Ordinare un ingranaggio su misura non è come ordinare un pezzo standard di catalogo. Non esiste uno stock che corrisponda esattamente al vostro disegno, non esiste una classe di tolleranza sulla quale tutti siano d'accordo per default, e non esiste un unico percorso produttivo che sia la più economica per ogni modulo, dimensione e quantità. Il processo di produzione degli ingranaggi su misura è una sequenza di decisioni controllate, che parte dal vostro disegno o dal campione e termina con pezzi ispezionati e documentati consegnati al vostro molo, e la qualità di questa sequenza decide se l'ingranaggio funziona in silenzio per dieci anni o si rompe nelle prime cento ore.
Il processo inizia molto prima del primo truciolo. Quando riceviamo un disegno in PDF, STEP o DWG, o un campione fisico, il nostro ufficio tecnico lo esamina per la producibilità, non solo per la completezza. Verifichiamo i dati del dente, cioè il modulo o il passo diametrale, il numero di denti, l'angolo di pressione, l'angolo di elica, la larghezza di faccia e lo sfasamento di profilo, rispetto al foro di montaggio, alla scanalatura della chiavetta o alle scanalature, e la classe di precisione richiesta. Segnaliamo tutto ciò che è ambiguo, per esempio un disegno che indica solo DIN 7 senza specificare se si riferisce alla tolleranza dell'ingranaggio o del grezzo, e confermiamo il trattamento termico e l'applicazione prevista. Una richiesta di preventivo completa accelera notevolmente questa fase: le informazioni più utili sono la funzione e il carico dell'ingranaggio, la velocità di ingresso e la coppia prevista, il materiale che preferite o l'autorizzazione a consigliarne uno, la classe di precisione richiesta, la quantità annuale, il numero di pezzi di questo lotto, e gli eventuali rapporti di ispezione o certificati del materiale necessari.
Il materiale fissa il tetto di resistenza, resistenza all'usura e costo ottenibile, e si sceglie insieme al trattamento termico. Per gli ingranaggi industriali di uso generale partiamo più spesso dall'acciaio 45#, equivalente all'AISI 1045, bonificato a circa 220–250 HB, oppure dal 40Cr e dal 42CrMo, equivalenti all'AISI 5140 e 4140, per una resistenza maggiore. Gli ingranaggi che devono sopportare urti intensi in ingranamento sono solitamente realizzati in un acciaio da cementazione come il 20CrMnTi, simile al 20MnCr5 o all'AISI 8620, che può ricevere una superficie indurita a 58–62 HRC con un nucleo tenace e resistente all'urto. Per le apparecchiature sensibili alla corrosione lavoriamo acciaio inox 304 e 316, e per i movimenti leggeri ed economici usiamo ottone o acciaio da lavorazione automatica.
Il grezzo è la fondazione. Gli ingranaggi più piccoli sono tagliati da barra laminata, mentre quelli più grandi o più sollecitati sono forgiati e poi normalizzati per alleviare le tensioni di forgiatura. La tornitura porta il grezzo al foro di montaggio, alle superfici di riferimento e al diametro esterno; poiché tutte le operazioni successive fanno riferimento a queste superfici, il foro e lo sbattimento delle superfici di posizionamento sono controllati prima ancora di tagliare i denti. Per gli alberi monoblocco, dove i denti del pignone e l'albero sono integrali, la stessa tornitura definisce anche i perni di supporto.
Una volta pronto il grezzo, i denti vengono tagliati, e la scelta del processo dipende dal tipo di ingranaggio, dalla dimensione, dal modulo e dal lotto, con un effetto diretto su prezzo e tempi. La fresatura a creatore è il cavallo di battaglia per gli ingranaggi esterni come gli ingranaggi diritti: un creatore rotante taglia i denti mentre il grezzo ruota con un avanzamento coordinato, e un'unica configurazione copre un ampio intervallo di moduli. Lo shaping dentato si usa quando i denti si trovano dentro un anello, tra due flange, o molto vicino a una spalla del cuscinetto che il creatore non può raggiungere. La brocciatura è riservata agli ingranaggi interni e alle scanalature in grande volume, dove è veloce per pezzo ma richiede un utensile dedicato. Fresare con una fresa profilata è la via più lenta, ma per i pezzi unici, i moduli molto grandi o i profili speciali è l'unica opzione pratica, perché non richiede utensili speciali.
Il trattamento termico è ciò che rende durevole un ingranaggio, ma sposta anche la geometria. La tempra massiva alza la durezza globale e deforma il pezzo in modo moderato, la tempra per induzione indurisce selettivamente i fianchi del dente mantenendo il nucleo tenace, e la cementazione produce una superficie dura e resistente all'usura da 58 a 62 HRC su un nucleo morbido e ammortizzante, la scelta standard per gli ingranaggi automobilistici e dei riduttori pesanti. La nitrurazione dà una superficie molto dura e a bassa deformazione, ma uno strato più sottile, adatta a corse ad alta precisione e a basso impatto. La conseguenza pratica per l'acquirente è che l'indurimento deve essere seguito da una finitura ogni volta che la precisione conta: il trattamento termico introduce una leggera deformazione tra denti e di profilo, e un ingranaggio tagliato a ISO 7 prima della tempra può facilmente superare ISO 9 in seguito. Ecco perché gli ingranaggi di precisione vengono lasciati deformare e poi riportati a specifica con la rettifica.
La precisione di un ingranaggio è dichiarata secondo la norma internazionale, e i tre sistemi che gli acquirenti incontrano più spesso sono simili ma non identici, quindi un disegno dovrebbe sempre nominare esplicitamente la norma. Per la maggior parte degli ingranaggi industriali, la classe DIN o ISO 7–8 è il punto ottimale economico: si ottiene con fresatura più rasatura o leggera rettifica, ed è abbastanza precisa per riduttori, trasportatori e macchine utensili. La classe 6 e superiori richiede quasi sempre la rettifica degli ingranaggi. Dopo il trattamento termico, le opzioni di finitura sono la rettifica per la massima precisione, la brunatura per un fianco liscio e silenzioso con un buon pattern di contatto, e la rasatura come finitura economica pre-tempra. In termini AGMA, l'intervallo industriale comune è all'incirca da Q7 a Q10, che corrisponde da DIN 8 a DIN 6.
La qualità si costruisce, ma si dimostra anche. Ogni ingranaggio passa attraverso controlli in processo, come lo sbattimento del grezzo dopo la tornitura, la profondità del dente dopo la fresatura e la durezza dopo il trattamento termico, e un'ispezione finale su un centro di misura per ingranaggi che registra le deviazioni di profilo, direzione del dente, passo e sbattimento rispetto al disegno. Le caratteristiche dimensionali sono verificate su una macchina di misura a coordinate o con metrologia standard, e la durezza è controllata sul fianco e sul nucleo. Per gli ordini OEM forniamo i documenti di cui i team acquisti hanno realmente bisogno: certificati del laminatoio EN 10204 3.1 che ricollegano il numero di colata alla barra grezza, un rapporto di ispezione o COC che elenca la precisione del dente misurata e le dimensioni critiche, e registri di durezza o del trattamento superficiale ove richiesti.
I tempi dipendono dal percorso e dalla quantità, non solo dall'ingranaggio. Un prototipo o una serie corta è tipicamente pronto in 7–15 giorni lavorativi una volta confermato il disegno, perché il materiale è tagliato da stock e la configurazione è minima. Un piccolo lotto che necessita di trattamento termico e finitura leggera di solito richiede 3–5 settimane, e un ordine di produzione con utensile dedicato, cementazione e rettifica degli ingranaggi si attesta intorno alle 6–10 settimane. Il prezzo è guidato innanzitutto dalla quantità, perché attrezzaggio e utensili dominano i piccoli lotti mentre materiale e ciclo dominano i grandi, poi dalla classe di tolleranza, dal percorso di trattamento e dal materiale, con leghe speciali e grezzi forgiati che comportano sovrapprezzi. I pezzi vengono quindi protetti contro la corrosione e imballati per il trasporto marittimo, oliati singolarmente, avvolti in film anti-ruggine e fissati in casse da esportazione, in modo che gli ingranaggi vi arrivino nelle stesse condizioni in cui hanno lasciato l'ispezione.
Siamo un'officina di ingranaggi su disegno con sede a Luoyang, che opera con fresatura CNC, shaping, rettifica, trattamento termico interno e un centro di misura per ingranaggi sotto lo stesso tetto. Questa integrazione verticale è il motivo per cui possiamo mantenere la precisione DIN o ISO 6–8, consegnare prototipi in circa due settimane e ricondurre ogni ingranaggio alla colata di materia prima. Sia che abbiate bisogno di pochi ingranaggi diritti di ricambio, di un set di alberi ingranaggio accoppiati o di una produzione di ingranaggi per riduttori, esaminiamo prima il disegno e preventiviamo il percorso più economica che soddisfi ancora il vostro requisito di precisione.
Sulle domande pratiche che gli acquirenti fanno più spesso: per preventivare un ingranaggio su misura abbiamo bisogno del vostro disegno o di un campione fisico, della quantità di questo ordine e del volume annuo, del materiale se avete una preferenza, della classe di precisione e del trattamento termico richiesti, e del contesto applicativo di velocità, carico e ambiente. E quale classe specificare: per la maggior parte dei riduttori industriali e della macchina generale, la classe DIN o ISO 8 da fresatura o dopo rasatura è sufficiente e la più economica; usate la classe 7 per azionamenti ad alta velocità o a bassa rumorosità, e la classe 6 dove è prevista la rettifica, perché mantenere una classe più stretta del necessario aggiunge costo e tempi senza beneficio reale.
Se non avete un disegno, possiamo fare la reverse engineering di un ingranaggio campione, misurare i dati del dente e le dimensioni chiave, e produrre un disegno per la vostra conferma prima del taglio, il che è comune per i pezzi di ricambio e i componenti legacy. Un prototipo tagliato da materiale a magazzino, senza trattamento termico speciale, è solitamente pronto in 7–15 giorni lavorativi, con tempo aggiuntivo per cementazione, rettifica o forgiatura, e per il trasporto marittimo in caso di spedizione internazionale. E sulla documentazione, su richiesta forniamo certificati del materiale EN 10204 3.1, un rapporto di ispezione dimensionale e di precisione del dente, e registri di durezza; indicateci nella fase di richiesta quali certificati richiede il vostro sistema qualità.