Gli ingranaggi sono gli eroi silenziosi e indispensabili del mondo moderno. Dai complessi meccanismi della trasmissione di un veicolo alla colossale potenza di una turbina eolica, questi componenti dentati sono fondamentali per la trasmissione di potenza meccanica. Per secoli, la produzione di ingranaggi è stata una ricerca di precisione ed efficienza, dominata da processi consolidati come la dentatura, la sagomatura e la brocciatura. Tuttavia, le incessanti richieste dell'industria moderna – volumi di produzione più elevati, maggiore efficienza dei costi e una più stretta integrazione dei componenti – hanno stimolato lo sviluppo di una tecnologia rivoluzionaria:Skiving elettrico.

Il principio di lavorazione della skiving elettrica

In sostanza, il power skiving è un processo di taglio generativo continuo che combina sinergicamente la rotazione ad alta velocità della dentatura con la disposizione utensile-pezzo della profilatura degli ingranaggi. Si tratta di un complesso processo di "rullatura" o "piallatura" in cui una fresa specializzata a più denti e il pezzo grezzo dell'ingranaggio ruotano con un movimento sincronizzato con precisione, simile a quello di un accoppiamento.

La caratteristica distintiva della skiving elettrica è laangolo di intersezione degli assi (Σ)A differenza della dentatura a creatore (in cui gli assi dell'utensile e del pezzo sono disposti a 90 gradi, sfalsati dell'angolo dell'elica) o della sagomatura (in cui gli assi sono paralleli), il power skiving opera con gli assi dell'utensile e del pezzo impostati a un angolo specifico, non parallelo e non intersecante. Questo angolo è il fattore chiave del processo.

Questo angolo accuratamente calcolato crea una specifica velocità relativa (scorrimento) tra i taglienti dell'utensile e i fianchi del pezzo in lavorazione. Mentre l'utensile e il pezzo grezzo ruotano ad alta velocità, questa velocità di scorrimento genera l'azione di taglio. L'utensile da taglio, che assomiglia a una fresa a coltello ma presenta un angolo elicoidale, "smussa" o "sbuccia" efficacemente il materiale dal pezzo grezzo a ogni passata di un tagliente, generando continuamente il profilo evolvente del dente mentre entrambi i componenti ruotano.

Utensili: il cuore del processo

La fresa per il power skiving è un utensile altamente complesso e specializzato. È solitamente realizzata in metallo duro con rivestimento integrale per la massima rigidità e resistenza all'usura, oppure in acciaio rapido (HSS) ad alte prestazioni ottenuto da metallurgia delle polveri (PM). Il design dell'utensile, inclusi l'angolo d'elica, l'angolo di spoglia e il profilo, è calcolato specificamente per il modello cinematico della macchina e l'esatta geometria dell'ingranaggio da lavorare. Questa complessità specifica dell'utensile è un fattore significativo nel costo complessivo e nella configurazione del processo.

Vantaggi e svantaggi della skiving elettrica

Come ogni processo di produzione, anche la skiving meccanica presenta una serie di compromessi unici.

Vantaggi:

Produttività estrema: è significativamente più veloce (da 3 a 10 volte) della dentatura a coltello e altamente competitiva con la dentatura a creatore. Per gli ingranaggi interni, è spesso il metodo più produttivo disponibile.

Flessibilità senza pari: il processo può lavorare sia ingranaggi interni che esterni, nonché scanalature, ingranaggi elicoidali e ingranaggi cilindrici su un'unica macchina.

Capacità "tutto in uno": può eseguire sgrossatura, semifinitura e finitura in un'unica configurazione. È anche in grado di eseguire l'hard skiving, ovvero la lavorazione degli ingranaggi dopo il trattamento termico, eliminando la necessità di successive operazioni di rettifica.

Alta qualità: se eseguita su una macchina moderna e rigida, la skiving elettrica può produrre ingranaggi ad alta precisione (ad esempio, AGMA 10-11, DIN 6-7) con eccellenti finiture superficiali.

Risolve geometrie complesse: è ideale per componenti con gioco utensile limitato, come ingranaggi con spallamento o flangia, dove una fresa non può fuoriuscire. Questa è una sfida comune nelle trasmissioni compatte.

Svantaggi:

Elevato costo del capitale della macchina: il processo richiede una macchina CNC a 5 assi (o più) altamente avanzata, rigida e termicamente stabile con una perfetta sincronizzazione elettronica, che rappresenta un investimento significativo.

Processo e utensili complessi: la cinematica è eccezionalmente complessa. La pianificazione del processo richiede un software di simulazione sofisticato per calcolare i percorsi utensile ed evitare collisioni. Gli utensili stessi sono costosi e specifici per ogni applicazione.

Sensibilità di impostazione: il processo è estremamente sensibile alla corretta impostazione, in particolare all'angolo di intersezione degli assi. Qualsiasi disallineamento può influire drasticamente sulla durata dell'utensile e sulla qualità del pezzo.

Gestione dei trucioli: la rimozione ad alta velocità di grandi volumi di materiale può creare difficoltà nel controllo dei trucioli, soprattutto quando si lavorano ingranaggi interni profondi, dove i trucioli possono accumularsi.

Scenari applicativi

La skiving elettrica non è una soluzione universale per tutti gli altri processi di lavorazione degli ingranaggi, ma è una soluzione dominante in settori specifici e di alto valore, trainati principalmente dalla produzione di massa.

Industria automobilistica: è il settore che ne ha adottato la maggiore diffusione. Il processo è ampiamente utilizzato per la produzione di componenti di trasmissione interna come corone dentate, ingranaggi planetari e corpi frizione scanalati. La sua capacità di creare ingranaggi interni e scanalature complesse in modo rapido e con elevata precisione è preziosa per le moderne e compatte trasmissioni automatiche ed elettriche (EV).

Aerospaziale: utilizzato per la produzione di scanalature e ingranaggi di sistemi di attuazione, dove elevata affidabilità e design complessi e leggeri sono fondamentali.

Macchinari industriali: ideali per la produzione di componenti come ingranaggi di pompe, giunti e altri alberi scanalati, dove produttività e precisione sono fondamentali.

Il candidato ideale per la skiving elettrica è un componente di volume medio-alto, in particolare un ingranaggio interno o un ingranaggio con spalle interferenti, in cui il risparmio sui tempi di ciclo può giustificare l'elevato investimento iniziale in macchinari e utensili.

Conclusione

Il power skiving ha compiuto con successo il salto da un concetto teorico vecchio di 100 anni a una moderna tecnologia di produzione. Combinando la velocità della dentatura con la flessibilità della sagomatura, ha colmato fondamentalmente una lacuna critica nella produzione di ingranaggi. Offre una soluzione senza pari per la produzione in grandi volumi di ingranaggi interni e componenti scanalati complessi, promuovendo l'efficienza e consentendo la prossima generazione di sistemi meccanici compatti e ad alta densità di potenza. Con la continua evoluzione della tecnologia delle macchine utensili, dei software di simulazione e della progettazione degli utensili da taglio, l'adozione del power skiving è destinata a espandersi, consolidando ulteriormente il suo ruolo di forza rivoluzionaria nella produzione di ingranaggi.