Finitura ottimizzata della superficie di ruote dentate

Università di Lund & Sandvik

Portraet Lund

Matthias Svahn,
Università di Lund

“Con Alicona si è riusciti a ridurre in modo significativo il tempo e i costi della finitura superficiale delle ruote dentate sempre elevati. Le possibilità offerte dal sistema di misurazione InfiniteFocus che abbiamo conosciuto alla Sandvik Coromant ci hanno letteralmente sbalorditi. Non conosciamo nessun sistema di misurazione con cui sia possibile misurare sia le tolleranze della forma e della posizione decisive, sia i valori di rugosità dei fianchi dei denti in modo così esteso e con un solo sistema”.

Allo scopo di evitare costose lavorazioni di finitura, l’università di Lund ha sviluppato in un progetto di ricerca un modello di simulazione per la determinazione dei parametri macchina ideali per una fresatrice per ruote dentate in collaborazione con la Sandvik Coromant. La fresatrice dovrebbe assicurare la qualità superficiale ideale dei fianchi dei denti. Il team di ricerca ha validato i modelli matematici e verificato la loro applicazione con Alicona: “Grazie all’elevata distanza abbiamo potuto misurare la rugosità anche su fianchi dei denti a cui sinora non avevamo accesso”, conferma il Responsabile della ricerca Mattias Svahn.

La pressione esercitata dalla costante crescita dei costi a livello di concorrenza globale richiede una produzione sempre più economica degli ingranaggi. Uno dei fattori di costo più rilevante è costituito dal processo di finitura ossia dalla finitura della superficie mediante molatura e smerigliatura per conferire la giusta rugosità ai fianchi dei denti. L’obiettivo è di ridurre al minimo questo processo producendo già ruote dentate quasi perfette con una qualità della superficie ideale che richiede una finitura minima. Per la produzione di ruote dentate con la rugosità desiderata sono decisivi i giusti parametri macchina, ad esempio, quelli delle fresatrici. Avanzamento, velocità di taglio ecc. determinano in larga misura la rugosità dei fianchi dei denti e sono quindi anche responsabili dell’affaticamento del materiale e della durata degli ingranaggi, così come del loro funzionamento omogeneo e silenzioso. La possibilità di poter determinare in precedenza con quali parametri macchina si possono realizzare i diversi valori di rugosità è pertanto di grande interesse economico. Partendo da questo presupposto, l’Università svedese di Lund ha avviato un progetto di ricerca il cui obiettivo era appunto di eseguire questa verifica mediante simulazioni. In occasione del lancio di una nuova fresatrice per ruote dentate del produttore di utensili svedese Sandvik Coromant il team di ricerca ha individuato un modello matematico con cui era possibile ottenere i parametri macchina per ruote dentate con una qualità superficiale ideale. Successivamente con il sistema Alicona è stato possibile verificare se i fianchi dei denti con i valori di rugosità calcolati nella simulazione potevano essere realizzate anche nella pratica. Con il sistema di misurazione della rugosità della superficie, l’Università di Lund ha potuto validare la propria simulazione con la relativa qualità. “Abbiamo eseguito le misurazioni della rugosità della superficie dei fianchi dei denti alla Sandvik Coromant e in questa occasione abbiamo anche conosciuto Alicona. Le misurazioni altamente precise e l’alta velocità di misura ci hanno convinti e abbiamo così deciso di acquistare un sistema di misura InfiniteFocus proprio”, spiega Mattias Svahn.

Gear Measurement

Il sistema Alicona viene utilizzato anche per la misurazione della forma di ruote dentate. Gli utenti traggono vantaggio dalla possibilità di confrontare i risultati di misura con dati CAD e tolleranze di posizione.

Rugosità e tolleranza di posizione

La qualità del fianco di un dente è un connubiotra la sua rugosità e la sua geometria. La rugosità del fianco del dente svolge un ruolo decisivo sotto molteplici aspetti. È tra l’altro responsabile delle vibrazioni e quindi anche della rumorosità sviluppata: più la superficie è rugosa, più diventa rumorosa. La trasmissione omogenea del movimento all’ingranaggio dipende a sua volta soprattutto dalle tolleranze della forma e della posizione dei fianchi dei denti.

Per il controllo della qualità delle ruote dentate è pertanto imprescindibile sia una misurazione fondata della rugosità sia una misurazione della forma. Per quanto concerne la misurazione della rugosità si tratta soprattutto di valutare la struttura superficiale predominante delle ruote dentate, e quindi di utilizzare la tecnologia di misura corretta per tale scopo. Non essendo possibile ottenere risultati significativi con la misurazione della rugosità basata sul profilo, Svahn ha deciso di adottare la procedura di Alicona. “Con la misurazione basata sul profilo è possibile riprodurre soltanto una parte della superficie. A seconda della posizione del profilo si ottiene una forte variazione dei valori della rugosità. I valori di misura che ne risultano non sono decisivi per la creazione e la verifica del modello di calcolo”, spiega il Responsabile della ricerca ed esperto di metrologia. Con Alicona invece è possibile misurare la rugosità su tutta la superficie, anche sui fianchi dei denti, in modo veloce, ripetibile e ad alta risoluzione. I parametri della struttura della superficie Sa, Sq, Sz forniscono valori precisi sulla qualità della superficie.

Scostamenti della forma rispetto a un set di dati CAD o tolleranze della forma e della posizione possono essere verificate con la cosiddetta misurazione della differenza o con l’Alicona Inspect. A completamento della misurazione della forma e della rugosità, l’Università Lund utilizza anche le possibilità di visualizzazione dei file di dati 3D.

Riassumendo:

  • Alicona è stata utilizzata per validare un modello matematico, per studiare come i parametri macchina e altre possibili fonti di errore trovano il loro impatto sulla rugosità della superficie di taglio.
  • In particolare, la misura di rugosità areale ha contribuito a validare il modello in base alla qualità richiesta.
  • Parametri Sa, Sq, Sz sono stati misurati sui fianchi dei denti, cosa che non era possibile fare prima.
  • La misurazione della deviazione di forma di una geometria di riferimento, è stata eseguita utilizzando la comparazione 3D. Ciò avviene confrontando i risultati di misura con il modello CAD e con i dati di forma e tolleranze di posizione.