Els engranatges són els herois silenciosos i indispensables del món modern. Des del funcionament complex de la transmissió d'un vehicle fins a la potència colossal d'un aerogenerador, aquests components dentats són fonamentals per a la transmissió de potència mecànica. Durant segles, la fabricació d'engranatges ha estat una recerca de precisió i eficiència, dominada per processos establerts com el tallat, la conformació i el brotxat. Tanmateix, les demandes incessants de la indústria moderna —per a volums de producció més elevats, una major eficiència en termes de costos i una integració de components més estreta— han impulsat el desenvolupament d'una tecnologia transformadora:Power Skiving.

El principi de mecanitzat del Power Skiving

En essència, el mecanitzat amb bisellat és un procés de tall generatiu continu que combina sinèrgicament la rotació d'alta velocitat del fresat amb la disposició eina-peça de la conformació d'engranatges. És un procés complex de "laminació" o "planat" on una maduixa especialitzada amb múltiples dents i la peça en brut de l'engranatge giren en un moviment sincronitzat amb precisió, semblant a un engranatge.

La característica definidora del power skiving és laangle d'intersecció de l'eix (Σ)A diferència del fresat (on els eixos de l'eina i de la peça estan en un angle de 90 graus, desplaçats per l'angle de l'hèlix) o la conformació (on els eixos són paral·lels), el bisellat mecànic funciona amb els eixos de l'eina i de la peça fixats en un angle específic, no paral·lel i no intersecció. Aquest angle és el factor clau del procés.

Aquest angle calculat acuradament crea una velocitat relativa específica (lliscament) entre els talls de l'eina i els flancs de la peça. A mesura que l'eina i la peça en brut giren a altes velocitats, aquesta velocitat de lliscament genera l'acció de tall. L'eina de tall, que s'assembla a una fresa conformadora però presenta un angle hèlix, "esquiva" o "pela" efectivament el material de la peça en brut amb cada passada d'un tall, generant contínuament el perfil de la dent en evolvent a mesura que tots dos components giren.

Utillatge: El cor del procés

El tallador per al bisellat mecànic és una peça d'utillatge altament complexa i especialitzada. Normalment es fabrica amb carbur de carbur recobert sòlid per a una màxima rigidesa i resistència al desgast, o amb acer ràpid (HSS) pulverulent metal·lúrgic (PM) d'alt rendiment. El disseny de l'eina, incloent-hi l'angle de l'hèlix, l'angle de raspall i el perfil, es calcula específicament per al model cinemàtic de la màquina i la geometria exacta de l'engranatge objectiu. Aquesta complexitat específica de l'eina és un factor significatiu en el cost general i la configuració del procés.

Avantatges i desavantatges del Power Skiving

Com qualsevol procés de fabricació, el raspat elèctric ofereix un conjunt únic de compromisos.

Avantatges:

Productivitat extrema: És significativament més ràpid (3-10 vegades) que el conformat d'engranatges i altament competitiu amb el fresat. Per a engranatges interns, sovint és el mètode més productiu disponible.

Flexibilitat inigualable: el procés pot mecanitzar engranatges interns i externs, així com estries, engranatges helicoïdals i engranatges rectes en una sola màquina.

Capacitat "Fet en un": Pot realitzar desbast, semiacabat i acabat en una sola configuració. També és capaç de raspar dur o mecanitzar engranatges després del tractament tèrmic, cosa que pot eliminar la necessitat d'operacions de rectificat posteriors.

Alta qualitat: quan es realitza en una màquina rígida i moderna, el raspat mecànic pot produir engranatges d'alta precisió (per exemple, AGMA 10-11, DIN 6-7) amb acabats superficials excel·lents.

Resol geometries difícils: És ideal per a peces amb folgança d'eina limitada, com ara engranatges amb espatlla o brida, on una fresa no pot sortir. Aquest és un repte comú en dissenys de transmissions compactes.

Desavantatges:

Cost de capital elevat de la màquina: el procés requereix una màquina CNC de 5 eixos (o més) altament avançada, rígida i tèrmicament estable amb una sincronització electrònica perfecta, cosa que representa una inversió significativa.

Procés i utillatges complexos: La cinemàtica és excepcionalment complexa. La planificació de processos requereix un programari de simulació sofisticat per calcular les trajectòries de les eines i evitar col·lisions. Les eines en si mateixes són cares i específiques de l'aplicació.

Sensibilitat de configuració: El procés és molt sensible a la configuració correcta, especialment a l'angle d'intersecció de l'eix. Qualsevol desalineació pot afectar dràsticament la vida útil de l'eina i la qualitat de la peça.

Gestió de ferritxes: L'eliminació a alta velocitat de grans volums de material pot crear reptes de control de ferritxes, especialment quan es mecanitzen engranatges interns profunds on les ferritxes es poden compactar.

Escenaris d'aplicació

El bisellat elèctric no és un substitut universal per a tots els altres processos d'engranatges, però és una solució dominant en àrees específiques d'alt valor, principalment impulsades per la producció en massa.

Indústria de l'automoció: Aquesta és la que ho adopta més. El procés s'utilitza àmpliament per a la fabricació de components de transmissió interna com ara engranatges coronals, engranatges planetaris i cossos d'embragatge estriats. La seva capacitat per crear engranatges interns i estries complexes de manera ràpida i amb alta precisió és inestimable per a les transmissions automàtiques i de vehicles elèctrics (VE) modernes i compactes.

Aeroespacial: S'utilitza per a la producció de ranures i engranatges de sistemes d'accionament, on l'alta fiabilitat i els dissenys complexos i lleugers són primordials.

Maquinària industrial: Ideal per a la fabricació de components com engranatges de bombes, acoblaments i altres eixos estriats on la productivitat i la precisió són clau.

El candidat ideal per al raspat elèctric és un component de volum mitjà a alt, en particular un engranatge intern o un engranatge amb espatlles interferides, on l'estalvi de temps de cicle pot justificar l'elevada inversió inicial en maquinària i utillatges.

Conclusió

El mecanitzat de rallat ha fet el salt amb èxit d'un concepte teòric centenari a una potència de fabricació moderna. En fusionar la velocitat del fresat amb la flexibilitat de la conformació, ha cobert fonamentalment una bretxa crítica en la producció d'engranatges. Ofereix una solució inigualable per a la fabricació d'alt volum d'engranatges interns i components complexos amb estries, impulsant l'eficiència i permetent la propera generació de sistemes mecànics compactes i densos en potència. A mesura que la tecnologia de les màquines-eina, el programari de simulació i els dissenys d'eines de tall continuen evolucionant, l'adopció del mecanitzat de rallat està destinada a expandir-se, consolidant encara més el seu paper com a força revolucionària en la fabricació d'engranatges.