Lavorazione degli ingranaggi

Come vengono prodotti gli ingranaggi?

Nel panorama in continua evoluzione della produzione di ingranaggi, la scelta degli utensili e del metodo di lavorazione più efficiente e accurato è di primaria importanza. E questa scelta è determinata dal componente, dal processo di produzione e dalle dimensioni del lotto.

La lavorazione degli ingranaggi avviene durante la fase "materiale prima del trattamento di tempra", dove la sfida è spesso quella di ottenere tolleranze dimensionali strette. Un'attenta preparazione del pezzo prima del trattamento termico facilita notevolmente l'operazione di tornitura, seguita dalla lavorazione degli ingranaggi. Nella tornitura di pezzi temprati, è essenziale che la lavorazione sia prevedibile e la finitura superficiale buona, senza dimenticare l'efficienza costi.

Il processo di lavorazione degli ingranaggi è destinato a cambiare notevolmente per effetto della mobilità elettrica, del nuovo design delle trasmissioni e della necessità di essere, nel contempo, flessibile e produttivo. L'attenzione si sposterà dalle tradizionali macchine utensili per la lavorazione degli ingranaggi alla lavorazione multi-task di ingranaggi e componenti scanalati. Molto importante diventerà il power skiving dato che sostituirà formatura, brocciatura e laminazione oltre che, in qualche misura, la dentatura con creatore.Qualità degli ingranaggi

Gli ingranaggi sono generalmente classificati in base a uno standard che specifica i requisiti di tolleranza della ruota dentata dopo la lavorazione. Lo standard più comune per la classificazione degli ingranaggi cilindrici è DIN 3962, in cui i vari parametri degli ingranaggi vengono misurati e classificati su scala 1–12. Vengono utilizzati comunemente anche altri standard, in base ai requisiti specifici del cliente, ma hanno più o meno gli stessi parametri di valutazione della norma DIN 3962.

In generale, la classe di qualità richiesta degli ingranaggi è determinata dai requisiti del cliente e dipende dal campo di applicazione della ruota dentata.

Altri requisiti per ingranaggi di buona qualità sono:

• Utensili di alta qualità
• Superfici di contatto pulite
• Runout minimo su utensile e pezzo
• Bloccaggio stabile
• Precisione e stabilità della macchina

Come procedere alla lavorazione degli ingranaggi

Generalmente, il profilo dell'utensile deve essere realizzato su misura in base al tipo di ruota dentata. Ciò significa che la misura e la forma di un vano interdentale devono corrispondere perfettamente all'utensile.

Quando si ordina un utensile per la fresatura degli ingranaggi, è importante conoscere:

• Misura del modulo
• Angolo di pressione
• Profilo dei denti d'ingranaggio (protuberanza, spoglia di testa o smusso di testa)
• Fattore di correzione su addendum
• Diametro primitivo dell'ingranaggio
• Angolo d'elica
• Requisiti di qualità dell'ingranaggio
• Possibile gamma di diametri dell'utensile (min-max)
• Tipo e misura dell’accoppiamento

È preferibile disporre di un disegno completo della ruota dentata che fornisca tutte le necessarie informazioni.

Metodi di lavorazione degli ingranaggi

L'attività di lavorazione degli ingranaggi è in fase di trasformazione con l'avvento di nuove tecnologie di taglio. Sarà il modo in cui le aziende manifatturiere risponderanno a questa evoluzione tecnologica a configurare gli scenari futuri sul piano della concorrenza.

• InvoMilling™
• Power skiving
• Dentatura con fresa a disco per volumi medio-piccoli
• Dentatura con creatore

InvoMilling™

Cos'è InvoMilling?

La lavorazione degli ingranaggi normalmente richiede utensili specifici per realizzare ciascun profilo. InvoMilling™ è un processo di lavorazione di ingranaggi e scanalati esterni e di ruote coniche a denti diritti che consente la fresatura degli ingranaggi in azienda con macchine standard. Cambiando il programma CNC anziché l'utensile, è possibile usare un solo set di utensili per diversi profili di ingranaggio. Potendo realizzare componenti completi con un unico setup su macchine multi-task o centri di lavoro a cinque assi, InvoMilling™ può ridurre i tempi di lavorazione e abbreviare notevolmente il tempo di produzione totale.Vantaggi di InvoMilling™

• Flessibilità: possibilità di utilizzare gli stessi utensili per vari profili di ingranaggio
• Lavorazione degli ingranaggi su macchine multi-task e centri di lavoro a cinque assi
• Componenti completi su un'unica macchina e con un unico setup
• Più ecocompatibile: lavorazione senza refrigerante

Quando utilizzare il processo InvoMilling™

• Lavorazione di ingranaggi e scanalati esterni, ingranaggi a chevron, ingranaggi a spina di pesce e ruote coniche a denti diritti
• Quando è necessario lavorare gli ingranaggi senza ricorrere a utensili o macchine di tipo specifico
• Quando i tempi di produzione sono cruciali
• Con o senza correzioni sul fianco
• Gamma di moduli: 0.8‒100
• Dalla sgrossatura alla finitura
• Produzione di lotti medio-piccoli

Modalità di impiego di InvoMilling™

Nel video è illustrato il processo di creazione di un programma CNC completo con il software CAD/CAM InvoMilling™ in tre semplici passaggi:

1. Definizione della geometria dell'ingranaggio importando i dati dal disegno del componente.
2. Scelta della strategia di lavorazione, aggiunta delle operazioni di sgrossatura e finitura e selezione degli utensili da utilizzare dalla libreria di utensili.
3. Simulazione del processo di lavorazione per verificare i percorsi utensile prima della generazione automatica del programma CNC per la macchina.

Power skiving

Cos'è il power skiving?

Il power skiving è un processo di taglio continuo molto più veloce della formatura e più flessibile della brocciatura. Anche se il concetto alla base del power skiving esiste già da più di un secolo, è da poco che è possibile sfruttarne appieno tutte le potenzialità, grazie ai rapidi progressi tecnologici che hanno permesso di costruire macchine più rigide e robuste e mandrini sincronizzati. Ora quindi il power skiving può diffondersi su più ampia scala.

Il power skiving può essere utilizzato per ingranaggi e scanalati sia interni che esterni ma i vantaggi più rilevanti in termini di produttività si hanno nel caso della lavorazione interna. Questo metodo offre risultati particolarmente interessanti nella produzione in serie, in cui è fondamentale ridurre i tempi di lavorazione. Per la produzione di lotti di piccole/medie dimensioni è consigliabile utilizzare la tecnologia flessibile InvoMilling™.Vantaggi del power skiving

• Lavorazione con un unico setup: riduzione dei tempi di produzione, miglioramento della qualità e abbassamento dei costi di movimentazione e logistica
• Possibilità di lavorare vicino agli spallamenti: maggiore libertà nel design dei componenti
• Rispetto dell'ambiente e semplicità d'uso
• Efficienza elevata senza refrigerante
• Riduzione sensibile del tempo di produzione totale rispetto ai processi di brocciatura, formatura e dentatura con creatore
• Lavorazione del componente gestibile e prevedibile
• La qualità dei componenti è pari o addirittura superiore a quella ottenibile con soluzioni comparabili per la fresatura degli ingranaggi
• Possibilità di applicazione su macchine specifiche, multi-task e centri di lavoro

Quando utilizzare il processo di power skiving

• Ingranaggi e scanalati esterni/interni
• Ingranaggi cilindrici ed elicoidali
• Da sgrossatura a finitura

Dentatura con fresa a disco

Che cos'è la dentatura con fresa a disco?

La dentatura con fresa a disco è un processo in cui viene tagliato un solo vano interdentale alla volta. Questo metodo può essere utilizzato facilmente su centri di lavoro, macchine multi-task e centri di tornitura, permettendo di lavorare componenti completi con un unico setup. In questo modo, è possibile realizzare i componenti scanalati sulle macchine già presenti in officina, anziché ricorrere a macchine per dentatura con creatore o esternalizzare il lavoro. Pertanto, la dentatura con fresa a disco non richiede grandi investimenti iniziali.Vantaggi della dentatura con fresa a disco

• Fresatura degli scanalati su centri di lavoro, macchine multi-task e centri di tornitura
• Bassi costi di investimento
• Lavorazione degli scanalati sulle macchine esistenti, senza investire in una macchina per dentatura con creatore
• Minor tempo impiegato per la logistica e riduzione dei costi
• Non è più necessario spostare i componenti da una macchina all'altra o in altre officine
• Non è necessario riaffilare e rigenerare gli utensili in acciaio super rapido (HSS)
• Elevate velocità di taglio
• Possibilità di lavorare materiali difficili
• La lavorazione senza refrigerante riduce i tempi di lavorazione e i costi del refrigerante, contribuendo a creare luoghi di lavoro più rispettosi dell'ambiente e della salute
• Soluzione economicamente efficiente per i lotti di dimensioni medio-piccole

Quando utilizzare il processo di dentatura con fresa a disco

• Scanalati esterni
• Da sgrossatura a finitura
• Tutti i tipi di macchine
• Lavorazione senza refrigerante

Fresatura concorde

Fresatura discorde

Dentatura con creatore

Che cos'è la dentatura con creatore?

La dentatura con creatore è un processo di lavorazione degli ingranaggi in cui i denti vengono creati attraverso una serie di passate con un utensile elicoidale. Creatore e semilavorato vengono ruotati continuamente fino al taglio di tutti i denti. La dentatura con creatore è applicabile solo agli ingranaggi esterni.Vantaggi della dentatura con creatore

• Riduzione del costo totale per ruota dentata rispetto agli utensili in HSS
• Elevate velocità di taglio
• Maggiore durata utensile, minori tempi di fermo
• Facili e ripetibili operazioni di messa a punto e sostituzione dei taglienti
• Nessun costo aggiuntivo di riaffilatura e rigenerazione del rivestimento

Quando utilizzare il processo di dentatura con creatore

• Sgrossatura, semifinitura, finitura
• Profili di ingranaggio secondo DIN 3972-2
• Gamma di moduli: 3–10
• Macchine per dentatura con creatore, macchine multi-task, macchine a 5 assi

Come procedere alla dentatura con creatore

• Tutti i denti asportano trucioli diversi. La durata utensile è limitata dalle passate più pesanti e dai trucioli più spessi. Per valutare lo spessore del truciolo, calcolare lo spessore massimo (hex) per determinare la velocità di avanzamento assiale. Il massimo valore hex si calcola con l'equazione di Hoffmeister
• Massimo hex raccomandato = 0.18–0.22 mm (0.007–0.009 poll.)
• Se possibile, spostare il creatore lungo l'asse per migliorare la durata utensile
• Con gli utensili in metallo duro, è preferibile la fresatura senza refrigerante che, rispetto a quella con refrigerante, ottimizza la durata utensile
• Se possibile, utilizzare la fresatura concorde per incrementare la durata utensile