Ottenimento di una tempra dente per dente di alta qualità di ingranaggi di grandi dimensioni con il riscaldamento a induzione
Nell'industria manifatturiera, gli ingranaggi di grandi dimensioni svolgono un ruolo fondamentale in varie applicazioni come macchinari pesanti, turbine eoliche e apparecchiature industriali. Per garantirne durata e prestazioni è fondamentale applicare un processo di tempra ai denti degli ingranaggi. Uno dei metodi più efficaci per ottenere l'indurimento dente per dente negli ingranaggi di grandi dimensioni è il riscaldamento a induzione.
Riscaldamento a induzione è un processo che utilizza l'induzione elettromagnetica per riscaldare rapidamente la superficie dei denti degli ingranaggi. Applicando una corrente alternata ad alta frequenza a una bobina, viene generato un campo magnetico che induce correnti parassite sulla superficie dei denti dell'ingranaggio. Queste correnti parassite creano un riscaldamento localizzato, consentendo un indurimento preciso e controllato di ogni singolo dente.
La tempra dente per dente mediante riscaldamento a induzione offre numerosi vantaggi rispetto ad altri metodi di tempra. In primo luogo, garantisce una distribuzione uniforme della durezza sui denti degli ingranaggi, con conseguente miglioramento della resistenza all'usura e della capacità di carico. Ciò è particolarmente importante per gli ingranaggi di grandi dimensioni soggetti a carichi pesanti e condizioni operative difficili.
In secondo luogo, il riscaldamento a induzione consente una tempra selettiva, il che significa che vengono riscaldati solo i denti dell'ingranaggio, mentre il resto dell'ingranaggio rimane relativamente inalterato. Ciò riduce al minimo il rischio di distorsioni o deformazioni, che possono verificarsi con altri metodi di trattamento termico che comportano il riscaldamento dell'intero ingranaggio. Il controllo preciso del processo di riscaldamento consente un indurimento mirato, risultando in un ingranaggio di alta qualità e dimensionalmente stabile.
Tempra ad induzione degli ingranaggi di piccole, medie e grandi dimensioni viene eseguito utilizzando la tecnica dente per dente o il metodo di cerchiatura. A seconda delle dimensioni dell'ingranaggio, del modello di durezza richiesto e della geometria, gli ingranaggi vengono temprati a induzione circondando l'intero ingranaggio con una bobina (il cosiddetto "tempra per rotazione degli ingranaggi"), o per ingranaggi più grandi, riscaldandoli "dente per dente" , dove è possibile ottenere un risultato di indurimento più preciso, sebbene il processo sia molto più lento.
Tempra dente per dente di ingranaggi di grandi dimensioni
Il metodo dente per dente può essere eseguito con due tecniche alternative:
"punta per punta" applica una modalità di riscaldamento a colpo singolo o una modalità di scansione, un induttore circonda il corpo di un singolo dente. Questo metodo viene utilizzato raramente perché non fornisce la resistenza alla fatica e all'urto richiesta.
Una tecnica di rafforzamento “gap-by-gap” più popolare applica solo una modalità di scansione. Richiede che l'induttore sia posizionato simmetricamente tra due fianchi di denti adiacenti. Le velocità di scansione dell'induttore sono generalmente comprese tra 6 mm/sec e 9 mm/sec.
Vengono utilizzate due tecniche di scansione:
– l'induttore è fermo e l'ingranaggio è mobile
– l'ingranaggio è fermo e l'induttore è mobile (più diffuso quando si temprano ingranaggi di grandi dimensioni)
L'induttore di tempra ad induzione
La geometria dell'induttore dipende dalla forma dei denti e dal modello di durezza richiesto. Gli induttori possono essere progettati per riscaldare solo la radice e/o il fianco del dente, lasciando la punta e il nucleo del dente morbidi, resistenti e duttili.
La simulazione aiuta a prevenire il surriscaldamento
Quando si sviluppano processi di tempra degli ingranaggi dente per dente, è necessario prestare particolare attenzione agli effetti elettromagnetici delle estremità/bordi e alla capacità di fornire la configurazione richiesta nelle aree delle estremità degli ingranaggi.
Durante la scansione di un dente di un ingranaggio, la temperatura viene distribuita all'interno delle radici e dei fianchi dell'ingranaggio in modo abbastanza uniforme. Allo stesso tempo, poiché la corrente parassita effettua un percorso di ritorno attraverso il fianco e soprattutto attraverso la punta del dente, è necessario prestare particolare attenzione per evitare il surriscaldamento delle regioni della punta del dente, in particolare all'inizio e alla fine dell'indurimento della scansione. . Una simulazione può aiutare a prevenire questi effetti indesiderati prima di sviluppare il processo.
Esempio di simulazione
Scansione dente per dente della cassa di tempra dell'ingranaggio a 12 kHz.
Anche il raffreddamento a spruzzo è simulato ma non visibile nelle immagini dei risultati. Viene applicato un effetto di raffreddamento alle facce superiore e laterale dei due denti, oltre allo spostamento della zona di raffreddamento seguendo l'induttore.
Profilo 3D Hardened in colore grigio:
Sezione verticale del profilo temprato 2D: CENOS consente di visualizzare facilmente come il profilo temprato diventa più profondo se la potenza non viene ridotta o disattivata vicino all'estremità dell'ingranaggio. 
Densità di corrente sull'ingranaggio:
Inoltre, il riscaldamento a induzione offre velocità di riscaldamento e raffreddamento rapide, riducendo il tempo di lavorazione complessivo rispetto ai metodi convenzionali. Ciò è particolarmente vantaggioso per gli ingranaggi di grandi dimensioni, poiché aiuta a migliorare l’efficienza produttiva e a ridurre i costi.
Per ottenere l'indurimento dente per dente di ingranaggi di grandi dimensioni utilizzando il riscaldamento a induzione, sono necessarie attrezzature specializzate. Il sistema di riscaldamento a induzione è tipicamente costituito da un alimentatore, una bobina o induttore e un sistema di raffreddamento. L'ingranaggio viene posizionato nella bobina e l'alimentazione viene attivata per generare il calore richiesto. I parametri di processo, quali potenza, frequenza e tempo di riscaldamento, sono attentamente controllati per ottenere il profilo di durezza desiderato.
In conclusione, la tempra dente per dente di ingranaggi di grandi dimensioni utilizzando il riscaldamento a induzione è un metodo altamente efficace ed efficiente. Garantisce una distribuzione uniforme della durezza, un indurimento selettivo e tempi di lavorazione rapidi, con il risultato di ingranaggi durevoli e di alta qualità. Se siete coinvolti nella produzione di ingranaggi di grandi dimensioni, considerare l'implementazione del riscaldamento a induzione per la tempra dente per dente può migliorare significativamente le prestazioni e la longevità dei vostri prodotti.
