Progettare una broccia: compito da esperti

Caratteristiche tecniche salienti delle brocce per interni, particolarità della progettazione delle brocce scanalate e alcuni accorgimenti per migliorare i risultati dell’operazione di brocciatura.

Le brocce per profili scanalati sono sicuramente molto più difficili da costruire delle brocce tonde, anche se alcune caratteristiche tecniche sono comuni.

La progettazione delle brocce per scanalati richiede un notevole bagaglio di esperienza sia per garantire la massima efficienza delle brocce, sia per minimizzare il loro costo.

Progettazione delle brocce scanalate

La progettazione di una broccia per fori scanalati, e più in generale di brocce che eseguono un profilo complesso, presenta delle particolarità interessanti che mi sembra utile ricordare.
Esistono innumerevoli tipi di profili scanalati: si va da quelli ad alette rettilinee, ai profili dentati ad evolvente tipo ASA o del tipo DIN, a quelli con scanalature di forma del tutto speciale.

Prendiamo qui in esame il tipo di scanalature adatto all’accoppiamento previsto dalle norme UNI 219 – 220 – 221 – 222 – 223, cioè quello a fianchi rettilinei schematizzato in Figura 1.

Figura 1 – Tipo di scanalature adatto all’accoppiamento previsto dalle norme UNI 219 – 220 – 221 – 222 – 223, con fianchi rettilinei.

Innanzitutto, bisogna considerare che per questo tipo di profili la differenza tra il diametro minore d e quello maggiore D è molto grande e quindi il soprametallo totale da asportare è notevole tanto che nella maggioranza dei casi non sarà possibile asportarlo con una sola broccia.

Si dovrà quindi suddividere il lavoro in due o tre brocce con gli accorgimenti che vedremo tra breve.

Partendo dalle dimensioni del profilo finito, bisognerà considerare che, se l’accoppiamento tra albero e foro prevede il centraggio sul diametro interno, sarà necessario rettificare il foro e quindi bisognerà prevedere un certo soprametallo per la rettifica sul diametro interno. Il valore di tale soprametallo è quasi sempre di 0,3 mm e quindi il diametro interno ottenuto con la brocciatura dovrà essere: d’ = d – 0,3.

Supponiamo ora di dover dividere il lavoro su tre brocce. Il primo tratto della prima broccia sarà cilindrico e servirà a portare il diametro interno alla quota d’. Tutti gli elementi di questo primo tratto saranno calcolati come per una broccia cilindrica.

In particolare, si noteranno i denti sgrossatori incrementati che avranno i rompitrucioli e i denti finitori per calibrare il foro.

Il materiale da asportare per generare le scanalature dovrà essere distribuito razionalmente ed in particolare bisognerà tener presenti i seguenti punti:
1) la lunghezza delle brocce componenti una serie dovrà essere uguale; di solito le brocce di una stessa serie lavorano contemporaneamente;
2) il secondo tratto della prima broccia, che inizia il profilo scanalato, deve portare il diametro esterno almeno a 2 mm sopra il diametro d’, questo per avere le scanalature profonde almeno 1 mm e quindi in grado di posizionarsi correttamente nella guida iniziale della seconda broccia;
3) per evitare che rimangano tracce sul pezzo causate dalla ripartizione del lavoro fra le brocce successive, è opportuno che l’ultima broccia, detta calibratrice, o di ripassatura, riprenda il lavoro dalla quota iniziale e, con forte incremento, asporti il leggero soprametallo laterale lasciato dalle brocce di sgrossatura;
4) il primo tratto della terza broccia dovrà eseguire lo smusso sulla sommità dei denti, ma molto spesso i denti smussatori sono posti subito dopo il tratto cilindrico della prima broccia.

Figura 2 – Schema delle asportazioni. a) Sezione asportata dalla prima parte della prima broccia (tratto cilindrico); b) Sezione asportata dalla seconda parte della prima broccia (tratto scanalato b1<b); c) Sezione asportata dalla seconda broccia b2=b1-0,1; d) Sezione asportata dalla terza broccia. Smussi eseguiti dal primo tratto della terza broccia.

Lo schema delle asportazioni relative ad ogni broccia è quello indicato in Figura 2. Nelle brocce cilindriche, in quelle per fori scanalati e striati e per tutte le brocce con profili simmetrici, le forze che agiscono sui taglienti in senso radiale, si annullano a vicenda, contribuendo a mantenere la broccia sull’asse del foro (Figura 3a).

Esistono però dei profili non simmetrici in cui esiste una componente normale all’asse del foro che fa deviare la broccia (Figura 3b).

Figura 3 – a) Profilo simmetrico: le forze radiali si annullano. La broccia resta centrata; b) Profilo asimmetrico: componente radiale non annullata; la broccia tende a sbandare.

Nel caso di brocciatura di profili asimmetrici, sarà perciò necessario limitare, per quanto è possibile, la deviazione della broccia, altrimenti il foro risulterà ovale e la quota B non sarà rispettata.

A questo scopo, nel secondo tratto della broccia, cioè quello che dovrà creare il diametro De, e precisamente nella scanalatura su cui scorre la chiavetta parzialmente formata, le successive quote B, relative ad ogni dente, dovranno avvicinarsi a quelle teoriche con uno scarto di pochi centesimi di millimetro (0,03 – 0,05 mm).

La Figura 4 mostra una sezione della broccia nel secondo tratto; il diametro De, uguale per tutti i denti del secondo tratto, dovrà essere inferiore appunto di 0,03 – 0,05 mm rispetto al diametro Di.

Figura 4 – Indicazione dei diametri per evitare un eccessivo sbandamento della broccia.

In questo modo, se si verifica uno sbandamento della broccia, il diametro interno della chiavetta sfrega contro il fondo della scanalatura e quindi il massimo sbandamento corrisponderà alla differenza tra i diametri Di e De.

Naturalmente gli spigoli del fondo della scanalatura non dovranno essere taglienti e quindi vengono smussati.

L’inconveniente dello sbandamento si verifica anche sulle brocce cilindriche se sono male affilate, se sono usurate in modo non uniforme, se il manicotto di trazione non è allineato rispetto all’asse del foro da brocciare.

Sulle brocciatrici orizzontali, il codolo posteriore deve sempre essere supportato e mai lasciato libero, perché il peso della broccia provocherebbe uno sbandamento della broccia con conseguente foro scentrato.

 

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