L'alloggiamento di un riduttore a vite senza fine è la parte che gli acquirenti vedono e prendono in mano per prima, ed è quella che più di ogni altra determina peso, comportamento termico, acustico e resistenza alla corrosione. Due materiali dominano la produzione di riduttori a vite senza fine in Corea e in Asia: l'alluminio pressofuso (le famiglie di catalogo NMRV/RV/EP-NRV) e la ghisa grigia (le famiglie di catalogo WP/SCWS/SHVW). Ciascuno offre una combinazione distinta di costi, prestazioni e limitazioni, e la scelta tra i due è spesso al centro di disaccordi sulle specifiche tra il produttore di apparecchiature e l'utente finale. L'articolo seguente confronta entrambi i materiali in base a otto proprietà ingegneristiche, sei classi ambientali e dieci scenari applicativi comuni.

Perché il materiale di costruzione delle case è più importante di quanto gli acquirenti si rendano conto

L'alloggiamento sopporta tutti i carichi a cui è sottoposto il riduttore a vite senza fine: reazioni dei cuscinetti, precarico dei bulloni di fissaggio, carico laterale sull'albero di uscita, forze di ingranamento. Definisce inoltre l'involucro termico, la risposta acustica e la resistenza alla corrosione dell'intero sistema di trasmissione. Gli acquirenti tendono a concentrarsi sugli ingranaggi interni e a considerare l'alloggiamento come un semplice dettaglio di confezionamento. Tuttavia, per diversi parametri ingegneristici che incidono significativamente sui costi di installazione e sulla durata di servizio, la relazione è inversa.

Tre caratteristiche di comportamento distinguono i due materiali di alloggiamento dei riduttori a vite senza fine in condizioni di utilizzo reali. La capacità termica differisce di circa il doppio: la maggiore capacità termica della ghisa ammortizza le oscillazioni di temperatura dell'olio e dissipa meglio il calore generato dal funzionamento continuo rispetto all'alluminio, aspetto fondamentale per le applicazioni con funzionamento 24 ore su 24. Lo smorzamento delle vibrazioni differisce di un ordine di grandezza: la microstruttura grafitica della ghisa assorbe le vibrazioni dell'ingranamento a livello dei piedini di montaggio, mentre l'alluminio trasmette le stesse vibrazioni al telaio di supporto. Il comportamento alla corrosione varia notevolmente a seconda dell'ambiente: l'alluminio resiste meglio ai lavaggi tipici dell'industria alimentare rispetto alla ghisa, mentre quest'ultima resiste meglio all'esposizione ai cloruri marini rispetto all'alluminio.

Un acquirente che deve scegliere tra specifiche equivalenti di riduttori a vite senza fine realizzati con due materiali diversi, considera innanzitutto il costo unitario (l'alluminio è più economico di 15-25%). Il costo totale di proprietà su una vita utile di 10 anni spesso inverte questa tendenza: un'unità in ghisa, impiegata in un servizio industriale pesante a funzionamento continuo, può costare 20% in più inizialmente, ma offrire un budget di manutenzione e sostituzione a vita inferiore di 50% grazie a una migliore tolleranza termica e a una minore probabilità di allentamento dei bulloni dovuto alle vibrazioni.

Alloggiamenti in alluminio pressofuso — Stile NMRV / RV

Gli alloggiamenti dei riduttori a vite senza fine in alluminio sono prodotti mediante pressofusione ad alta pressione in leghe ADC12 (denominazione giapponese), A380 (americana) o EN AC-46000 (europea), tutte varianti della stessa famiglia di leghe Al-Si-Cu. Il processo di pressofusione consente di ottenere un alloggiamento quasi definitivo con alette di raffreddamento interne, supporti di montaggio e sedi dei cuscinetti integrati in un unico pezzo fuso, lavorato per adattarsi alle linee di finitura automatizzate.

I riduttori a vite senza fine con alloggiamento in alluminio rappresentano la quota maggiore del mercato per dimensioni del telaio da 25 a 150 mm e potenze inferiori a 7,5 kW. La leggerezza della struttura semplifica l'installazione su macchine per l'imballaggio, nastri trasportatori e azionamenti di indicizzazione, dove i telai di montaggio non sono progettati per il peso della ghisa. I produttori coreani di apparecchiature originali per l'industria alimentare specificano quasi universalmente riduttori a vite senza fine con alloggiamento in alluminio per la loro compatibilità con i lavaggi: la superficie in alluminio pressofuso, opportunamente anodizzata, resiste ai cicli di acqua calda e detergenti meglio della ghisa verniciata.

Alloggiamenti in ghisa — Stile WP / SCWS / SHVW

Gli alloggiamenti dei riduttori a vite senza fine in ghisa grigia sono realizzati mediante fusione in sabbia in HT200 (cinese), GG-25 (DIN europeo) o FC200 (JIS giapponese), tutte ghise a grafite lamellare con una resistenza alla trazione di circa 200 MPa. La fusione in sabbia consente di realizzare telai di dimensioni maggiori rispetto alla pressofusione, motivo per cui gli alloggiamenti in ghisa dominano la gamma di telai medio-grandi a partire da 60 mm.

Gli alloggiamenti dei riduttori a vite senza fine in ghisa sono in grado di gestire le esigenze del settore industriale pesante, impossibili da soddisfare con l'alluminio: elevatori a tazze, sistemi di alimentazione per mulini per cemento, azionamenti ausiliari per l'industria mineraria, macchinari per ponti navali. La massa, che complica l'installazione, funge anche da cuscinetto termico per un funzionamento continuo 24 ore su 24 e da smorzatore di vibrazioni, mantenendo i bulloni di fissaggio saldi anche dopo migliaia di ore di funzionamento e sollecitazioni dovute all'ingranamento.

Matrice di confronto per 8 proprietà ingegneristiche

Il corpo del riduttore a vite senza fine in alluminio risulta vincente in cinque delle otto proprietà considerate; la ghisa prevale in tre. Il punteggio da solo non è sufficiente a determinare il materiale: le tre proprietà in cui la ghisa è superiore (capacità termica, smorzamento delle vibrazioni, resistenza alla corrosione marina) sono esattamente quelle che determinano le specifiche dei riduttori a vite senza fine per l'industria pesante, mentre le cinque in cui l'alluminio è superiore sono quelle che determinano le applicazioni per l'imballaggio e l'industria alimentare a carico leggero.

Smorzamento delle vibrazioni e comportamento acustico

La differenza nello smorzamento delle vibrazioni tra ghisa e alluminio è sufficientemente ampia da influenzare in modo determinante le decisioni in qualsiasi applicazione in cui il rumore trasmesso o l'allentamento dei bulloni siano fattori rilevanti. In un alloggiamento di un riduttore a vite senza fine, la microstruttura di grafite lamellare della ghisa assorbe l'energia vibratoria sotto forma di attrito alle interfacce grafite-ferro; la struttura omogenea della lega di alluminio non offre quasi alcuna dissipazione di energia interna. Le barre accoppiate sottostanti mostrano le tipiche misurazioni del livello di rumore di fondo in dB a tre frequenze operative di riferimento su unità di riduttore a vite senza fine con telaio equivalente.

Per le installazioni sensibili al rumore, come le linee di confezionamento in stabilimenti con personale esposto, le apparecchiature ospedaliere e i sistemi di azionamento per palcoscenici teatrali, la differenza di 10-16 dB è sufficientemente grande da rendere obbligatoria la specifica per la ghisa, indipendentemente dalla classe di servizio. Le stesse vibrazioni che producono rumore udibile allentano lentamente anche i bulloni di fissaggio; le installazioni di riduttori a vite senza fine con alloggiamento in alluminio richiedono un serraggio programmato dei bulloni ogni 1.000-2.000 ore, mentre le unità in ghisa possono funzionare per oltre 8.000 ore tra un controllo e l'altro.

Resistenza alla corrosione in sei ambienti diversi

Il comportamento alla corrosione dell'alloggiamento del riduttore a vite senza fine varia a seconda della classe ambientale: l'alluminio risulta più resistente in alcune, la ghisa in altre. La tabella sottostante riassume le aspettative di durata tipiche per ciascun materiale in sei classi ambientali comuni. Le stelle indicano la durabilità osservata del sistema di trattamento superficiale dell'alloggiamento (anodizzazione sull'alluminio, smalto verniciato sulla ghisa) in condizioni di esposizione continua.

Matrice di applicazione: quale alloggio per quale utilizzo

Dieci scenari applicativi comuni in Corea e in Asia e il materiale dell'alloggiamento che ciascuno di essi sceglie tipicamente. La matrice sottostante riassume le specifiche di consenso tra i principali OEM coreani e i produttori di riduttori a vite senza fine certificati ISO 9001. Esplora il moderno catalogo riduttori a vite senza fine per telai dimensionati in entrambi i materiali dell'alloggiamento corrispondenti alla classe di applicazione. Per applicazioni di trasmissione meccanica in cui l'interfaccia di accoppiamento dell'alloggiamento è importante, vedere anche le note tecniche su Sistemi di alberi di trasmissione con giunto omocinetico.

Confronto dei costi totali di proprietà su 10 anni

Il costo totale di proprietà (TCO) di un riduttore a vite senza fine comprende il prezzo unitario, la manodopera per l'installazione, la manutenzione programmata, la revisione a metà vita e la sostituzione a fine vita, il tutto in un unico valore. Il confronto riportato di seguito si riferisce a un riduttore a vite senza fine da 5,5 kW con un ciclo di lavoro di 8.000 ore all'anno, calcolato in base alle tariffe orarie industriali coreane, confrontando le specifiche equivalenti dei modelli NMRV110 (in alluminio) e WP120 (in ghisa).

Per un servizio continuo di 8.000 ore/anno in questa classe di potenza, la specifica del riduttore a vite senza fine in ghisa offre un costo totale di proprietà inferiore di 35% nonostante il suo prezzo unitario iniziale superiore di 30%. Il risultato si inverte per cicli di lavoro inferiori: in un'applicazione intermittente di 2.000 ore/anno, il divario di manutenzione si riduce e l'alluminio torna ad essere competitivo in termini di costi. Il calcolo del TCO, e non il confronto dei costi unitari, è la base corretta per le decisioni sulle applicazioni con riduttori a vite senza fine che operano per oltre 4.000 ore all'anno.

Domande frequenti sugli alloggiamenti in alluminio o in ghisa

Redattore: Cxm