Calcolare tempo e velocità di taglio nelle lavorazioni a creatore

Nella costruzione di un ingranaggio vi sono variabili che non devono essere sottovalutate. Due di queste sono la velocità e il tempo di taglio nella lavorazione a creatore. Vediamo come possono essere calcolate e come questi parametri possono influire sul costo finale dell’ingranaggio.

Sono tanti i parametri che vanno a influire sul costo finale di una componente meccanica. Parametri che spesso non sono facili da comprendere, soprattutto per le figure professionali che non hanno conoscenze tecniche approfondite sulle lavorazioni meccaniche. È il caso, per esempio, degli ingranaggi lavorati a creatore, l’utensile di forma elicoidale che crea i denti esterni degli ingranaggi attraverso una serie di passate. In questo articolo vengono approfonditi alcuni aspetti di questa lavorazione e, in particolare, il tempo e la velocità di taglio.

Come calcolare il tempo di taglio a creatore di un ingranaggio

Partiamo dal tempo di taglio. La figura 1 rappresenta in modo molto semplificato un creatore a un principio, con le sue incognite relative al numero di giri (quindi alla velocità di taglio) e all’avanzamento. Si tratta di parametri che dipendono da molti fattori, quali il grado di qualità richiesto dalla commessa, il materiale dell’ingranaggio, la tipologia dell’utensile creatore (materiale, numero di taglienti, rivestimento ecc.), la geometria dell’ingranaggio e la posizione della dentatura nel pezzo. Ma anche la rigidità dell’attrezzatura di serraggio pezzo, la rigidità e la potenza della macchina dentatrice hanno il loro peso. Per una spiegazione più dettagliata viene in aiuto Stefano Garavaglia, CEO di MICROingranaggi, azienda specializzata nella progettazione e realizzazione di ingranaggi di piccole e piccolissime dimensioni e, più in generale, di microcomponentistica meccanica ed elettromeccanica di precisione. “Lo schema mostrato in Figura 1 al numeratore la lunghezza della corsa dell’utensile”, spiega Garavaglia, “il che dimostra chiaramente quanto in fase di progettazione la valutazione della lunghezza di dentatura sia un aspetto di costo fondamentale. Allo stesso modo l’altezza del dente (quindi indirettamente il modulo) e il diametro dell’utensile, entrambi al numeratore, vanno a incidere direttamente sul tempo di produzione. Nella pratica possiamo quindi dire che dimezzare il numero di denti e/o la lunghezza di dentatura significa dimezzare il tempo di produzione”. Al denominatore è invece indicato il prodotto del numero di giri moltiplicato per l’avanzamento. Ciò significa, quindi, che anche l’utensile, la rigidità dell’attrezzatura e della macchina sono aspetti fondamentali nella composizione del costo finale. Ma non finisce qui. “A questi fattori”, continua infatti Garavaglia, “dovremo poi aggiungere il tempo di carico e scarico di ogni pezzo dalla macchina, che richiederà dai 4 ai 15 secondi per le grandi serie poiché tale processo sarà automatico, oppure 15/20 secondi (come minimo) per i piccoli lotti poiché sarà presumibilmente manuale. In genere consideriamo per un processo produttivo automatizzato l’ora da 55 minuti (è necessario infatti riservare del tempo all’affilatura degli utensili, alla pulizia delle vasche ecc.), mentre per un carico manuale consideriamo 50 minuti, dovendo necessariamente tener conto anche delle pause fisiologiche necessarie all’operatore”. Stabilite quindi tutte queste variabili, è possibile desumere che un ingranaggio potrà essere tagliato in un tempo “X”, ma anche “2X”, oppure “1/2X”. Decisamente più complicato è invece stabilire il prezzo di questo processo, poiché a condizionarlo sono anche altri fattori come i servizi offerti dal fornitore, la sua garanzia in merito a qualità e affidabilità del pezzo finito, le spese generali e il valore aggiunto che il fornitore è in grado di offrire sul proprio lavoro.

Come stabilire la corretta velocità di taglio

Se il tempo di taglio può essere dedotto alla luce di determinate variabili, sorge spontaneo interrogarsi anche sui parametri di taglio in funzione dell’utensile e del materiale da lavorare. Qual è, in altre parole, la corretta velocità di taglio nella costruzione a creatore di un ingranaggio?
La tabella rappresentata in figura 2 (elaborata e pubblicata dall’azienda svizzera SMH AUTOMATION) offre qualche chiarimento su questo tema, tenendo presente il fatto che i limiti indicati sono correlati al diametro degli utensili usati dal costruttore svizzero, proprio perché lo schema si riferisce alla sua gamma prodotti.

“La tabella non prevede le variazioni dovute a eventuali rivestimenti PVD; si riferisce al solo impiego di creatori monoprincipio; e considera unicamente il numero di taglienti standard in funzione del diametro creatore”, precisa Garavaglia. “I dati sono quindi da prendere come riferimento indicativo, anche se sono comunque molto attendibili. Dal momento che i creatori sono utensili finitori, le velocità di taglio possono aumentare notevolmente in caso di sola sgrossatura pre-rettifica. 

A livello pratico, inoltre, la velocità di taglio dovrà essere adattata anche ad altri parametri, quali la geometria del pezzo, la rigidità dell’attrezzatura, la potenza della macchina dentatrice e, soprattutto, il grado di qualità richiesto dalle specifiche tecniche. In conclusione mi sento di affermare che sarà il fornitore in grado di calcolare il miglior tempo possibile in funzione delle esigenze del prodotto e del cliente a ottenere il maggior numero di commesse”.