolleranza generale fosse di ±0.1mm.

--> Una quota “derivata” è soggetta ad un errore che dipende da quelli delle singole quote esplicite da cui essa deriva. A parità di precisione di lavorazione, presenteranno un intervallo di variazione maggiore rispetto a quelle esplicitamente definite. Quotare bene significa anche assegnare al pezzo la minore precisione (ovvero minor costo) possibile, compatibile con la sua funzionalità.

L’insieme delle quote nelle varie viste deve essere strettamente necessario e sufficiente alla caratterizzazione completa e senza ambiguità dell’oggetto rappresentato:

• Non vi devono essere quote ripetute per lo stesso elemento geometrico, anche in viste differenti 

• Le quote devono essere disposte in modo che, anche ruotando il foglio da disegno di 90° in senso orario, possano essere lette sempre al di sopra della linea di misura 

Il disegno deve essere completo rispetto al suo scopo (es. fabbricazione, montaggio,...): solo i requisiti indicati sul disegno o sulla documentazione ad esso associato sono realizzati e verificati :

• Le quote si indicano sempre dimensioni nominali, cioè ideali, anche se la dimensione effettivamente realizzata si troverà sempre discostata

• Per essere completo dovrà specificare, direttamente o indirettamente, per ogni dimensione nominale non ausiliaria, gli scostamenti minimi e massimi ammissibili (tolleranza)

• Il valore delle dimensioni nominali non dipende dalla scala di esecuzione

• Le quote relative ad un elemento geometrico (es. foro, cava, ecc.) devono essere poste sulla vista che meglio lo caratterizza in termini di posizione e grandezza 

• Bisogna evitare, per quanto possibile, che le linee di riferimento si intersechino

• Negli oggetti assial-simmetrici in una semi-vista semi-sezione, è opportuno disporre da una parte le linee che si riferiscono alle dimensioni interne e dall’altra quelle relative alle dimensioni esterne 

• In molti casi il valore della quota è preceduto da un simbolo che designa la geometria dell’elemento quotato 

• Tutte le quote relative al diametro di circonferenze devono essere precedute dal simbolo Ø. Tale simbolo indica che il valore numerico prescritto è riferito agli infiniti diametri passanti per il centro della circonferenza e non solo alla distanza individuata fra le linee di riferimento. 

• Le quote riferite a raggi sono precedute dalla lettera R 

• Dei raccordi si quota sempre il raggio. Di un foro si quota sempre il diametro. 

LINEE DI RIFERIMENTO 

Hanno direzione perpendicolare alla dimensione da misurare. Solo in casi particolari si ricorre a linee di riferimento oblique parallele. Assi di simmetria, tracce di piani e linee di contorno del pezzo, possono essere usate come linee di riferimento, non come linee di misura 

In presenza di raccordi o smussi le linee di riferimento sono tracciate con l’origine nelle intersezioni fittizie dei pezzi raccordati o smussati ottenute prolungando le due linee di contorno concorrenti, mediante linee continue fini che proseguono poco oltre l’incrocio virtuale.

Le quote non dovrebbero mai essere riferite ad elementi non in vista (spigoli e parti nascoste del pezzo). Eventualmente è preferibile sezionare il pezzo in modo che tali parti risultino in vista nella sezione 

Quando non esiste pericolo di ambiguità, la dimensione di elementi identici nella medesima vista può essere quotata una sola volta anteponendo alla quota del singolo elemento il numero di ripetizioni seguito dal simbolo “x”. La posizione di tutti degli elementi ripetuti deve essere comunque univocamente determinata. 

La quota di posizione degli elementi ripetitivi deve essere sempre univocamente determinata. Per elementi equispaziati lungo una circonferenza è possibile omettere le quote angolari solo quando la loro posizione relativa è evidente di per sé (es. fori praticati in corrispondenza di assi di simmetria) 

Le linee di quota possono essere rappresentate per metà nei seguenti casi: 

• Quote riferite a diametri 

• Quote di caratteristiche simmetriche rispetto all’asse 

• Quote di cui uno dei riferimenti non è presente sul disegno o è implicito

• In tali casi, l’estremità monca della linea di quota deve oltrepassare l’asse in maniera visibile. Per esigenze di chiarezza è possibile anche alternare le linee di quota 

Smussi: Angolo e la lunghezza in direzione assiale, poiché durante l’operazione di tornitura il movimento dell’utensile avviene in senso assiale. Come nel caso della quotatura dei raccordi, è possibile riportare l’indicazione scritta “smussi non quotati”. Non si quotano mai gli smussi in serie con altre quote (poiché vengono ottenuti indipendentemente, alla fine della lavorazione). La prima immagine va bene, la seconda no.

Quotatura di quadri: si usa un simbolo a forma di quadrato posto prima della dimensione. Quando tali elementi sono posti perpendicolarmente all’asse longitudinale, non si deve usare il suddetto simbolo (quindi in sezione no). 

Conicità: Rapporto tra la differenza tra i diametri D e d di due sezioni di un cono e la distanza L tra di esse misurata in senso assiale. Normativa UNI EN ISO 1119. 

B. Funzionalità della parte nell’assieme 

Nella pratica industriale non è sufficiente che la quotatura di una parte sia completa da un punto di vista dimensionale/geometrico. Deve innanzitutto assicurare la funzionalità dell’assieme finito nonostante la variabilità dei processi di fabbricazione. Si definiscono quote funzionali le quote essenziali alla funzionalità dell’oggetto. In pratica si tratta delle quote relative ad accoppiamenti fra le parti del prodotto. Ove necessario, il progettista specifica esplicitamente degli opportuni intervalli di tolleranza per l’inevitabile variabilità dimensionale. 

La norma usa distinguere le quote in: 

• Quote funzionali: essenziali alla funzionalità dell’oggetto (es. quote relative ad accoppiamenti). Non devono mai essere dedotte da altre quote. Quote esplicite per le quali il progettista può prescrivere dei limiti di variazione tollerati (cd. “tolleranza”). L’osservanza di tali prescrizioni garantisce la funzionalità della parte nell’assieme. Generalmente si tratta di quote relative ad accoppiamenti. Consiste nel pensare il pezzo come parte di un assieme e dunque quotare ed eventualmente assegnare opportune tolleranze tutte quelle dimensioni essenziali per la funzionalità dell’assieme 

• Quote non funzionali (toll. generale): non indispensabili a garantire la funzione dell’assieme, ma necessarie a definire completamente la forma della parte. Vanno assegnate nel modo più significativo rispetto al loro scopo (es. in un disegno esecutivo, le quote non funzionali saranno scelte coerentemente con il ciclo tecnologico di realizzazione del singolo pezzo). 

• Quote ausiliarie (senza prescrizione di toll.): derivabili dalle altre quote, facilitano la lettura, vengono indicate tra parentesi 

Per determinare i riferimenti funzionalmente significativi ed attribuire le relative quote funzionali al disegno seguiamo la seguente procedura: 

1. Verbalizziamo un determinato requisito funzionale (RF) 

2. Individuiamo sul disegno d’assieme uno o più parametri (G) da condizionare rispetto al requisito funzionale (es. G è la dimensione di un gioco) 

3. Traduciamo il requisito funzionale in una relazione dimensionale R (G) (es. G > 0) 

4. Identifichiamo l'insieme minimo di dimensioni (cd. dimensioni funzionali) dei pezzi che compongono l’assieme che permettono l’espressione della relazione R (G) individuata al punto precedente

Quotare l'interasse se io pezzi si devono accoppiare, è l'unica loro caratteristica comune.

C. Tecnologie di fabbricazione 

Per poter dimensionare correttamente un oggetto è bene che il progettista abbia contezza, almeno in linea generale, delle tecnologie di lavorazione col le quali il manufatto verrà realizzato In mancanza, potrebbe capitare di assegnare dimensioni e geometrie in pratica non realizzabili o la cui realizzazione è inutilmente costosa 

• La forma e le dimensioni devono essere coerenti con la tecnologie di fabbricazione 

• Geometria e quotatura dipendono quindi dal particolare ciclo di lavorazione ipotizzato per produrre un componente (fusione, tornitura, fresatura, foratura, stampaggio,...) 

Il processo di lavorazione di un assieme e dei vari particolari è definito da un tecnico (tecnologo di produzione) sulla base dei disegni di progetto e delle tecnologie di produzione effettivamente disponibili. Il “ciclo di lavorazione” è descritto in un documento nel quale viene indicata la successione delle operazioni da svolgere, sono indicati reparti, macchine, utensili, strumenti di misura e di controllo, parametri di taglio, tempi di lavoro e altro. 

Nell’operare la quotatura delle dimensioni non funzionali è opportuno che il progettista tenga conto delle tecnologie con le quali verrà effettivamente realizzato il pezzo. In caso contrario, la produzione sarebbe costretta a ricavare le quote di suo interesse indirettamente o, peggio, modificarle, mettendo a rischio il criterio di quotatura e la funzionalità dell’oggetto.

La conoscenza delle tecnologie di fabbricazione consente di pensare il manufatto come un insieme di caratteristiche realizzative, dette feature, frutto delle diverse lavorazioni. Esempi di feature comuni sono fori, smussi, fori asolati, sedi per linguette e chiavette, cave, denti, gole, ecc. 

Quote di grandezza: Indicano la dimensione voluta per una caratteristica (feature) del manufatto (es. diametro di un foro, raggio di raccordo, lunghezza di uno smusso, cava, angolo di spoglia, ecc.). Per quotare correttamente la grandezza di una feature è bene conoscere la tecnologia con la quale esso verrà realizzato (es. di un foro si quota sempre il diametro e non il raggio perché gli utensili di forma per realizzare un foro sono normalizzati in funzione del diametro nominale). 

Quote di posizione: Indicano la posizione di una caratteristica del manufatto rispetto ad un riferimento di riscontro (superficie, asse, ecc.), il quale dovrebbe essere precisamente individuabile al momento della realizzazione della caratteristica quotata. Pertanto, le quote di posizione sono in relazione con il ciclo di lavorazione della parte. 

Esiste una stretta correlazione fra materiale da utilizzare ed il metodo di fabbricazione. Per esempio: una biella, essendo un pezzo molto sollecitato, deve essere di acciaio ed è realizzata per stampaggio; il carter della scatola ingranaggi invece è fatto in ghisa per poter essere ottenuto per fusione. Talvolta quindi si dà priorità alle caratteristiche meccaniche e al materiale, talvolta al metodo di lavorazione. 

Esiste una relazione tra il disegno di progetto e la lavorazione alle macchine utensili: la precisione di lavorazione richiesta. Sul disegno, oltre le quote, devono essere indicate tolleranze e grado di finitura delle superfici che realizzano gli accoppiamenti. Tolleranze sulle quote e finitura superficiale, oltre a dipendere direttamente dal tipo di macchina utensile utilizzata, sono legate fra di loro: non è possibile ottenere una tolleranza ristretta sulle quote di un pezzo senza prevedere anche un’adeguata lavorazione superficiale 

RISSUNTO

Quotare bene significa assegnare dimensioni all’oggetto rappresentato e prescrivere opportune tolleranze, tenendo conto di: 

• Funzionalità della parte nell’assieme 

• Tecnologia di fabbricazione 

• Modalità di verifica delle dimensioni prescritte 

• Costo del manufatto 

Il progettista userà: 

• Quote funzionali (di posizione o grandezza): per tutti gli accoppiamenti di precisione con altre parti per i quali è necessario garantire un preciso requisito funzionale (incastro, leggero gioco, ecc.) 

• Quote non funzionali (di posizione o grandezza): da disporre in maniera opportuna tenendo conto delle tecnologie di lavorazione e in modo da minimizzareil costo del manufatto. 

• Quote ausiliarie: Fra parentesi, ove necessario per maggiore chiarezza. In ogni caso le quote esplicite (funzionali e non) dovranno essere necessarie e sufficienti a definire univocamente le dimensioni del pezzo. Le dimensioni esplicite rappresentano l’autorità ingegneristica ai fini della verifica dimensionale. 

Da quanto detto è chiaro che la collocazione delle quote sul disegno esecutivo di un particolare dipenderà dall’intento del progettista (design intent) e sarà effettuata secondo la seguente procedura: 

1. Si individuano i riferimenti ideali iniziali che sono in relazione con caratteristiche certe del pezzo (assi, superfici sfacciate, gole, ecc.). Rispetto a tali riferimenti si definiranno le quote di posizione. 

2. Si cominciano ad indicare le quote funzionali, ovvero le quote di grandezza e posizione relative ad accoppiamenti sulle quali il progettista vuole aver il più stretto controllo dimensionale e geometrico, specificando, se necessario, opportune tolleranze dimensionali. 

3. Esauriti gli accoppiamenti, il progettista procederà ad assegnare tutte le quote non funzionali ovvero dimensioni non relative ad accoppiamenti, ma necessarie a definire completamente la forma di ogni parte coerentemente con il ciclo tecnologico ipotizzato dal progettista (es. fori asolati, quote relative all’ingombro spaziale del pezzo, ecc.) 

4. Infine, ove ritenuto utile per chiarezza comunicativa (es. ingombri di assieme, ampiezza di escursione leveraggi e cinematismi, ecc.), è possibile indicare quote ausiliarie fra parentesi tonde. 

Tecnologie di Fabbricazione e quotatura 

Esistono moltissime tecnologie di fabbricazione per pezzi singoli, ma possono essere ricondotte a 4 tipologie principali: 

1. Fusione in stampi 

2. Asportazione di truciolo 

3. Deformazione plastica 

4. Produzione additiva (es. saldatura, sinterizzazione, stampa 3D, ecc.) 

1. Fusione in stampi 

Colata in terra: È il metodo di fusione più diffuso ed economico ed è l'unico utilizzato per pezzi di metallo di grandi dimensioni. Principali aspetti da tenere in considerazione: 

• Estraibilità del modello dallo stampo (angoli di spoglia)

• Scorrimento metallo fuso e raffreddamento (raccordi)

• Fenomeni di ritiro (eccessi) 

• Successive lavorazioni (sovrametallo) 

Opportuni angoli di spoglia (o sformo) sono necessari affinché il modello possa essere estratto senza rovinare lo stampo in terra che servirà alla colata. Angoli di spoglia insufficienti peggiorano la qualità dello stampo e aumentano il costo del manufatto a causa delle successive molature necessarie. 

Sformo positivo o negativo? Di solito la quotatura viene indicata sugli spigoli più lontani dalla linea di separazione, in modo da garantire il rispetto della dimensione minima di progetto (aggiunta di materiale, sformo positivo). 

Dove si debba garantire una condizione di gioco (es. fori per bulloni), la dimensione da quotare è quella più vicina alla linea di separazione (sottrazione di materiale, sformo negativo). 

Ritiri: il materiale versato nella cavità della forma, una volta raffreddato, presenterà un volume minore di quello dello stampo. Per compensare questa contrazione volumetrica si aumentano le dimensioni lineari del modello di una quantità pari al ritiro previsto. Inoltre, ove possibile, bisogna evitare zone inutilmente massicce, nelle quali possono prodursi cavità da ritiro o tensioni residue e cercare di mantenere lo spessore quanto più uniforme possibile 

Sovrametallo: Generalmente un pezzo realizzato per fusione presenta un grado di finitura superficiale piuttosto scarso, nonché errori dimensionali e di forma. Risulta quindi necessario indicare sulle superfici da sottoporre a successive lavorazioni per asportazione di truciolo un opportuno sovrametallo. 

Fusione in terra: Il modello per un getto dovrà essere privo di spigoli vivi, poiché questi provocherebbero erosioni dello stampo localizzate dovute alle difficoltà di scorrimento della colata, nonché differenti velocità di raffreddamento e tensioni residue. 

Fusione in conchiglia (Pressocolata): Il metallo fuso viene iniettato a pressione all’interno di stampi riutilizzabili detti conchiglie, che sono raffreddati. Processo altamente automatizzabile. Nella progettazione si deve tenere conto di: 

• Raccordi 

• Angoli di spoglia ( per estrarre dallo stampo )

• Ritiri conseguenti al raffreddamento

Formatura per deposizione in stampo: Considerazioni analoghe valgono nel caso di manufatti in materiali compositi ottenuti per deposizione in stampo.

Deformazione plastica: La progettazione ed il dimensionamento dei pezzi ottenuti da stampi (forgiatura, stampaggio, ecc.) segue regole simili a quelle viste per i getti di fonderia, con la differenza che le dimensioni si riferiranno allo stampo e non al modello. I principali aspetti che il progettista deve considerare sono: 

• Estraibilità del semilavorato dallo stampo (angoli di spoglia) 

• Utilizzo di spessori minimi 

• Posizione del piano di separazione fra gli stampi 

• Riduzioni di stress localizzati (raccordi) 

• Fenomeni di ritorno elastico e contrazione termica (eccessi) 

• Successive lavorazioni (sovrametallo) 

Deformazione plastica: forgiatura 

Lavorazione, solitamente a caldo, di semilavorati metallici mediante pressione in uno stampo 

Deformazione plastica: stampaggio 

Deformazione plastica: Estrusione: Produzione pezzi a sezione costante (es. tubi, barre,..) materiali metallici ad elevata plasticità (alluminio, rame, acciaio,..). 

• Spessori relativamente sottili e uniformi 

• La quotatura corrisponde a quella della matrice 

• Raccordi 

Deformazione plastica: Laminazione

Processo a più passaggi, durante il quale dei rulli, variamente disposti lungo un treno di laminazione, deformano progressivamente il materiale fino a raggiungere la forma desiderata.

• I profilati utilizzati nel settore delle costruzioni sono generalmente ottenuti per laminazione a caldo 

• La laminazione a freddo si usa per: Realizzare spessori sottili, Tolleranze dimensionali più ristrette, Accurata finitura superficiale e Ottima stampabilità 

Deformazione plastica: fucinatura: Lavorazione a caldo di semilavorati metallici mediante pressione al maglio 

Lavorazioni per asportazione di truciolo 

Regola generale: Quotiamo ciò che si asporta secondo l’ordine delle lavorazioni 

a) Si parte da un tondo del diametro maggiore e si asportano le parti di lunghezza a e b 

b) La riduzione di diametro viene effettuata per una lunghezza b a partire da una distanza a dall’estremità 

Esempio: Smusso in testa d’albero. Va quotato in direzione assiale, per tale operazione si utilizza un tornio e generalmente l’operatore ha il controllo di: 

• Movimento in direzione assiale del carrello

• Angolo di incidenza dell’utensile 

Nel caso di smussi e svasature a 45° è ammissibile una rappresentazione semplificata. Essendo realizzati al termine delle lavorazioni, nessuna altra quota di posizione può essere posta in serie a quella relativa agli smussi di estremità. 

Foratura: controllare i seguenti parametri: 

• Diametro punta (diametro foro) 

• Avanzamento verticale trapano (profondità foro) 

• Avanzamento orizzontale pezzo (interasse fori) 

• Tipo e qualità del foro 

Quotatura di fori 

La grandezza di un foro è sempre indicata con il diametro nominale designato dal simbolo Ø, mai con il raggio, poiché tale caratteristica è realizzata a partire da un utensile di forma cilindrica normalizzato in funzione del diametro nominale (punta da trapano). La posizione del foro è individuata dal suo asse rispetto a dei riferimenti esistenti al momento della sua realizzazione (es. superficie di estremità, assi di altri fori, ecc.). 

I fori realizzati lungo una circonferenza possono essere localizzati con quotatura polare: la circonferenza che contiene i centri dei fori sarà indicata con linea sottile tratto lungo-punto, la quota angolare dei fori rispetto ad un riferimento completerà le quote di posizione. Qualora i fori si trovino in corrispondenza di assi di simmetria le quote angolari possono essere omesse 

Fori variamente disposti sono generalmente quotati in coordinate attraverso un’opportuna tabella fori, specialmente se realizzati con macchine a controllo numerico. 

Spesso i fori passanti presentano una forma oblunga con diversi scopi: ad es. conferire il necessario margine di regolazione per il fissaggio di un pezzo nella sua sede tramite viti La quotatura del foro asolato segue il ciclo tecnologico con il quale viene realizzato (fresa verticale). Verranno quindi indicati: dimensione della fresa, posizione del primo foro e l’avanzamento del pezzo 

Fresatura 

Fresatura verticale e quotatura 

Eccezione: cava per linguetta/chiavetta su albero di trasmissione. Questa volta la quotatura è governata dalla lunghezza della linguetta/chiavetta. Di conseguenza la cava sull’albero può essere quotata per l’intera lunghezza