Matrici di pressatura di ingranaggi cilindrici a denti diritti: analisi numerica FEM sull’influenza del modulo e del numero di denti sugli stati tensionali
Abstract
Dopo una premessa sulla competitività della metallurgia delle polveri per la realizzazione di componenti
meccanici di geometria complicata, si espongono i dati impostati per uno studio sistematico sull’influenza dei
parametri di progetto, della ruota dentata e dello stampo, sul livello tensionale che si può raggiungere a fine
pressatura, ipotizzando una pressione radiale di 400 MPa, orientativamente corrispondente ad una pressione
assiale di almeno 700 MPa. Nell’indagine sono stati considerati 8 valori del modulo, 3 valori del rapporto fra
raggio di raccordo di testa e modulo, 4 altezze di matrice, 3 spessori di parete dei nuclei, 3 materiali per i
nuclei (acciaio rapido tradizionale, Vanadis 60 della Böhler-Uddeholm e metallo duro con 10% Co). L’analisi
FEM ha evidenziato come un aumento del raggio di raccordo di testa consente una diminuzione dei livelli
massimi di tensione nel nucleo atta a garantire il rispetto delle condizioni di sicurezza. L’interferenza relativa
fra nucleo e anello è la variabile di progetto cui spetta la necessità di attenta valutazione, connessa – secondo
i risultati di un’analisi “Taguchi” - alla scelta del materiale del nucleo, specialmente per le matrici più alte. È
stata considerata anche l’influenza dello spessore relativo del nucleo, rapportato cioè al diametro esterno della
dentatura. Le condizioni di sollecitazione degli anelli di cinturazione, per i quali è stato imposto un valore 4 del
rapporto fra diametri, non implicano mai condizioni di insufficiente sicurezza delle matrici cinturate. Non si
riportano i risultati dell’analisi FEM per moduli m = 4 e m = 5 poiché la verifica delle condizioni d’ingranamento
ha fatto rilevare la necessità di modificare i profili dei denti, in varia misura, rispetto alle classiche evolventi.
I risultati ottenuti possono portare a progetti più affidabili sia delle ruote dentate – da produrre mediante
metallurgia delle polveri – sia degli stampi di formatura.
