Nel campo della lavorazione di precisione, la vorticosità è emersa come un processo specializzato ed economico per la produzione di parti con superficie elicoidale, in particolare ingranaggi a vite senza fine, viti a sfere e viti per estrusori. ha ottenuto un ampio riconoscimento in settori che spaziano dall'automotive all'aerospaziale. Offre vantaggi unici in termini di efficienza e precisione che la distinguono dalle tecniche di lavorazione convenzionali.

Principi fondamentali e classificazione del vortice

La turbofilettatura è un processo di lavorazione ad alta velocità dedicato alla produzione di superfici elicoidali o filettate, che sfrutta una testa di fresatura rotante dotata di più inserti di formatura per rimuovere materiale da un pezzo in lenta rotazione. Una caratteristica distintiva della turbofilettatura è che la finitura superficiale ottenuta, anche nella sua forma base, può eguagliare quella dei processi di rettifica.

Questa eccezionale qualità superficiale è dovuta al tempo di contatto relativamente lungo tra gli inserti da taglio e il pezzo, che si traduce in picchi poliedrici più corti e meno numerosi sulla superficie lavorata. La scelta del sistema di utensili più appropriato per le operazioni di turbofilettatura si traduce direttamente in cicli di lavorazione più rapidi e una finitura superficiale superiore, consolidando lo status della turbofilettatura come la soluzione più economica ed efficiente per la produzione di componenti elicoidali esterni oggigiorno.

Dal punto di vista tecnologico, la turbofilettatura si distingue in turbofilettatura esterna e turbofilettatura interna in base alla posizione relativa tra la testa di fresatura e il pezzo in lavorazione. I paesi occidentali sviluppati hanno applicato con successo la tecnologia della turbofilettatura alla produzione di vari prodotti filettati, tra cui le viti a sfere. Hanno progettato utensili specializzati, sistemi di alimentazione del pezzo, dispositivi di posizionamento e serraggio automatici e sistemi di controllo su misura per la turbofilettatura filettata, aumentando significativamente la precisione di lavorazione e l'efficienza produttiva.

Vortice esterno

Adatta alla lavorazione di filettature sia esterne che interne, questa variante posiziona la testa di fresatura all'esterno del pezzo in lavorazione.

 

Vortice interno

Come illustrato nei tipici diagrammi di processo, gli inserti da taglio sono disposti uniformemente all'interno della testa di taglio. Un elemento progettuale fondamentale è che l'asse della testa di taglio non coincide con quello del pezzo in lavorazione, ma forma un angolo pari all'angolo d'elica γ della filettatura di destinazione.

Durante la turbofilettatura interna, la testa di fresatura ruota ad alta velocità, con velocità lineari che raggiungono fino a 400 m/min. Le teste utensili per turbofilettatura CNC di produttori tedeschi sono in grado di raggiungere velocità fino a 40.000–60.000 giri/min per filettature di piccolo modulo. Nel frattempo, il pezzo in lavorazione ruota lentamente nella stessa direzione della testa di fresatura.

Per ogni rotazione completa del pezzo, la testa di fresatura avanza lungo la direzione assiale di un passo del filetto, consentendo la formazione della scanalatura del filetto in un'unica passata. Una caratteristica degna di nota della turbofilettatura interna è che un solo inserto si impegna nel taglio in un dato momento, con la zona di lavorazione che rimane pressoché fissa per tutta la durata del processo.

Lo spessore di taglio subisce variazioni periodiche (aumentando da piccolo a grande e poi diminuendo), mentre la larghezza di taglio si espande gradualmente fino al completamento dell'operazione. Il meccanismo di taglio a inserto singolo offre ampio tempo e spazio per la dissipazione del calore tra un cambio utensile e l'altro, prolungandone la durata e migliorando la qualità superficiale del pezzo.

Inoltre, la maggior parte del calore di taglio viene dissipata dai trucioli, riducendo al minimo l'aumento di temperatura del pezzo e la deformazione termica. Nonostante i suoi pregi, la turbofilettatura presenta dei limiti intrinseci. La struttura interna della turbofilettatura, con inserti montati all'interno della testa di taglio, limita il numero di utensili e le velocità di lavorazione.

Inoltre, a causa delle dimensioni della testa di taglio, la turbinatura interna non è in grado di lavorare pezzi con grandi passi di filettatura e l'evacuazione dei trucioli rimane una sfida critica che richiede un'attenta progettazione del processo.

 

Processo di taglio, formazione del truciolo e parametri chiave della turbolenza

Il processo di taglio turbolenza si basa sulla rotazione ad alta velocità della testa di taglio turbolenza attorno al pezzo in lavorazione, che ruota lentamente (controllata dall'asse C). La rotazione sincronizzata del pezzo e il movimento assiale della testa di taglio (controllata dall'asse Z) determinano il passo della filettatura lavorata.

L'angolo di taglio della testa dell'utensile viene regolato tramite l'asse A per adattarsi all'angolo dell'elica del filetto, mentre l'eccentricità dell'asse X imposta il diametro minore del filetto. Semplicemente invertendo la direzione di avanzamento dell'asse Z, la turbofilettatura può produrre filettature destrorse o sinistrorse.

In particolare, l'anello di turbofilettatura ruota sempre nella stessa direzione del pezzo in lavorazione; è la direzione di avanzamento a determinare la direzione della filettatura. Nelle operazioni di turbofilettatura, gli inserti da taglio sono installati all'interno dell'anello di fresatura e si muovono rispetto al pezzo in lavorazione.

Idealmente, il processo di taglio genera trucioli a forma di virgola, un segno distintivo di prestazioni di turbofilettatura stabili. Sebbene la turbofilettatura sia un processo di taglio interrotto, la formazione del truciolo è notevolmente fluida. Ciò consente alla turbofilettatura di lavorare materiali temprati con durezze fino a 65 HRC e materiali fragili utilizzando utensili da taglio in metallo duro, nitruro di boro cubico (CBN) o ceramica.

 

Parametri chiave del vortice

I parametri chiave che regolano le operazioni di vorticazione includono:

nW​: Velocità di rotazione della testa di taglio rotante​

nR​: Velocità di rotazione del pezzo in lavorazione​

SK: Cerchio di taglio

T: Regolazione della profondità (corrispondente all'altezza del filo)

D: Diametro della radice della filettatura

X: Eccentricità tra la testa di taglio e gli assi del pezzo in lavorazione

K: Patatine a forma di virgola

Turbinatura vs. fresatura convenzionale

Nella lavorazione di filettature esterne, è essenziale distinguere tra turbofilettatura e fresatura convenzionale, poiché i due processi condividono somiglianze superficiali ma differiscono sostanzialmente nelle prestazioni. Sia gli anelli per frese turbofilettate che le frese presentano più taglienti ed entrambi asportano materiale attraverso operazioni di taglio interrotte. Tuttavia, le somiglianze finiscono qui.

Nella turbofilettatura, i taglienti si agganciano e si disinnestano gradualmente dal pezzo, ottenendo un'azione di taglio più favorevole rispetto alla fresatura convenzionale. Questo innesto fluido consente maggiori velocità di asportazione del metallo, riduce le forze di taglio radiali e minimizza le sollecitazioni sia sul pezzo che sugli inserti da taglio.

Di conseguenza, la turbofilettatura prolunga notevolmente la durata dell'utensile e migliora il rapporto costi-benefici complessivo, rendendola la scelta migliore per la lavorazione di filettature ad alta precisione ed efficienza.

 

Tipi di pezzi lavorati mediante vortice

Il vortice eccelle in lavorazione meccanica vari componenti con superficie elicoidale cilindrica, con le seguenti applicazioni tipiche:

Viti dell'estrusore

Componente fondamentale nelle apparecchiature di estrusione di plastica e gomma, che richiede profili elicoidali precisi per garantire un trasporto uniforme del materiale.

Rotori per pompe rotative PC

Fondamentale per le pompe volumetriche, in cui la geometria del rotore elicoidale influisce direttamente sull'efficienza della pompa e sulla stabilità del flusso.

Vermi EPS per autoveicoli

Parti fondamentali dei sistemi di servosterzo elettrico, che richiedono elevata precisione per garantire prestazioni di sterzata fluide.

Rotoli diamantati

Utilizzato nei processi di laminazione dei metalli, con scanalature elicoidali che danno forma al prodotto finale.

Scanalature per l'olio

Scanalature elicoidali per l'olio su alberi e componenti che facilitano la lubrificazione e la dissipazione del calore.

Ingranaggi elicoidali

Per sistemi di trasmissione di potenza che richiedono un funzionamento silenzioso e un'elevata capacità di carico.

Viti a sfere

Essenziale nei macchinari di precisione e nelle apparecchiature CNC, dove la vorticosità garantisce l'elevata precisione della pista delle sfere.

In sostanza, la maggior parte dei componenti con superfici cilindriche elicoidali sono adatti alla lavorazione mediante turbolenza.

 

Produttori leader di attrezzature per vortici

Il settore mondiale delle macchine utensili rotanti è dominato da rinomati produttori internazionali, mentre anche le imprese cinesi nazionali hanno compiuto notevoli progressi in questo campo.

Produttori internazionali

Le aziende tedesche Leistritz, GWT e Rexroth; l'olandese Hembrug; l'austriaca Linsinger; la giapponese Seiko e la statunitense Toppson sono tra i leader di mercato. Offrono macchine per la tornitura CNC ad alta precisione per diverse applicazioni industriali.

Produttori cinesi

Haiwei di Taiwan è un importante fornitore regionale. Nella Cina continentale, la Beijing Precision Machine Tool Parts Factory è stata una delle prime ad adottare la tecnologia di tornitura.

Tra i successivi entranti figurano, tra gli altri, la Shandong Ball Screw Manufacturing Factory, la Jiangsu Ball Screw Equipment Manufacturing Factory, la Shanxi Fengyuan Machinery Factory, la Jinan No.3 Machine Tool Factory e la Shaanxi Hanjiang Machine Tool Co., Ltd., che stanno guidando la localizzazione delle attrezzature per la rotazione in Cina.

 

Conclusione

Come tecnologia di lavorazione altamente specializzata ed efficiente, vorticoso ha rivoluzionato la produzione di componenti con superficie elicoidale, offrendo vantaggi senza pari in termini di finitura superficiale, efficienza di lavorazione e convenienza. Dai suoi principi fondamentali e dalle caratteristiche di processo alla sua ampia gamma di pezzi applicabili e ai principali fornitori di attrezzature, la vorticizzazione continua a evolversi con i progressi nella progettazione degli utensili e nella tecnologia del controllo numerico.

I recenti progressi nel calcolo del profilo degli utensili per la turbofilettatura interna sottolineano ulteriormente il potenziale di ottimizzazione di questo processo per soddisfare i requisiti di precisione sempre più rigorosi della produzione moderna. Per gli appassionati di lavorazioni meccaniche e per i professionisti del settore, la turbofilettatura rappresenta un campo dinamico e promettente, degno di continua esplorazione e innovazione.

Meetyoucarbide condivide regolarmente approfondimenti sulle tecnologie di lavorazione come la turbolenza: seguiteci per rimanere aggiornati e partecipare a discussioni significative con colleghi del settore.