Un engranaje es un componente mecánico dentado que engrana con otros engranajes para transmitir movimiento y potencia, lo que permite un control preciso de la velocidad, la dirección y el par en sistemas mecánicos. La fabricación de engranajes incluye procesos como el mecanizado, la fundición, la forja, la pulvimetalurgia y la extrusión, cada uno de los cuales ofrece ventajas únicas para aplicaciones específicas. Comprender estos métodos es fundamental para optimizar costos, acortar los ciclos de producción y lograr las propiedades mecánicas deseadas en los componentes de engranajes.
tipos de engranajes
Las siguientes secciones presentan ejemplos comunes tipos de engranajes, junto con sus estructuras, funciones y aplicaciones típicas.
Ruedas dentadas
Uno de los tipos de engranajes más comunes son los engranajes rectos. Estos se fabrican mediante diversos métodos, entre los que destacan el conformado y el tallado con fresa madre. Ruedas dentadas Son conocidos por su eficiencia y bajas cargas axiales, lo que simplifica la configuración de los rodamientos. Sin embargo, los engranajes rectos producen mucho ruido durante su funcionamiento, por lo que no son adecuados para aplicaciones que requieren un funcionamiento silencioso.
Engranajes helicoidales
Otro tipo de engranaje producido mediante la fabricación de engranajes es el engranaje helicoidal, conocido por su estructura de dientes retorcidos a lo largo de su forma cilíndrica. Estos engranajes ofrecen un funcionamiento más silencioso y suave en comparación con los engranajes rectos. No solo ofrecen una carga de bajo impacto, sino que requieren una fabricación precisa debido a su compleja geometría. Los engranajes helicoidales incluyen mecanizado CNC para la fabricación precisa de dientes retorcidos mediante tallado y fresado de engranajes. Estos engranajes se utilizan en aplicaciones de alta carga, como maquinaria industrial y transmisiones de automóviles.
Engranajes cónicos
Los engranajes cónicos suelen tener forma cónica, lo que los hace adecuados para aplicaciones que requieren un cambio en la dirección del movimiento entre ejes. Estos ejes se intersecan principalmente en ángulo recto. Los engranajes cónicos son adecuados para operaciones tanto de baja como de alta velocidad. Se fabrican específicamente mediante fresado frontal, tallado de caras, conformado, rectificado y, para algunas formas internas, brochado. Estos engranajes se utilizan en transmisiones diferenciales, herramientas eléctricas y diversas máquinas.
Engranajes de gusano
Los engranajes sinfín suelen tener dos componentes: una rueda helicoidal y un engranaje helicoidal, ambos engranados a 90 grados. Estos engranajes suelen ser ineficientes a altas velocidades debido a la considerable fricción por deslizamiento, pero son adecuados para aplicaciones que requieren un alto par y diseños compactos. Por ello, se utilizan principalmente en transmisiones de cintas transportadoras, polipastos, ascensores, cabrestantes y sistemas de dirección. Estos engranajes ofrecen un sistema de autobloqueo debido a la alta fricción. Para obtener una geometría dentada precisa, se fabrican mediante tallado y corte en mecanizado CNC.
Engranajes de piñón y cremallera
Como su nombre indica, los engranajes de cremallera y piñón constan de dos engranajes: el de cremallera y el de piñón. Estos engranajes son adecuados para convertir el movimiento rotatorio en movimiento lineal a lo largo de un eje paralelo. Los sistemas de cremallera y piñón son conocidos por su movimiento lineal efectivo y controlado. Los métodos más comunes para fabricar estos engranajes son el fresado y el tallado de formas.
Diferentes procesos de fabricación de engranajes
Proceso de mecanizado de engranajes
El proceso de mecanizado de engranajes se utiliza para producir engranajes finales utilizables; puede implementarse para fabricar engranajes desde cero o refinar engranajes ya fabricados a través de varios procesos explicados anteriormente.
Tallado de engranajes
El tallado de engranajes es un proceso de mecanizado en el que los dientes de un engranaje se crean mediante el corte con una fresa madre. Este proceso requiere alta destreza para un corte de precisión.
Modelado de engranajes
El mecanizado de conformado de engranajes se utiliza para la fabricación de engranajes internos y externos. El proceso incluye una fresa alternativa con forma de piñón, cremallera o herramienta de una sola punta. Como resultado, se retira gradualmente material de la pieza bruta del engranaje para obtener la dimensión deseada del diente.
Brochado de engranajes
El brochado de engranajes también es un proceso de mecanizado rápido y eficiente. Este proceso utiliza una herramienta de brocha multidiente con filos de corte. Este método es muy eficaz para producir engranajes internos y perfiles estriados. Se considera un método de fabricación de alto volumen, donde la consistencia y la velocidad son esenciales.
Fresado de engranajes
El fresado de engranajes se realiza mediante una herramienta de corte rotatoria para el desarrollo de los dientes en una pieza bruta de engranaje. El fresado de engranajes se utiliza en combinación con máquinas CNC, conocidas como fresadoras CNC. El fresado CNC multieje ha permitido el mecanizado preciso y eficiente de perfiles de engranajes complejos.
Metalurgia de polvos
La pulvimetalurgia es un proceso de fabricación ecológico de forma casi neta que genera un desperdicio mínimo de material. proceso de pulvimetalurgia utiliza polvos metálicos como materia prima, que se compactan en matrices y luego se sinterizan para producir las piezas finales.
Engranajes para pulvimetalurgia Presentan una alta precisión en el perfil de los dientes y a menudo no requieren mecanizado secundario, lo que ofrece importantes ventajas en términos de costos para la producción de gran volumen.
Los engranajes de pulvimetalurgia se utilizan comúnmente en:
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Transmisiones automotrices (por ejemplo, cubos sincronizadores, engranajes de bombas de aceite)
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Pequeños accesorios
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Herramientas eléctricas
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Equipo de oficina
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Conducciones de bicicletas eléctricas
Casting
Este método se considera ideal para la producción de engranajes en bruto complejos y de gran diámetro en grandes volúmenes. Aunque proceso de casting Produce engranajes duraderos y rentables, pero no es adecuado para engranajes que requieren alta precisión y exactitud. La fundición se utiliza en la fabricación de engranajes, principalmente para engranajes grandes o de bajo costo, pero es menos común que los métodos de corte como el tallado con fresa madre. Estos engranajes producidos aquí no tienen dientes, y luego se someten a un proceso de mecanizado para crear dientes con la forma y orientación deseadas.
Fabricación de engranajes mediante proceso de fundición
- Para fabricar un engranaje mediante fundición, primero se prepara un molde de la forma deseada.
- El metal fundido se vierte en el molde.
- Cuando el metal se haya enfriado, el engranaje en blanco estará listo.
- Este engranaje en blanco se somete a un mecanizado para la generación de dientes.
Tipos de fundición
A continuación se muestran los tipos generales de fundición según el material del molde:
- fundición a presión
- Moldeo en arena
- Fundición en molde permanente
Forja
Forja Es otro proceso de fabricación de engranajes para engranajes de diámetro pequeño a mediano y alta resistencia a la fatiga en transmisiones y diferenciales automotrices. Dado que el forjado se realiza mediante martillado y calentamiento en una matriz de forma precisa, los engranajes producidos poseen una alta durabilidad y pueden funcionar de forma fiable bajo tensión. Los engranajes fabricados mediante este proceso se utilizan en maquinaria pesada, como la agrícola, la automotriz y la aeroespacial.
Proceso de forja
Selección de materiales
Para forjar un engranaje, en primer lugar, se selecciona el material adecuado para los engranajes dependiendo de la resistencia, durabilidad y aplicación deseadas del engranaje.
Corte de palanquilla
Dado que aquí la materia prima se utiliza en forma de tocho, éste se corta a la longitud deseada determinada por el tamaño del engranaje.
Calentando el tocho
Ahora, el tocho se calienta por encima de la temperatura de recristalización del material para moldearlo en una forma específica. El calentamiento no solo mejora la maleabilidad del material, sino que también previene el agrietamiento durante el forjado.
Preparación del troquel
También se prepara la matriz de la forma requerida, que normalmente tiene una geometría invertido en comparación con La forma final del engranaje.
Operación de forja
Cuando el tocho alcanza una temperatura adecuada, se coloca en la parte inferior de la matriz, y la parte superior de la matriz se coloca sobre el tocho con alta presión.
Tratamiento térmico
Tras finalizar el proceso de forjado, el engranaje se calienta aún más para perfeccionar su forma y geometría. Esto se logra mediante temple y revenido.
Mecanizado final
Para lograr dimensiones precisas, acabado superficial y tolerancia, el engranaje se somete a mecanizado.
Extrusión
La extrusión es un proceso de fabricación de microengranajes que se utiliza para producir engranajes simples y menos complejos. La extrusión en frío o en caliente se limita principalmente a engranajes miniatura, estrías y cremalleras de perfil constante; para engranajes cilíndricos estándar, se utilizan procesos de corte. Este proceso es rentable y se utiliza para producir engranajes pequeños, como los utilizados en electrónica y electrodomésticos.
Proceso de extrusión
Selección de materiales
El proceso de extrusión comienza con la selección de un metal de alimentación adecuado, normalmente en forma de tocho o lingote.
Preparación de palanquilla
Una vez preparada la palanquilla, se carga en la prensa de extrusión. Si el engranaje se fabrica mediante extrusión en caliente, la palanquilla se precalienta a un rango de temperatura específico, adaptado al tipo de material.
Extrusión en frío
Para la extrusión en frío, el proceso se realiza a temperatura ambiente, por lo que no se requiere precalentamiento. La pieza se coloca en el contenedor y se limpian todas las superficies para evitar la contaminación durante la extrusión.
Proceso de extrusión
Ahora, el tocho se somete a una extrusión, donde un ariete o tornillo ejerce una alta presión para forzar el tocho calentado o a temperatura ambiente en una matriz diseñada a medida.
Formación de engranajes en blanco
Esta matriz contiene una abertura precisa que da forma al metal para obtener una forma de engranaje preliminar o una pieza en bruto de engranaje.
Postprocesamiento de fabricación de engranajes
Rectificado
El rectificado es un proceso de acabado común en la fabricación de engranajes, donde una rueda abrasiva giratoria elimina material para lograr dimensiones precisas y calidad de superficie.
Lapeado
El lapeado es el proceso de acabado que produce una superficie lisa mediante el uso de partículas abrasivas. Se considera ideal para aplicaciones que requieren una alta tolerancia dimensional.
Bruñido
El bruñido es un proceso de acabado abrasivo que se utiliza no solo para mejorar el acabado superficial, sino también para mejorar el rendimiento del engranaje. En este proceso, se aplica una pequeña piedra de afilar o rueda abrasiva a la superficie del engranaje para eliminar pequeñas imperfecciones. Como resultado, el engranaje obtenido presenta una geometría refinada y un acabado más fino.
Afeitado
El afeitado es el proceso de acabado en el que se elimina una pequeña cantidad de metal de los dientes de un engranaje y de su espaciado. Se refinan el ángulo y el perfil de los dientes. Si bien el afeitado ofrece excelentes resultados, suele ser más costoso que otras técnicas de acabado.