Trasmissione di potenza: Conversione dell'energia rotazionale del motore in movimento meccanico tramite l'accoppiamento con l'ingranaggio eccentrico o con l'ingranaggio a sfere, consentendo il ciclo di frantumazione.
Regolazione della velocità: Regolazione della velocità di rotazione dell'albero eccentrico (in genere 150–300 giri/min) per adattarla alla capacità di produzione del frantoio e alla durezza del materiale.
Amplificazione della coppia: Aumento della coppia per superare l'elevata resistenza incontrata durante la frantumazione del materiale, garantendo un funzionamento stabile anche sotto carichi pesanti.
Corpo dell'ingranaggio: Una struttura cilindrica o conica realizzata in acciaio legato ad alta resistenza (ad esempio, 40CrNiMoA o 20CrMnTi), con denti esterni lavorati a misura. Il corpo può essere pieno (per ingranaggi piccoli) o cavo (per ingranaggi grandi) per ridurre il peso mantenendo la rigidità.
Denti: La parte più critica, con un profilo evolvente (angolo di pressione 20°) per garantire un accoppiamento fluido. I parametri dei denti includono modulo (8–20), numero di denti (15–40) e larghezza della faccia (100–300 mm), adattati alla potenza nominale del frantoio.
Collegamento al foro o all'albero: Un foro centrale (per pignoni) o una cava per chiavetta (per ingranaggi a dentatura sferica) che si collega all'albero motore o al gruppo eccentrico. Il foro è lavorato con precisione per garantire la concentricità con i denti degli ingranaggi, riducendo al minimo le vibrazioni.
Mozzo o flangia: Una sezione rinforzata all'estremità dell'ingranaggio, dotata di fori per bulloni o scanalature per fissare l'ingranaggio all'albero o al giunto. Il mozzo migliora la trasmissione della coppia e previene lo spostamento assiale.
Scanalature di lubrificazione: Scanalature circonferenziali o assiali sui fianchi dei denti e sulla superficie del foro per distribuire il lubrificante, riducendo l'attrito e l'usura durante l'ingranamento.
Web o costole: Strutture di rinforzo interne negli ingranaggi di grandi dimensioni (diametro >500 mm) per ridurre il peso e migliorare la dissipazione del calore senza compromettere l'integrità strutturale.
Selezione dei materiali:
L'acciaio fuso ad alta resistenza (ZG42CrMo) è preferito per la sua eccellente combinazione di resistenza alla trazione (≥785 MPa), tenacità all'impatto (≥45 J/cm²) e temprabilità.
Creazione di modelli:
Viene creato un modello in schiuma o legno a grandezza naturale, che riproduce il diametro esterno, i denti, il foro e il mozzo dell'ingranaggio. Vengono aggiunti i limiti di ritiro (2-3%) e gli angoli di sformo (3°) per tenere conto della contrazione post-fusione.
Stampaggio:
Attorno al modello vengono realizzati degli stampi in sabbia legati con resina, con un'anima in sabbia utilizzata per creare il foro centrale. La cavità dello stampo è rivestita con un rivestimento refrattario per garantire una finitura superficiale liscia.
Fusione e colata:
L'acciaio legato viene fuso in un forno ad arco elettrico a 1550–1600°C, con composizione chimica controllata a C (0,40–0,45%), Cr (0,9–1,2%) e Mo (0,15–0,25%).
La colata viene effettuata a 1480–1520 °C utilizzando una siviera di colata dal basso per ridurre al minimo la turbolenza, garantendo un riempimento uniforme della cavità dello stampo.
Raffreddamento e shakeout:
Il getto viene raffreddato nello stampo per 72-96 ore per ridurre lo stress termico, quindi rimosso tramite vibrazione. I residui di sabbia vengono puliti mediante pallinatura.
Trattamento termico:
La normalizzazione (860–900°C, raffreddata ad aria) affina la struttura del grano, seguita dalla tempra (600–650°C) per ottenere una durezza di 220–250 HBW, migliorando la lavorabilità.
Lavorazione grezza:
L'ingranaggio grezzo viene montato su un tornio CNC per tornire il diametro esterno, la superficie e il foro, lasciando un margine di finitura di 3-5 mm. Le sedi per chiavette o le scanalature vengono sgrossate utilizzando una fresatrice.
Taglio dei denti:
Per gli ingranaggi cilindrici: i denti vengono tagliati utilizzando una macchina dentatrice (con una fresa con modulo corrispondente), ottenendo un profilo grezzo con una tolleranza di finitura di 0,3-0,5 mm.
Per ingranaggi conici: per tagliare il profilo conico dei denti, si utilizza una sagomatrice per ingranaggi o un generatore di ingranaggi conici CNC, garantendo un accoppiamento preciso con l'ingranaggio di accoppiamento.
Trattamento termico per tempra:
L'ingranaggio viene sottoposto a cementazione (900–930 °C per 8–12 ore) per creare uno strato superficiale duro (spessore 0,8–1,5 mm), seguito da tempra (raffreddamento in olio a 850–880 °C) e rinvenimento a bassa temperatura (180–200 °C). Ciò si traduce in una durezza superficiale di 58–62 HRC (per la resistenza all'usura) e un nucleo tenace (HRC 30–35).
Lavorazione di finitura:
I denti vengono rettificati utilizzando una rettificatrice per ingranaggi per ottenere una precisione AGMA 6–8, con deviazioni del profilo dei denti ≤0,02 mm e rugosità superficiale Ra0,8–1,6 μm.
Il foro e le superfici di montaggio sono rettificati con precisione secondo la tolleranza IT6, garantendo la concentricità con l'asse dell'ingranaggio (eccentricità ≤0,03 mm).
Sbavatura e lucidatura:
I bordi dei denti vengono sbavati utilizzando una spazzola o una mola abrasiva per evitare la concentrazione di sollecitazioni e ridurre il rumore durante l'ingranamento.
Le scanalature di lubrificazione sono lucidate per garantire un flusso d'olio senza ostruzioni.
Prove sui materiali:
L'analisi della composizione chimica (tramite spettrometria) verifica il contenuto di lega (ad esempio, 40CrNiMoA: C 0,37–0,44%, Ni 1,25–1,65%).
Le prove di trazione sui campioni confermano la resistenza allo snervamento (≥835 MPa) e la tenacità all'impatto (≥68 J/cm² a -20°C).
Controlli di precisione dimensionale:
Una macchina di misura a coordinate (CMM) ispeziona i parametri chiave: errore del passo del dente (≤0,02 mm), spessore del dente (±0,015 mm) e concentricità del foro.
Un centro di misurazione degli ingranaggi valuta il profilo evolvente, l'angolo dell'elica e la spaziatura dei denti, garantendo la conformità agli standard AGMA.
Test di durezza e microstruttura:
La durezza superficiale viene misurata utilizzando un durometro Rockwell (HRC 58–62 richiesti per la superficie del dente).
L'analisi metallografica verifica la profondità e la microstruttura dello strato cementato (nessuna eccessiva presenza di reti di austenite o carburi trattenuti).
Test delle prestazioni dinamiche:
Prova di accoppiamento degli ingranaggi: l'ingranaggio viene accoppiato al suo ingranaggio di accoppiamento su un banco di prova per misurare il rumore (≤85 dB alla velocità nominale) e le vibrazioni (≤0,1 mm/s).
Prova di carico: viene eseguito un test di coppia nominale del 120% per 2 ore per verificare la presenza di deformazioni o crepe nei denti.
Prove non distruttive (NDT):
Il test delle particelle magnetiche (MPT) rileva le crepe superficiali nei denti e nelle aree del mozzo.
Il test a ultrasuoni (UT) ispeziona il corpo dell'ingranaggio per individuare difetti interni (ad esempio, i pori di restringimento >φ3 mm vengono rifiutati).
