15 giugno 2009
Le tolleranze sul disegno di un ingranaggio sono tolleranze dello stato finito: profilo, passo, cilindricità del foro, eccentricità della faccia. Ciò che decide se è possibile soddisfarli è la quantità di materiale rimasto da macinare dopo il trattamento termico – e la distorsione è invisibile prima della fornace.
Le tolleranze sugli ingranaggi e sulle sedi dei cuscinetti sono specificate allo stato finito: tolleranza del profilo, tolleranza del passo, cilindricità del foro, eccentricità frontale. Ciò che in realtà decide se questi possono essere mantenuti è la quantità di indennità che sopravvive al trattamento termico per la macinazione. Durante la cementazione e la tempra, una parte subisce contemporaneamente trasformazione strutturale e stress termico: le pareti sottili crescono, le sezioni spesse si restringono, le parti asimmetriche si piegano. Niente di tutto ciò è visibile prima della fornace.
Un foro ad alta tolleranza non è prodotto da una smerigliatrice migliore; è prodotto da un processo che sapeva di quanto si sarebbe spostato il foro prima di essere rettificato. La progettazione del processo per gli ingranaggi è quindi basata sulla previsione della distorsione e sull'allocazione delle quote. Officine esperte creano un database di distorsione in base al materiale, al rapporto di spessore della parete e al modello di carico, quindi compensano le dimensioni del pretrattamento termico al contrario. I negozi senza tali dati possono solo lasciare più spazio e accettare passaggi di macinazione aggiuntivi. Il costo aumenta e un margine eccessivo penetra nella cassa cementata riducendone la durezza.
Il primo è materiale. Due colate dello stesso grado 20CrMnTi possono differire nella larghezza della banda di temprabilità sufficiente a modificare la distorsione del 30%. Una buona pratica consiste nel richiedere al laminatoio un rapporto sulla banda di temprabilità e selezionare la parte medio-bassa della banda.
Il secondo è la geometria: lo spessore irregolare delle pareti, una sede per chiavetta sfalsata, i fori asimmetrici nel nastro producono tutti un raffreddamento irregolare durante la tempra. Questi problemi dovrebbero essere sollevati in fase di disegno: la progettazione per la revisione della produzione può spesso convertire una caratteristica asimmetrica in una simmetrica o aggiungere una nervatura di processo. Il terzo è il caricamento: l'attrezzatura determina il campo di flusso del quench, la velocità di raffreddamento differisce tra il centro e il bordo del cestello e le parti nello stesso carico possono distorcersi in direzioni opposte.
Troppo poco margine e distorsione non possono essere eliminati, lasciando la pelle nera dopo la macinazione. Troppo, i tempi e i costi di rettifica aumenterebbero mentre la cassa cementata rischia di essere tagliata. La tolleranza corretta equivale alla distorsione prevista più la rimozione del materiale più un fattore di sicurezza e la distorsione prevista deve provenire dalla misurazione, non da un manuale.
Il percorso pratico è un'esecuzione di convalida del processo: caricare dieci parti in un ciclo, misurare la distribuzione dimensionale prima e dopo, ricavare lo spostamento medio e la deviazione standard, quindi impostare la tolleranza. Durante la produzione, campionare per lotto e tracciare la distribuzione su un grafico di controllo; uno spostamento nella media significa che il forno o il materiale sono cambiati. Niente di tutto questo è una novità, ma poche officine lo fanno correttamente, che è esattamente la parte di un servizio di lavorazione personalizzata che è più difficile da sostituire.
Il cedimento caratteristico degli ingranaggi non è dovuto ad un singolo componente fuori tolleranza ma alla dispersione del lotto. Una parte misura a una tolleranza media, ma nel corso di un lotto un'estremità si sposta, in genere a causa della somma della crescita termica, dell'usura dell'utensile e dell'usura dell'attrezzatura. Dopo quattro ore di lavorazione continua, la crescita termica del mandrino può raggiungere decine di micron, sufficienti a consumare l'intera fascia di tolleranza.
Il controllo ha tre livelli: conferma del primo articolo, campionamento in corso, verifica dell'ultimo articolo; oltre al riscaldamento termico prima della produzione e alla gestione della durata dell'utensile mediante la lunghezza di taglio anziché la rottura. Per le sedi dei cuscinetti tenute a IT6, è necessario tenere conto dell'incertezza di misura: una differenza di due gradi tra il calibro e il pezzo è sufficiente per leggere un errore di un micron su un foro di cinquanta millimetri.
L'accoppiamento tra l'albero di un ingranaggio e il relativo cuscinetto viene deciso congiuntamente: tolleranza dell'albero, tolleranza dell'anello interno del cuscinetto e rotondità di entrambi. L'errore comune è guardare solo la dimensione dell'albero e ignorare la rotondità e la rugosità superficiale. Con la stessa interferenza, un albero con scarsa rotondità deforma l'anello interno in un'ellisse, con conseguenti variazioni del gioco dei cuscinetti e conseguente aumento di rumore e temperatura.
Parti come queste sono quindi meglio lavorate da un fornitore, o almeno all'interno di un sistema di riferimento. Diviso tra due officine, è molto comune che ciascuna superi l'ispezione e che l'assemblaggio fallisca. Una domanda diretta funziona bene nella valutazione del fornitore: l'ingranaggio e la sede del cuscinetto vengono lavorati nello stesso bloccaggio sulla stessa macchina?
La precisione dell'ingranaggio non può essere garantita solo da una CMM. Una CMM misura la dimensione del foro, l'eccentricità della superficie e la posizione della sede della chiavetta, ma le tolleranze del profilo e del passo richiedono un'indagine continua lungo l'evolvente, il che significa un centro di misurazione degli ingranaggi o un tester dell'evolvente dedicato. Numerose citazioni promettono un'ispezione completa della CMM quando la forma del dente non è mai stata effettivamente verificata.
Questa è una fonte familiare di controversie sull'accettazione: la parte trasmette i dati della CMM e continua a lamentarsi quando entra nell'alloggiamento. La causa potrebbe essere la bombatura del profilo, una deviazione dell'angolo dell'elica o un errore di passo accumulato e nessuno di questi rientra nella routine CMM standard.
Un piano di accettazione realizzabile è stratificato. Il primo articolo riceve un rapporto completo dal centro di misura degli ingranaggi che copre profilo, passo, passo e eccentricità radiale. I cicli di produzione utilizzano l'ispezione composita a doppio fianco come screening veloce, con campionamento periodico al centro di misurazione. Le macchine a doppio fianco sono economiche e abbastanza veloci per un'ispezione al cento per cento, ma mostrano solo un errore composito e non possono dire quale elemento è fuori uso, quindi i due metodi devono funzionare insieme.
Un avvertimento sulla misurazione stessa: un centro di misura di ingranaggi è più sensibile alla calibrazione e alla temperatura rispetto a una CMM e venti gradi più o meno uno rappresentano la linea di base. Osservare il registro della temperatura della sala metrologica durante un audit dice più della targa dati della macchina.
In primo luogo, la cementazione e la tempra vengono eseguite internamente o in outsourcing e, in caso di outsourcing, il trattamento termico mantiene CQI-9? In secondo luogo, è possibile fornire dati sulla distorsione misurata, con media e deviazione standard raggruppate per materiale e spessore della parete? In terzo luogo, come viene impostata la tolleranza di macinazione ed è stata eseguita una procedura di convalida? In quarto luogo, come viene garantita la coerenza dei lotti: esiste un SPC e una gestione della durata dell'utensile?
Pochi fornitori rispondono a tutte e quattro in modo chiaro, ma quelli che lo fanno di solito fanno preventivi realistici, perché sanno che non perderanno soldi con i rottami. Quando si seleziona una fabbrica cinese di lavorazione meccanica di precisione o un produttore cinese di componenti CNC, utilizzare la capacità di trattamento termico come primo filtro; ti dice molto di più di un elenco di attrezzature.
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