Rettilineità e planarità: differenze GD&T che contano in officina

Ogni settimana circa, un disegno arriva sulla nostra scrivania con due didascalie che sembrano quasi intercambiabili: una breve linea retta disegnata sopra un'asta e un piccolo parallelogramma disegnato sopra una faccia. Rettilineità e planarità sono entrambe tolleranze di forma. Nessuno dei due ha bisogno di un riferimento al dato. Entrambi vengono solitamente controllati con un comparatore e una piastra di superficie. Eppure fanno domande completamente diverse su una parte.

Gli ingegneri che non conoscono GD&T spesso ci chiedono quale utilizzare. La risposta breve è che la rettilineità controlla una linea o un asse, mentre la planarità controlla un'intera superficie. La risposta più lunga è di cosa tratta il resto di questo articolo.

Ecco come spieghiamo le due didascalie ai clienti e come si manifesta la differenza sulle parti reali.

Ciò che la rettilineità controlla effettivamente

La rettilineità è un controllo bidimensionale. Applicato ad una superficie piana, dice che ogni singolo elemento di linea su quella superficie deve trovarsi tra due linee parallele separate dal valore di tolleranza. Applicato a un elemento di dimensione, come il gambo di un bullone, una spina di centraggio o un albero ottico, controlla la linea mediana derivata e la zona di tolleranza diventa un cilindro il cui diametro è uguale al valore di tolleranza.

Due proprietà rendono insolita la rettilineità:

• Non è richiesto alcun dato. La zona di tolleranza è libera di traslare e ruotare finché non cattura la caratteristica effettiva il più strettamente possibile, quindi l'ispettore misura solo la forma, non l'orientamento o la posizione.
• Funziona in una direzione alla volta. Una superficie che misura bene lungo la sua lunghezza può comunque essere piegata, a coppa o attorcigliata lungo tutta la sua larghezza, e un richiamo alla rettilineità preso in un'unica direzione non lo rileverà.

Un richiamo di rettilineità di 0,02 mm sul gambo di un albero significa che la linea mediana derivata deve adattarsi all'interno di un cilindro di diametro 0,02 mm per l'intera lunghezza dell'elemento. Se il disegno aggiunge il modificatore della condizione massima del materiale accanto alla tolleranza, l'errore consentito aumenta man mano che il diametro effettivo si discosta dalla condizione massima del materiale. Questa tolleranza bonus è ciò che consente a un albero leggermente sottodimensionato di piegarsi un po' di più e comunque superare l'ispezione.

Dove la rettilineità guadagna davvero il suo posto è su elementi lunghi e sottili che scorrono, ruotano o allineano qualcos'altro: aste di guida, mandrini, perni di espulsione, steli di valvole e nuclei di alberi all'interno di piccoli riduttori e meccanismi rotanti.

Cosa significa veramente planarità

La planarità prende la stessa idea e la estende su un'intera superficie. La zona di tolleranza è costituita da due piani paralleli separati dal valore di tolleranza e ogni punto sulla superficie controllata deve trovarsi tra di loro. Come la rettilineità, la planarità non ha bisogno di riferimenti e i due piani sono liberi di inclinarsi finché non catturano la superficie il più strettamente possibile.

Quella libertà è la parte importante. A un richiamo di planarità non interessa il modo in cui la superficie è orientata nello spazio. L'unica cosa che conta è che la superficie stessa non sia incurvata, bombata o ondulata. Una faccia perfettamente piatta posizionata a tre gradi rispetto al fondo della parte è ancora piatta.

Rettilineità e piattezza sono in relazione tra loro. Una superficie piana è automaticamente diritta in ogni direzione in cui è possibile tracciare una linea su di essa. Non è vero il contrario. Immagina un foglio di carta arrotolato delicatamente attorno a un grande cilindro. Ogni linea che corre lungo il rotolo è perfettamente diritta, ma il foglio nel suo insieme è curvo. Un callout di rettilineità accetterebbe quel foglio. Un richiamo alla piattezza lo rifiuterebbe.

La planarità è anche la descrizione più accurata quando una faccia deve sigillare, scorrere o aderire a un'altra faccia sotto carico. Una rondella che oscilla sull'alloggiamento o una sede della valvola che non si chiude in modo uniforme è un problema di planarità, non di rettilineità.

Rettilineità vs planarità: la differenza in una tabella

La distinzione tra linea e superficie produce alcune conseguenze pratiche che colgono di sorpresa le persone:

1. La planarità implica rettilineità in tutte le direzioni. Se una faccia è piatta entro 0,05 mm, anche qualsiasi linea tracciata su di essa sarà diritta entro 0,05 mm.
2. La rettilineità in una direzione non dice nulla sulla direzione perpendicolare. Una parte può superare un controllo di rettilineità unidirezionale e oscillare comunque su una piastra di superficie.
3. La rettilineità dell'asse e la rettilineità della superficie si comportano diversamente, anche se vengono chiamate con lo stesso nome e stampate con lo stesso tipo di didascalia.
4. Nessuno dei due callout controlla la struttura della superficie, l'ondulazione su un'altra scala o l'orientamento dell'elemento rispetto a un datum. Quelli necessitano invece di note di finitura superficiale, profilo, parallelismo o perpendicolarità.

Dove appartiene ogni callout a un disegno reale

In pratica, i due callout tendono a vivere in angoli diversi di una stampa.

La rettilineità di solito appare

• Aste guida, mandrini e pistoni che devono scorrere perfettamente lungo la loro lunghezza.
• Grani, spine coniche e perni di posizionamento che fissano la posizione di un apparecchio o di una piastra.
• Nuclei di alberi, alberi a gradini e alberi ottici in piccoli gruppi rotanti.
• Prigionieri lunghi e barre filettate la cui flessione potrebbe disallineare il giunto.

La planarità di solito appare

• Facce di tenuta su corpi valvola, raccordi e componenti idraulici.
• Facce della rondella, superfici del cuscinetto del dado e superfici del cuscinetto della testa del bullone che distribuiscono uniformemente il carico di serraggio.
• Superfici delle flange, superfici delle estremità degli ingranaggi, cuscinetti di montaggio e piastre di copertura che si fissano e non devono presentare perdite.
• Qualsiasi faccia che scorre contro un'altra faccia, come una piastra antiusura o una copertura scorrevole.

Una vite a testa esagonale è un buon esempio di entrambi i callout che vivono sulla stessa parte. Il gambo può portare un richiamo di rettilineità dell'asse in modo che non si leghi in un foro di gioco, mentre la parte inferiore della testa può portare un richiamo di planarità in modo che il carico di serraggio si distribuisca uniformemente invece di concentrarsi su un bordo.

Come misuriamo entrambi in officina

Nessuna delle due tolleranze è difficile da controllare, ma entrambe sono facili da controllare male.

Misurazione della rettilineità

Per una linea su una superficie, la parte si trova su una piastra di superficie e un comparatore scorre lungo l'elemento. La differenza tra le letture più alta e quella più bassa, prese lungo quella singola linea, è l'errore di rettilineità. Per un asse, la parte è supportata in blocchi a V o tra centri, ruotata e spostata lungo la sua lunghezza. La direzione dei punti più alti è importante quanto la loro dimensione, perché ciò a cui si riferisce realmente il callout è la linea mediana derivata e non la superficie che puoi toccare.

Misurazione della planarità

Su una piastra di superficie, un misuratore o indicatore di altezza traccia una griglia sulla faccia e la differenza tra le letture più alta e quella più bassa costituisce l'errore di planarità. Per le superfici lappate o rettificate, un piano ottico e una sorgente luminosa monocromatica mostrano bande di interferenza che mappano la forma della superficie in pochi secondi. Per le facce complesse o interrotte, la scansione della griglia CMM è solitamente il percorso pratico.

Qualunque sia il metodo utilizzato, tre cose decidono se il numero significa qualcosa. Sostenere la parte nel modo in cui si trova nell'assieme, poiché il supporto a tre punti impedisce l'oscillazione che gonfia ogni lettura. Lascia che la parte e il misuratore raggiungano la stessa temperatura, poiché una faccia di acciaio di 100 mm cresce di circa 0,0012 mm per ogni grado Celsius. E pulire la superficie, perché un singolo chip su una piastra superficiale è facilmente alto diversi micrometri. Mantenere queste variabili sotto controllo è la maggior parte del lavoro sull'accuratezza dimensionale e ne abbiamo parlato in modo più dettagliato nella nostra nota su come teniamo sotto controllo la precisione dimensionale .

Una tolleranza eccessiva costa più di una tolleranza insufficiente

Se c'è un'abitudine che respingiamo, è un richiamo alla planarità o alla rettilineità copiato da un disegno precedente su una parte che non ne ha mai avuto bisogno.

Il rafforzamento della planarità da 0,05 mm a 0,01 mm sulla faccia di una rondella non si limita a modificare un numero su un foglio di calcolo. Cambia il processo. Ciò significa lappatura o rettifica fine, ravvivatura delle mole più frequente, stazioni di ispezione aggiuntive, cernita e un tasso di scarto più elevato. Lo stesso vale per la rettilineità su un albero: una dicitura dell'asse di 0,01 mm su un gambo di 200 mm trasforma solitamente un'operazione di tornitura in un'operazione di rettifica.

Alcune regole pratiche che usiamo quando esaminiamo una stampa con un cliente:

• Chiedi cosa fa effettivamente la funzionalità. Le facce di sigillatura, scorrimento e posizionamento ottengono un richiamo alla planarità. I volti cosmetici raramente lo fanno.
• Mantenere la tolleranza generosa quanto consentito dalla funzione. Se l'assieme tollera una variazione di 0,1 mm, una dicitura di planarità di 0,05 mm è già due volte più rigorosa di quanto necessario.
• Utilizzare la rettilineità per gli assi e le linee, la planarità per le aree. Mescolarli è il motivo più comune per cui una parte viene rifiutata per qualcosa che non ha mai avuto importanza.
• Ricorda che la planarità implica la rettilineità. Mettere entrambi sulla stessa faccia è solitamente ridondante.

Il lavoro personalizzato è il luogo in cui questa conversazione conta di più, perché ogni elemento di fissaggio o parte lavorata non standard inizia con un disegno e una decisione su ciò che deve veramente essere controllato.

Rettilineità e planarità non sono didascalie concorrenti. Descrivono due diverse forme di errore: una linea che vaga e una superficie che lascia il suo piano. Una volta che questa distinzione è chiara, prendere decisioni diventa più semplice e l’ispezione diventa più breve, perché nessuno deve discutere su quale zona di tolleranza applicare.

Se una stampa sulla tua scrivania sembra ambigua o una tolleranza sembra più rigorosa di quanto richiesto dal lavoro, inviacela. Preferiamo discuterne prima che i chip volino piuttosto che ordinare le parti in seguito.