FRESATURA

Dentatura di ingranaggi, due metodi complementari

I sistemi per eseguire dentature su ingranaggi interni ed esterni sono molti. Tra questi quelli di Sandvik Coromant, che propone ora due metodi innovativi e tra loro complementari.
0
467
Esecuzione di un ingranaggio con denti doppi con il metodo InvoMilling.

Esecuzione di un ingranaggio con denti doppi con il metodo InvoMilling.

Si sta assistendo a un rapido sviluppo di nuovi metodi di esecuzione delle dentature che sono frutto di una forte sinergia tra macchine moderne, utensili dell’ultima generazione e nuovi sofisticati software. Fino a pochi anni fa per eseguire le dentature esterne a denti dritti ed elicoidali o si usava il creatore o un coltello stozzatore: non esistevano valide alternative. Solo per i piccoli moduli e per le dentature ribassate tipo ASA eseguite su alberi era, ed è ancora, dominante la rullatura con cremagliere rettilinee o con rulli circolari, ma limitatamente a produzioni di grande serie. Se pensiamo alla deformazione plastica a freddo, sono abbastanza diffusi i metodi con rulli Grob o punzoni e matrici del tipo Felss, ma siamo sempre nel campo di moduli relativamente piccoli, dove sono necessarie macchine dedicate.

Nella dentatura classica con asportazione di truciolo sono attualmente disponibili centri di lavoro a 5 assi che sono in grado di eseguire dentature cilindriche e coniche di qualsiasi dimensione adoperando frese a candela con testa sferica o semisferica o con altre sagome semplici. Si è parlato diffusamente di questo metodo su questa rivista nel numero di gennaio 2013 a proposito delle macchine della Breton. Ma oggi è entrata nel settore una importante azienda, la Sandvik Coromant, che ha presentato due nuovi sistemi fra loro complementari: InvoMilling e CoroMill172. Questi metodi di fresatura sono in grado di competere validamente con i metodi tradizionali, specie con i creatori, sia per quanto riguarda i tempi di esecuzione, sia relativamente alla precisione in una ampia gamma di situazioni produttive.

Una soluzione molto valida per lotti medio-piccoli

Il sistema InvoMilling concettualmente sfrutta la possibilità di interpolazione tra più assi dei moderni centri di lavoro per far eseguire a un tagliente rettilineo una traiettoria che genera l’evolvente sui fianchi dei denti. È noto che il profilo a evolvente di un dente, anche lavorando con il creatore, è sostanzialmente eseguito da taglienti rettilinei del dente del creatore che inviluppano con tante tangenti il profilo da generare.

Mentre il creatore ha molti denti che si alternano sul fianco da sagomare e le traiettorie necessarie sono generate in parte con i movimenti di rotazione del creatore e con la disposizione geometrica dei sui denti, e in parte con la rotazione e traslazione del pezzo, nel sistema InvoMilling la gestione delle traiettorie è demandata alla programmazione della macchina escludendo la necessità di sagomare l’utensile in modo particolare.

Fig. 1- Sequenza di posizioni che assume la fresa durante la lavorazione con il metodo InvoMilling.

La sequenza rappresentata nella figura 1 è sufficiente per chiarire il concetto: i fianchi rettilinei dei denti della fresa percorrono delle traiettorie che inviluppano l’evolvente del fianco dei denti dell’ingranaggio. In linea generale i vantaggi sono notevoli, primo fra tutti la grande flessibilità del metodo che può utilizzare una stessa fresa con gli stessi inserti per molti tipi di ingranaggi, indipendentemente dal loro angolo di pressione e, in certa misura, del loro modulo. La flessibilità si estende anche alla possibilità di eseguire la dentatura sulla stessa macchina che esegue altre lavorazioni senza la necessità di macchine specifiche risparmiando tempo in un unico set up.

Si tratta quindi di un taglio discontinuo in quanto viene eseguito un dente alla volta. Questa particolarità allunga in qualche misura il tempo ciclo, ma questa perdita di tempo per la divisione è largamente compensata dalle elevatissime velocità di taglio e dai forti avanzamenti possibili, grazie agli inserti in metallo duro impiegati e ai particolari sistemi di bloccaggio degli inserti che garantiscono un’assoluta rigidità del sistema.

La precisione ottenuta dipende ovviamente da molti fattori, primo fra tutti quello delle condizioni di lavoro scelte. Per moduli di una certa entità si eseguono più passate, sgrossando una scanalatura in corrispondenza del vano del dente e finendo successivamente i due fianchi del vano.

Si diceva prima della flessibilità del sistema, ebbene ingranaggi di modulo da 2 a 4 mm possono essere eseguiti con una stessa fresa, mentre la gamma di moduli da 2 a 12 è coperta da sole 3 diverse frese. Più in particolare si ha:

Fresa CoroMill 161 per moduli della gamma 1- 4 mm

Fresa CoroMill 162 (misura 4) per moduli della gamma 4 – 8 mm

Fresa CoroMill 162 (misura 6) per moduli della gamma 6 – 12 mm.

Gli inserti sono standard e possono essere sostituiti agevolmente fuori macchina.

La precisione ottenibile, come si è detto, dipende molto dalle condizioni di lavoro, ma è comunque paragonabile a quella che si può ottenere, nelle migliori condizioni, con i creatori, e avvicinandosi a quelle che si ottengono normalmente in rasatura, cioè qualità 6 – 7 (DIN 3962). La buona precisione, specie per quanto riguarda la finitura superficiale, è possibile anche grazie al fatto che qui si possono scegliere gli angoli di spoglia più idonei a ogni singola lavorazione e questo significa minori sforzi di taglio e minori vibrazioni.

Fig. 2 – Fresa Sandvik Coromant per lavorazione con metodo InvoMilling.

Nella figura 2 è rappresentata una fresa del tipo InvoMilling in cui si può osservare che ogni singolo inserto può essere impiegato due volte. I tempi di lavorazione sono competitivi rispetto alla lavorazione con creatore.

Nella tabella 1 sono riportati i dati relativi a un confronto tra il metodo InvoMilling e il metodo tradizionale. Questo metodo quindi è estremamente valido per lotti medio-piccoli.

Tab. 1 – Risultati tecnici su ruota dentata cilindrica elicoidale

Modulo

6 mm

Numero di denti

27

Angolo dell’elica

17°

Larghezza fascia dentata

130 mm

Diametro primitivo

170 mm

Creatore in HSS (1 passata con dentatrice stabile di nuova generazione) – Tempo ciclo

31,5 min

Creatore in HSS (2 passate con dentatrice non moderna) –  Tempo ciclo

57 min

Con metodo InvoMilling su centro di lavoro – Tempo ciclo

23 min

Un vecchio metodo, estremamente attuale

Per l’altro metodo proposto dalla Sandvik Coromant, cioè CoroMill 172, il discorso è diverso. In sostanza viene ripreso il metodo di esecuzione con le frese di forma. Questo metodo, usato fin dagli albori della meccanica utilizza frese a profilo costante, con profilo corrispondente ai vani tra i denti dell’ingranaggio.

Ma allora, se è un metodo tanto vecchio, perché ora ritorna d’attualità?

Il motivo principale è nello straordinario sviluppo dell’utensile che ora è costituito da un portainserto che monta inserti di precisione sagomati con rettifica e che possono prevedere la protuberanza e lo smusso semitopping. Essi sono progettati, così come le frese portainserti, specificatamente per ogni ingranaggio e quindi generano ingranaggi con un’ottima qualità.

L’impiego dl metallo duro più appropriato per ogni materiale da lavorare e i più moderni ricoprimenti permettono velocità di taglio e avanzamenti inconcepibili per l’acciaio rapido, infatti le velocità di taglio consigliate sono comprese tra i 140 e i 200 m/min con avanzamenti per dente di 0,12 – 0,20 mm;

La novità è costituita anche dal fatto che ora sono disponibili frese a inserti per la lavorazione di moduli relativamente piccoli, quelli usati, per esempio nell’industria automobilistica.

La fresa a disco CoroMill 172 è estremamente flessibile anche per quanto riguarda il tipo di macchina su cui può essere utilizzata.

Fig. 3 – Alcuni tipi di frese Sandvik Coromant della serie CoroMill.

È sufficiente una buona fresatrice CNC, ma anche un qualsiasi centro di lavoro e in questo caso il vantaggio di un solo set-up assume un’importanza rilevante. La possibilità di scelta del tipo di corpo fresa è molto grande, anzi esso viene progettato di volta in volta in base al tipo di macchina disponibile. In figura 3 sono visibili alcune realizzazioni.

Analogamente a quanto accade nella rettifica degli ingranaggi con il metodo di forma, esiste una quasi assoluta libertà di scelta dei profili eseguibili, sia riguardo alle modifiche normalmente richieste sull’evolvente (tip relief, profilo a K, protuberanza, semitopping, ecc.), sia per profili non a evolvente, tipo per esempio gli alberi scanalati.

Fig. 4 – Dettaglio del sistema di bloccaggio in cui si può vedere che l’inserto ha, sulla sua faccia di appoggio, una scanalatura in cui è alloggiato un dente che impedisce ogni movimento all’inserto.

L’inserto è bloccato sul corpo fresa attraverso un’interfaccia denominata iLock che, usata in combinazione con le ultime tecniche di bloccaggio a cuneo, garantisce l’assoluta ripetibilità del posizionamento e la totale assenza di movimenti dell’inserto. Quest’ ultima caratteristica permette tra l’altro una maggior durata del tagliente; inoltre gli inserti in metallo duro consentono di lavorare a secco con tutti i vantaggi di ordine economico ed ecologico che ciò comporta.

Per quanto riguarda la precisione ottenibile con CoroMill 172 bisogna fare un’altra interessante considerazione. I creatori moderni, sia in HSS che in metallo duro, sono caratterizzati da un piccolo diametro che permette un maggior numero di giri, a parità di velocità di taglio e quindi, con uno stesso avanzamento per giro pezzo, hanno un maggior avanzamento al minuto, il che significa un minor tempo ciclo. Ma questo peggiora la qualità della superficie, specie per quanto riguarda la cosiddetta “solcatura” in direzione dell’elica della dentatura. La profondità della solcatura è inversamente proporzionale al diametro del creatore e direttamente proporzionale al quadrato dell’avanzamento per giro pezzo. Si tratta quindi di un grande vincolo in questo tipo di lavorazione.

Nella lavorazione con fresa di forma, di cui CoroMill 172 è un esempio, questo vincolo non esiste e quindi si ottiene una qualità dell’elica migliore. Per esempio con macchine sufficientemente rigide si possono ottenere rugosità dell’ordine di Rz = 3 µm.

Un altro vantaggio che si ha lavorando con fresa di forma, è la possibilità di gestire meglio il profilo del fondo dente, scegliendo con più libertà i raggi di raccordo e i punti di inizio del profilo attivo, inoltre per quanto riguarda la finitura superficiale del fondo dente, non si hanno quelle irregolarità che sono tipiche della lavorazione con il creatore.

I due metodi di cui si sta parlando hanno un altro grande vantaggio rispetto alla dentatura con creatore, essi infatti sono l’ideale per eseguire delle dentature non complete, cioè quegli ingranaggi che hanno dei denti doppi, come per esempio indicato nella foto in apertura, oppure con alcuni denti di diverso spessore cordale.

Nelle aziende che producono in piccoli-medi lotti o prototipi non è più conveniente dentare gli ingranaggi con il creatore. In primo luogo per ogni tipo di ingranaggio è necessario ordinare uno specifico creatore che resterà inutilizzato per lungo tempo e, talvolta, per sempre. Non è neanche conveniente utilizzare creatori con alte prestazioni (acciai superlegati, sofisticati ricoprimenti, ecc.), perché il prezzo d’acquisto inciderebbe in modo drammatico sul costo finale del pezzo prodotto. E poi ci sono i tempi di consegna degli utensili speciali: che a volte sono lunghi.

È molto più conveniente in questi casi lavorare su un centro di lavoro che possa montare una fresa che lavori con il metodo InvoMilling o una fresa CoroMill 172. Nella prima ipotesi si utilizzano inserti standard, mentre nella seconda si può contare su tempi di consegna contenuti e su investimenti limitati.

Anche se questi due metodi non coprono tutto l’esteso campo della dentatura degli ingranaggi essi costituiscono un indubbio progresso rispetto alla dentatura su centri di lavoro che utilizzano le frese a candela.

In conclusione il produttore di ingranaggi dispone oggi di un ventaglio di nuove tecnologie tra cui scegliere la più idonea alle caratteristiche della propria produzione.

Richiedi maggiori informazioni










Nome*

Cognome*

Azienda

E-mail*

Telefono

Oggetto

Messaggio

Ho letto e accetto l'informativa sulla privacy*

LASCIA UN COMMENTO

Please enter your comment!
Please enter your name here