Una delle parti vitali di una macchina è il suo ingranaggio che consente il suo movimento rotatorio. È un corpo circolare con una serie di denti che trasmette la potenza e il movimento di un albero a un altro albero. Un singolo ingranaggio non può trasmettere potenza da solo. Ci vogliono due o più ingranaggi rotanti interbloccati (o ingranati) per trasmettere potenza.
Ora entriamo nel dettaglio nel campo della lavorazione degli ingranaggi: cos'è, a cosa serve, i processi di lavorazione degli ingranaggi e alcuni dei suoi pro e contro.
Che cosa è la lavorazione degli ingranaggi?
La lavorazione degli ingranaggi è un metodo di fabbricazione che comporta la rimozione di parti indesiderate da un materiale per produrre un prodotto finale chiamato ingranaggio. Tali materiali potrebbero essere acciaio, ottone, ghisa, plastica, policarbonato, nylon, alluminio o bronzo.
Esistono diversi processi di lavorazione che possono essere utilizzati per ottenere una parte di ingranaggio. Includono fusione, fresatura, dentatura, rettifica, taglio e tranciatura. Questi processi di lavorazione di ingranaggi richiedono una precisione del 100% per la trasmissione accurata della potenza.
Come funziona la lavorazione degli ingranaggi
Il processo di lavorazione degli ingranaggi prevede numerose fasi, dalla preparazione del materiale al taglio, al trattamento termico e alla finitura. È considerato un processo delicato perché anche una piccola imprecisione nell'impostazione può compromettere la funzione prevista della macchina. Lo scopo effettivo del processo di lavorazione degli ingranaggi è trasmettere movimento e potenza a una macchina.
5 fasi di lavorazione degli ingranaggi
Il processo di lavorazione degli ingranaggi consiste in diverse fasi prima che venga raggiunta la condizione finale dell'ingranaggio. Discuteremo di tutti i principali processi di lavorazione degli ingranaggi di seguito:
Preparazione del pezzo grezzo dell'ingranaggio
Il primo passo è fornire e preparare i tuoi grezzi per ingranaggi. I grezzi per ingranaggi sono materie prime come acciaio, alluminio o altri metalli che vengono utilizzati per creare ingranaggi. Vengono convertiti nelle forme desiderate per diventare ingranaggi a tutti gli effetti.
Taglio e modellatura
Questa fase richiede l'impostazione del grezzo di ingranaggio selezionato sulla fresatrice o sul tavolo di lavoro. Lì il taglio viene eseguito utilizzando utensili come frese o frese di forma per modellare i denti dell'ingranaggio nel grezzo di ingranaggio preparato. Il tipo di ingranaggio che si desidera ottenere determina quale dei numerosi processi di taglio degli ingranaggi su una fresatrice si utilizzerebbe.
Trattamento termico
Il trattamento termico non è sempre una fase necessaria quando si lavora un ingranaggio. È facoltativo e dipende dal materiale e dallo scopo dell'ingranaggio. Tuttavia, rende l'ingranaggio resistente all'usura e ne migliora la resistenza.
Finitura
La finitura è un processo di miglioramento della superficie nella lavorazione degli ingranaggi, come la rettifica, la lucidatura o il rivestimento. Questo processo assicura denti raffinati per un funzionamento efficace e facili adattamenti con altri ingranaggi.
Ispezione e controllo qualità
Questa è la fase finale della lavorazione degli ingranaggi, ed è un'ispezione completa per garantire la precisione degli ingranaggi in tutte le dimensioni. Per essere certi che gli ingranaggi lavorati siano conformi agli standard per le prestazioni prima di essere incorporati nelle macchine.
Quali sono i metodi per la lavorazione degli ingranaggi
Imparerai tre metodi principali di lavorazione degli ingranaggi. Esamineremo le diverse tattiche una per una, partendo dalla generazione degli ingranaggi.
Generazione di ingranaggi
La generazione di ingranaggi è l'uso di utensili da taglio per rimuovere materiali da un pezzo grezzo. Esistono sottotipi di generazione di ingranaggi e includono:
- Metodo Sunderland: Con questo metodo, si utilizza una fresa a cremagliera con gioco angolare per realizzare il profilo del dente su un ingranaggio grezzo mediante una macchina per ingranaggi.
- Sagomatura degli ingranaggi: Ciò comporta il movimento avanti e indietro di una fresa speciale che ha la forma dell'ingranaggio desiderato lungo un pezzo in lavorazione mentre il pezzo grezzo dell'ingranaggio è in un movimento di rotazione continuo attorno alla fresa. La sagomatura è un processo di taglio più conveniente laddove altri non sono abbastanza efficienti.
- Dentatura a creatore: È considerato il processo più preciso e accurato per la lavorazione degli ingranaggi. L'utensile da taglio elicoidale viene impiegato durante questo processo e fornisce elevata precisione e una buona finitura superficiale, in particolare su ingranaggi cilindrici ed elicoidali.
Taglio della forma dell'ingranaggio
Sebbene sia il metodo di lavorazione degli ingranaggi preferito, il taglio della forma degli ingranaggi presenta alcuni svantaggi, come bassa qualità e produttività. Tuttavia, ecco alcuni possibili metodi se ne hai bisogno:
- Modellatura, piallatura e stozzatura:Nella sagomatura, l'utensile sullo slittone si muove ripetutamente sul pezzo in lavorazione e può essere utilizzato per realizzare ingranaggi sia interni che esterni.
- Fresatura: L'uso di questo è limitato. Tuttavia, è meglio usarlo per creare geometrie di ingranaggi complesse.
- Elettroerosione (EDM): Questo processo è adatto al taglio di geometrie complesse di diverse dimensioni, ma richiede un controllo di qualità per evitare di danneggiare le superfici dei pezzi, come i profili dei denti curvi.
Formazione di ingranaggi
È il processo di produzione di denti e parti di ingranaggi senza effettivamente utilizzare una fresa o rimuovere alcun materiale come in altre tecniche. Può essere ottenuto tramite i seguenti metodi:
- Rotolamento: Questo metodo prevede il posizionamento di un pezzo grezzo o di una superficie metallica tra due matrici di laminazione e l'applicazione di forza per creare filettature sul pezzo grezzo. Mentre il taglio degli ingranaggi è un processo simile a quello che abbiamo visto sopra, la laminazione degli ingranaggi pressa il materiale nella forma desiderata anziché tagliarlo.
- casting: Ciò comporta la fusione di una lega e il versamento del magma in una forma definita. In questo caso, la forma è quella di un ingranaggio con la giusta quantità e dimensione di denti.
- Metallurgia delle polveri: Questa tecnica prevede la realizzazione di ingranaggi da polveri metalliche. Queste polveri vengono riscaldate tramite il processo di riscaldamento per formare un ingranaggio.
- Additivo di produzione:A differenza della maggior parte dei processi tradizionali di lavorazione degli ingranaggi, si tratta di un metodo tecnologico avanzato che utilizza stampanti 3D o software CAD per creare ingranaggi di alta qualità.
I migliori materiali da utilizzare per la lavorazione degli ingranaggi
Diversi tipi di ingranaggi lavorati necessitano di materiali speciali per aumentare le prestazioni e la durata. Ecco i materiali comunemente usati nella lavorazione degli ingranaggi:
- Acciaio: L'acciaio è perfetto per processi di lavorazione più robusti, come la produzione di ingranaggi cilindrici ed elicoidali. Offre una durata impeccabile ed è resistente all'usura. Esistono diversi tipi di acciaio, ma l'acciaio al carbonio e quello legato sono i più adatti a questo scopo.
- Ghisa: Queste materie prime vengono utilizzate principalmente per ingranaggi in applicazioni a bassa intensità, in cui la durata è importante.
Bronzo: Il bronzo solitamente ha proprietà di basso attrito ed è ideale per la produzione di ingranaggi a vite senza fine. - Nylon: Gli ingranaggi realizzati in nylon sono solitamente adatti ad applicazioni leggere e meno impegnative.
- Materiali della metallurgia delle polveri: Questi materiali sono ideali per produrre ingranaggi in grandi quantità con proprietà costanti.
Lavorazione di ingranaggi Utensili da taglio
Gli utensili di taglio di precisione per ingranaggi sono necessari nella lavorazione degli ingranaggi per garantire profili di ingranaggi lisci e senza soluzione di continuità per il funzionamento in diverse applicazioni. Ecco alcuni degli utensili essenziali necessari per la maggior parte delle lavorazioni degli ingranaggi:
- Macchine per la dentatura degli ingranaggi:Si tratta di utensili essenziali per il taglio degli ingranaggi, utilizzati per tagliare i materiali ad alta velocità durante la lavorazione di dentatura degli ingranaggi, in particolare per formare ingranaggi elicoidali e cilindrici.
- Utensili da taglio:Esistono diversi tipi di utensili da taglio, tra cui frese a cremagliera, frese a tazza e frese per tagliare i denti e dargli forma.
- Macchine a controllo numerico:Le macchine CNC sono utensili di dentatura automatizzati, realizzati allo scopo di una produzione di massa costante di ingranaggi.
Utensili per brocciatura: Questi utensili sono utili per tagliare forme complesse di ingranaggi. Sono anche usati per realizzare scanalature interne. - Modellatori di ingranaggi: Questi utensili sono ideali per modellare ingranaggi interni con profili unici.
Utensili per la finitura superficiale: forniscono ai denti degli ingranaggi la finitura di qualità necessaria per la trasmissione di potenza. - Utensili per rettifica: Utilizzato per levigare le superfici degli ingranaggi dopo il taglio e la sagomatura.
Quali sono i vari tipi di equipaggiamento?
Esistono molti tipi di ingranaggi, ognuno con le sue funzioni e applicazioni specifiche in diverse parti delle macchine, alcune delle quali sono elencate di seguito:
Spur Gear
Utilizzati in applicazioni quali frullatori elettrici, lavatrici e asciugatrici per tessuti. Hanno una forma cilindrica con denti orizzontali paralleli al suo asse e sono essenziali per trasmettere potenza tra due alberi. Una sfida degli ingranaggi cilindrici è che sono molto rumorosi e causano molte vibrazioni ad alta velocità.
Ingranaggio a vite senza fine
L'ingranaggio a vite senza fine è una parte simile a una vite che si muove attraverso un ingranaggio circolare. È costruito per ridurre la velocità ma fornisce più potenza o forza. L'ingranaggio a vite senza fine può anche essere utilizzato per cambiare la direzione del movimento. Una fonte di energia come un motore elettrico può essere utilizzata per azionare l'ingranaggio a vite.
Ingranaggio elicoidale
Questo è uno degli ingranaggi più impiegati ed efficienti nella produzione. Gli ingranaggi elicoidali si ottengono tramite il processo di lavorazione degli ingranaggi elicoidali. Viene utilizzato nella produzione di materie plastiche, cemento e gomma, ed elimina gli svantaggi del processo di lavorazione degli ingranaggi conici.
È fissato ad angolo rispetto all'albero, consentendo a più denti di entrare in contatto durante il funzionamento e di sopportare un carico maggiore.
Negli ingranaggi elicoidali, i denti non sono paralleli all'albero, ma sono inclinati di un angolo inferiore a 50 gradi. Questo particolare tipo di ingranaggi è più potente e meno rumoroso degli ingranaggi cilindrici. La funzione principale di un ingranaggio elicoidale è la riduzione della velocità.
Ingranaggio conico
Gli ingranaggi conici sono utilizzati in applicazioni quali automobili, acciaierie, centrali elettriche e torri di raffreddamento. Consentono l'intersezione dell'asse tra due alberi ad angolo. Ad esempio, se è necessario applicarlo nella direzione dell'asse y anziché nella direzione dell'asse x in cui la potenza entra nell'albero, spetta all'ingranaggio conico dirigere l'intera forza nella direzione desiderata.
Attrezzatura a spina di pesce
Gli ingranaggi a spina di pesce sono spesso definiti "bi-elicoidali". Questo perché sembrano due ingranaggi elicoidali posizionati sullo stesso ingranaggio. Gli ingranaggi a spina di pesce sono utilizzati per trasferire potenza tra alberi paralleli.
La spinta di fascia alta degli ingranaggi elicoidali ha quindi dato vita al design degli ingranaggi a spina di pesce. Gli ingranaggi a spina di pesce riducono il rumore e funzionano senza problemi.
Qual è l'importanza degli ingranaggi nella lavorazione meccanica?
Non possiamo ignorare il fatto che gli ingranaggi sono presenti in quasi tutte le macchine che utilizziamo e che hanno parti mobili. Quindi la grande domanda non è se siano importanti, ma quanto lo siano. Ecco alcuni dei ruoli che gli ingranaggi svolgono nella lavorazione:
Impostazione della velocità di rotazione
Ogni volta che giri le manopole del tuo ventilatore elettrico da soffitto o premi l'acceleratore della tua auto, il motore e lo scoppio in entrambi i casi si accendono. Ma ciò che alla fine mettono in moto per darti la velocità aumentata sono gli ingranaggi.
Modifica della direzione della potenza
I macchinari che utilizzano ingranaggi spesso richiedono che le macchine si muovano in direzioni diverse. Ciò sarà difficile da ottenere in assenza di ingranaggi. Gli ingranaggi lavorati aiutano a cambiare la direzione di un moto rotatorio, reindirizzando la forza rotazionale da una direzione lungo assi diversi.ff
Potenza di trasmissione
La trasmissione di potenza è una delle principali caratteristiche degli ingranaggi nella lavorazione. Garantisce che potenza e movimento siano distribuiti uniformemente su una macchina.
Cambio di coppia
L'altro significato degli ingranaggi nella lavorazione meccanica è che aumentano o diminuiscono la coppia di uscita e modificano la velocità di un motore.
Applicazioni della lavorazione degli ingranaggi
Robotica
I robot sono progettati da alcuni meccanismi. Senza ingranaggi incorporati in essi, è impossibile per un robot muoversi. Gli ingranaggi forniscono supporto al movimento del robot e li aiutano a raggiungere la precisione nel movimento.
Macchinario industriale
Tutto il movimento che vedi in macchine industriali come trattori, escavatori o persino carrelli elevatori è causato da diversi tipi di ingranaggi lavorati che sono incorporati nelle loro strutture meccaniche. Per svolgere lavori pesanti con la massima efficienza per migliorare la produzione e l'output, questi macchinari industriali impiegano ingranaggi che possono funzionare in ambienti difficili.
Aeronautico
Nella produzione aerospaziale, gli ingranaggi sono uno degli attributi più importanti. Hanno diversi scopi chiave, aiutano un aereo a decollare, atterrare o manovrare con facilità. Gli ingranaggi fungono anche da gruppo propulsore tra il motore e l'elica di un apparato di volo.
Automotive
Nella produzione di veicoli a motore, vengono installati ingranaggi lavorati per consentire il movimento e aumentare la velocità. Sono diversi tipi di ingranaggi installati in una macchina automobilistica come auto e camion, che svolgono ruoli unici.
Ad esempio, gli ingranaggi cilindrici vengono utilizzati nella fabbricazione di pompe idrauliche, che aiutano a trasmettere i fluidi idraulici in modo uniforme.
Sensori e Dispositivi medicali
Alcune delle macchine mediche altamente tecniche utilizzate negli ospedali e in altre strutture sanitarie sono alimentate da ingranaggi lavorati e lavorati a CNC parti medicheAd esempio, robot come il sistema robotico da Vinci Surgical che aiuta i chirurghi a eseguire diversi interventi chirurgici hanno ingranaggi lavorati incorporati nelle loro articolazioni e in altre aree per consentire un movimento facile.
Alcune limitazioni comuni con la lavorazione degli ingranaggi
Ci sono alcuni vantaggi interessanti nella lavorazione degli ingranaggi, ma ci sono anche alcune insidie associate. È indispensabile conoscere queste trappole e come evitarle. Ecco alcune sfide, le cause comuni e come prevenirle.
- Vaiolatura superficiale: Ciò accade in caso di lubrificazione insufficiente o pressione superficiale eccessiva. Applicare lubrificanti e rivedere la progettazione degli ingranaggi per migliorare la distribuzione delle sollecitazioni.
- Deformazione dell'ingranaggio: Ciò può verificarsi a causa del surriscaldamento durante la lavorazione. Per impedire l'espansione del calore durante la lavorazione, controllare la temperatura di taglio e utilizzare tecniche di raffreddamento.
- Errori di tono: Questo può accadere quando si verifica un movimento indesiderato dalla macchina che non è correttamente calibrata, portando a tagli imprecisi. Assicurarsi che la macchina sia sempre ferma per misurazioni accurate.
- Eccentricità dei denti dell'ingranaggio: Questo di solito accade a causa di un allineamento errato o difettoso del pezzo grezzo dell'ingranaggio. Per evitare che questo problema si verifichi, assicurarsi di impostare il pezzo grezzo con precisione al centro e di calibrare la macchina prima della lavorazione dei denti dell'ingranaggio.
- Sbavature eccessive: Questo può accadere nel caso di utilizzo di utensili smussati o di velocità di taglio sbagliata. Regolare la velocità di taglio e utilizzare gli utensili necessari porrà semplicemente fine alle sbavature eccessive.
- Deviazione del profilo: Questo può rappresentare una sfida quando l'utensile da taglio è posizionato in modo errato. Assicurati di controllare il posizionamento dell'utensile e di confermare che sia preciso durante il taglio.
Conclusione
Ora, se siete arrivati a questa parte dell'articolo, avrete già appreso alcune cose interessanti sulla lavorazione degli ingranaggi e su come vengono utilizzate tutte queste competenze.
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