IL TAGLIO ORBITALE DELLE VITI SENZA FINE UNA TECNOLOGIA ECOSOSTENIBILE Marco Benincasa (Benincasa Meccanica) Giampaolo Giacomozzi (Varvel SpA) Massimiliano Turci (Studio Tecnico Turci)
Riduttori a vite senza fine I componenti fondamentali di un riduttore a vite senza fine sono: La vite senza fine La corona dentata
La vite senza fine Filetto Accoppiamento (Motore elettrico) Zona posteriore (Cuscinetto) Zona anteriore (Cuscinetto) (Anello tenuta)
Geometria delle viti senza fine La geometria di una vite, in particolare il fianco del dente, cioè il filetto, dipende dal processo di taglio. I profili ottenuti sono classificati universalmente allo stesso modo dalle normative ISO/TR10828, AGMA 6022-C93 e DIN3975: o Fianco rettilineo nella sezione assiale, tipico per lavorazioni con utensili da tornitura montati perpendicolarmente all asse pezzo (ZA) o Fianco rettilineo nella sezione normale all elica del filetto, tipico per lavorazioni con utensili da tornitura o piccole frese montati inclinati dell angolo dell elica medio del filetto (ZN)
Geometria delle viti senza fine I due profili maggiormente adottati dalle aziende che producono riduttori a vite senza fine sono certamente i seguenti: o Fianco generato da una fresa a disco o da una mola a fianchi rettilinei che ruota su un asse inclinato dell angolo medio del filetto; asse vite e asse fresa giacciono su piani paralleli; i fianchi che si ottengono sono leggermente convessi (ZK) o Fianco ad evolvente, ottenuto generalmente per rettifica; rispetto al caso precedente l asse della mola è inclinato anche dell angolo di pressione (ZI)
Processo di taglio delle viti senza fine Attualmente il taglio su tornio con fresatura ed eventuale rettifica è il processo maggiormente adottato dalle aziende che producono in serie riduttori a vite senza fine. La rettifica è quasi sempre necessaria dopo cementazione e tempra o dopo tempra superficiale per eliminare gli errori dovuti alle deformazioni.
Processo di taglio delle viti senza fine Come già anticipato, nelle aziende che producono in serie riduttori a vite senza fine si utilizzano quindi profili ZK e ZI. I moderni software di calcolo ingranaggi permettono facilmente la generazione e la verifica dei diversi tipi di profilo, evidenziandone le differenze.
Processo di taglio orbitale Oltre ai metodi tradizionali appena citati, ne esiste un altro più recente, il taglio orbitale, già noto in ambito medicale nella produzione di lunghe viti a ricircolazione di sfere (fino a 10000 mm di lunghezza con diametro esterno da 4 a 200 mm). o Il taglio orbitale è ancora poco usato nelle aziende che producono riduttori a vite senza fine. o In pratica si tratta di un processo di fresatura «interna». o Su un disco sono montati radialmente verso l interno i taglienti
Processo di taglio orbitale Il disco ruota ad alta velocità eccentricamente attorno al pezzo che gira invece lentamente. o L inclinazione fra disco e pezzo determina l angolo del filetto. o La velocità di avanzamento longitudinale del pezzo lungo il suo asse, insieme con la sua rotazione, determina il passo del filetto. o L eccentricità, infine, è legata alla profondità del filetto, cioè al diametro di fondo della vite. o Disco e pezzo girano sempre concordi, sia per elica destra che sinistra.
Processo di taglio orbitale Il taglio orbitale è un taglio discontinuo, che produce un truciolo a virgola, come peraltro il taglio tradizionale con fresa. o A parità di geometria della vite (diametro esterno e di fondo), fissata la velocità angolare, ossia a parità di angolo di avanzamento, il truciolo ottenuto per taglio orbitale risulta più lungo e più sottile di quello ottenuto per fresatura.
Processo di taglio orbitale La tipologia di truciolo richiede quindi una forza di taglio minore. Di conseguenza la deformazione elastica risulta minore, per cui anche la finitura superficiale risulta migliore. Generalmente sullo stesso disco portautensili sono montati inserti per sgrossatura e finitura, che possono lavorare anche zone diverse del filetto.
Processo di taglio orbitale Il discorso appena fatto sul taglio vale anche per la rugosità e la tolleranza di forma. Il taglio non è perfettamente circolare, ma poligonale: i vertici del poliedro sono comunque molto vicini al cerchio circoscritto, per cui nel taglio orbitale è possibile una minore deviazione accettabile a parità di parametri di taglio oppure, a parità di tolleranza di forma, una maggiore velocità di esecuzione. La finitura con taglio orbitale arriva in genere a rugosità superficiale attorno a Ra 0,5 0,6.
Processo di taglio orbitale
Processo di taglio orbitale Come visto, il taglio orbitale è un taglio discontinuo che produce un truciolo a virgola. A parità di spessore del truciolo, il taglio orbitale richiede meno tempo del taglio tradizionale perché sono possibili velocità di taglio e di avanzamento decisamente più alte. La generazione di un truciolo di questo tipo rende possibile perfino la lavorazione a secco, perché l asportazione del calore è svolta dal truciolo stesso. La geometria del fianco del dente ottenuta per taglio orbitale non è esattamente la ZK in quanto cambia leggermente l angolo di pressione fra testa e fondo del filetto. Questo fatto non è assolutamente un problema in quanto la successiva rettifica post trattamento termico la riporta alla forma ZI desiderata.
Vantaggi del processo di taglio orbitale Ecosostenibilità Il processo di taglio orbitale permette la lavorazione a secco. Si tratta quindi di una tecnologia ecosostenibile, in quanto non produce oli esausti da dover smaltire. A questo aspetto si aggiunge quello dell economicità. Taglio tradizionale Taglio Orbitale Consumo olio da taglio 400 l / mese - Costo olio da taglio 4 / l - Costo mensile 1600 / mese - Costo annuo 20000 / anno - Risparmio medio annuo: 20000
Vantaggi del processo di taglio orbitale Risparmio Energetico A parità di componente da lavorare, il taglio orbitale richiede meno tempo del taglio tradizionale perché sono possibili velocità di taglio e di avanzamento decisamente più alte. Questo aspetto porta ad un risparmio di energia elettrica. Taglio tradizionale Taglio Orbitale Potenza Motore 2,7 kw 7 kw Ore produzione giornaliere 22 ore 22 ore Componenti prodotti 400 pz / giorno 1280 pz / giorno Energia necessaria 0,1485 kwh / pz 0,120 kwh / pz Risparmio energia elettrica: > 20 %
Vantaggi del processo di taglio orbitale Risparmio di materiali A parità di componente da lavorare, il taglio orbitale richiede meno tempo del taglio tradizionale perché sono possibili velocità di taglio e di avanzamento decisamente più alte. Questo aspetto porta ad un risparmio di materiali. Taglio tradizionale Taglio Orbitale Costo utensile 800 40 x 6 = 240 Costo affilature totali 27 x 20 = 540 6 x 18 = 108 Componenti prodotti 500 x 20 = 10000 pz 400 x 18 = 7200 pz Incidenza sul componente 1340 / 10000 = 0,134 / pz 348 / 7200 = 0,05 / pz Risparmio materiali: > 60 %
Vantaggi del processo di taglio orbitale Incremento di produttività A parità di componente da lavorare, il taglio orbitale richiede meno tempo del taglio tradizionale perché sono possibili velocità di taglio e di avanzamento decisamente più alte. Questo aspetto porta ad un incremento di produttività. Taglio tradizionale Taglio Orbitale Tempo taglio componente 3 20 1 02 Ore produzione giornaliere 22 h 22 h Componenti prodotti 400 pz / giorno 1280 pz / giorno Incremento di produttività: > 300 %
GRAZIE PER L ATTENZIONE IL TAGLIO ORBITALE DELLE VITI SENZA FINE UNA TECNOLOGIA ECOSOSTENIBILE Marco Benincasa (Benincasa Meccanica) Giampaolo Giacomozzi (Varvel SpA) Massimiliano Turci (Studio Tecnico Turci)