In questo articolo si espongono i risultati di prove di finitura di ingranaggi mediante un creatore in metallo duro a secco operante ad alte velocità di taglio. Lo scopo di questo lavoro è quello di verificare se sia possibile finire un ingranaggio con la stessa precisione ottenibile con la rasatura in tempi accettabili.
Negli ultimi anni si sono intensificati gli sforzi per realizzare una società “decarbonizzata”; per raggiungere questo obiettivo, è necessario ridurre le emissioni di CO2 e l’impatto ambientale, non solo nei prodotti finiti, ma anche nei processi industriali. I veicoli elettrici costituiscono uno degli strumenti per un mondo più sostenibile. Che però, a causa del peso elevato della batteria, rendono necessario disperdere la minor energia possibile, elevando l’efficienza del gruppo propulsore con ingranaggi ad alta precisione. Pertanto, un processo di produzione degli ingranaggi che soddisfi sia il basso impatto ambientale che la massima accuratezza è la chiave per avvicinarsi alla soluzione del problema. La rasatura è il processo di finitura convenzionale prima del trattamento termico con un buon equilibrio tra costi e alta precisione. È ancora molto utilizzato soprattutto per lavorazioni di organi di trasmissione medio-piccoli, come ingranaggi solari e pignoni, anche se la finitura di pezzi temprati sta diventando popolare. La rasatura, tuttavia, presenta tre inconvenienti;
- forte impatto ambientale dovuto al processo a umido con olio da taglio;
- è un processo aggiuntivo dopo la dentatura;
- mostra difficoltà a controllare il profilo di ingranaggi con pochi denti.
La dentatura a secco con creatore potrebbe risolvere questi problemi, se fosse possibile ottenere una precisione equivalente alla rasatura. Tuttavia, il processo di dentatura convenzionale non è sufficiente per soddisfare questa esigenza. In generale, la riduzione della velocità di avanzamento assiale del creatore può migliorare la precisione dell’ingranaggio, ma aumenta il tempo di lavorazione.
Per mantenere lo stesso tempo di lavorazione, è necessario aumentare la velocità di taglio.
Analisi tecnica
Negli ultimi anni lo sviluppo delle macchine utensili e delle tecnologie da taglio ha consentito di studiare la finitura tramite dentatura prima del trattamento termico.
Per esempio, sono stati condotti studi sperimentali a una velocità di taglio massima di 2.250 m/min applicando una strategia a due tagli (sgrossatura e finitura).
In questo studio, utilizzando un creatore in metallo duro, è stato confermato che è possibile ottenere una vita utensile accettabile anche a una velocità di taglio di 1.500 m/min, che è molto più elevata rispetto alla condizione di taglio convenzionale.
Tuttavia, la maggior parte degli studi precedenti si è concentrata sulla durata dell’utensile e non ha menzionato la precisione dell’ingranaggio. Inoltre, nello studio di cui sopra, la strategia a due tagli è stata utilizzata allo scopo di aumentare la velocità di taglio.
Per ottenere una precisione dell’ingranaggio equivalente alla rasatura nella dentatura ad alta velocità, risulta fondamentale applicare una piccola velocità di avanzamento assiale per ridurre la profondità della solcatura di avanzamento. In tali condizioni di taglio, la forza sarebbe sufficientemente piccola per la dentatura ad alta velocità, anche con una strategia ad azione singola.
In questo lavoro, è stata eseguita una dentatura di precisione a secco ad alta velocità in condizioni di taglio singolo e velocità fino a 2.450 m/min su un campione grezzo di ingranaggio.
La precisione dell’ingranaggio e la rugosità superficiale dei pezzi sono state confrontate con quelle di un processo di rasatura per vedere se la dentatura di precisione ad alta velocità potesse sostituirlo. È stata inoltre studiata la relazione tra velocità di taglio e forza di taglio durante la dentatura ad alta velocità e la temperatura dei trucioli e dei pezzi lavorati.
