Tolleranza di planarità sui grandi saldati lavorati: cosa specificare

La planarità è la caratteristica più spesso sovraspecificata su un disegno di telaio pesante. È anche una delle più costose, perché stringerla non aggiunge un po’ di costo: aggiunge una passata di finitura, una seconda distensione, una macchina diversa, o tutte e tre le cose.

Ecco cosa significa la tolleranza, cosa è realisticamente ottenibile e come scriverne una che Le dia ciò di cui ha bisogno.

Cos’è davvero la planarità

La planarità è una tolleranza di forma. Definisce una zona compresa tra due piani paralleli, e l’intera superficie deve trovarsi al suo interno. Non dice nulla sull’orientamento o sulla posizione rispetto a qualsiasi altra cosa: una superficie può essere perfettamente piana e fortemente inclinata, e risultare comunque conforme.

Questa distinzione conta, perché ciò che spesso si vuole non è la planarità ma il parallelismo tra due piani di montaggio, o la complanarità tra più piastre separate. Specificare la planarità quando si intende la complanarità è un equivoco comune e costoso: quattro piastre possono essere ciascuna splendidamente piana e appoggiare comunque su quattro piani diversi.

Se ciò che conta è che quattro piedi poggino su un solo piano, scriva complanarità oppure usi una quota di profilo di una superficie rispetto a un riferimento. Il Suo fabbricante Le sarà grato e il Suo preventivo sarà più basso.

Valori realistici

Cifre arrotondate dalla pratica su saldati in acciaio al carbonio:

Condizione	Planarità tipica	Note
Grezzo di saldatura, senza distensione	0.3–0.8 mm ogni 300 mm	Molto variabile con la disposizione dei giunti
Grezzo di saldatura, distensionato	0.3–0.5 mm ogni 300 mm	Più costante, non più stretto
Lavorato, standard	0.05 mm/m	Il valore comune di default
Lavorato, stretto	0.02 mm/m	Richiede una buona macchina e una seconda distensione
Lavorato, precisione	Meno di 0.02 mm/m	Lavoro specialistico, a temperatura controllata, costoso

Due cose da notare. Primo, la distensione non migliora molto la planarità grezza di saldatura: fa sì che la lavorazione successiva tenga. Secondo, il passaggio da 0.05 a 0.02 mm/m non è un aumento di costo di 2.5×; è un cambio di processo.

La tolleranza deve scalare con le dimensioni

Una regola pratica: la planarità ottenibile scala all’incirca con la radice quadrata della dimensione caratteristica. Raddoppiando la lunghezza di una superficie ci si deve aspettare di concedere circa 1.4× la tolleranza per la stessa difficoltà di fabbricazione.

Una planarità di 0.05 mm su una piastra da 300 mm è di routine. Gli stessi 0.05 mm su 3 m sono un problema di altro ordine: l’errore proprio delle guide della macchina, la crescita termica del pezzo durante il taglio e il modo in cui il pezzo è sostenuto diventano dominanti.

È per questo che la planarità si specifica di solito per unità di lunghezza (0.05 mm/m) anziché come un unico valore totale. Se scrive un solo valore totale su una superficie lunga, verifichi cosa implica per metro prima di rilasciare il disegno.

La sequenza che rende ottenibile la tolleranza

La planarità si compra nel processo, non al banco di controllo:

1. Progettare per la simmetria. Una disposizione delle saldature bilanciata rispetto all’asse neutro si muove molto meno di una saldata da un solo lato. Vedere il controllo della distorsione da saldatura su lamiera spessa.
2. Distendere prima della lavorazione. Indispensabile se si vuole che la superficie resti al suo posto, la distensione dei basamenti di macchine saldati.
3. Sgrossare, distendere di nuovo se spesso, poi finire. Asportare molto metallo libera tensioni. Sulle sezioni pesanti, una seconda distensione tra le passate è ciò che regge i valori più stretti.
4. Sostenere il pezzo come sarà sostenuto in esercizio. Un telaio da 4 m serrato rigidamente a una tavola di macchina può essere lavorato perfettamente piano e scattare al rilascio. Le buone officine lavorano su un appoggio a tre punti che imita la fondazione.
5. Lasciarlo arrivare in temperatura. Un pezzo portato da un piazzale freddo e tagliato subito crescerà durante l’operazione.

Misurarla, e concordare come

Una tolleranza di cui non si può concordare la misura non è una tolleranza. Sulle grandi superfici il metodo cambia il numero:

• Riga e spessimetro: veloce, grezzo, adatto ai controlli sul grezzo di saldatura
• Livella di precisione e scansione: tradizionale, buono sulle guide delle macchine, lento
• Laser tracker: la scelta pratica di default per i grandi telai; precisione tipica nell’ordine delle decine di micron su metri
• CMM di grande volume: la più precisa, limitata dalle dimensioni della macchina, di solito in subappalto

Specifichi il metodo, il numero di punti e la condizione di appoggio. «Planarità 0.05 mm/m, misurata con laser tracker su appoggio a tre punti, minimo 25 punti» è una tolleranza. «Deve essere piano» è una conversazione. Maggiori informazioni sugli strumenti in controllo dimensionale dei grandi telai.

La temperatura fa parte della specifica

L’acciaio si dilata di circa 12 µm per metro e per °C. Su una superficie di 4 m, una differenza di 10 °C tra il pavimento dell’officina e il Suo stabilimento equivale a circa 0.5 mm di variazione di lunghezza, e se il pezzo è riscaldato in modo non uniforme, una parte di essa compare come errore di forma.

Per qualsiasi valore più stretto di 0.05 mm/m, indichi la temperatura di ispezione (20 °C è il riferimento abituale) e lasci tempo di stabilizzazione. Senza, Lei e l’officina potete misurare lo stesso pezzo nello stesso giorno e non essere d’accordo.

Quattro domande prima di rilasciare il disegno

1. Intendo planarità, complanarità o parallelismo? Hanno costi diversi.
2. Questa superficie deve essere lavorata? Una superficie sabbiata e rettificata costa molto meno e spesso basta per un montaggio non critico.
3. Posso usare spessori? Prevedere in progetto un pacco di spessori da 3 mm è gratis. Lavorare un secondo piano no.
4. Quale numero ha dato il calcolo? Non il numero dell’ultimo disegno. Le tolleranze ereditate sono la fonte più comune di costi di lavorazione evitabili, vedere cosa determina il costo di telai pesanti e skid.

Ha un telaio con una quota di planarità di cui non è sicuro che sia realistica o sostenibile? Ci invii il disegno e Le diremo cosa implica in termini di processo, entro 24 ore lavorative.