Engrenagens sinterizadas, também conhecidas como engrenagens de metal em pó, são fabricadas pelo processo de metalurgia do pó (MP). Possuem geometria quase final e perfis de dentes precisos, importantes para a transmissão eficiente de torque em sistemas mecânicos. As engrenagens sinterizadas são produzidas com ligas à base de ferro e outros materiais em pó à base de níquel ou cobre para a resistência e durabilidade necessárias. Essas engrenagens encontraram suas aplicações em diversos setores, incluindo automotivo, ferramentas elétricas e máquinas industriais. Um dos principais benefícios de engrenagens de metal em pó é sua produção econômica, que minimiza o desperdício de material e a usinagem secundária em comparação aos métodos tradicionais de forjamento ou fundição.
Conteúdo
Processo de fabricação de engrenagens sinterizadas
Mistura de pó
O processo de fabricação de engrenagens sinterizadas começa com a conversão do metal em pó. Este pó metálico fino é obtido por qualquer um destes processos:
Atomização
A atomização é um método amplamente utilizado em que o metal fundido é desintegrado em gotículas finas por um jato de gás ou líquido de alta pressão. As partículas de pó resultantes podem variar significativamente em tamanho, de 10 µm a 500 µm.
- Atomização de gás normalmente produz partículas esféricas na faixa de 15 a 250 µm.
- atomização de água geralmente resulta em partículas de formato irregular com tamanho médio de 50 a 150 µm.
Eletrólise
Pós metálicos produzidos por eletrólise geralmente se enquadram em uma faixa de tamanho de partícula de 25 a 200 µm. No entanto, o tamanho e a morfologia das partículas podem ser influenciados por vários parâmetros eletrolíticos, como a densidade de corrente.
Redução de Minérios Metálicos
Este processo normalmente produz pós excelentes. Para pós de ferro carbonílico e níquel obtidos por decomposição química, a faixa de tamanho de partícula geralmente varia entre 1 e 8 µm.
Compactação
Durante o processo de compactação, uma matriz de alta precisão com a geometria de engrenagem desejada é preenchida com uma mistura de pó. A pressão geral de compactação é de cerca de 400-800 MPa. Esta etapa determina a geometria final da engrenagem. Qualquer tipo de imperfeição pode levar a inconsistências e fragilidades estruturais no componente final.
sinterização
Agora o pacto verde está sujeito a processo de sinterização, onde é aquecido a altas temperaturas abaixo do ponto de fusão em um forno de sinterização com atmosfera controlada. Para componentes de ferro, as temperaturas de sinterização podem atingir até 1120 °C, enquanto peças de aço inoxidável requerem temperaturas de até 1250 °C. Durante a sinterização, partículas de pó adjacentes se fundem, resultando em um aumento na densidade do componente.
operações secundárias
Na metalurgia do pó (MP), as operações secundárias são processos de pós-sinterização realizados para melhorar a precisão dimensional, a qualidade da superfície e a resistência mecânica da peça. As operações secundárias comuns são:
Tamanho
Durante a sinterização, a engrenagem pode sofrer pequenas distorções dimensionais, razão pela qual é submetida ao dimensionamento. Nesse processo, a engrenagem sinterizada é recolocada em uma matriz de alta precisão e recalcada sob pressão moderada. Esse processo deforma levemente a superfície para obter tolerâncias mais rigorosas e selar porosidades abertas. O dimensionamento pode atingir níveis de tolerância de ± 0.01 mm em aplicações de precisão.
Usinagem
Para características mais complexas, a engrenagem sinterizada é submetida a um processo de usinagem que inclui: perfuração, torneamento, fresamento, retificação e brunimento de furos, faces e dentes da engrenagem.
Tratamento da superfície
Engrenagens sinterizadas também são submetidas a tratamento de superfície para melhorar a resistência ao desgaste e a proteção contra corrosão. Para o tratamento de superfície, diversos métodos de acabamento são adotados dependendo dos requisitos, como rebarbação vibratória, polimento, lapidação, revestimento e galvanoplastia.
Tratamento térmico
O tratamento térmico é aplicado após a sinterização para atingir a combinação desejada de dureza, resistência e resistência ao desgaste. Tratamentos como recozimento, têmpera, revenimento e cementação podem ser utilizados.
Materiais de metal em pó para engrenagens sinterizadas
Ferro puro e ligas à base de ferro
Ferro puro e ligas à base de ferro, como aços Fe-C (ferro-carbono) e ligas Fe-Cu-C, são os materiais mais comuns e econômicos utilizados na fabricação de engrenagens sinterizadas. Os fabricantes preferem esses materiais porque oferecem boa resistência mecânica e durabilidade.
Aço inoxidável e aços ligados
O aço inoxidável (316 e 304) é conhecido por sua resistência à oxidação, prevenindo a corrosão do componente. Por isso, é utilizado na fabricação de engrenagens submetidas a condições adversas.
Liga de cobre
O cobre e suas ligas são utilizados na fabricação de engrenagens devido à sua alta resistência química à oxidação, excelente condutividade térmica e propriedades não magnéticas. Essas engrenagens são mais adequadas para aplicações de baixa carga expostas a ambientes corrosivos ou de alta temperatura. Essas ligas incluem:
Bronze
O bronze, uma liga composta principalmente de cobre (Cu) e estanho (Sn), é um dos materiais mais confiáveis para a produção de engrenagens sinterizadas. Isso se deve às suas propriedades como alta resistência, dureza, resistência ao desgaste e resistência à corrosão. Entre elas, é considerado ideal para aplicações que exigem durabilidade a longo prazo e operação suave.
Resina
É uma liga de Cu com Zn; a introdução de Zn no Cu reduz a ductilidade e aumenta sua resistência. Engrenagens sinterizadas fabricadas com essas ligas são utilizadas em ambientes de baixa carga, como instrumentos de precisão ou pequenos dispositivos mecânicos.
Vantagens das Engrenagens Sinterizadas
Tolerâncias apertadas
Uma das principais vantagens da fabricação de engrenagens por sinterização é a capacidade de atingir precisão dimensional excepcional. Engrenagens sinterizadas podem manter tolerâncias de até ±0.01 mm, garantindo um engrenamento preciso e desempenho confiável.
Consistência de Qualidade
A PM oferece alta repetibilidade, pois cada engrenagem é fabricada usando a mesma matriz, mantendo a consistência e a precisão. Isso garante qualidade uniforme em todos os lotes.
Eficiência de custos
Quando as engrenagens são fabricadas por sinterização, exigem menos usinagem, menos desperdício de material e, muitas vezes, eliminam a necessidade de processos de acabamento secundário em comparação com engrenagens usinadas. Isso as torna econômicas, embora seus equipamentos sejam caros e exijam um investimento inicial. Esses custos com ferramentas são compensados por economias de produção a longo prazo.
Desperdício Mínimo
A fabricação de engrenagens por sinterização gera apenas cerca de 3-5% de desperdício de material, em comparação com 50% na usinagem convencional.
Flexibilidade de design
O PM permite a criação de geometrias complexas, incluindo rebaixos, características internas e perfis irregulares de engrenagens.
Ambientalmente amigável
Como a sinterização consome menos energia, produz menos resíduos e oferece a opção de reciclar pós metálicos, é uma opção mais sustentável em comparação com engrenagens usinadas tradicionais.
Aplicações de engrenagens sinterizadas em diversas indústrias
Aplicações automotivas
Engrenagens de metal em pó encontram ampla aplicação em sistemas automotivos, incluindo:
- Motores de janela elétricos
- Transmissões
- Árvores de cames e virabrequins
Eles são considerados ideais para sistemas de transmissão elétricos e veículos elétricos (VEs) devido à sua natureza leve e resistente à fadiga.
Power Tools
Engrenagens sinterizadas também são utilizadas em diversas ferramentas elétricas, como furadeiras e parafusadeiras, devido à sua leveza e resistência ao desgaste. Nessas ferramentas, elas fornecem o torque e o controle de velocidade necessários, o que ajuda a ferramenta a manter sua eficiência, reduzindo o ruído e a vibração.
Indústria médica
Engrenagens sinterizadas são componentes confiáveis em equipamentos médicos e instrumentos cirúrgicos. Sua precisão, natureza não reativa e confiabilidade são cruciais em aplicações onde a segurança do paciente e a precisão do equipamento são primordiais.
Equipamento doméstico
Engrenagens sinterizadas são comumente encontradas em eletrodomésticos como máquinas de lavar, aspiradores de pó e batedeiras. Essas engrenagens garantem movimento silencioso e confiável, além de transmissão de potência consistente, contribuindo para o desempenho geral e a durabilidade do aparelho.
Maquinaria industrial
Essas engrenagens são essenciais em máquinas industriais, incluindo atuadores, transportadores e sistemas de controle de movimento, devido à sua precisão e durabilidade.
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