Che cos’è la lavorazione degli ingranaggi?
La lavorazione degli ingranaggi riguarda la produzione di ingranaggi. Fa parte dell’ingegneria meccanica. Si tratta di prendere materiali grezzi e modellarli in ingranaggi di dimensioni e tolleranze specifiche. I termini lavorazione di ingranaggi e produzione di ingranaggi sono spesso usati in modo intercambiabile. La differenza è che la produzione di ingranaggi è tutto, dall’inizio alla fine, mentre la lavorazione degli ingranaggi si concentra solo sul taglio, la sagomatura e la finitura.
Gli ingranaggi sono dispositivi meccanici per il trasferimento di potenza. Trasmettono e aumentano le forze tra alberi rotanti e possono modificare la velocità e la coppia degli alberi. Sono importanti per far muovere le cose in modo fluido. Dai semplici utensili manuali ai complessi robot industriali, gli ingranaggi sono ovunque. Devono essere tagliati e disposti nel modo giusto per funzionare bene. Per questo motivo gli ingranaggi sono presenti in quasi tutti i dispositivi meccanici.
La qualità del taglio degli ingranaggi determina la durata del funzionamento dei sistemi meccanici. Gli ingranaggi tagliati male possono essere rumorosi, vibrare molto e usurarsi rapidamente. Per questo motivo, la realizzazione di buoni ingranaggi richiede molta cura e abilità. Gli ingranaggi devono avere il giusto gioco per potersi incastrare e funzionare senza problemi. Ecco perché la qualità è così importante quando si tagliano gli ingranaggi.
Processi di lavorazione degli ingranaggi
Processi di taglio
Impugnatura degli ingranaggi
Un modo per realizzare gli ingranaggi è la dentatura a creatore. Si utilizza un utensile chiamato creatore che gira e ha dei denti. Questo processo permette di realizzare tutti i tipi di ingranaggi ed è ottimo per produrre molti ingranaggi tutti uguali. La macchina che esegue questo processo si assicura che il creatore e l’ingranaggio girino nella giusta misura per ottenere un ingranaggio perfetto. Questo modo di produrre ingranaggi è veloce e produce ingranaggi di buona qualità, ma non funziona altrettanto bene per gli ingranaggi che girano all’interno di altri ingranaggi o per gli ingranaggi che hanno forme fantasiose.
Formazione dell’ingranaggio
La dentatura utilizza una fresa che si muove avanti e indietro per creare ingranaggi. È utile per realizzare ingranaggi che si inseriscono all’interno di altri ingranaggi e ingranaggi di forma diversa da quella rotonda. Inoltre, permette di realizzare ingranaggi diversi l’uno dall’altro. La fresa si muove avanti e indietro e crea ogni dente dell’ingranaggio. Questo metodo di produzione di ingranaggi permette di realizzare ingranaggi di qualsiasi forma, ma è più lento della dentatura a creatore.
Rasatura con attrezzi
La rasatura degli ingranaggi è un modo per rendere lisci gli ingranaggi dopo che sono stati realizzati con un piano di lavoro o con una fresa. Si utilizza una fresa che asporta un po’ di metallo dagli ingranaggi e li rende lisci e perfetti. In questo modo gli ingranaggi diventano silenziosi quando girano. Questo modo di fare gli ingranaggi è facile e veloce, ma bisogna assicurarsi che gli utensili siano giusti.
Rettifica degli ingranaggi
La rettifica degli ingranaggi è un modo per renderli molto precisi. Si utilizza una ruota con grani e si rimuovono piccolissime quantità di metallo dagli ingranaggi. In questo modo gli ingranaggi diventano molto lisci. Questo metodo di produzione degli ingranaggi è lento e costa molto, ma produce ingranaggi di qualità. Si ricorre a questo metodo di produzione degli ingranaggi quando si vogliono ingranaggi molto lisci e rotondi.
Processi di formazione
Formazione di ingranaggi
La **Fucinatura di ingranaggi** è il processo di modellazione del metallo mediante l’applicazione di forze di compressione. È una buona tecnica per la produzione di grandi quantità di ingranaggi che devono essere robusti e durevoli. La forgiatura produce ingranaggi con buone proprietà meccaniche, ma di solito gli ingranaggi necessitano di ulteriori lavorazioni per ottenere le dimensioni finali corrette.
Estrusione di ingranaggi
**L’estrusione di ingranaggi** avviene spingendo il metallo riscaldato attraverso una matrice per creare il profilo desiderato. È un metodo rapido per produrre ingranaggi, ma viene utilizzato principalmente per ingranaggi di piccole dimensioni. È più adatta per ingranaggi con forme semplici e richiede un’ulteriore lavorazione per la finitura superficiale e la precisione dimensionale.
Lavorazione a freddo dell’abbigliamento
La **rullatura a freddo degli ingranaggi** viene effettuata premendo i denti degli ingranaggi tra matrici temprate per modellarli. È un metodo molto efficiente per creare ingranaggi con una buona finitura superficiale e resistenti. Questo processo è efficiente per quanto riguarda il volume, l’uso del materiale e le proprietà meccaniche. È un buon processo per la produzione di massa di ingranaggi.
Processi di lavorazione speciali
Lavorazione a scarica elettrica (EDM)
L’elettroerosione è un processo che utilizza scintille elettriche per rimuovere il materiale. Può creare forme molto complicate ed è ottima per i materiali duri che sono difficili da tagliare in modo normale. L’elettroerosione è ideale quando la forma o il materiale sono difficili da lavorare con le tecniche di taglio tradizionali.
Lavorazione laser
La lavorazione laser consiste nell’utilizzare un fascio di luce molto potente per tagliare, incidere o modellare gli oggetti. La lavorazione laser è ottima per realizzare ingranaggi piccoli e dettagliati. Si usa anche per modificare la superficie degli ingranaggi per farli funzionare meglio. Se avete bisogno di un oggetto di dimensioni molto precise e con molti piccoli dettagli, potete usare la lavorazione laser per questo.
Processi aggiuntivi
Trattamento termico
Il **trattamento termico** è una parte importante della produzione di ingranaggi. Viene eseguito in diverse fasi, come la tempra, il rinvenimento e la ricottura. Il trattamento termico può migliorare le proprietà fisiche degli ingranaggi, come la durezza, la forza e la resistenza all’usura. Il trattamento termico è importante perché rende gli ingranaggi abbastanza forti da sopportare tutte le sollecitazioni che subiscono durante l’uso e li aiuta a durare a lungo.
Trattamento della superficie
Il trattamento superficiale consiste nell’intervenire sulla superficie dell’ingranaggio per aiutarlo a resistere all’usura, alla corrosione e a ridurre l’attrito. Ad esempio, il trattamento superficiale può essere una placcatura, un rivestimento o diversi tipi di indurimento superficiale. Il tipo di trattamento superficiale scelto dipende dall’uso che si farà dell’ingranaggio e da ciò con cui l’ingranaggio verrà a contatto.
Tipi di ingranaggi
Gruppi a dentiera
È il tipo di ingranaggio più semplice, con denti paralleli all’asse di rotazione. Gli ingranaggi cilindrici sono adatti a molte applicazioni grazie alla loro semplicità e al loro basso costo, ma possono essere rumorosi alle alte velocità.
Gruppi elicoidali
Ingranaggi con denti disposti ad angolo rispetto all’asse di rotazione. Gli ingranaggi elicoidali offrono un funzionamento più fluido e silenzioso rispetto agli ingranaggi cilindrici. Possono trasmettere potenza tra alberi paralleli o non paralleli, ma generano una spinta assiale che richiede l’uso di cuscinetti reggispinta.
Gruppi a spina di pesce
Un tipo di ingranaggio elicoidale con denti angolari contrapposti che annullano la spinta assiale generata dagli ingranaggi elicoidali standard. Gli ingranaggi a spina di pesce garantiscono un funzionamento più fluido e una maggiore capacità di carico, rendendoli adatti ad applicazioni per impieghi gravosi.
Gruppi conici
Ingranaggi con denti formati da una superficie conica. Vengono utilizzati per trasmettere il movimento tra alberi intersecanti. Gli ingranaggi conici sono spesso utilizzati quando è necessario un cambio di direzione.
Gruppi a vite senza fine
Ingranaggi costituiti da una vite senza fine e da una ruota elicoidale. Sono spesso utilizzati per rapporti di riduzione elevati. Gli ingranaggi a vite senza fine si trovano negli argani e nei meccanismi di guida. Sono ideali quando è necessaria una riduzione significativa della velocità.
Rack
Ingranaggi che hanno denti su una superficie piana e lavorano insieme a pignoni, o piccoli ingranaggi, per tradurre il movimento rotatorio in movimento lineare. Le cremagliere sono comunemente utilizzate nei sistemi di guida e nei processi industriali automatizzati.
Selezione del materiale per la lavorazione degli ingranaggi
Quando si sceglie il materiale di un ingranaggio, si considerano: forza, durezza, resistenza all’usura, posizione dell’ingranaggio, budget. Serve un ingranaggio per trasportare un carico? Usate un materiale resistente. Gli ingranaggi funzionano sempre? Usate un materiale che resista all’usura. Ingranaggi più grandi? Pensate all’ambiente. Ingranaggi in una scatola di trasmissione, non esposti? Molte scelte. Serve un ingranaggio per funzionare in un deserto? Poche scelte.
Acciaio
Gli ingranaggi sono generalmente realizzati in **acciaio**. L’acciaio è forte e durevole. Esistono diversi tipi di acciaio, come l’acciaio al carbonio o l’acciaio legato, che vengono utilizzati in base ai requisiti degli ingranaggi. Acciai diversi hanno prestazioni migliori e durano più a lungo come ingranaggi rispetto ad altri.
Alluminio
**L’alluminio** è leggero e non arrugginisce, quindi è ottimo quando non si vogliono ingranaggi pesanti. L’alluminio non è forte come l’acciaio, ma è possibile utilizzare leghe di alluminio per gli ingranaggi in applicazioni in cui non è necessaria una grande resistenza. È particolarmente utile nelle applicazioni aerospaziali e automobilistiche.
Plastica
Gli ingranaggi in **plastica** non pesano quasi nulla, non costano nulla e possono essere utilizzati in modo molto silenzioso. Gli ingranaggi in plastica sono spesso utilizzati nell’elettronica di consumo, nei giocattoli e in oggetti che non richiedono molta pressione. Diversi tipi di plastica, come il nylon, il POM e il policarbonato, hanno proprietà diverse che li rendono migliori per diversi scopi.
Altri materiali
Esistono altri materiali, come l’ottone, il bronzo e alcuni materiali compositi, che vengono utilizzati per realizzare ingranaggi per situazioni specifiche. Questi materiali hanno proprietà speciali, come l’assenza di corrosione, il funzionamento ad alte temperature o la lubrificazione.
Applicazioni della lavorazione degli ingranaggi
Industria automobilistica
L’industria automobilistica si basa molto sulla **lavorazione degli ingranaggi**. Gli ingranaggi sono utilizzati nelle trasmissioni, nei differenziali e nei sistemi di sterzo. Gli ingranaggi fanno funzionare i veicoli in modo fluido ed efficiente. Poiché l’industria automobilistica richiede ingranaggi più leggeri, più efficienti e più resistenti, il settore della lavorazione degli ingranaggi è stato spinto a innovare.
Industria aerospaziale
Nell’industria aerospaziale, la **lavorazione degli ingranaggi** è un processo critico per la produzione di componenti utilizzati nei motori degli aerei, nei carrelli di atterraggio e nei sistemi di controllo. L’industria aerospaziale è considerata la più precisa e affidabile del mondo. Le forme e le tolleranze richieste dalle applicazioni aerospaziali richiedono il massimo livello di accuratezza della lavorazione.
Settore energetico
Nel settore dell’energia, gli ingranaggi sono utilizzati in tutti i settori, dalle turbine eoliche alle attrezzature per la perforazione di petrolio e gas, fino alle centrali elettriche. Questi ingranaggi devono gestire carichi elevati e operare in condizioni estreme. Gli ingranaggi sono estremamente importanti per il funzionamento e la manutenzione delle apparecchiature per la produzione di energia.
Robotica
I robot hanno bisogno di ingranaggi leggeri, precisi e affidabili per muoversi e funzionare come richiesto. Con il continuo miglioramento della robotica, ci sarà bisogno di ingranaggi nuovi e migliori.
Elettronica di consumo
Macchine fotografiche, stampanti, apparecchiature audio, ecc. utilizzano tutti ingranaggi. Questi ingranaggi sono in genere più piccoli e meno robusti di quelli industriali, ma devono comunque essere realizzati con precisione. Devono essere compatti, resistenti e affidabili.
Dispositivi medici
Gli strumenti chirurgici, i trapani dentali, le apparecchiature di diagnostica per immagini, ecc. utilizzano tutti ingranaggi. Gli ingranaggi medicali devono essere affidabili e precisi. Spesso devono soddisfare severi requisiti normativi e funzionare con un’elevata precisione.
Costo della lavorazione di ingranaggi personalizzati
Sono molti gli elementi che incidono sul prezzo della lavorazione degli ingranaggi. I principali sono il costo dei materiali, la complessità degli ingranaggi, le tolleranze ristrette e il volume di ingranaggi che si intende produrre. Pertanto, queste decisioni, insieme ad altre che dovrete prendere, si baseranno sulla quantità di tempo, risorse e competenze che volete dedicare alla creazione di ingranaggi di qualità.
Ci sono molte cose che si possono fare per rendere più economica la lavorazione degli ingranaggi. Si possono realizzare progetti di ingranaggi migliori. Potete scegliere i processi di lavorazione più adatti alla vostra applicazione. Si può rendere più efficiente il processo di produzione. Si può pianificare in anticipo ed esaminare il modo in cui si opera per ridurre gli sprechi e risparmiare denaro.
Problemi e difetti comuni nella lavorazione degli ingranaggi
Problemi che potreste riscontrare
La lavorazione degli ingranaggi può presentare diversi problemi. Tra questi, l’impossibilità di rispettare tolleranze strette, la finitura superficiale ruvida o la rumorosità di funzionamento di un ingranaggio. La comprensione di questi problemi è fondamentale per ottenere le migliori prestazioni dagli ingranaggi prodotti.
Cosa provoca i difetti
I difetti negli ingranaggi possono derivare da diverse fonti. Una macchina non impostata correttamente, un processo di lavorazione non corretto, un materiale non adatto o la mancanza di manutenzione possono contribuire alla qualità e alle prestazioni degli ingranaggi.
Come risolvere ed evitare i problemi?
Per risolvere ed evitare problemi agli ingranaggi è necessario prestare attenzione ai dettagli in ogni fase del processo. Una corretta manutenzione delle macchine, la scelta dei materiali giusti e l’adozione di buone pratiche di lavorazione sono tutti elementi fondamentali per evitare problemi e produrre ingranaggi di qualità.
Consigli di progettazione per la lavorazione degli ingranaggi
Principi di base della progettazione di ingranaggi
Gli ingranaggi devono essere progettati in modo da sopportare il peso, trasferire la coppia, influenzare la velocità del treno di ingranaggi e utilizzare materiali appropriati. Senza una conoscenza fondamentale di queste idee, i vostri progetti non funzioneranno, i vostri ingranaggi non sopravviveranno e voi sarete infelici.
Ottimizzazione dell’efficienza di lavorazione
L’ottimizzazione dei progetti di ingranaggi per l’efficienza di lavorazione di Maker comporta l’applicazione di metodi per rendere gli ingranaggi più facili da costruire e assemblare. I progetti di ingranaggi possono essere semplici, facili da costruire, standardizzati e realizzati con materiali facili da reperire, tagliare e lavorare. Questi piccoli suggerimenti aiutano a velocizzare la messa a punto e a semplificare la vita.
Precisione e tolleranze
La progettazione di ingranaggi per la lavorazione Maker richiede precisione e tolleranze. Le tolleranze consentono di discostarsi dal componente nominale (ideale). Se il vostro oggetto stampato ha bisogno di un foro di 2 mm, sareste soddisfatti di 2,02 o 2,03 mm. Pertanto, accettereste un foro leggermente più grande. Non sareste soddisfatti se quella porzione avesse un foro di 2,2 mm. Il foro è troppo grande. Fuori tolleranza.
Controllo della qualità nella lavorazione degli ingranaggi
Quando si lavorano gli ingranaggi, **è importante avere un buon controllo di qualità**. Questo garantisce che gli ingranaggi prodotti siano precisi, affidabili e performanti. Per poter produrre ingranaggi di qualità, è necessario disporre di un buon programma di controllo della qualità.
Esistono diversi modi per verificare la qualità. Si possono misurare le dimensioni, si può controllare la finitura superficiale e si possono eseguire test di contatto tra i denti degli ingranaggi. Ognuno di questi metodi è importante per assicurarsi che gli ingranaggi siano precisi e facciano ciò che devono fare.
Per garantire una buona **lavorazione** è necessario pianificare, controllare i processi e mantenere le attrezzature in buono stato. Se fate tutte queste cose nel modo giusto, otterrete buoni risultati in modo costante nel tempo.
Conclusione
Il controllo della qualità è fondamentale nella costruzione degli ingranaggi. Per creare ingranaggi eccellenti è necessario un eccellente controllo di qualità.
La qualità può essere controllata in molti modi. È possibile effettuare test sulle dimensioni, sulla finitura superficiale e sul contatto tra i denti degli ingranaggi. Tutte queste strategie sono fondamentali per garantire che gli ingranaggi funzionino correttamente.
Mantenere gli ingranaggi in condizioni eccellenti richiede pianificazione, gestione del processo e manutenzione delle attrezzature. Otterrete risultati eccellenti e costanti se farete tutte queste cose alla perfezione.
