Che cos’è un albero lavorato?
Un albero lavorato è una parte cilindrica o rotonda che facilita il trasferimento del movimento rotatorio e della potenza. Sono molto utili in diverse applicazioni, tra cui automobili e aeroplani. Gli alberi su misura sono realizzati in aste che subiscono i movimenti lineari necessari per la precisione delle macchine. Entrambi i tipi di alberi devono essere realizzati entro limiti ristretti. Devono essere in grado di sopportare carichi speciali e lavorare in modo efficiente in condizioni difficili.
La produzione di alberi ha un lungo passato storico. Le prime testimonianze provengono da Persepoli, in Iran, dove le macchine modellavano le barre di metallo in alberi. Questo processo si è evoluto nel corso dei secoli. Soddisfa le esigenze di industrie come quella automobilistica, aerospaziale e meccanica. Oggi, grazie alle tecniche e ai materiali attuali, si producono vari alberi per diverse applicazioni.
Gli alberi lavorati sfruttano la forza di rotazione, imprimendo una coppia che consente il funzionamento regolare e l’efficienza delle macchine. Quelli realizzati su misura possono fornire il miglior movimento lineare. In questo modo si evitano problemi come il run-out. Entrambi i tipi sono fondamentali. Migliorano le prestazioni e la funzionalità delle macchine. Sono quindi essenziali in molti settori.
Lavorazione di alberi lavorati su misura
La produzione di alberi personalizzati presenta tre vantaggi principali. Hanno dimensioni precise, accuratezza e una finitura superficiale superiore. Il processo inizia con la definizione dell’utilizzo dell’albero. Questo include le condizioni a cui sarà sottoposto e i requisiti del progetto. In questo modo si garantisce che ogni albero sia preciso e funzioni come richiesto.
Selezione del materiale
La scelta del materiale è fondamentale. Alluminio, fibra di carbonio, acciaio e plastica sono materiali utilizzati per altri scopi. Ad esempio, nell’industria si usa l’acciaio perché è resistente. L’alluminio è utilizzato nei veicoli da diporto soprattutto per la sua leggerezza.
Progettazione e programmazione
In fase di progettazione, è necessario stabilire il materiale utilizzato per la realizzazione dell’albero, il suo diametro e la sua lunghezza. Viene quindi prodotto un progetto dettagliato su un software CAD. Dopo questo processo di lavorazione, il software CAM viene programmato per generare percorsi utensile e un programma CNC (codice G).
Taglio e sagomatura
Questo materiale viene tagliato in forma con seghe o laser prima di essere lavorato su misura con frese CNC. La sgrossatura consiste nel tagliare il materiale in pezzi più piccoli e nel girarli con una fresatrice per modellarli con precisione.
Impostazione della macchina
Per impostare una macchina CNC, è necessario scegliere un tipo di macchina appropriato – una fresa o un tornio -, preparare il pezzo da lavorare e selezionare gli utensili da taglio, tra le altre cose. Si tratta di fissare i pezzi con dispositivi di fissaggio e di utilizzare utensili da taglio affilati per garantire la precisione.
Processo di lavorazione dell’albero
La tornitura CNC gestisce bene i pezzi cilindrici. È ideale per la realizzazione di alberi personalizzati. Il processo deve anche prevedere un attento monitoraggio e ispezioni durante tutto il processo. Servono ad accertare la qualità.
Trattamento termico
Esistono diversi tipi di processi di trattamento termico. La martellatura garantisce che l’albero possa sopportare le variazioni di temperatura e ambientali durante l’uso.
Finitura delle superfici
La superficie degli alberi può essere migliorata con tecniche di sabbiatura, anodizzazione o passivazione. In questo modo, inoltre, i componenti serviranno meglio al loro scopo e avranno sempre un bell’aspetto. Questo viene fatto anche con la galvanoplastica. I metodi soddisfano le specifiche richieste per le diverse applicazioni.
Ispezione e controllo qualità
Per misurare tutti gli alberi personalizzati, vengono utilizzati micrometri, calibri, ecc. per garantire che siano conformi alle tolleranze desiderate.
Imballaggio
Infine, gli alberi vengono imballati con cura. L’obiettivo è evitare danni durante il trasporto. Devono arrivare a destinazione intatti per essere utilizzati in varie applicazioni.
Varietà e applicazioni degli alberi lavorati
Alberi cavi
Gli alberi cavi presentano un foro o uno spazio al centro, che consente il passaggio rapido di fluidi, fili e altri elementi, rendendoli più accessibili per le applicazioni sensibili al peso, come le auto da corsa e gli aerei. Sono più leggeri degli alberi pieni delle stesse dimensioni. Hanno un ruolo importante anche nei sistemi di trasporto, nelle pompe e nei dispositivi medici. Il loro peso ridotto aiuta l’industria automobilistica e aerospaziale. Migliorano le prestazioni e l’efficienza del carburante.
Alberi filettati
Gli alberi filettati hanno filettature interne o esterne che corrispondono a quelle dei dadi. Ad esempio, gli alberi filettati sono i più indicati quando l’assemblaggio è frequente o lo smontaggio è comune nei lavori elettrici o idraulici. Anche i mandrini filettati, le viti a testa cilindrica e i dispositivi di fissaggio utilizzano alberi filettati in modo appropriato. Tuttavia, le regolazioni devono essere precise per gli assemblaggi meccanici. E i raccordi devono essere sicuri.
Alberi con chiave
Gli alberi con chiavetta possiedono un’incisione unica, denominata cava per chiavetta, che consente di tenere ferme le ruote dentate, le pulegge o gli ingranaggi. Una volta installata sugli alberi con chiavetta, questa impedisce alle parti di ruotare o scivolare fuori posto. Queste situazioni richiedono apparecchiature ad alta coppia, come motori e pompe. Ad esempio, i motori industriali possono avere alberi con chiavetta che mantengono intatti gli ingranaggi. Questo facilita una trasmissione di potenza fluida e affidabile.
Alberi scanalati
Gli alberi scanalati possiedono scanalature chiamate scanalature che si adattano con precisione alle scanalature corrispondenti che si trovano su parti come le pulegge o gli ingranaggi. Un accoppiamento sicuro consente alla potenza di fluire senza problemi attraverso queste parti. È utile per il posizionamento e la coppia. Ad esempio, nelle trasmissioni delle automobili, tutte le parti devono muoversi insieme. Ciò è dovuto agli alberi scanalati. In questo modo si garantisce una trasmissione efficiente della potenza. Sono utilizzati, tra l’altro, nell’industria automobilistica e nelle applicazioni industriali e aerospaziali.
Alberi conici
Gli alberi conici si assottigliano lungo la loro lunghezza. Questa forma fornisce una presa stretta per parti come pulegge, ingranaggi e mozzi di ruote di automobili. Questi alberi sono spesso dotati di una cava per la chiavetta o sono realizzati in modo da adattarsi alla forma conica, in modo che i componenti rimangano saldamente montati. Inoltre, il design conico facilita lo smontaggio e l’assemblaggio dei vari componenti. Ciò contribuisce a semplificare le sostituzioni o gli interventi di manutenzione. Ad esempio, nel mozzo di una ruota automobilistica, l’albero conico garantisce un accoppiamento perfetto, che mantiene la ruota sicura e stabile.
Alberi solidi
Gli alberi solidi sono come piccole barre di acciaio o alluminio che sono state allungate in lunghe aste. Sono semplici ma solidi. Possono quindi essere utilizzati in applicazioni a bassa potenza o a bassa velocità. Tra queste, gli utensili manuali per gli elettrodomestici e i piccoli macchinari. La loro struttura robusta li rende molto resistenti quando vengono utilizzati in diversi sistemi meccanici.
Alberi a gradini
Gli alberi a gradini hanno diametri multipli lungo la loro lunghezza, il che consente loro di ospitare cuscinetti, ingranaggi e pulegge, tra le altre parti. Questa caratteristica consente ai pezzi di passare facilmente da una gamma di dimensioni all’altra. Ciò li rende ampiamente utilizzati nei sistemi di trasmissione di potenza. La configurazione a gradini aumenta la versatilità, consentendo di realizzare assemblaggi meccanici complessi.
Alberi dei pistoni
Questi pistoni si muovono avanti e indietro attraverso le pareti del cilindro per generare il movimento. Il movimento derivante da oggetti grandi e pesanti che scivolano su o giù per lo stelo è tipico di questo caso. Il design dell’albero del pistone è robusto. È in grado di gestire le forze pesanti derivanti da questi utilizzi. Pertanto, offre prestazioni affidabili.
Alberi a vite senza fine
L’albero della vite senza fine ha al suo interno dischi simili a vermi. Essi possono ruotare su una linea assiale parallela al loro movimento all’interno dello spazio dei vermi. I trasformatori alimentari devono essere efficienti e sostenibili. I filetti a vite senza fine sono anche meccanismi di azionamento adatti alla maggior parte dei ventilatori. La loro forma unica consente un trasferimento fluido del movimento. In questo modo si riduce lo spreco di attrito nei sistemi meccanici.
Alberi di trasmissione
Queste trasmissioni di potenza sono essenziali nelle automobili e in altri apparecchi in cui gli ingranaggi hanno un ruolo vitale. Si possono scegliere gli alberi del cambio manuali o automatici. Ciò consente di percorrere lunghe distanze ad alta velocità senza usurarsi.
Tecniche di produzione di alberi di precisione
Macchina di tornitura CNC
Il tornio CNC è molto veloce per la lavorazione di pezzi cilindrici torniti. La macchina ruota attorno al mandrino della contropunta e fora il materiale con un utensile fisso tenuto da una slitta a torretta. È importante perché consente di ottenere il diametro e la finitura superficiale desiderati. È favorita nella produzione di grandi volumi, poiché i suoi utensili specializzati tagliano il materiale dall’albero rotante.
Fresatrice CNC
Questo processo si avvale di una fresa rotante per creare elementi come scanalature, piani e sedi per chiavette. L’albero fermo viene modellato nella forma e nelle dimensioni desiderate. L’utensile può essere un dispositivo rotante a più punte o una fresa a candela. Si inserisce in un supporto adattatore sulla testa di fresatura o sulla slitta della torretta di una macchina CNC. I tagli di fresatura sono sempre precisi e diritti sull’albero fisso.
Macchine per la rettifica CNC
Per garantire che gli alberi lavorati siano lisci, la rettifica CNC li sfrega contro ruote o dischi abrasivi rotanti. Questo garantisce che i prodotti finiti rispettino le tolleranze dimensionali e le dimensioni specificate. Gli alberi di trasmissione personalizzati costruiti in questo modo devono avere tolleranze e dimensioni prestabilite per poter funzionare correttamente. Ciò comporta una finitura di buona qualità.
Macchina di foratura CNC
Le sequenze vengono prodotte in diverse dimensioni diametrali sugli alberi utilizzando anche macchine di foratura CNC; queste scanalature possono essere più profonde a seconda dell’uso previsto. Grazie al suo basso costo e alla sua semplicità, forma bene fori e canali in alberi personalizzati.
Lavorazione a scarica elettrica (EDM)
L’elettricità viene utilizzata per rimuovere una parte o la totalità di un pezzo dal metallo. In questo modo si creano piccoli elementi chiamati componenti in metalli come l’acciaio, il rame o l’alluminio. Questo processo è chiamato elettroerosione. Rende inutile la competenza nella realizzazione di elementi intricati. Infatti, può avvenire senza una conoscenza particolare delle regole di progettazione della produzione. È sufficiente una conoscenza di base della matematica, compresa la trigonometria. Questo processo viene utilizzato per la realizzazione di elementi minuscoli su alberi solidi.
Materiali per la lavorazione di parti di alberi
Diversi materiali con proprietà uniche danno vita ad alberi di precisione che rispondono a specifiche esigenze applicative. Questi devono essere in grado di gestire le esigenze operative perché devono essere solidi e durevoli.
Alluminio
Essendo leggero e resistente alla corrosione, l’alluminio è facilmente lavorabile. Per esempio, è ideale per le applicazioni a basso peso, come quelle ad alte prestazioni e nel settore aerospaziale. Un esempio è rappresentato dalle auto da corsa, dove spesso vengono montati alberi di trasmissione in alluminio per ridurre il peso e migliorare l’accelerazione.
Acciaio inox
Ideale per condizioni esposte all’acqua o a elementi corrosivi, l’acciaio inossidabile è altamente resistente alla corrosione. I gradi 304 e 316 sono comuni negli impianti chimici e negli ambienti marini e non arrugginiscono facilmente se sottoposti ad ambienti difficili.
Acciaio al carbonio
L’acciaio al carbonio può anche essere trattato termicamente per ottenere una maggiore durezza, poiché ha un’eccellente resistenza alla trazione e lavorabilità. Gli alberi di pompe e motori utilizzano principalmente acciai a basso tenore di carbonio, mentre il grado 1045 è famoso per queste due applicazioni. Gli acciai a basso tenore di carbonio offrono una buona resistenza. Questo li rende convenienti. Gli acciai ad alto tenore di carbonio offrono una resistenza ancora maggiore.
Titanio
È noto per l’elevato rapporto forza-peso e la resistenza alla corrosione. Inoltre, il titanio è utilizzato nel settore aerospaziale. Ha bisogno di una forza estrema perché è ad alte prestazioni. Il titanio permette di realizzare alberi su misura; ciò significa che possono resistere alle sollecitazioni prima di spezzarsi.
Acciaio legato
Questo materiale è resistente, come le leghe 4140 o 4340, e viene utilizzato in condizioni severe con temperature elevate. Di solito, i costruttori li fissano alle strutture di grandi motori e macchinari industriali. Questi acciai possono contenere molibdeno, cromo e nichel. Questi elementi aumentano la resistenza all’usura.
Leghe di nichel
Alle alte temperature e con un’eccellente resistenza alla corrosione, le leghe di nichel come l’Inconel 600 e 800 sono affidabili. Sono utilizzate per gli alberi delle turbine e per altre applicazioni complesse. Possono essere utilizzate anche in condizioni severe, mantenendo le loro proprietà.
Materiali compositi
I materiali compositi avanzati come la fibra di carbonio hanno reso popolari le corse ad alte prestazioni. Questi materiali combinano perfettamente le qualità di alta resistenza e leggerezza. Alcuni di questi materiali sono ideali nei casi in cui è necessario ridurre il peso di una quantità significativa. Diventano ottimi sostituti dei metalli e si rivelano utili quando i materiali tradizionali falliscono.
Finitura superficiale per alberi personalizzati
Passivating
La passivazione viene utilizzata per migliorare l’albero in acciaio inossidabile. La pulizia di questo tipo di albero con un acido rimuove il ferro libero e altri contaminanti. Si forma così uno strato di ossido passivo che migliora la resistenza alla corrosione.
Anodizzazione
L’anodizzazione rappresenta la soluzione migliore per gli alberi in alluminio, in quanto conferisce loro una superficie dura che resiste alla corrosione. L’anodizzazione migliora anche l’aspetto estetico, soprattutto quando si introducono tinte decorative.
Galvanotecnica
L’elettroplaccatura aggiunge una sottile pellicola di zinco, nichel o oro alla superficie. In questo modo si ottiene un’elevata resistenza all’usura e alla corrosione.
Granigliatura
La granigliatura utilizza perle d’acciaio ad alta pressione o fini particelle di vetro per pulire la superficie. Quest’ultima appare pulita, opaca o satinata.
Lucidatura
Questo metodo rimuove tutte le scalfitture e i graffi per abrasione. In questo modo si previene la contaminazione e l’ossidazione. Inoltre, aumenta la resistenza alla corrosione e la riflettività.
Cromatura
Su questo tipo di albero viene applicato un sottile strato di cromatura che ne aumenta la durezza e la resistenza alla ruggine. Si tratta di un rivestimento brillante ma resistente, che può resistere ad ambienti difficili, compresi gli scenari di utilizzo continuo.
Suggerimenti per la produzione di parti di alberi
Per resistere ai carichi e alle coppie previste, è necessario garantire che le parti dell’albero siano affidabili e precise. Grazie a questo processo, è possibile selezionare il materiale e il diametro dell’albero più adatto per evitare guasti durante il funzionamento.
Materiale dell’albero
Il materiale adatto deve essere scelto in base alla forza, alla temperatura e alla resistenza alla corrosione, tra gli altri fattori. I materiali più comuni sono l’acciaio inossidabile, il carbonio, le leghe e l’alluminio. La scelta del materiale deve corrispondere ai requisiti del progetto e alla dotazione finanziaria.
Determinare la lunghezza e il diametro dell’albero
La lavorazione della lunghezza e del diametro dell’albero per soddisfare i requisiti dell’applicazione aiuta a evitare deflessioni e vibrazioni. Scegliere una forma della sezione trasversale in grado di sopportare il carico.
Finitura della superficie
Una finitura superficiale adeguata migliora la durata dell’albero. Esempi di queste finiture sono l’anodizzazione o il rivestimento in polvere. Migliorano la resistenza alla corrosione, all’usura e all’attrito.
Controllo qualità nella lavorazione degli alberi
Quando si tratta di alberi funzionali, il controllo di qualità è fondamentale. Ispezioni e test regolari verificano le dimensioni, le proprietà dei materiali e le finiture superficiali. Alcuni metodi includono la misurazione a coordinate e i test di durezza e rugosità superficiale. Inoltre, assicurano la tracciabilità e la conformità alle norme attraverso un’accurata documentazione.
Analisi dello stress
L’analisi delle sollecitazioni rivela le aree soggette a sollecitazioni elevate e i punti di rottura in termini generali. Il software di ingegneria modella questo aspetto utilizzando tecniche di ottimizzazione.
Allineamento dell’albero
Per ottenere un allineamento appropriato si possono utilizzare strumenti di precisione e tecniche adeguate. Considerare l’ambiente in modo da ridurre le vibrazioni e quindi l’usura.
Conclusione
Gli alberi lavorati svolgono un ruolo fondamentale nei macchinari moderni, garantendo un funzionamento regolare e prestazioni elevate. Grazie a una produzione precisa e a un rigoroso controllo di qualità, questi componenti soddisfano i rigorosi standard industriali.
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