Engrenagens são peças mecânicas circulares com dentes nas bordas. Quando duas ou mais engrenagens se engrenam, elas transferem movimento e torque entre eixos rotativos. Ao alterar a direção, a velocidade ou a força do movimento, as engrenagens desempenham um papel importante em muitas máquinas e dispositivos. Engrenagens sinterizadas e engrenagens usinadas são dois tipos comuns usados por engenheiros em diversos setores.
Neste artigo, você aprenderá como esses dois tipos de engrenagens são feitos, seus pontos fortes e fracos e como eles se comparam em termos de custo, precisão, durabilidade e desempenho.
Conteúdo
O que são engrenagens sinterizadas?
Engrenagens sinterizadas são componentes de precisão produzidos pelo processo de metalurgia do pó. Ao contrário das engrenagens convencionais, que são usinadas a partir de peças metálicas sólidas, as engrenagens sinterizadas são formadas diretamente a partir de pós metálicos. Processo de metalurgia do pó tem a capacidade de controle preciso sobre a geometria, a porosidade e as propriedades do material da engrenagem.
Como são feitas as engrenagens sinterizadas?
Engrenagens sinterizadas são fabricadas usando pó metálico da seguinte maneira:
Misturando
O processo começa com a mistura de pós metálicos, tipicamente ferro ou ligas à base de ferro, com ligantes como estearato de zinco ou estearato de lítio. Esses ligantes ajudam a melhorar o fluxo do pó, aumentar a densidade aparente, melhorar a compressibilidade e reduzir a força necessária para ejetar a peça compactada da matriz.
Compactação
Em seguida, o pó metálico é compactado (tipicamente sob pressão de 400 a 800 MPa) em uma matriz para formar um compacto verde com o formato de engrenagem desejado. processo de compactaçãos, a densidade do pó aumenta, e a geometria e a forma necessárias são alcançadas pela aplicação de pressão controlada.
sinterização
O compacto verde é então colocado em um forno de sinterização e aquecido em atmosfera controlada. Para materiais à base de ferro, a temperatura típica de sinterização varia de 1120°C a 1150°C. Durante processo de sinterização, ocorre a difusão em estado sólido, unindo as partículas metálicas e aumentando a resistência e a integridade estrutural da peça.
Processos Secundários
Processos secundários opcionais, como processo de dimensionamento, tratamento térmico ou impregnação de óleo podem ser aplicadas para melhorar ainda mais a resistência, a resistência ao desgaste e o desempenho. Engrenagens sinterizadas são amplamente utilizadas nas indústrias automotiva, eletrônica e outras que exigem componentes confiáveis e de precisão.
O que são engrenagens usinadas?
Engrenagens usinadas são componentes formados pela remoção de material de uma peça bruta sólida com o auxílio de processos mecânicos, como fresamento, fresamento com fresamento ou conformação. Utilizando esses métodos, é possível controlar com precisão o perfil do dente e o tamanho da engrenagem, tornando-os precisos. Normalmente, peças brutas pré-fabricadas de aço ou liga são utilizadas para a produção de engrenagens usinadas.
Como são feitas as engrenagens usinadas?
O processo de fabricação de engrenagens usinadas é aproximadamente o seguinte:
Preparação de engrenagem em branco
Engrenagens de máquinas são normalmente fabricadas a partir de estoques de metal sólido ou peças brutas forjadas. Essas peças brutas são fabricadas a partir de diversos materiais, incluindo aço e alumínio, que são então cortados no formato e tamanho desejados para criar uma peça bruta de engrenagem.
Corte de Engrenagens
Agora, a peça bruta da engrenagem é submetida a corte para obter a geometria desejada dos dentes. Isso é feito por meio de diferentes técnicas de corte, como fresamento, fresamento com fresadora ou conformação. Cada dente é cortado no metal usando máquinas CNC ou outras ferramentas de precisão.
Operações de Acabamento
Por fim, a engrenagem passa por etapas de acabamento, dependendo de sua aplicação. Aqui, o acabamento superficial, a dureza e a precisão dimensional das engrenagens são aprimorados por tratamento térmico ou retificação.
Engrenagens sinterizadas vs usinadas: principais diferenças
Tolerâncias Dimensionais
Em termos de tolerância dimensional, as engrenagens usinadas se destacam em relação às sinterizadas devido ao seu processo de fabricação. Como as engrenagens sinterizadas são fabricadas por aquecimento do pó metálico, elas apresentam porosidade inerente com 10 a 20% de vazios e retração térmica. Essa porosidade e retração causam a baixa tolerância dimensional.
No entanto, as engrenagens usinadas são fabricadas por meio de corte e retificação, como na usinagem CNC. Engrenagens fabricadas com usinagem CNC podem atingir uma tolerância dimensional de ±0.005 mm.
Revestimento de superfície
Engrenagens usinadas apresentam melhor acabamento superficial, com um Ra (Rugosidade Média) menor, de cerca de 0.6 μm, em comparação com engrenagens sinterizadas, com um valor de Ra entre 0.8 e 1.6 μm. Isso se deve basicamente à precisão das operações de usinagem e retificação CNC. Na usinagem CNC, o material é removido de forma controlada, produzindo perfis de dentes mais lisos e um controle mais rigoroso da rugosidade da superfície.
Força e capacidade de carga
Em termos de resistência e capacidade de carga, as engrenagens sinterizadas são consideradas eficazes para cargas mais baixas devido à sua estrutura menos densa. As engrenagens sinterizadas apresentam menor fadiga de contato e menor resistência ao impacto devido à sua porosidade. Já a maior densidade das engrenagens usinadas permite que elas suportem cargas elevadas com mais eficiência, devido à sua excelente resistência à fadiga e integridade estrutural.
Considerações sobre custos
Engrenagens sinterizadas geralmente são mais econômicas, especialmente em produção em larga escala, em comparação com engrenagens usinadas. Isso se deve ao desperdício mínimo ou inexistente de material durante o processo de fabricação. Isso pode ser estimado a partir da porcentagem de desperdício de sucata de ambos os métodos, já que a MP apresenta apenas 3 a 5% de desperdício de sucata, enquanto o desperdício da usinagem pode chegar a 40 a 60%. Além disso, as engrenagens sinterizadas podem não exigir nenhuma operação secundária para acabamento, o que também contribui para seu menor custo de produção em comparação com as engrenagens usinadas.
Tempo de produção
Engrenagens sinterizadas podem ser fabricadas em menos tempo, especialmente para projetos complexos e grandes volumes de produção, em comparação com engrenagens usinadas. Isso se deve ao processo de usinagem lento e prolongado, que requer múltiplas etapas em comparação com a metalurgia do pó.
Capacidades de autolubrificação
A natureza porosa das engrenagens sinterizadas permite que elas apresentem autolubrificação por meio da impregnação de óleo durante a fabricação. Em engrenagens sinterizadas, os lubrificantes são aspirados para os poros por meio de impregnação a vácuo e liberados gradualmente sob o calor operacional. A autolubrificação não é uma propriedade das engrenagens usinadas; elas requerem lubrificação externa para o funcionamento adequado.
Flexibilidade de design
Como as engrenagens sinterizadas são fabricadas por meio de PM, elas permitem a criação de geometrias complexas desde o início, em vez de subtrair material de um bloco sólido como na usinagem tradicional. Devido a isso, as engrenagens sinterizadas têm uma vantagem em termos de flexibilidade de projeto em relação às engrenagens usinadas. Essa PM não apenas permite projetos criativos e complexos que poderiam ser muito difíceis ou caros de serem obtidos por meio de usinagem CNC.
Vantagens e desvantagens
Prós e contras das engrenagens sinterizadas
Prós:
- Econômico para produção em larga escala devido ao processamento eficiente em lote
- Desperdício mínimo de material devido ao processo de metalurgia do pó aditivo
- Capaz de formar geometrias complexas como engrenagens helicoidais
- Boa repetibilidade de peça para peça para produção de alto volume
- A porosidade controlada pode permitir propriedades autolubrificantes
- A conformação quase final reduz ou elimina a necessidade de usinagem secundária
Contras:
- Menor precisão dimensional em comparação com engrenagens usinadas
- A porosidade inerente reduz a resistência, a menos que seja aplicada densificação
- Capacidade limitada de formar características internas complexas
- O acabamento da superfície pode ser mais áspero e geralmente requer pós-processamento
Prós e contras das engrenagens usinadas
Prós:
- Alta precisão dimensional e tolerâncias apertadas
- Excelente acabamento superficial diretamente do processo de usinagem
- Permite recursos complexos e personalizados, como roscas e furos cruzados
- Adequado para uma ampla gama de materiais sem restrições de sinterização
Contras:
- Mais intensivo em energia com tempos de produção mais longos por peça
- Alto desgaste da ferramenta na usinagem de metais duros, aumentando os custos da ferramenta
- Eficiência limitada para geometrias altamente complexas ou internas sem ferramentas avançadas
A BLUE é certificada pela ISO 9001:2015 fornecedor de metalurgia do pó confiável por sua precisão e confiabilidade.
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