Utensili in CBN a legante galvanico. Quando fanno la differenza

Un successo inaspettato: potrebbe essere la sintesi dell’ultimo decennio nel campo della rettifica di ingranaggi e di profili con utensili a legante galvanico non ravvivabile con il materiale da taglio in CBN (nitruro di boro cristallino cubico). Dal 1980 KAPP sviluppa e produce mole per la rettifica di profili con materiale da taglio in CBN. 

Se si pensa ai metodi di rettifica ravvivabili, si evidenziano naturalmente dei vantaggi sia nella rapida correzione degli errori di profilo, che nel trattamento della mola di rettifica per renderla di nuovo idonea per il taglio. Inoltre, è possibile anche eseguire direttamente un’ottimizzazione del profilo. Tutti questi sono vantaggi evidenti rispetto alle mole a disco CBN a legante galvanico non ravvivabili. Tuttavia la mola a disco CBN continua a essere importante nella produzione quotidiana di ingranaggi. 

Questo tipo di mola a legante galvanico rappresenta ancora la soluzione vincente soprattutto laddove lo spazio disponibile per la mola di rettifica è limitato per motivi geometrici o sono necessarie particolari modifiche di profilo, quando è impossibile cambiare il diametro della mola mediante ravvivatura per via di collisioni o per specifiche caratteristiche del componente, o ancora quando è assolutamente indispensabile una qualità elevata e costante ed è necessario evitare bruciature da rettifica. 

Mole a disco CBN non ravvivabili: come sono fatte?

La base delle mole a disco CBN non ravvivabili consiste in un corpo in acciaio temperato ad alta precisione in cui viene lavorato il profilo di rettifica attivo dell’utensile. Ciò significa che, oltre all’equidistanza dei grani, si deve tener conto anche delle modifiche richieste dall’ingranaggio, come le rettifiche dei profili e la forma del piede del dente nel corpo in acciaio. Il corpo base viene ora dotato, mediante un processo galvanico, di un rivestimento CBN monostrato, che riproduce il profilo richiesto con la massima precisione (campo µm) durante il successivo processo di lavorazione. Questo rivestimento non è ravvivabile. Ciò significa che durante l’intera durata di vita della mola a disco viene mantenuto costante il diametro della mola, in quanto non viene ridotto dall’usura. Una volta impostato il processo di rettifica con una mola a disco di questo tipo, essa rimane inalterata dal punto di vista dimensionale per l’intera durata di vita. Le mole a disco di rettifica CBN soddisfano così la necessità dell’industria di disporre di un processo di lavorazione costante e tracciabile di altissima qualità.

KAPP NILES: Oltre quarant’anni di esperienza nella rettifica di profili

KAPP è stata leader assoluta sul mercato dal 1980 con lo sviluppo e la produzione di mole per la rettifica di profili con materiale da taglio in CBN. Da ormai 40 anni, gli specialisti degli utensili della KAPP NILES si occupano regolarmente dei componenti più complessi, dei profili più diversi e di soddisfare i requisiti di qualità più elevati. Nel frattempo, i processi di rettifica CBN più semplici sono stati sostituiti da soluzioni più economiche e ravvivabili, soprattutto nell’industria automobilistica. Tuttavia, esistono numerosi campi di applicazione in cui le soluzioni CBN non ravvivabili sono fondamentali.

Rettifica di ingranaggi cicloidali rivolti alla robotica

Un esempio è rappresentato dall’industria della robotica e soprattutto dagli ingranaggi cicloidali ivi utilizzati, che nella Figura 1 sono lavorati sulla macchina rettificatrice per ingranaggi KX 300 P. In questo caso, i criteri rilevanti riguardano soprattutto l’elevata precisione di posizionamento, la stabilità statica e dinamica dell’azionamento e la ridotta usura in presenza di elevate sollecitazioni.

Questi requisiti particolari per gli ingranaggi cicloidali possono essere garantiti solo se i componenti rotanti sono rettificati con estrema precisione. I profili corrispondenti relativi degli ingranaggi cicloidali interni ed esterni devono corrispondere esattamente al diametro del perno portante durante la rotazione. Anche le più piccole deviazioni nel movimento rotatorio possono portare, in ultima analisi, a posizioni angolari rilevanti che non vengono raggiunte esattamente durante il funzionamento, l’usura dell’ingranaggio aumenta e quindi la sua durata di vita diminuisce. 

Il criterio decisivo per la qualità dei componenti è l’andamento del profilo di rettifica a elevata precisione del profilo esterno cicloidale e dei profili interni raggiati. Per i prodotti finali di alta qualità, nella produzione in serie si prevedono oggi scostamenti notevolmente inferiori ai 5 µm sull’intero andamento del profilo, come si può vedere nella Figura 2. Naturalmente non solo per il primo pezzo rettificato, ma per tutta la durata di vita della mola di rettifica che, a seconda della geometria del componente, può superare i 1.000 pezzi. Non è più necessario il lungo processo di ravvivatura per l’affilatura e la sagomatura della mola di rettifica. KAPP NILES in qualità di produttore di utensili garantisce la qualità del profilo grazie alla forma ad alta precisione del profilo prodotto delle mole a disco in CBN a legante galvanico.

L’applicazione delle mole in CBN nel settore aerospaziale

Altri esempi di applicazioni per gli utensili in CBN riguardano i processi di rettifica nel settore aerospaziale:

• La lavorazione degli ingranaggi dei planetari a doppia elica, che si trovano tra il rotore principale a rotazione lenta e la turbina a rotazione rapida, offrono una maggior efficienza e quindi un rendimento più elevato. Come si può vedere nella Figura 3, nel cosiddetto ingranaggio bielicoidale dell’ingranaggio epicicloidale, la distanza tra le due dentature è di pochi millimetri e lascia poco spazio al sovrapporsi delle mole di rettifica durante la lavorazione. Di conseguenza, il diametro esterno massimo possibile delle mole è molto limitato per non rettificare nel secondo ingranaggio durante le passate di rettificatura.
• Per gli ingranaggi interni, il diametro esterno massimo possibile delle mole a disco CBN è limitato dallo spazio libero disponibile nel componente. Questo può variare da sufficientemente grande, come nel caso delle ruote a dentatura interna delle teste degli ingranaggi epicicloidali, a molto piccolo nel caso delle scanalature. La Figura 4mostra il raffronto tra i diversi diametri esterni delle mole a disco. 
• I flap sulle ali di un aereo servono ad aumentare la portanza durante il decollo e l’atterraggio. Durante l’estensione e la retrazione, i flap sono regolati da cosiddetti attuatori, che vengono azionati da motori tandem tramite un comune ingranaggio centrale. Nell’ingranaggio vengono utilizzati anche i cosiddetti pignoni tripli. Gli ingranaggi sul lato sinistro e destro del pignone sono identici. Quello al centro si differenzia dagli altri due per quanto riguarda i parametri, come ad esempio il numero dei denti. La Figura 5mostra che, a causa delle dimensioni ridotte e dei contorni irregolari causati dai denti degli ingranaggi adiacenti, possono essere utilizzate solo mole di rettifica con un diametro esterno molto piccolo. Grazie all’elevata stabilità dimensionale delle mole a disco CBN, è assicurata un’ottima qualità di rettifica per l’intera durata della mola, nonostante il diametro ridotto.

In conclusione

A seconda del livello di precisione richiesta e della qualità della catena di produzione a monte per quanto riguarda gli errori di profilo, di elica e soprattutto di concentricità, il processo di rettifica CBN può essere eseguito in alternativa in una o più fasi. In genere oggi si utilizzano processi a due fasi con sgrossatura grossolana e mole di finitura. L’utilizzo sequenziale di queste mole permette sia un’alta velocità di rimozione del materiale che un’elevata qualità finale dell’ingranaggio rettificato. (Figura 6)

L’esperienza degli ultimi anni ha dimostrato che un processo di produzione di alta qualità ed economico è possibile solo se si prendono in considerazione davvero tutti i parametri. Ciò include non solo le mole a disco CBN a legante galvanico di alta qualità, ma anche la corrispondente tecnologia di rettifica. Solo in questo modo è possibile implementare le prestazioni effettive delle mole a disco CBN a legante galvanico a vantaggio dell’utente, non solo in termini di qualità del profilo e durata della mola, ma anche in termini di tempo di lavorazione notevolmente più breve rispetto alla rettifica di profili ravvivabili.

KAPP NILES affronta ancora una volta questa sfida con ogni applicazione di utensili di rettifica CBN non ravvivabili e, in qualità di fornitore di sistemi di macchine, utensili e tecnologia, si assume anche tutta la responsabilità delle prestazioni e dei costi delle vostre attività di lavorazione.