Corso di Taglio e Lavorazioni Digitali: 8/8 Tecniche di Assemblaggio e Finitura

8 — Tecniche di Assemblaggio e Finitura

1) Piegature e pieghe (metalli, plastica, cartone)

Concetti chiave

• Bend radius (R): raggio interno della piega.

• Material thickness (T): spessore del foglio.

• K-factor (K): fattore che indica dove si trova la fibra neutra rispetto allo spessore (tipico 0.3–0.5 per lamiera).

• Bend allowance (BA): lunghezza della superficie neutra che viene «consumata» dalla piega; serve per calcolare lo sviluppo piano del pezzo.

• Bend deduction (BD): valore usato per trovare la lunghezza netta da tagliare se si conosce lo sviluppo.

Formula pratica (usata comunemente)

Usiamo la forma con angolo in radianti:

BA = θ * (R + K * T)

dove θ è l’angolo di piega in radianti (θ = gradi * π/180).

Esempio (calcolo BA)

• Dati: angolo = 90°, R = 1,0 mm, T = 2,0 mm, K = 0.30.

1. θ in radianti = 90° × π/180 = π/2 ≈ 1.57079632679.

2. R + K·T = 1.0 + 0.30×2.0 = 1.0 + 0.6 = 1.6 mm.

3. BA = θ × (R + K·T) = 1.57079632679 × 1.6 = 2.513274123... mm.

Quindi la lunghezza della fibra neutra nella piega è ≈ 2.513 mm.

Nota: per plastica (acrilico) si usano tecniche diverse (heat-bend): qui si calcola invece la linea di piega sullo sviluppo in funzione della larghezza della zona termica.

Raccomandazioni pratiche

• Minimo raggio per metalli: R ≈ 0.5–1 × T per lamiera dolce; aumentare per acciai induriti.

• Plastica termoplastica (ABS, PETG): riscaldare lungo la linea di piega; usare supporti per evitare crepe. Per acrilico trasparente: usare termo-piega su matrice riscaldata (attenzione: l’acrilico cristallino tende a creparsi).

• Cartone e cartoncino: segnare (scoring) e piegare; usare raggio molto piccolo e un taglio parziale se serve piega netta.

2) Incastri e giunzioni: tipologie e calcoli

Tipologie principali

• Tab & slot (a linguetta/incastro a coda): ideale per pezzi tagliati con laser o CNC.

• Finger joint / pettine: per giunzioni angolari robuste in legno.

• Dado e perno (mortise & tenon): classico legno.

• Snap-fit (in plastica): per assemblaggi rapidi senza viti.

• Interferenza/Press-fit: per alberi e boccole; richiede calcolo dell’interferenza.

• Incastro a coda di rondine (dovetail): elevata resistenza a trazione.

Chiarimenti pratici: tolleranze e clearance per tab & slot (laser/CNC)

Queste raccomandazioni sono empiriche e dipendono da macchina, materiale e kerf:

Tabella: clearance consigliata (larghezza slot - spessore materiale)

Tecnologia / Materiale	Spessore materiale	Clearance consigliata
Laser CO₂ su acrilico (taglio pulito)	3 mm	+0.05 → +0.15 mm
Laser CO₂ su compensato (6 mm)	6 mm	+0.10 → +0.30 mm
CNC su MDF (6 mm)	6 mm	+0.15 → +0.5 mm
Laser su carta/cartoncino	0.5–1 mm	+0.05 → +0.10 mm
Fresa su alluminio (press-fit)	6 mm	dipende (preferire tolleranze H7/JS)

Esempio: per acrilico 3 mm tagliato a laser, prevedi slot di 3.08 mm per un inserto a frizione.

Press-fit (interferenza) — regola pratica e calcolo semplificato

Per un perno che deve entrare a interferenza in un foro:

• Interferenza (δ) = d_pugno − d_foro (valore positivo).

• Valori tipici per press-fit legno/plastica: δ ≈ 0.05–0.2 mm; per metalli spesso δ molto più preciso (micron).

Calcolo della pressione di interferenza e della corrispondente forza richiede formule elastiche (complesse). In contesto maker si procede con prova su coupon o si usa interferenza standard (es. H7/p6) per metallo.

3) Colla: scelta, calcolo area richiesta e best practice

Principali tipi di adesivo

• PVA (colle viniliche): legno, carta; resistente, facile.

• Epoxy (2 componenti): alta resistenza meccanica, gap filling.

• Cyanoacrilato (CA): presa rapida, ottimo per piccoli incollaggi.

• Solvent cement (acrilico): per saldare acrilico (non si usa con plexiglass che non è solvente-weldable).

• Poliuretano: forte, espandente; buono per riempire vuoti.

Forza adesiva e area richiesta — formula semplice

Se hai un carico $F$ concentrato e un adesivo con resistenza a taglio ammessa $\tau_{adm}$ (in Pa), l’area minima dell’incollaggio $A$ è:

A = F / τ_adm

Esempio (calcolo area incollaggio)

• Dati:

  • Carico verticale/forza da sopportare: F = 500 N (≈ 50 kgf).

  • Adesivo epoxy con resistenza a taglio tipica τ_adm = 8 MPa = 8 × 10^6 N/m².

• Calcoli (digit-by-digit):

  1. τ_adm = 8 × 10^6 N/m².

  2. A = F / τ_adm = 500 / 8×10^6 = 0.0000625 m².

  3. Convertiamo in mm²: 0.0000625 m² × (10^6 mm² / m²) = 62.5 mm².

Quindi serve un’area di incollaggio ≥ 62.5 mm² (ad es. una striscia di 10 × 6.25 mm o una piastrina 8 × 8 mm).

Nota: applicare fattore di sicurezza (S) tipico 2–4 per variazioni di carico e condizioni ambiente. Con S=3, area richiesta ≈ 187.5 mm².

Procedura di incollaggio (best practice)

1. Pulire le superfici (sgrassare con alcool isopropilico).

2. Scabrare leggermente per aumentare area effettiva (soprattutto metalli).

3. Preparare adesivo e applicare uniformemente; evitare bolle.

4. Clampare/serrare con pressione costante; rispettare tempo di presa e cura.

5. Rimuovere residui in eccesso prima dell’indurimento.

4) Fissaggi meccanici: viti, rivetti, perni, chiodi

Dimensionamento veloce per viti in taglio

• Area di taglio effettiva (shank) $A_s = \pi d^2 / 4$ (d in m).

• Tensione di taglio $τ = F / A_s$.

Esempio: verifica vite M4 in taglio

• Dati: carico trasversale $F = 1000\ N$. Vite M4 → diametro shank nominale $d = 4.0\ mm = 0.004\ m$.

• Calcoli:

  1. $A_s = \pi d^2/4 = \pi × (0.004)^2 / 4$.

     • $d^2 = 0.004^2 = 0.000016\ m^2.$

     • $\pi × d^2 = 3.14159265 × 0.000016 = 0.00005026548.$

     • $A_s = 0.00005026548 / 4 = 0.00001256637\ m^2.$

  2. $τ = F / A_s = 1000 / 0.00001256637 ≈ 79,577,471\ N/m^2 ≈ 79.58\ MPa.$

• Interpretazione: se il materiale della vite in acciaio ha resistenza allo snervamento σ_y ≈ 400 MPa, tensione di taglio ammissibile (τ_adm circa 0.6·σ_y ≈ 240 MPa) → 79.6 MPa è sotto il limite, quindi la vite è adeguata in taglio (ma considera fattori dinamici, sicurezza e filettatura che riduce sezione effettiva).

Preload e coppia di serraggio (indicazione pratica)

Per ottenere un precarico $F_p$ nelle viti:

T ≈ K · d · F_p

dove:

• $T$ = coppia (N·m),

• $K$ = coefficiente di attrito/collegamento (tipico 0.15–0.25),

• $d$ = diametro nominale vite (m).

Esempio: scegliere coppia per M6

• Dati: d = 6 mm = 0.006 m, desideriamo $F_p = 2000\ N$, K = 0.20.

• Calcoli:

  1. $T = K · d · F_p = 0.20 × 0.006 × 2000 = 0.20 × 12 = 2.4\ N·m.$

• Risultato: T ≈ 2.4 N·m (valore indicativo — consultare tabelle specifiche per coppie).

Rivetti e inserti filettati

• Rivetti: usare per materiali sottili; scegliere diametro in base al carico di taglio.

• Inserti filettati (Helicoil, rivetti filettati): per plastiche o lamiere sottili per aumentare durata della filettatura.

5) Levigatura, lucidatura e finitura superfici

Sequenza tipica carteggiatura (legno / plastica / metallo)

• Inizia con grana grossa per rimuovere scabrezze: P80–P120.

• Intermedi: P180–P240 per uniformare.

• Finitura: P320–P600 per superfici lisce.

• Ultra-finitura (per lucido): P800–P2000 (nei passaggi a bagnato se appropriato).

Esempio procedura legno:

1. Piallare/levigare con P80 per rimuovere eccedenze.

2. P120 per pareggiare.

3. P240 per preparazione prima vernice.

4. Dopo prima mano di vernice, leggera carteggiatura con P400 e seconda mano.

Lucidatura (metalli e acrilico)

• Acrilico: lucidatura con paste abrasive a grana fine (es. tripoli, poi pasta diamantata). Flame polish per bordi (solo operatori esperti).

• Metallo (alluminio, ottone): levigatura progressiva, poi paste di lucidatura (cut, polish, finish). Usare spazzole / feltro con compound.

Finiture protettive e estetiche

• Verniciatura a spruzzo (primer + 2 mani + trasparente).

• Anodizzazione per alluminio (colore + protezione).

• Vernici poliuretaniche per legno.

• Oli e cere per finitura naturale.

6) Controlli di qualità e tolleranze di assemblaggio

Checklist di controllo (QC)

• Dimensionale: usare calibri, micrometri, squadrette; verificare diametri di fori e scarti degli slot.

• Allineamento: controllo con livella o dima di montaggio.

• Forza di incollaggio: test di trazione su coupon (pull-off test).

• Test funzionale: movimento, gioco, rumore, gioco assiale/rotazionale.

• Ispezione finitura: occhiata a graffi, bolle, porosità.

Tolleranze consigliate per assemblaggi meccanici tipici (maker scale)

• Slot a frizione in legno compensato tagliato laser: ±0.2 mm.

• Dimensione fori per viti metallo: usare foro pilota e tolleranza H7/g6 per accoppiamenti di precisione; per uso comune ±0.1–0.2 mm.

• Allineamento per incastri estetici: ±0.5 mm accettabile per pezzi grandi.

7) Attività pratica (assemblare componenti tagliati e fresati) — esercitazione passo-passo

Obiettivo

Assemblare una scatola portatile con cerniera e supporto per scheda elettronica. Componenti tagliati al laser (acrilico 3 mm) + piastra fresata in alluminio 3 mm.

Materiali e strumenti

• Acrilico 3 mm tagliato (pezzi scatola, slot, linguette).

• Piastra alluminio 3 mm fresata (supporto PCB).

• Viti M3 inox, dadi ciechi (inserti).

• Colla epoxy bicomponente.

• Trapano a colonna, avvitatore, calibri, carta abrasiva (P240-P800), pasta lucidante.

• Sabbiatrice / aspiratore / maschera di sicurezza.

Procedura (passo-passo)

1. Preparazione pezzi:

   • Pulire tutti i componenti; rimuovere pellicole protettive.

   • Prova a secco (dry fit): inserire tutte le parti per verificare gioco.

2. Regolazione slot/tab:

   • Se gioco eccessivo, applicare nastro Kapton o striscia sottilissima per adattare.

   • Se troppo stretto, limare leggermente o ricalibrare con cutter.

3. Incollaggio parti plastiche (se previsto):

   • Posizionare adesivo epoxy su zone di contatto (area > richiesta dall’esempio calcolato).

   • Stringere con morsetti, verificare squadratura.

4. Fissaggio meccanico parti metallo/plastica:

   • Predrill fori (se necessario) e avvitare M3 con coppia controllata (es. 0.5–1.0 N·m per M3).

   • Usare rondelle per distribuire carico su acrilico.

5. Finitura:

   • Carteggiare giunzioni con P240→P400, pulire con alcool.

   • Lucidare bordi acrilico con panno e compound, o usare flame polish per bordi netti.

   • Trattare piastra alluminio: spazzolare o anodizzare (se disponibile).

6. Test finale:

   • Montare PCB e verificare ingombri.

   • Effettuare test meccanico (apri/chiudi cerniera 100 cicli).

   • Ispezionare adesione: provare a staccare manualmente (test non distruttivi).

Criteri di valutazione (deliverable)

• Allineamento dei pannelli ≤ 0.5 mm.

• Fori per viti centrati entro ±0.2 mm.

• Nessuna fessura visibile tra giunti più grande di 0.5 mm.

• Funzionalità meccanica (coperchio, slot PCB) OK.

8) Sicurezza e gestione rischi

• Ventilazione ed estrazione polveri (MDF, acrilico, resine) obbligatoria: usare estrattore HEPA e maschere FFP2/FFP3.

• Protezione occhi e mani per fresatura e saldatura.

• Attenzione ai fumi di plastica (PVC) che producono gas tossici: evitare taglio laser di PVC.

• Spegnere alimentazioni prima di montaggi elettrici.

9) Schede riassuntive rapide

A. Scelta adesivo (quick guide)

• Epoxy (2C): alta resistenza, gap filling, tempo di presa 5–60 min (a seconda tipo).

• PVA: legno, facile, tempo presa 30–60 min.

• CA: piccolo incollaggio rapido, fragile per carichi dinamici.

• Solvent acrylic cement: acrilico trasparente, giunzione chimica invisibile.

B. Carta abrasiva — progressione consigliata

• Sgrossatura: P80 → P120

• Uniformatura: P180 → P240

• Finitura: P320 → P400

• Pre-lucido / bagnato: P800 → P2000