Power skiving per veicoli elettrici

Con l’ingresso di un numero sempre maggiore di costruttori nel mercato dei veicoli elettrici (EV), aumenta l’adozione di rapporti multipli in questo tipo di veicoli

Ora i costruttori di veicoli elettrici possono ottenere una riduzione del 90% dell’uso delle macchine grazie al power skiving

Le auto Tesla sono spesso citate come esempio per dimostrare che i veicoli elettrici (EV) non hanno bisogno di marce o doppia trasmissione. Questo è vero, tranne per tutti i modelli che invece li richiedono. Mentre comincia ad affermarsi la tendenza verso veicoli elettrici a più rapporti, Sandvik Coromant, spiega come il power skiving possa aiutare i costruttori di veicoli elettrici a stare al passo, con tempi di lavorazione molto ridotti.

I veicoli Tesla Dual-motor Model S, Model X e Model 3 dispongono ognuno di due cambi indipendenti, uno anteriore e uno posteriore. Il potenziale dei veicoli elettrici a più rapporti è stato studiato anche da Porsche, che ha confermato che la sua Taycan elettrica avrà un cambio a due marce.

Anche i veicoli elettrici di marche come Polestar, Volvo, Lucid e Volkswagen hanno il cambio, ma non come quello che avevano le auto in passato. Le nuove tecnologie comprendono un gruppo cambio-differenziale per auto elettriche a due marce annunciato da ZF, il produttore di sistemi tecnici per i veicoli. I rapporti multipli apportano ai veicoli elettrici diversi vantaggi che verranno illustrati in seguito. Sono due i principali motivi per i quali i veicoli elettrici devono avere le marce. Innanzitutto, il rapporto momento torcente/giri al minuto (giri/min) non è lo stesso in un veicolo elettrico e in uno a combustione interna.

Nei veicoli elettrici, è difficile ottenere momento torcente/accelerazione dalla batteria senza il cambio. Una coppia elevata impone carichi superiori sui fianchi dell’ingranaggio e, in associazione a un elevato numero di giri/min, fa emergere il problema della riduzione del rumore, in quanto i veicoli elettrici non hanno un motore che copra il rumore. Secondo, il rapporto giri/min più elevato dei veicoli elettrici impone requisiti qualitativi migliori alla trasmissione e questo rende sempre più difficile utilizzare i metodi di lavorazione tradizionali.

Nei veicoli elettrici, è difficile ottenere momento torcente/accelerazione dalla batteria senza il cambio. Il numero di giri/min superiore dei veicoli elettrici impone requisiti supplementari alla trasmissione

Ad esempio, quando le macchine sono in linea, si aggiungono deviazioni agli ingranaggi ogni volta che il componente dell’ingranaggio viene spostato verso la macchina successiva. I cambi dei veicoli elettrici sono per lo più epicicloidali e la loro costruzione compatta riduce anche il peso e lo spazio necessari al cambio. Alcuni cambi sono anche chiamati riduttori, in quanto il loro compito è quello di ridurre momento torcente e giri/min all’avviamento.

Il power skiving in pratica

Qual è quindi per i costruttori il modo migliore di produrre questi componenti della trasmissione?

La risposta si trova in un concetto noto da oltre un secolo: il power skiving. Questo processo abbina formatura e dentatura a creatore — un processo di lavorazione per il taglio degli ingranaggi — in un unico processo di taglio continuo.

Il power skiving ha diversi vantaggi rispetto ai metodi di lavorazione tradizionali, tra cui livelli superiori di produttività e flessibilità. Mediante questo metodo, è possibile lavorare il componente completo su macchine multi-task o centri di lavoro con un unico setup.

Questo riduce i tempi di produzione, migliora la qualità e abbassa i costi di movimentazione e logistica. Il processo consente inoltre una lavorazione del componente gestibile e prevedibile.

CoroMill 180 di Sandvik Coromant è una fresa a inserti multitaglienti utilizzata per il power skiving

La possibilità di eseguire tutte le lavorazioni con un unico setup elimina la necessità di più macchine specialistiche e cambi macchina. Per i produttori del settore automotive — per i quali i tempi di fermo sono terribilmente costosi — la riduzione dei cambi macchina può avere un impatto significativo sui risultati. Un cliente di Sandvik Coromant ha messo alla prova il power skiving cercando di formare componenti essenziali degli ingranaggi realizzati in acciaio 16MnCr5 bassolegato servendosi di CoroMill® 178 o CoroMill 180 multitaglienti di Sandvik Coromant.

Il pezzo è stato sottoposto a sgrossatura e finitura con fresa integrale per power skiving CoroMill® 178H PM-HSS. In precedenza, per questo processo, il cliente utilizzava una fresa a tazza alla velocità di taglio di 40 m/min (131 ft/min) per la fase di sgrossatura e di 50 m/min (164 ft/min) per quella di finitura.

Servendosi di questo metodo, le velocità potrebbero arrivare fino a 250-300 m/min (820-980 ft/min) sia per la sgrossatura che per la finitura. In generale, il produttore ha utilizzato le frese CoroMill 178H PM-HSS per tre-cinque fasi di sgrossatura e due fasi di finitura. Il cliente ha anche riscontrato una riduzione dei tempi di setup e sostituzione tagliente, una maggiore stabilità del processo e una qualità dei componenti notevolmente migliore. Il miglioramento della qualità è dovuto al fatto che non occorre spostare il componente tra diverse macchine/operazioni di lavorazione, aggiungendo così deviazioni del centro e del runout.

La lavorazione viene completamente eseguita in unico setup. Inoltre, sostituendo il processo di formatura con il power skiving, il tempo di taglio si riduce e la durata utensile aumenta considerevolmente. Questo ha portato a una riduzione del 90% del tempo di lavorazione, liberando considerevoli risorse.

La scelta dell’utensile

Sandvik Coromant offre una serie di frese in carburo per power skiving, CoroMill 178S, e anche CoroMill 178H realizzate in acciaio super rapido ricavato da polveri (PM-HSS). Sono progettate per garantire precisione e prestazioni di alto livello e sono disponibili per il modulo 0.5–6 (DP 50–5). Sandvik Coromant offre inoltre CoroMill 180. Si tratta di frese a inserti multitaglienti con sedi inserto a binario che assicuran o un’eccellente precisione e ripetibilità nei moduli da 2.5 a 8 (DP 10–3).

Sebbene sia noto da tempo, il power skiving ha ripreso slancio di recente, in quanto le macchine diventano sempre più solide e rigide e i produttori sono alla ricerca di nuovi metodi di lavorazione. Il power skiving offre risultati particolarmente interessanti nella produzione in serie in cui è fondamentale ridurre i tempi di lavorazione e nei settori dove i tempi di fermo sono costosi, come ad esempio i mercati automotive e della produzione dei veicoli elettrici.