Trasmissione a Ingranaggi: Principi e Applicazioni del Metodo di Formatura e del Metodo per Generazione nella Lavorazione degli Ingranaggi

01 Principi di base del metodo di generazione

1.1 Fondamenti Matematici

• Principio di Avvolgimento : La traiettoria del bordo tagliente degli utensili (ad esempio filetti e dentiere) forma una serie di curve continue, e l'inviluppo di queste curve costituisce il profilo teorico del dente dell'ingranaggio (ad esempio evolvente, cicloidale).
• Equazione di Ingranamento : Soddisfa la relazione di moto relativo tra utensile e pezzo per garantire la precisione del profilo del dente.

1.2 Caratteristiche Principali

• Alta Precisione : Capacità di lavorare profili denti complessi (ad esempio evolvente, ingranaggi ad arco circolare).
• Alta efficienza : Il taglio continuo consente la produzione di massa.
• Grande versatilità : Uno stesso utensile può lavorare ingranaggi con diversi numeri di denti (purché abbiano lo stesso modulo).

1.3 Processi Tipici del Metodo di Rullatura

1.3.1 Fresatura a Filetto

• Principio : Sfrutta il movimento di ingranamento tra una fresa madre (di forma simile a una vite senza fine) e il grezzo dell'ingranaggio, completando il taglio attraverso un avanzamento assiale.
• Relazione di Movimento : Rotazione della fresa madre (movimento principale di taglio) + Rotazione del pezzo (movimento di rullatura) + Avanzamento assiale.
• Vantaggi : Elevata efficienza, adatta alla produzione di massa (ad esempio ingranaggi automobilistici); può lavorare ingranaggi dritti, elicoidali, viti senza fine, ecc.
• Esempi di applicazione : Lavorazione di ingranaggi planetari e ingranaggi solari per riduttori per turbine eoliche.

1.3.2 Dentatura con Cremagliera Finitrice

• Principio : Utilizza una fresa dentatrice (di forma simile a un ingranaggio) che esegue un movimento alternativo di taglio sul pezzo ruotante, in rapporto di ingranamento.
• Relazione di Movimento : Taglio verticale alternato della dentatrice + rotazione generativa del pezzo e dell'utensile.
• Vantaggi : Può lavorare strutture complesse come ingranaggi interni e doppi ingranaggi; rugosità superficiale del dente superiore rispetto alla fresatura (Ra 0,8–1,6 μm).
• Limitazioni : Efficienza inferiore rispetto alla fresatura; costo utensile più elevato.
• Esempi di applicazione : Lavorazione di corone dentate interne nei cambi e ingranaggi di piccole dimensioni ad alta precisione.

1.3.3 Raspatura degli ingranaggi

• Principio : Il rasoiatore e il pezzo ruotano in presa con leggera pressione, migliorando la precisione del profilo del dente attraverso l'azione di raschiatura dei bordi dell'utensile. È un processo di finitura utilizzato per rifinire dopo la fresatura o la dentatura.
• Vantaggi : Può correggere errori del profilo del dente e migliorare la scorrevolezza della trasmissione dell'ingranaggio; la precisione di lavorazione raggiunge il grado DIN 6–7.
• Esempi di applicazione : Lavorazione finale degli ingranaggi dei cambi automobilistici.

1.3.4 Rettifica degli ingranaggi

• Principio : Utilizza una mola profilata o una mola a vite senza fine per rettificare la superficie del dente mediante movimento generativo, principalmente per la finitura di ingranaggi temprati.
• Vantaggi : Precisione estremamente elevata (fino al grado DIN 3–4); può lavorare ingranaggi con superficie dura (HRC 58–62).
• Limitazioni : Costo elevato e bassa efficienza, utilizzato tipicamente in settori con elevate esigenze di precisione.
• Esempi di applicazione : Ingranaggi per motori aerospaziali e ingranaggi di stadi ad alta velocità nei riduttori per turbine eoliche.

02 Principi Fondamentali del Form Cutting

• Alta Dipendenza dall'Utensile : La precisione del profilo del dente dipende direttamente dalla precisione del contorno dell'utensile.
• Assenza di Moto Generativo : Il processo di lavorazione non simula l'ingranamento tra ruote dentate, basandosi soltanto sul moto relativo tra utensile e pezzo.
• Alta flessibilità : Capacità di lavorare profili di denti non standard (ad esempio denti ad arco circolare, denti rettangolari).

2.1 Fondamenti Matematici

• Principio di Profilatura : La forma geometrica del tagliente dell'utensile corrisponde perfettamente allo spazio tra i denti dell'ingranaggio.
• Movimento di Indicizzazione : Utilizza dispositivi di divisione (ad esempio testa divisora) per la lavorazione dente per dente, garantendo un passo uniforme dei denti.

2.2 Vantaggi e Svantaggi

Vantaggi

• Equipaggiamento semplice : Realizzabile con comuni macchine fresatrici.
• Adatto alla Produzione Singola, in Piccola Serie o alla Riparazione : Ideale per scenari di personalizzazione e manutenzione.
• Capace di Lavorare Ingranaggi con Modulo Molto Elevato : Ad esempio ingranaggi utilizzati in macchinari per l'estrazione mineraria.

Svantaggi

• Bassa Precisione : Tipicamente grado DIN 9–10.
• Bassa efficienza : Richiede una lavorazione dente per dente.
• Scarsa Versatilità degli Utensili : Sono necessari utensili specializzati per ogni modulo.

2.3 Processi Tipici di Formatura per Taglio

2.3.1 Fresatura di Ingranaggi

• Principio : Utilizza una fresa a disco o una fresa a punta; la fresa ruota per il taglio, e il pezzo viene avanzato dente per dente tramite una testa divisoria.
• Relazione di Movimento : Rotazione della fresa (taglio principale) + Avanzamento assiale del pezzo + Rotazione di divisione.
• Scenari applicativi : Produzione di ingranaggi cilindrici a denti dritti e elicoidali in piccoli lotti o singoli pezzi; ingranaggi a modulo grande (modulo ≥20 mm) oppure ingranaggi da riparazione.
• Studio di caso : Ingranaggi dello stadio a bassa velocità di riduttori marini (modulo 30, materiale: 42CrMo) lavorati con fresa a punta + divisione CNC, raggiungendo una rugosità della superficie dentale di Ra 3.2 μm.

2.3.3 Brocciatura degli ingranaggi

• Principio : Utilizza uno stozzatore (utensile a più denti a gradini) per brocciare l'intero vano del dente in un unico passaggio.
• Relazione di Movimento : Moto lineare dello stozzatore (taglio) + pezzo in posizione fissa.
• Vantaggi : Efficienza estremamente elevata (completa un vano dente per corsa); precisione relativamente alta (fino al grado DIN 7).
• Limitazioni : Adatto solo per la produzione in serie di ingranaggi interni o esterni; costo elevato di fabbricazione dello stozzatore, ideale per ordini di grandi volumi di una singola specifica.
• Esempi di applicazione : Produzione di massa di anelli sincronizzatori per autoveicoli (tempo ciclo <10 secondi/pezzo).

2.3.3 Rettifica per forma

• Principio : Utilizza una mola profilata (con profilo corrispondente al vano del dente) per rettificare ingranaggi temprati.
• Relazione di Movimento : Rotazione della mola abrasiva + Indicizzazione del pezzo in lavorazione.
• Vantaggi : Può lavorare ingranaggi ad alta durezza (HRC >60); precisione fino al grado DIN 4 (errore del profilo del dente <5 μm).
• Campi di applicazione : Finitura di ingranaggi per motori aerospaziali e ingranaggi per riduttori di precisione.

03 Confronto e applicazioni industriali dei due metodi

Confronto tra metodo generativo e taglio per forma

Applicazioni industriali del metodo generativo

3.1 Riduttori per energia eolica

• Requisiti : Coppia elevata, lunga durata (≥20 anni).
• Combinazione di processi : Fresatura (lavorazione di sgrossatura) → Trattamento termico → Rettifica dell'ingranaggio (finitura).