L’operazione di brocciatura è largamente usata nell’industria meccanica e, in particolar modo, nel settore dell’automobile. Nella fabbricazione di componenti in grande serie è infatti il mezzo più veloce e preciso, soprattutto per quanto concerne la ripetibilità delle dimensioni su stock molto estesi di pezzi.
Definizione
La brocciatura è un’operazione, sotto certi aspetti, concettualmente semplice. Si tratta infatti di allargare un foro, secondo una sagoma ben definita, facendo passare in esso una serie di taglienti con diametri e dimensioni via via crescenti. Non si hanno moti di rotazione, ma solamente un moto rettilineo, generalmente in direzione verticale, che tra l’altro non avviene nemmeno ad alta velocità: da 3 m/min fino a 20–30 m/min. Tuttavia la broccia è un utensile complesso e molto costoso; la sua corretta progettazione e costruzione richiede un bagaglio di esperienza notevole.
La brocciatura ha sostituito, oramai da moltissimi anni, quasi tutte le operazioni di stozzatura di dentature interne, specie di grandi serie, non solo, ma in certi casi questo metodo di lavorazione è l’unico possibile, come per esempio nell’esecuzione di fori di piccolo diametro con striature (profili di tipo ASA). Se pensiamo per esempio a fori di diametro di 10–15 mm, con dentature interne di qualsiasi tipo, ci rendiamo subito conto che è estremamente difficile costruire dei coltelli stozzatori di diametro così piccolo. È molto più comodo, veloce e preciso produrre un pezzo di questo tipo con la brocciatura. L’unica grossa limitazione riguardo questa operazione è che il foro sagomato deve essere passante.
Data la sua prerogativa di precisione e di velocità, la brocciatura è usata anche vantaggiosamente in sostituzione dell’alesatura di fori cilindrici.
Con il termine brocciatura si intende non solo la lavorazione di superfici interne, ma anche di superfici esterne. In questo ultimo caso le brocce per esterni sono degli spezzoni piatti che vengono fissati in serie su particolari attrezzi (slittoni) e presentano alla superficie da lavorare una serie di taglienti incrementati che progressivamente danno al pezzo la forma e le dimensioni volute. Questa operazione è detta anche, a volte, fresatura rettilinea.
La brocciatura di profili interni, tra cui le dentature ad evolvente hanno un posto di rilievo, è un’operazione eseguita molto frequentemente perché è veloce, precisa e complessivamente poco costosa, in quanto, la broccia, se correttamente impiegata, può eseguire un elevatissimo numero di pezzi.
Nella Figura 1, per esempio, è rappresentata una broccia per una dentatura interna a evolvente di diametro abbastanza grande, mentre sta lavorando. Questa broccia ha un costo molto alto, ma è pur tuttavia conveniente per le prerogative sopra-accennate.
Nelle produzioni di grandi serie quindi la brocciatura è indispensabile per ottenere prodotti di basso costo e con caratteristiche dimensionali uguali, fattore questo della massima importanza per assicurare l’intercambiabilità dei pezzi. La gamma di forme e dimensioni delle dentature interne è praticamente infinita. Si può andare da un pezzo con diametro del foro di qualche millimetro ad ingranaggi interni di notevoli dimensioni (250–300 mm), come nel caso di Figura 1.
La broccia può essere definita come un utensile multiplo costituito da una serie di elementi taglienti, opportunamente distanziati e dimensionati, disposti lungo la traiettoria del moto relativo in modo tale che il profilo voluto sia generato dal succedersi dei singoli denti attraverso l’asportazione di un ben definito soprametallo da parte di ogni dente. Le due categorie fondamentali di brocce sono:
1. brocce per lavorare superfici interne;
2. brocce per lavorare superfici esterne.
Si esporranno qui in particolare le caratteristiche delle brocce per interni. Le brocce per interni si suddividono a loro volta in cilindriche (tonde), poligonali, scanalate, striate, piatte, elicoidali…
Esse possono venire azionate mediante trazione o spinta e possono avere un moto rettilineo od elicoidale.
In riferimento alla Figura 2, si indicano alcune elementari definizioni relative alle brocce per interni:
• Attacco e codolo anteriore
• Codolo posteriore
• Imbocco
• Guida iniziale
• Tratto attivo
• Guida finale
Ognuna di queste parti della broccia deve essere progettata con cura considerando, oltre al pezzo da lavorare, anche la macchina e le condizioni di lavoro possibili.
In genere si parte da un pezzo forato con un certo diametro D che è leggermente inferiore al diametro interno della dentatura DI .
La guida anteriore dovrà avere un diametro leggermente inferiore al minimo della tolleranza del diametro di pre-brocciatura D e il primo dente tagliente dovrà avere un diametro di poco superiore a DI .
La differenza di diametro tra due denti successivi e detta incremento diametrale; dividendo per due si ottiene l’incremento radiale o semplicemente l’incremento.
La distanza tra un dente e il successivo e detta passo dei taglienti e questo elemento dipende essenzialmente dalla lunghezza del pezzo da brocciare, essendo valida la regola generale che il numero di denti in presa contemporaneamente dovrebbe essere di 3–4.
La scelta del passo, però, richiede un esame approfondito di molti altri fattori, tra i quali, non ultimo, il materiale.
Dal passo e dall’incremento dipende la lunghezza della broccia che a sua volta è vincolata dal tipo di brocciatrice che si ha a disposizione.
Succede spesso che la lunghezza minima della broccia sia superiore alla massima lunghezza che la brocciatrice può usare. In questi casi è necessario dividere l’operazione in due fasi, dividendo il soprametallo da asportare tra una prima broccia ed una seconda broccia.
Come si può intuire da queste poche cose che si sono dette, la progettazione della broccia richiede una serie di scelte tra varie opzioni, scelte che possono essere fatte correttamente solo se si ha un grande bagaglio di esperienze.
Un problema che riveste un certo interesse è, per esempio, la finitura del diametro interno DI (Figura 3). Può essere fatta già dal tratto iniziale della broccia, con una serie di denti che partono dal diametro di pre-brocciatura D ed arrivano al diametro finale DI. Il soprametallo d’asportare e quindi il numero di denti, sarà funzione dello stato del foro di pre-brocciatura, della sua tolleranza, dalla sua ovalità e conicità. La finitura di questo diametro con la parte iniziale della broccia, non sempre è la soluzione giusta. Infatti, i successivi denti che generano la dentatura, possono deviare dall’asse e produrre una dentatura con un diametro primitivo scentrato rispetto al diametro interno.
È ben vero che il tagliente che esegue la dentatura è strutturato in modo da non permettere una deviazione molto grande, ma una scentratura ci può sempre essere.
Un altro sistema è quello di finire il diametro interno DI con un gruppo di denti posto nella parte finale della broccia. Ma questa soluzione è ancora più pericolosa della prima, perché gli ultimi denti non sono guidati e possono eseguire un diametro interno fuori asse.
Sicuramente migliore, anche se più costosa, è la soluzione di finire il diametro interno con i cosiddetti denti alternati.
Nell’ultimo settore della broccia si alterna un dente cilindrico, che finisce il diametro interno, con un dente profilato che finisce la dentatura.
In questo modo si ha la sicurezza che il diametro interno DI ed il diametro primitivo DP sono perfettamente concentrici.
