Qual è il tipo di dado tondo migliore per gli alberi portamola ad alta velocità?

Cosa rende il fissaggio su mandrino diverso dal fissaggio ordinario

Un dado rotondo su un mandrino non svolge lo stesso compito di un dado su una staffa o su una flangia. È inserito in un insieme rotante in cui equilibrio, precarico e posizionamento assiale sono tutti fattori contemporaneamente rilevanti. I regimi di rotazione dei mandrini nei moderni centri di lavorazione raggiungono abitualmente i 12.000–24.000 giri/min, e in alcune applicazioni di rettifica e odontoiatriche superano ampiamente tale valore. A tali velocità, anche pochi grammi di squilibrio generano vibrazioni visibili sulla superficie del pezzo in lavorazione. Un dado rotondo non rettificato concentricamente o con sezione della parete non uniforme contrasta invece di supportare il precarico del cuscinetto. Per questo il processo di selezione parte dall’applicazione, non dalla pagina del catalogo.

Il caso a favore dei dadi rotondi scanalati e con vite di bloccaggio

Il tipo di dado rotondo più comune negli alberi è il dado scanalato con vite di bloccaggio, talvolta chiamato dado di bloccaggio per cuscinetti. Questi presentano una serie di scanalature o torrette lungo il diametro esterno, oltre a una o più viti di bloccaggio che mordono il filetto dell’albero per fissarne la posizione. Sono relativamente economici, facili da regolare e disponibili con passi filettati fini adatti alle applicazioni di bloccaggio dei cuscinetti. Lo svantaggio è che la vite di bloccaggio crea un punto di contatto localizzato. In un albero ad alta velocità, questo carico puntiforme può deformare leggermente il filetto e introdurre un piccolo squilibrio. Per velocità moderate e alberi di uso generale, ciò è solitamente accettabile. Per la rettifica di precisione o la fresatura ad alta velocità, diventa invece un limite da considerare attentamente.

Dove i dadi di bloccaggio di precisione fanno la differenza

I dadi di bloccaggio di precisione, spesso denominati dadi di bloccaggio per cuscinetti con bloccaggio assiale, utilizzano un principio diverso. Invece di una vite di bloccaggio che penetra nel perno, una serie di viti più piccole disposte lungo il perimetro comprime una sezione a parete sottile contro il filetto del perno. Ciò genera un bloccaggio per attrito distribuito lungo la circonferenza, anziché in un singolo punto. Il risultato è un migliore equilibrio, una minore deformazione del filetto e un precarico più ripetibile. Questi dadi sono generalmente rettificati sulla faccia e sul filetto, con tolleranze di eccentricità espresse in micron. Un tecnico specializzato nella ricostruzione di mandrini per rettificatrici superficiali ha raccontato che la sostituzione di un dado scanalato con un dado di bloccaggio di precisione ha ridotto l’entità delle vibrazioni fino al punto che il cliente ha notato una differenza nella finitura delle parti cromate al duro. Questo tipo di riscontro conta molto di più di qualsiasi scheda tecnica.

Confronto tra le opzioni più comuni di dadi tondi

La tabella seguente riassume i principali compromessi. I valori indicati rappresentano intervalli tipici tratti da riferimenti relativi a cuscinetti e fissaggi e possono variare in funzione delle dimensioni e della classe.

La norma ISO 2982 riguarda i dadi autobloccanti e le rondelle autobloccanti per cuscinetti volventi ed è un utile riferimento per la specifica delle dimensioni e delle tolleranze filettate. La norma non indica quale tipo scegliere, ma fornisce un linguaggio comune per la discussione.

Bilanciamento, eccentricità e catena delle tolleranze

Qui è dove in realtà originano molti problemi dell’albero portautensile. Il dado rotondo è un anello di una catena che include il filetto dell’albero, il foro del cuscinetto, lo spaziatore e la scatola di supporto. Se il filetto dell’albero non è concentrico rispetto al sedile del cuscinetto, nessun dado potrà correggere tale difetto. Se la faccia del dado non è perpendicolare al filetto, il precarico varierà durante la rotazione del dado. Un laboratorio di revisione nel sud degli Stati Uniti ha una volta individuato un persistente problema di vibrazione su un albero portautensile di un tornio a controllo numerico, riconducibile a un dado di bloccaggio con un errore di eccentricità della faccia pari a 0,03 mm. Il dado appariva perfetto sul banco di prova; tuttavia, in rotazione, era proprio la causa del problema. La soluzione adottata è stata l’impiego di un dado con faccia rettificata, realizzato con tolleranze più stringenti sull’eccentricità. La lezione da apprendere è che il dado deve essere specificato come parte integrante della catena delle tolleranze, non come elemento aggiuntivo successivo.

Adattamento del filetto, precarico e perché il materiale è fondamentale

L’adattamento filettato di un dado di blocco dell’albero è solitamente più stretto rispetto a quello di un dado per uso generale. Una scelta comune è un adattamento medio o fine, che impedisce al dado di oscillare sul filetto pur consentendone la regolazione. Anche la scelta del materiale gioca un ruolo importante. L’acciaio al carbonio con finitura nera ossidata o fosfatata è diffuso e funziona bene su alberi lubrificati ad olio. L’acciaio inossidabile viene utilizzato dove sono presenti fattori di corrosione o di lavaggio. Per alberi ad altissima velocità o ad alta temperatura, alcuni costruttori impiegano leghe speciali o trattamenti superficiali per controllare l’attrito e l’usura sui fianchi del filetto. L’obiettivo è ottenere un attrito costante, affinché la coppia di precarico si traduca in una forza assiale prevedibile. Un attrito variabile con la temperatura o con il tempo di funzionamento provoca deriva del precarico, e questa deriva rappresenta una delle cause meno evidenti di guasto dei cuscinetti.

Adattare il dado all’albero, non viceversa

Non esiste un unico tipo di dado rotondo ottimale. La scelta corretta dipende dalla velocità, dai requisiti di precisione, dall’intervallo di manutenzione e dal modo in cui il mandrino è assemblato e regolato. Un dado scanalato con vite di bloccaggio è perfettamente adeguato per un mandrino a velocità moderata sottoposto a manutenzione regolare. Un dado di bloccaggio di precisione o un dado a morsetto giustifica il proprio costo su un mandrino ad alta velocità, dove equilibratura e precarico ripetibile determinano i risultati. Su apparecchiature obsolete con filettature grossolane e basse velocità, può bastare un semplice collare filettato con linguetta. L’errore consiste nel considerare il dado un prodotto generico e acquistarlo in base esclusivamente al prezzo. Il dado è un componente di precisione all’interno di un sistema rotante e va specificato come tale.

Dove la produzione integrata aiuta i costruttori di mandrini

I costruttori e i rigeneratori di mandrini hanno spesso bisogno di dadi tondi in dimensioni e passi filettati non disponibili immediatamente presso i distributori. Bafang Metal gestisce internamente forgiatura, imbutitura a freddo, lavorazione CNC e stampaggio, con otto macchine per la forgiatura, dieci macchine per l’imbutitura a freddo multistazione e oltre cento torni CNC supportati da cinquanta centri di lavorazione e venti macchine composite per tornitura e fresatura. Questa combinazione rende pratico produrre dadi autobloccanti con facce rettificate, tolleranze filettate controllate e trattamenti superficiali specifici all’interno dello stesso flusso produttivo. Per chiunque assembli o ripari mandrini ad alta velocità, questa capacità integrata è ciò che impedisce al programma di produzione di bloccarsi per colpa di un singolo piccolo componente.