La brocciatura è un processo che si è evoluto dalla piallatura tradizionale per offrire precisione e una finitura superficiale liscia, il tutto in un unico movimento rapido. Questo articolo è pensato per essere una guida completa per gli ingegneri che desiderano comprendere questo processo.
Che cosa è la brocciatura?
La brocciatura può essere considerata un ulteriore sviluppo della piallatura. Utilizza un utensile da taglio multi-dente, chiamato broccia, per rimuovere sequenzialmente sottili strati di metallo dalla superficie del pezzo con ogni dente, ottenendo un'elevata precisione e una finitura superficiale eccellente. Se la forza di taglio applicata all'utensile è di compressione anziché di trazione, il processo è chiamato brocciatura a spinta e l'utensile è una broccia a spinta. La macchina utensile per la brocciatura a trazione è nota come brocciatrice, mentre la brocciatura a spinta viene spesso eseguita su una pressa idraulica. Per brocciare ampie superfici, è possibile utilizzare una broccia progressiva per ridurre la forza di brocciatura totale.
Processo di lavorazione tramite brocciatura
Prima di iniziare l'operazione di brocciatura vera e propria, è necessaria un'attenta preparazione. Un dispositivo di fissaggio sulla brocciatrice mantiene saldamente in posizione il pezzo. Un corretto allineamento è fondamentale per garantire la precisione del prodotto finale.
La scelta della broccia appropriata è essenziale. Le brocce variano notevolmente per forma e dimensioni e la scelta corretta dipende dalle caratteristiche geometriche richieste e dal materiale del pezzo. La broccia viene quindi guidata con attenzione attraverso o attraverso il pezzo, rimuovendo il materiale a ogni movimento. Questa operazione viene completata in un'unica passata. Il movimento di taglio può essere lineare o rotatorio, a seconda dell'attrezzatura di brocciatura e del tipo di broccia utilizzata.
Dopo il processo di brocciatura, il pezzo viene accuratamente ispezionato per garantire il rispetto di tutti i requisiti e delle tolleranze dimensionali. Eventuali modifiche necessarie verranno apportate in questa fase.
Tipi di lavorazione di brocciatura
La brocciatura è un'operazione di lavorazione in cui la broccia funge da utensile da taglio. Mentre la broccia si muove linearmente rispetto al pezzo, il sovrametallo viene rimosso progressivamente dai denti di taglio di dimensioni incrementali. Poiché la forma desiderata viene solitamente ottenuta in un'unica passata, la brocciatura è un metodo di finitura altamente efficiente. Tuttavia, a causa della struttura complessa, degli elevati costi di produzione e della natura specifica della broccia, questo processo viene utilizzato principalmente per la produzione di massa.
La brocciatura viene classificata in base alla caratteristica superficiale lavorata: brocciatura interna e brocciatura esterna.
Brocciatura interna
Questo metodo viene utilizzato per lavorare fori passanti e particolari interni di varie sezioni trasversali, come fori rotondi, quadrati, poligonali e scanalati, sedi per chiavette e ingranaggi interni. È necessario un foro pilota prelavorato per l'inserimento della broccia. Il diametro tipico del foro è compreso tra 8 e 125 mm, con una profondità che solitamente non supera cinque volte il diametro. In casi particolari, il diametro può variare da 3 a 300 mm, con profondità fino a 10 mm.
Brocciatura esterna
Viene utilizzato per lavorare superfici non chiuse, come superfici piane, superfici sagomate, scanalature, code di rondine, forme di base di pale di turbine e ingranaggi esterni. È particolarmente adatto per la produzione in grandi volumi di grandi superfici piane e con contorni complessi. Le superfici brocciate possono raggiungere una precisione dimensionale da IT8 a IT6 e una rugosità superficiale da 2.5 a 0.04 μm.
I tipi di sovrametallo di lavorazione del pezzo in lavorazione includono:
Formatura. Raggiunge elevata precisione e bassa rugosità superficiale, ma ha un'efficienza inferiore. Richiede una broccia più lunga ed è utilizzata principalmente per fori rotondi di piccole e medie dimensioni e superfici sagomate ad alta precisione.
Taglio/Progressivo. Adatto per la brocciatura grezza di elementi complessi come fori quadrati, poligonali e scanalati. Le brocce sono più facili da realizzare, ma la qualità superficiale risultante è inferiore.
Taglio ad anello/sovrapposizione. Offre un'elevata efficienza di taglio, che riduce la lunghezza della broccia, ma produce una scarsa qualità superficiale. Viene utilizzato principalmente per fori di grandi dimensioni con ampie tolleranze di lavorazione e requisiti di precisione inferiori.
Anello integrato. Utilizza il metodo di taglio a contorno per la sgrossatura e il metodo di taglio a forma per la finitura, combinando i vantaggi di entrambi. Trova ampia applicazione nella brocciatura di fori rotondi.
Vantaggi della lavorazione tramite brocciatura
Elevata produttività. Sebbene la velocità di taglio nella brocciatura sia generalmente bassa, la natura multi-dentatura della broccia garantisce l'impegno simultaneo di numerosi denti e di un tagliente lungo. Inoltre, l'intera operazione, come sgrossatura, semifinitura e finitura, viene completata in un'unica passata, riducendo significativamente i tempi di processo base e i tempi ausiliari.
Elevata precisione e finitura superficiale. La broccia include una sezione di dimensionamento che calibra la dimensione e leviga la superficie. Questi denti di dimensionamento hanno un carico di taglio minimo, rimuovendo solo il recupero elastico del materiale. La bassa e stabile velocità di taglio aiuta anche a prevenire la formazione di taglienti di riporto.
Struttura e funzionamento della macchina semplici. La brocciatura prevede un singolo movimento primario, la corsa lineare della broccia. Il movimento di avanzamento è integrato nell'utensile tramite la differenza di altezza incrementale tra denti adiacenti, nota come aumento per dente.
Svantaggi della lavorazione tramite brocciatura
Elevato costo degli utensili per brocce. A causa della struttura complessa, della forma e degli elevati requisiti di precisione/qualità superficiale, le brocce hanno un costo di produzione elevato. Tuttavia, la bassa velocità di taglio si traduce in una lenta usura dell'utensile e una lunga durata; una singola broccia può essere riaffilata più volte e processare migliaia di pezzi per affilatura. L'elevato volume di produzione si traduce in un basso costo per pezzo.
Non è possibile correggere errori di posizionamento. La brocciatura non può correggere errori di posizionamento, come il disallineamento dell'asse del foro pre-lavorato.
Limitazioni di produzione in piccoli lotti. L'elevato costo e i lunghi tempi di consegna per la produzione di brocce rendono il processo antieconomico per produzione in piccoli lotti, che richiede un'attenta valutazione dei costi e dei tempi di consegna.
Limitazioni nella lavorazione di fori ciechi. La dimensione progressiva dei denti della broccia richiede una certa lunghezza per ottenere la forma finale e l'utensile deve passare completamente attraverso il pezzo. Pertanto, non è adatto alla lavorazione di fori ciechi. Per i fori ciechi vengono solitamente utilizzate frese per scanalature o brocce a spinta.
Applicazioni della lavorazione di brocciatura
Sebbene una broccia interna sia un utensile di dimensioni fisse dedicato a una specifica dimensione e forma della superficie interna, diverse brocce interne possono lavorare diverse geometrie di fori passanti, inclusi fori rotondi, quadrati, poligonali e scanalati, nonché ingranaggi interni. Sono inoltre utilizzate per varie forme di scanalature, come sedi per chiavette, cave a T, scanalature a coda di rondine e scanalature a pino su dischi di turbine. La brocciatura esterna può lavorare superfici piane, superfici sagomate, ingranaggi esterni e forme di base di pale.
Il foro pre-lavorato non richiede una finitura precisa e il pezzo non necessita di un serraggio complesso; è supportato solo dalla sua superficie terminale. Ciò richiede un requisito di perpendicolarità tra l'asse del foro originale e la superficie terminale. Se l'asse del foro non è perpendicolare alla superficie terminale, la superficie terminale del pezzo deve essere appoggiata su una rondella sferica. Sotto la forza di brocciatura, il pezzo e la rondella possono ruotare leggermente, regolando automaticamente l'asse del foro per allinearlo con l'asse della broccia.
La brocciatura è applicabile principalmente a produzione in serie e in serie, particolarmente adatto alla lavorazione di profili grandi e complessi in grandi volumi, come i blocchi cilindri dei motori. Tuttavia, viene utilizzato nella produzione di pezzi singoli o in piccoli lotti per superfici di elevata precisione e di forma particolare, difficili da lavorare con altri metodi.
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Considerazioni sulla lavorazione di brocciatura
Durezza del materiale
La durezza del materiale adatta alla brocciatura è in genere compresa tra 170 e 240 HB. I materiali più duri generalmente garantiscono una migliore qualità superficiale rispetto a quelli più teneri, poiché i materiali teneri tendono a grippare sui taglienti della broccia, causando graffi. Al contrario, materiali eccessivamente duri portano a una rapida usura della broccia e a una riduzione della sua durata.
Buco Pilota
Le dimensioni e la qualità del foro pilota per una broccia tonda influiscono in modo significativo sulla qualità della superficie lavorata, sulla durata dell'utensile e sulla precisione. Pertanto, il foro pilota deve essere lavorato correttamente:
Perpendicolarità: il foro pilota deve essere perpendicolare alla superficie di riferimento del pezzo da lavorare. La non perpendicolarità può causare la flessione della broccia e l'impossibilità di ottenere elevata precisione e qualità superficiale.
Dimensionamento: se il foro pilota è troppo piccolo o piegato, il pilota anteriore della broccia non riesce a entrare. Se il foro è troppo grande, la broccia potrebbe entrare in contatto eccentricamente su un lato.
Contaminanti: la presenza di bordi di riporto staccati o di altri corpi estranei duri nel foro pilota è un fattore che riduce la durata della broccia.
Velocità di taglio
La velocità di taglio influisce sulla qualità della superficie lavorata, sulla precisione di lavorazione e sulla durata della broccia. È fondamentale selezionare la velocità in base alla lavorabilità del materiale. La velocità di brocciatura varia generalmente da 2 a 8 m/min.
Spessore parete
Lo spessore della parete del pezzo in lavorazione influenza in modo sottile la precisione di lavorazione del diametro del foro e della rotondità. Durante la brocciatura, il pezzo in lavorazione è soggetto a forze radiali, che ne causano l'espansione dovuta alla deformazione elastica e plastica. Dopo il taglio, il recupero elastico ripristina in gran parte la forma originale. Se la deformazione durante la lavorazione è eccessiva, rimarrà una certa deformazione plastica, il che significa che il recupero elastico varia considerevolmente con lo spessore della parete del pezzo.
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