Rullatura

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FONDAMENTI DI RULLITURA DEL FILETTO

La rullatura di filetti è un processo di formatura a freddo altamente versatile che può essere eseguita su qualsiasi tipo di metallo duttile con lo scopo di indurirlo, aumentarne la resistenza o modificarne le proprietà fisiche del materiale.

Il processo di rullatura dei filetti utilizza una serie di rulli (utensili cilindrici) fatti di acciaio per utensili ad altissima durezza per realizzare il profilo richieste sui materiali; i rulli, sagomati secondo il profilo del filetto da realizzare, penetrano il pezzo metallico da lavorare con elevatissime pressioni andando a spostare e modellare il materiale creando il profilo-filetto speculare.

A differenza dei tradizionali di taglio per asportazione e di rettifica, nessun materiale viene disperso o rimosso durante il processo di rullatura- esso viene semplicemente rimodellato.

Il funzionamento principale del processo di rullatura è rappresentato da un componente che viene pressato in rotazione tra due o tre rulli installati su due o tre teste di rullatura (slitte). Almeno una delle slitte è dotata di movimento lineare di avanzamento il cui compito è di attuare lo spostamento del/i rullo/i verso il centro macchina portando lo stesso a contatto con il pezzo in lavorazione; contemporaneamente i rulli formatori sono messi in rotazione in modo sincrono. E’ durante questi movimenti sincronizzati che viene formato il profilo desiderato sul pezzo.

METODI DI RULLATURA DEL FILETTO

Rullatura a tuffo con rulli cilindrici (spallamento)

Il processo di rullatura a tuffo utilizza cicli automatici a tempo garantendo quindi una produzione aumentata.

La rullatura a tuffo viene generalmente impiegata nella rullatura di particolari aventi una lunghezza al massimo uguale alla lunghezza degli utensili e le cui geometrie possono eventualmente presentare anche geometrie a testa larga o spallamenti.

Caratteristiche principali dei processi di Rullatura a tuffo:

L’angolo dell’elica della filettatura è sagomato tramite rettifica sulla superficie dell’utensile;
Il pezzo e gli utensili sono installati in modo assolutamente parallelo in macchina;
Il pezzo in lavorazione è forzato a ruotare tra i rulli presentando un movimento assiale minimo o nullo.

Descrizione tecnica dei processi di rullatura a tuffo:

Il processo di rullatura a tuffo con rulli cilindrici si basa su un parametro principale: gli utensili presentano un angolo della filettatura uguale in grandezza ma opposto in direzione rispetto a quello realizzato sul pezzo.

La rullatura di a tuffo consiste nello spostare radialmente alcune (due o tre) rulli cilindrici rotanti in direzione del centro del pezzo da rullare, determinando un movimento rotatorio sincrono del pezzo e dei rulli.

Durante il ciclo di rullatura si verifica una quantità minima di movimento assiale tra i rulli e il pezzo. Anche se questo movimento non influisce sulla qualità della filettatura, esso può limitare la capacità di produrre denti completamente formati in prossimità degli spallamenti del pezzo e può quindi ridurre la quantità dei filetti interi prodotti sul tratto rullato. Il movimento può essere drasticamente ridotto prendendo in considerazione l’avanzamento effettivo nella progettazione degli utensili di rullatura.

L’angolo di inclinazione effettivo varia lievemente durante la penetrazione degli utensili generando quindi un lieve movimento assiale del pezzo. La quantità di movimento è generalmente insignificante durante la rullatura di filetti standard ma la stessa può diventare notevole qualora si rullino filetti smussati o molto profondi, lo stesso problema si verifica nei casi di utilizzo di rulli con angoli di attacco particolarmente ampi.

Quando si utilizzano due o tre rulli, questi devono essere propriamente fasati in modo che il percorso elicoidale prodotto da un rullo sia una continuazione di quello prodotto dall’altro utensile (o dagli altri utensili). Al contrario, ci saranno “salti” indesiderati nella geometria del filetto rullato. Gli utensili vengono fasati tra loro ruotando uno o più rulli rispetto agli altri, oppure spostando uno o più rulli in direzione assiale, al fine di produrre un’elica continua sul pezzo.

La dimensione degli utensili per la rullatura a tuffo è calcolata a partire dal diametro primitivo del rullo che deve essere un multiplo esatto del diametro primitivo del pezzo finito. Nel caso di rullature a singolo principio, il numero di principi sul rullo è uguale al rapporto tra i diametri primitivi dell’utensile rispetto al componente rullato. In caso di filettature a principi multipli, il numero di principi del rullo è uguale al numero di principi del pezzo moltiplicato per il rapporto tra i diametri primitivi.

Le macchine a tre rulli generalmente non possono utilizzare utensili più grandi di circa 5 volte il diametro del componente in lavorazione in quanto gli utensili più grandi entreranno in contatto tra loro prima di raggiungere la piena profondità della filettatura sul pezzo. Un caso eccezionale viene invece rappresentato dalle filettature a principi multipli dove i rulli possono avere un diametro leggermente più grande di 5 volte.

Il più grande vantaggio del processo di Rullatura a tuffo è la velocità del processo – non esiste nessun processo di rullatura più veloce per la produzione di filetti soprattutto quando si considerano componenti di grandi dimensioni.

Rullatura in passata mediante rulli ad anelli

Il processo di rullatura in passata viene utilizzato per rullare filettature la cui lunghezza supera lo spessore dei rulli oltre che per rullare barre filettate lunghe.

Caratteristiche principali dei processi di rullatura in passata:

In genere vengono utilizzati rulli ad anelli che presentano la sagoma del filetto stampato sul rullo sotto forma di anelli diritti e quindi privi di elica.
L’angolo dell’elica viene eseguito sui componenti mediante inclinazione dei rulli installati sui mandrini della macchina – l’inclinazione dei rulli è uguale all’inclinazione dell’elica del pezzo da lavorare.
È possibile filettature a più principi (nei range della macchina rullatrice) aumentando l’inclinazione dell’angolo dei rulli installati in macchina.
I rulli ad anelli di tipo “high-speed” velocità vengono utilizzati per rullature in passta ad alta velocità.

Descrizione tecnica dei processi di rullatura in passata:

Nella Rullatura in passata il pezzo si muove assialmente attraverso i rulli.

I rulli ad anelli hanno 3 diverse aree: zona di Ingresso, Area di calibrazione e zona di Uscita.

I rulli ad anelli sono progettati senza alcun angolo di attacco (angolo dell’elica=0°) in modo che il pezzo possa avanzare. Il loro profilo è realizzato da scanalature anulari, e gli assi dei rulli sono impostati ad un angolo uguale all’angolo dell’elica richiesto dalla filettatura del componente. Inoltre, l’angolo di inclinazione degli utensili ha la stessa direzione dell’angolo del filetto da realizzare sul pezzo: – i rulli destrorsi producono filettature destrorse.

I rulli ad anelli presentano una geometria di tipo conico in ingresso ed in uscita in modo che il profilo della filettatura si formi progressivamente man mano che il pezzo avanza attraverso gli utensili. Grazie a questa geometria costruttiva, la pressione di rullatura viene impressa sul pezzo in modo graduale senza generare marcature sul componente.

Quando si intende rullare un componente (barra) nella sua intera lunghezza, i rulli vengono costantemente mantenuti fermi in posizione di “chiuso” da un sistema di tipo idraulico o meccanico. Lo stesso processo di rullatura può essere altresì utilizzato per rullare filettature parziali e quindi aventi lunghezza inferiore alla lunghezza totale del grezzo.

Questo processo può essere eseguito facendo avanzare il pezzo tra gli utensili fino a quando viene raggiunta la lunghezza di filettature desiderata e quindi aprendo i rulli.

Un’alternativa a tale procedura consiste nel inserire il pezzo tra i rulli aperti alla posizione più opportuna e quindi procedere chiudendo gli utensili in modo che il pezzo venga rullato fino a fuoriuscire dagli stessi.

Esistono alcuni modelli di macchine in versione molto semplice che, essendo progettate specificatamente per la sola Rullatura in Passata dell’intera lunghezza del pezzo, non sono dotati di alcun tipo di meccanismo di avanzamento-ritrazione della slitta porta utensili e quindi non sono in grado di consentire le lavorazioni di rullatura a lunghezza parziale.

Il processo di rullatura in passata può essere eseguito con macchine rullatrici a due rulli (Serie Planar) e a tre rulli (Serie Radial).

Nei processi di rullatura con utensili ad anelli, la velocità di avanzamento del pezzo grezzo al giro è pari al passo del filetto prodotto.

I rulli per la rullatura in passata sono generalmente conici (scaricati) su entrambe le estremità (su entrambe le facce). Inoltre, il processo di rullatura in passata nelle filettature di tipo Acme, nelle viti senza fine o in altre filettature simili, spesso presenta una geometria della cresta del filetto incompleta all’estremità iniziale.

In confronto ai rulli a tuffo, i rulli ad anelli non presentano nessun principio in ingresso.

Esempi tipici di parti realizzate mediante rullatura in passata dell’intera lunghezza sono le barre filettate in commercio, i prigionieri ad alta resistenza, le viti di fissaggio senza testa, i tubi di montaggio filettati per riempimenti elettrici, le viti a ricircolo di sfere e i martinetti di tutti i tipi.

Esempi tipici di parti realizzate mediante rullatura in passata parziale sono i prigionieri dei compressori, le viti a testa cilindrica di grande diametro, i morsetti, i tubi alettati dello scambiatore di calore e le barre di rinforzo.

Rullatura in passata con rulli parzialmente corretti

I rulli ad elica corretta (ad avanzamento corretto) si differenziano dai rulli ad anelli in quanto presentano un’inclinazione dell’elica del profilo. Inoltre i rulli vengono utilizzati con un’ulteriore inclinazione: ne segue che l’angolo della filettature sul pezzo è pari alla somma dell’angolo dell’elica sul rullo sommato all’angolo di inclinazione degli utensili.

Descrizione tecnica dei processi di Rullatura in passata con rulli parzialmente corretti:

Nella Rullatura in passata con rulli ad avanzamento corretto il pezzo avanza assialmente attraverso gli utensili.

I rulli ad avanzamento corretto sono progettati con un angolo dell’elica normalmente diverso da quello dei pezzi da rullare, in modo da generare un avanzamento del pezzo in lavorazione.
I rulli presentano una conicità in ingresso affinchè la filettatura si formi progressivamente man mano che il pezzo grezzo avanza attraverso i rulli. Grazie a questa geometria costruttiva degli utensili, la pressione di rullatura viene impressa gradualmente sul componente senza creare marcature sul pezzo.

Quando si intende rullare un componente (barra) nella sua intera lunghezza, i rulli vengono costantemente mantenuti fermi in posizione di “chiuso” da un sistema di tipo idraulico o meccanico.

Lo stesso processo di rullatura può essere altresì utilizzato per rullare filettature parziali e quindi aventi lunghezza inferiore alla lunghezza totale del grezzo.

Questo processo può essere eseguito facendo avanzare il pezzo tra gli utensili fino a quando viene raggiunta la lunghezza di filettature desiderata e quindi aprendo i rulli.

Il processo di rullatura in passata può essere eseguito con macchine rullatrici a due rulli (serie Planar) e a tre rulli (serie Radial).

Il numero di principi degli utensili, che in collaborazione con il diametro del rullo determina l’angolo dell’elica da imprimere sul pezzo, è differente per la rullatura in passata rispetto alla rullatura a tuffo di una filettatura avente dimensioni simili.

Rispetto ai rulli per processi a tuffo, i rulli per lavorazioni in passata possono avere un numero di principi maggiore o minore rispetto agli utensili da utilizzarsi in rullature ad assi paralleli (rullatura a spallamento).

Mediante i processi di rullatura in passata con rulli ad avanzamento corretto, anche le macchine rullatrici dotate di forze di rullatura ridotte possono realizzare filettature normalmente richiedenti forza di lavorazione decisamente maggiori.