EUTipologie di fori in ingegneria: indicazioni, metodi di lavorazione e suggerimenti di progettazione
- Scritto da: Gavin Leo
- Aggiornato da: Gavin Leone
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Tabella dei Contenuti
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Lavoro in Aria da molti anni. Ho visto assemblaggi fallire perché qualcuno aveva specificato un foro di passaggio dove era necessario un foro filettato. Ho visto macchinisti grattarsi la testa per una specifica che non aveva alcun senso.
Esistono 14 tipi comuni di fori in ingegneria, tra cui fori semplici, fori passanti, fori ciechi, fori interrotti, fori filettati, fori maschianti, fori svasati, fori di superficie, fori di passaggio per viti, ecc.
Questa guida illustra le tipologie più comuni di fori che si incontrano nella progettazione meccanica, come leggerli e scriverne le relative diciture, il loro aspetto nei disegni 2D e nelle viste 3D, nonché i metodi di lavorazione e i suggerimenti di progettazione che risultano effettivamente utili nella pratica.
Che cos'è un buco in ingegneria?
Nella sua accezione più semplice, un foro è un vuoto o un'apertura creata in un materiale, in genere tramite un'operazione di lavorazione meccanica o di foratura. Ma in ingegneria, il termine "foro" ha un significato molto più ampio.
Un foro è un elemento progettato con requisiti geometrici specifici: diametro, profondità, posizione, tolleranza e spesso caratteristiche aggiuntive come filettature, svasature o superfici di contatto. Ciascuno di questi requisiti viene comunicato tramite una dicitura standardizzata sul disegno tecnico.
Se le specifiche sono corrette, il macchinista saprà esattamente cosa produrre. Se sono errate, si rischia di dover buttare via il pezzo, doverlo rilavorare o ottenere un componente che non si assembla.
Panoramica di 14 tipi di fori ingegneristici
Tipo di foro
Sezione trasversale
Scopo principale
Foro semplice
Una cavità cilindrica piana di diametro specificato. L'elemento base su cui si fondano tutti gli altri tipi di foro.
Passanti
Penetra nell'intero spessore del materiale. Utilizzato per elementi di fissaggio, barre, passaggi per fluidi e alloggiamenti per perni.
Foro cieco
Termina a una profondità specificata all'interno del componente. Utilizzato per sedi di fissaggio, localizzatori di perni e porte che non devono perforare la parete.
Foro interrotto
Percorso di foratura che attraversa una cavità interna o un foro trasversale. Richiede una velocità di avanzamento ridotta per evitare la flessione e la rottura dell'utensile.
Foro di passaggio vite
Sovradimensionato per consentire al gambo del fissaggio di passare liberamente senza bisogno di filettatura. La forza di serraggio proviene dalla testa e dal dado che poggiano sulle superfici del pezzo.
Buco tappato
Forato e poi filettato con un maschio in modo che un bullone si innesti direttamente nel materiale del pezzo. Elimina la necessità di un dado separato.
Foro filettato
Foro filettato passante realizzato mediante maschiatura o fresatura. Accetta un bullone o un prigioniero da entrambi i lati con una classe di filettatura e un accoppiamento specificati.
Foro svasato
L'incavo cilindrico a fondo piatto alloggia un bullone a testa esagonale a filo o al di sotto della superficie del pezzo. Fornisce una superficie pulita senza teste di fissaggio sporgenti.
Foro svasato
L'ingresso conico alloggia una vite a testa piatta a filo con la superficie del pezzo. L'angolo deve corrispondere alla serie di fissaggio: 82° per la serie in pollici, 90° per la serie metrica.
Foro di controforatura
Incavo conico ad angolo più ampio, ottenuto con una punta da trapano di dimensioni maggiori (non con una fresa svasatrice). Utilizzato per teste di fissaggio speciali o raccordi per fluidi con sede conica.
Foro di spotface
Incavo piatto di minima profondità che crea una superficie di appoggio pulita su una fusione grezza o su una faccia inclinata. La profondità è appena sufficiente a ripulire il materiale.
Foro affusolato
Foro conico con rapporto di conicità definito. Autocentrante e autobloccante per gambi conici, perni e filettature per tubi (conicità Morse, NPT, BSPT).
Foro alesato
La sequenza di foratura e alesatura consente di ottenere tolleranze H7 o inferiori con una finitura superficiale superiore. Necessaria per perni di centraggio, cuscinetti e posizioni di alberi con accoppiamento preciso.
Foro sovrapposto
Due o più fori i cui volumi cilindrici si intersecano. Crea una geometria interna complessa utilizzata nei corpi valvola, nei blocchi collettori e nei passaggi per fluidi.
Nell'ingegneria meccanica esistono due grandi categorie di fori: i fori di base (forme geometriche semplici) e i fori lavorati e di fissaggio (fori progettati per interfacciarsi con componenti specifici o che richiedono lavorazioni meccaniche specializzate). Li analizzerò entrambi.
Tipi di fori di base
1. Foro semplice
Un foro semplice è esattamente ciò che il nome suggerisce: una cavità cilindrica di un diametro specificato. Nessuna filettatura, nessuna svasatura, nessuna geometria particolare. Solo un foro rotondo con dimensioni e posizione definite.
I fori semplici si trovano ovunque, dagli alloggiamenti per i perni e i tasselli alle prese d'aria e ai passaggi per i fluidi. Sono le fondamenta su cui si basa tutto il resto.
Il simbolo di richiamo del foro di campionamento
Una semplice indicazione del diametro di un foro mostra in genere il simbolo del diametro. (O) seguito dal valore del diametro.
Esempio:
In questo disegno un foro di diametro 20 mm che attraversa l'oggetto è rappresentato da Ø 20.00 Passante.
Un altro foro di 16.00 mm di diametro la cui profondità è inferiore allo spessore del blocco è rappresentato da Ø 16.00 “simbolo di profondità” ↓ 30.00.
Disegno 2D del foro campione
Disegno 3D del foro campione
2. Foro passante
Un foro passante attraversa completamente il materiale da una faccia all'altra. È uno dei tipi di foro più comuni in qualsiasi assemblaggio meccanico, utilizzato per elementi di fissaggio, perni, aste, alberi e passaggi per fluidi.
La differenza fondamentale rispetto a una semplice descrizione di un foro è che "passante" indica al macchinista (e al lettore) che non è necessaria alcuna dimensione di profondità perché la punta del trapano esce dal lato opposto.
Il simbolo di richiamo del foro passante
I fori passanti sono contrassegnati da un simbolo che ne indica il diametro. 'Ø' e le parole 'TRANS'.
Nella pratica moderna, secondo la norma ASME Y14.5-2018, se non viene specificata alcuna profondità e il contesto è chiaro, si intende che il foro sia passante.
Esempio: Ø15.0 PASSANTE o semplicemente Ø15.0 con la vista che mostra chiaramente che il foro è passante.
Disegno 2D attraverso il foro
Disegno 3D attraverso il foro
3. Foro cieco
Un foro cieco ha una profondità specificata ma non attraversa la superficie opposta del materiale. Termina all'interno del pezzo. I fori ciechi vengono utilizzati quando è necessario un alloggiamento per un elemento di fissaggio, un alloggiamento per un perno o un passaggio per un fluido senza perforare la parete del pezzo.
Il simbolo di segnalazione del buco cieco
Il simbolo di richiamo è il suo diametro 'Ø' e un simbolo di profondità '↓ 'Questi simboli hanno le corrispondenti misure specificate nella didascalia.
Esempio: Ø10.0 ↓ 30.0 (10 mm di diametro, 30 mm di profondità)
Disegno 2D di un foro cieco
Disegno 3D di un foro cieco
4. Foro interrotto
Un foro interrotto è un foro in cui la punta del trapano attraversa uno o più vuoti interni o fori trasversali durante la lavorazione. In altre parole, il foro interseca una cavità, una fessura o un altro foro a metà della sua profondità.
Questo aspetto è importante dal punto di vista della lavorazione meccanica. Quando una punta da trapano entra in un taglio interrotto, perde il supporto su un lato. La punta può deviare, spostarsi o, nei casi peggiori, rompersi. Si tratta di una situazione che richiede avanzamenti più lenti, utensili affilati e, a volte, un foro pilota o una diversa strategia di percorso utensile.
Il simbolo di chiamata del foro interrotto
Non esiste un simbolo GD&T univoco per i fori interrotti. La dicitura segue il formato standard per il tipo di foro (passante o cieco), ma la sezione trasversale del disegno rivelerà la geometria interrotta.
Esempio: Ø58.5 PASSANTE (TAGLIO INTERROTTO) o una nota nel cartiglio: Contiene foro interrotto, ridurre la velocità di avanzamento.
Disegno 2D di un foro interrotto
Disegno 3D di un foro interrotto
Fori lavorati e fori di fissaggio
5. Foro per la distanza della vite
Il foro di passaggio ha una dimensione maggiore del gambo del fissaggio che lo attraversa. Il fissaggio non si avvita in questo foro, ma lo attraversa liberamente e si avvita nella parte corrispondente (o in un dado sull'altro lato). La forza di serraggio deriva dalla pressione esercitata dalla testa del fissaggio e dal dado sulle due parti.
I fori di passaggio sono suddivisi in tre classi: a tolleranza stretta, a tolleranza normale e a tolleranza ampia. La classe da scegliere dipende dalla quantità di variazione di posizione che si può tollerare durante l'assemblaggio.
Dimensioni del foro di passaggio = (diametro della vite + diametro della testa della vite) / 2
Simbolo di richiamo del foro di passaggio della vite
I fori di passaggio sono specificati in base al diametro, spesso riferito alla dimensione di un elemento di fissaggio. Per un bullone M8 con accoppiamento normale:
Esempio: Ø8.4 THRU (per M8 con gioco normale)
Le norme ASME B18.2.8 e ISO 273 forniscono dimensioni standard per i fori di passaggio in base al diametro del fissaggio e alla classe di accoppiamento.
Disegno 2D del foro di passaggio della vite
Disegno 3D del foro di passaggio della vite
6. Foro maschiato
Un foro filettato è un foro cieco o passante che è stato praticato e poi filettato con un maschio, un utensile da taglio che crea filettature elicoidali sulla superficie cilindrica interna. La filettatura permette a un bullone o a una vite di innestarsi direttamente nel materiale del pezzo, senza bisogno di un dado separato. I fori filettati sono onnipresenti negli assemblaggi meccanici. Ogni volta che una vite entra direttamente in un componente (un alloggiamento di una macchina, una staffa, una piastra di fissaggio), entra in un foro filettato.
Esempio: M20 x 1.25 THRU or M8 x 1.25 ↓ 40.0
7. Foro filettato
I termini "foro filettato" e "foro filettato" sono spesso usati in modo intercambiabile e, in molti contesti, indicano la stessa cosa: un foro con filettatura interna. Tuttavia, "foro filettato" può anche riferirsi a fori realizzati mediante fresatura della filettatura (anziché maschiatura) o a filettature interne prodotte con altri metodi come la formatura o la rullatura della filettatura.
Nelle applicazioni di lavorazione di precisione, la fresatura di filettature è spesso preferita alla maschiatura per fori di diametro maggiore, materiali più duri o quando la qualità della filettatura e la precisione di posizionamento sono fondamentali. Una fresa per filettature produce la stessa forma di filettatura di un maschio, ma rimuove il materiale con un movimento elicoidale anziché in un'unica passata.
Quando la qualità della filettatura (classe di adattamento) è critica, viene aggiunta alla dicitura:
Esempio: M16 x 1.5 – 6H PASSANTE (6H è una classe di tolleranza standard per filettature metriche interne)
8. Foro svasato
Una svasatura è un allargamento cilindrico all'imboccatura di un foro. Ha un fondo piatto e pareti dritte ed è dimensionata per accogliere la testa di un elemento di fissaggio (tipicamente una vite a testa cilindrica con esagono incassato o un bullone esagonale) in modo che la testa si trovi a filo o al di sotto della superficie del pezzo.
La svasatura ha tre dimensioni principali: il diametro del foro passante (per il gambo del fissaggio), il diametro della svasatura (per lasciare spazio alla testa del fissaggio) e la profondità della svasatura (per abbassare la testa al livello desiderato).
Simbolo di richiamo del foro svasato
Il simbolo della svasatura è una "T" rovesciata stilizzata (⌴). La dicitura elenca prima il foro passante, poi la svasatura:
Esempio: Ø13.5 ↓ 30.0 ⌴ Ø23.79.0 ↓ 7.5
La dicitura è: foro passante da 13.5 mm, profondo 6.5 mm, svasato a 23.79 mm di diametro, profondo 7.5 mm.
Disegno 2D del foro svasato
Disegno 3D del foro svasato
9. Foro svasato
Una svasatura è un allargamento conico all'imboccatura di un foro. A differenza del fondo piatto di una svasatura tradizionale, la svasatura presenta una sede angolata che si adatta alla parte inferiore di una vite a testa piatta. Quando la vite viene serrata, la testa conica si incastra nell'incavo conico e la parte superiore della vite risulta a filo con la superficie del pezzo.
L'angolo di svasatura è importante. L'angolo più comune per le viti a testa piatta standard è di 82 gradi (serie in pollici, ASME) o 90 gradi (metrico, ISO). Questi angoli non sono intercambiabili. Utilizzando una svasatura a 90 gradi con una vite a 82 gradi, la testa risulterà a filo con la superficie. Utilizzando una svasatura a 82 gradi con una vite a 90 gradi, si crea un contatto lineare anziché un appoggio completo, che può causare grippaggio della superficie del pezzo sotto carico.
Simbolo di richiamo per foro svasato
Il simbolo della svasatura ha la forma di una "V" rivolta verso il basso con una linea orizzontale che la attraversa (⌵). La dicitura include il diametro del foro passante, il diametro della svasatura (in superficie) e l'angolo:
Esempio: Ø9.00 ↓ 40.00 ⌵ Ø17.30 x 90°
La dicitura è: foro passante da 9.0 mm, profondo 40 mm, svasato a 17.30 mm in superficie, con un angolo incluso di 90 gradi.
Disegno 2D di una svasatura
Disegno 3D di una svasatura
10. Foro svasato
Una svasatura (o foro svasato) è concettualmente simile a una svasatura tradizionale, ma viene realizzata con una punta elicoidale di diametro maggiore anziché con un utensile di alesatura a fondo piatto. Il risultato è un fondo conico nella zona a gradini, anziché piatto. Si tratta essenzialmente di una svasatura realizzata con un diametro maggiore prima che il foro passante prosegua con un diametro inferiore.
I fori svasati vengono utilizzati quando è necessaria una geometria di sede conica specifica, spesso per elementi di fissaggio speciali con teste coniche diverse dai profili standard delle viti a testa piatta, o per raccordi per fluidi che richiedono una sede conica per la tenuta.
Il simbolo di richiamo del foro di svasatura
Non esiste un simbolo standardizzato universale per i fori svasati. In genere vengono indicati con una nota che specifica sia il diametro che l'angolo compreso:
Esempio: Ø20.0 THRU con una nota Ø40.00 X 90° ↓ 20 COUNTERDRILL
Disegno 2D del foro svasato
Disegno 3D del foro svasato
11. Foro Spotface
Una scanalatura di appoggio è una cavità poco profonda e a fondo piatto ricavata attorno a un foro, con una profondità sufficiente a creare una superficie di appoggio piana e pulita per la testa di un elemento di fissaggio o una rondella. Viene utilizzata quando la superficie di base del pezzo è ruvida (come fusa, forgiata o inclinata) e si necessita di un punto di riferimento piano affidabile per l'elemento di fissaggio.
La profondità di una scanalatura di finitura è minima, in genere appena sufficiente a pulire la superficie (spesso da 0.5 a 2 mm). Se sul disegno non è specificata alcuna profondità, l'operatore di solito lavora quanto basta per ottenere una superficie piana, piena e pulita. Il diametro è dimensionato in modo da non interferire con la testa del fissaggio o la rondella utilizzata.
Il simbolo di chiamata del foro Spotface
Il simbolo spotface è lo stesso di svasatura (⌴) con l'aggiunta delle lettere “SF”, oppure può apparire come “SFACE” in una nota. Quando non viene specificata alcuna profondità:
Esempio: Ø36.0 ⌴ SF (superficie di lavoro fino a 11 mm di diametro, profondità a piacere)
Oppure con una certa profondità: Ø36.0 ⌴ SF ↓ 2.0
Disegno 2D del foro Spotface
Disegno 3D del foro Spotface
12. Foro rastremato
Un foro conico ha un diametro che varia continuamente lungo la sua profondità, creando un foro conico. Le applicazioni più comuni sono i fori conici Morse (per gambi e mandrini degli utensili), i raccordi filettati per tubi (NPT e BSPT) e i fori conici di precisione per perni in dispositivi di posizionamento.
I fori conici sono ideali per applicazioni autocentranti e autobloccanti. Un perno conico inserito in un foro conico si blocca in posizione e può essere rimosso e reinstallato ripetutamente mantenendo un posizionamento costante. Per questo motivo, i perni conici sono la norma per il posizionamento dei componenti di fissaggio.
La conicità viene in genere espressa come un rapporto (1:20, 1:50) o come un angolo per lato. Le conicità Morse hanno una propria serie standardizzata con rapporti di conicità specifici.
Il simbolo di richiamo del foro conico
I fori conici vengono indicati con il diametro maggiore, il diametro minore, la lunghezza e il rapporto o l'angolo di conicità:
Esempio: Ø40.0 / Ø24.0 X 50.0 LONG (TAPER 1:5)
13. Foro alesato
Un foro alesato è un foro precedentemente forato che è stato rifinito con un alesatore per ottenere una tolleranza di diametro più stretta e una migliore finitura superficiale rispetto a quanto si possa ottenere con la sola foratura. L'operazione di alesatura rimuove una quantità molto piccola di materiale (in genere da 0.1 a 0.3 mm) dal foro.
I fori alesati vengono utilizzati dove sono richiesti accoppiamenti precisi: fori per perni di centraggio, fori per cuscinetti, alloggiamenti per alberi e perni di cerniera di precisione. I fori standard, se praticati con trapano, hanno tolleranze di circa H12-H11. I fori alesati possono raggiungere tolleranze di H7 e inferiori, che è la classe di tolleranza richiesta per accoppiamenti con interferenza e transizioni con perni e alberi.
14. Foro sovrapposto
Un foro sovrapposto (a volte chiamato foro intersecante) si crea quando due o più fori sono posizionati in modo che i loro volumi cilindrici si intersechino. Il risultato è un vuoto non cilindrico con una geometria interna complessa.
In alcuni corpi valvola, blocchi collettori e componenti idraulici, dove i condotti del fluido devono intersecarsi con angolazioni specifiche, si riscontrano fori sovrapposti. Compaiono anche in alcuni stampi e matrici.
Esempio: Ø50.0 THRU / Ø45.0 THRU
Disegno 2D di fori sovrapposti
Disegno 3D di fori sovrapposti
Metodi comuni per la lavorazione dei fori
Ogni tipo di foro che ho descritto sopra viene realizzato mediante una combinazione di operazioni di lavorazione meccanica. Ecco una descrizione pratica di ciò che accade effettivamente in officina.
Perforazione
La foratura è il punto di partenza per quasi ogni tipo di foro. Una punta elicoidale rimuove materiale ruotando e avanzando assialmente nel pezzo. La foratura è veloce ed economica, ma produce tolleranze relativamente ampie (tipicamente IT12-IT11) e una finitura superficiale che ne limita le applicazioni di precisione.
Alesatura
La alesatura segue la foratura quando sono necessarie tolleranze più strette. L'alesatore è un utensile di precisione a più taglienti che rimuove una piccola quantità di materiale e lascia un foro molto preciso e liscio. Per i fori per perni di centraggio e gli accoppiamenti dei cuscinetti, l'alesatura è una procedura standard.
Noioso
Noioso Utilizza un utensile da taglio a punta singola, ruotato su una barra di alesatura, per allargare e rettificare un foro precedentemente praticato. L'alesatura consente di ottenere un'eccellente rotondità e rettilineità ed è comunemente utilizzata per fori di precisione di diametro maggiore, che superano la portata pratica degli alesatori.
Maschiatura
La maschiatura consiste nel tagliare filettature interne utilizzando un maschio: un utensile da taglio temprato e scanalato, sulla cui superficie viene ricavata la forma della filettatura. La maschiatura può essere eseguita manualmente o tramite macchine a controllo numerico (CNC) con mandrino sincronizzato. La formatura a freddo (invece del taglio) è un'alternativa che produce filettature più resistenti in materiali più morbidi, spostando il materiale anziché rimuoverlo.
Fresatura di filetti
La fresatura di filettature utilizza un utensile rotante per generare la filettatura con un percorso elicoidale. È più lenta della maschiatura, ma più versatile: un singolo utensile può realizzare filettature di diverse dimensioni e può essere utilizzata su materiali difficili o impossibili da filettare con i metodi tradizionali.
Svasatura
La svasatura si esegue con una fresa a fondo piatto o con un utensile specifico per la svasatura. Il foro passante viene praticato per primo, quindi l'utensile per la svasatura viene utilizzato come guida nel foro esistente per creare l'incavo a gradini più ampio.
Svasatura
La svasatura utilizza una fresa svasatrice (una fresa conica con l'angolo appropriato) per creare l'ingresso angolato. Il foro passante viene prima praticato, quindi la svasatura viene eseguita fino a raggiungere il diametro richiesto in superficie.
Suggerimenti di progettazione per fori ingegneristici
Dopo anni passati a progettare componenti e a vederli tornare dall'officina, ho raccolto alcune regole che seguo scrupolosamente.
Dimensionare i fori secondo gli utensili standard
Le punte da trapano sono disponibili in misure standard. Se si progetta un foro da 7.3 mm quando anche un foro da 7.5 mm sarebbe sufficiente, si crea un requisito di utensile speciale. Utilizzare punte da trapano di dimensioni standard ovunque la funzione lo consenta.
Considera il rapporto profondità-diametro nei fori ciechi.
Eseguire una foratura molto più profonda di 3-5 volte il diametro senza cicli di foratura intermittente significa rischiare l'accumulo di trucioli e la rottura della punta. Per fori molto profondi (superiori a 10 volte il diametro), si entra nel campo della foratura profonda, il che cambia completamente l'approccio produttivo.
Non progettare mai per pareti minime
Ho visto disegni che calcolano la parete minima assoluta tra due fori e poi la indicano con precisione. Lasciate un margine. Una parete minima di 0.5 mm sulla carta si trasforma in un pezzo da scartare quando le tolleranze di foratura si accumulano.
Per i fori filettati, specificare sia la profondità della filettatura che la profondità di foratura.
La profondità di foratura deve essere maggiore della profondità della filettatura per consentire l'eccentricità del maschio. Come regola generale, si aggiunge la profondità di foratura minima richiesta pari a 5 filetti (5 x passo). Alcune normative prevedono raccomandazioni specifiche a riguardo.
Considerare l'accesso per gli strumenti
Un foro filettato in una cavità con un gioco di 8 mm intorno sembra perfetto nel CAD. In officina, il portamaschi deve entrare anche in quella cavità. Prevedere uno spazio sufficiente per l'utensile che realizzerà la filettatura.
Scritto Da
Gavin Leone
Gavin è uno specialista di produzione e redattore di contenuti presso Aria Manufacturing. Grazie alla sua pluriennale esperienza nella lavorazione CNC e nella progettazione meccanica, aiuta i clienti di tutto il mondo a scegliere le soluzioni di produzione più adatte e a migliorare le prestazioni dei componenti, riducendo al contempo i costi.
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