RUGOSITÀ
299
Introduzione
Le superfici degli oggetti reali sono di solito affette da irregolarità microgeometriche. Tali
irregolarità possono essere casuali (tipico nei pezzi prodotti per fusione), ovvero avere degli
andamenti preferenziali (frequente in pezzi sottoposti a lavorazioni alle macchine utensili).
Le irregolarità superficiali si
misurano
immaginando
di
sezionare la superficie secondo un
piano, detto piano di rilievo,
ortogonale alla superficie stessa. Il
profilo reale è la linea risultante
dall'intersezione della superficie
reale con il piano di rilievo.
La misura della rugosità si effettua
attraverso
uno
strumento
y
chiamato
rugosimetro.
Il
Profilo rilevato
rugosimetro funziona in maniera
analoga
alla
puntina
da
grammofono,
registrando
le
asperità della superficie. Si ottiene
un profilo del tipo di quello
indicato a fianco. La lunghezza
Lunghezza di base (L)
di base (L) è dell’ordine di
qualche millimetro.
Appunti di Disegno Tecnico Industriale
x
300
1
Linea media del profilo
A partire dal profilo misurato è opportuno estrarre determinati parametri sintetici che
caratterizzino il profilo.
Innanzitutto le coordinate del profilo rilevato sono riferite ad uno zero dello strumento che è
poco significativo. Occorre riportarle ad un sistema di riferimento indipendente dallo
strumento. A tale scopo si definisce la linea media del profilo come la linea per la quale è
minima la somma delle distanze al quadrato dei punti del profilo dalla linea stessa.
y
Profilo rilevato
Linea media del
profilo
x
Lunghezza di base (L)
Appunti di Disegno Tecnico Industriale
301
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) del
profilo rispetto alla sua linea media. Nel dominio continuo si ha quindi la seguente
definizione:
Ra =
1
L
L
∫
y
y dx ;
yi
0
Nel dominio discreto:
xm
Ra =
1 n
∑ yi
n i =1
Lunghezza di base (L)
La rugosità Ra fornisce un valore di finitura superficiale medio che non discrimina però
il tipo di irregolarità. Ad esempio pochi picchi elevati potrebbero sortire lo stesso effetto
di molti picchi più bassi.
Operativamente il rugosimetro fornisce un valore di Ra calcolato su una lunghezza
maggiore della lunghezza di base (lunghezza di esplorazione). Il valore che ne risulta è la
media dei valori calcolati su più lunghezze di base.
Appunti di Disegno Tecnico Industriale
302
2
Misurazione della rugosità
La misura della rugosità Ra (come pure degli altri parametri che verranno di seguito
introdotti) normalmente si esegue rilevando il profilo lungo un certo numero di lunghezze di
base L. La somma delle lunghezze di base rilevate rappresenta la lunghezza di
valutazione (Ln). La lunghezza di valutazione usuale è pari a cinque volte la lunghezza di
base.
Piano sezionatore
Superficie
Profilo
Lunghezza di
valutazione
Principio di funzionamento del rugosimetro
Tastatore
Tabella della lunghezza di base e della lunghezza di
valutazione in funzione di Ra
Appunti di Disegno Tecnico Industriale
303
Rugosità Rz
È la distanza tra due linee parallele alla linea media passanti mediamente fra i cinque
picchi più alti e le cinque valli più basse, entro i limiti della lunghezza di base.
Supponendo che le ordinate dei cinque picchi più elevati siano (yp1, yp2, yp3, yp4, yp5), e che
le ordinate delle cinque valli più profonde siano (yv1, yv2, yv3, yv4, yv5), sempre con
riferimento alla linea media, si ha:
Rz =
(y
p1
+ y p 2 + ... + y p 5 ) − ( y v1 + y v 2 + ... + y v 5 )
5
y
Linea per i cinque
picchi più alti
yi
xm
Lunghezza di base (L)
Linea per le cinque
valli più profonde
La rugosità Rz fornisce, in pratica, una misura della irregolarità massima mediata su cinque
picchi e cinque valli.
Appunti di Disegno Tecnico Industriale
304
3
Rugosità Rmax
È la distanza tra due linee parallele alla linea media tangenti al picco più alto ed alla valle
più profonda. Dette ypmax, yvmin, rispettivamente le ordinate del picco più alto e della valle
più profonda si ha:
R max = ( y p max − y v min )
Linea tangente al
picco più alto
y
yi
xm
Linea tangente alla
valle più profonda
Lunghezza di base (L)
La rugosità Rz fornisce, in pratica, una misura della irregolarità massima del profilo.
Appunti di Disegno Tecnico Industriale
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Lunghezza del profilo portante (lt)
È la somma dei segmenti di materiale risultanti dall'intersezione del profilo rilevato con una
linea posta ad una distanza p da una linea di riferimento parallela alla linea media, passante
mediamente fra i 5 picchi più alti.
y
Linea per i cinque
picchi più alti
yi
p
xm
Lunghezza di base (L)
Linea di misura
Il simbolo della lunghezza del profilo portante deve comprendere anche il valore di p. Es.:
lt50 = …, ha il significato di lunghezza del profilo portante misurata a 50µm dalla linea di
riferimento;
lt0,5Rz = …, ha il significato lunghezza del profilo portante misurata ad una distanza pari a
0,5Rz dalla linea di riferimento.
Appunti di Disegno Tecnico Industriale
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4
Portanza (t)
È il rapporto percentuale tra la lunghezza del profilo portante e la lunghezza di base:
t = 100
lt
L
Il simbolo della portanza deve comprendere anche il valore di p. Esempio
t50 ≥ 60 indica che la portanza deve essere rilevata con p = 50µm e deve essere maggiore
od uguale al 60%
t0,5Rz ≥ 60 indica che la portanza deve essere rilevata con p = 0,5Rz.
Appunti di Disegno Tecnico Industriale
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Indicazione della rugosità a disegno (secondo UNI ISO 1302)
Simbolo utilizzato per l’indicazione della rugosità a disegno.
b = prescrizioni particolari di lavorazione.
a = valore della rugosità Ra.
d = simbolo dell’orientamento preferenziale dei
solchi.
e = sovrammetallo di lavorazione in mm.
c = valore della lunghezza di base espresso 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
senza
asportazione di truciolo (asportazione di
truciolo non consentita).
Indica
superficie
da
ottenersi
con
asportazione di truciolo (asportazione di
truciolo richiesta).
Appunti di Disegno Tecnico Industriale
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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
X
Solchi incrociati in direzioni oblique rispetto al
piano di proiezione della vista sulla quale è
applicato il segno grafico
C
Solchi approssimativamente circolari rispetto
al centro della superficie sulla quale è applicato il
segno grafico
R
Solchi approssimativamente radiali rispetto al
centro della superficie sulla quale è applicato il
segno grafico
M
Solchi multidirezionali
Appunti di Disegno Tecnico Industriale
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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.
Appunti di Disegno Tecnico Industriale
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6
Relazione tra metodo di fabbricazione e rugosità
Si riportano valori indicativi della rugosità in funzione del processo produttivo.
Appunti di Disegno Tecnico Industriale
311
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
prescrivere valori di rugosità bassi solo per quelle superfici che effettivamente lo necessitino
da un punto di vista funzionale (valore più grande possibile compatibilmente con le
funzionalità del pezzo).
RUGOSITÀ (Ra, µm)
0.025
Costi di produzione
0.05
APPLICAZIONE
Piani di appoggio di micrometri, specchi e blocchi di riscontro
Facce di calibri d’officina e piani di appoggio comparatori
0.1
Facce di calibri a corsoio. Utensili di precisione. Perni di articolazione.
Superfici a contatto per tenuta fluidi senza guarnizione.
0.2
Camme, supporti di alberi a gomiti e a camme. Guide tavole macchine
utensili. Cuscinetti reggispinta ad alte velocità.
0.4
Alberi scanalati. Superficie interna cilindri di motori. Bronzine. Valvole e
saracinesche.
0.8
Tamburi, freni. Denti di ingranaggi. Superfici di parti scorrevoli a
contatto (pattini e guide).
1.6
Superfici di tenuta con guarnizioni in gomma. Carter di riduttori e
ingranaggi. Testate cilindri.
3.2
Perni per trasmissioni a mano. Superfici di accoppiamento per parti
smontabili.
Appunti di Disegno Tecnico Industriale
312
7