Fabricación de engranajes automotrices: engranajes de alto rendimiento para transmisiones y trenes de potencia

La fabricación de engranajes automotrices constituye uno de los pilares principales de la industria automotriz, por lo tanto, tiene un impacto directo en el desempeño del sistema de transmisión y su durabilidad.

Uno de los procesos más importantes en la fabricación de engranajes es el mecanizado. Este proceso requiere un control extremadamente preciso de la precisión durante todo el proceso de producción.

El rápido crecimiento de la electrificación e hibridación automotriz ha llevado a una actualización constante de los requisitos técnicos de la fabricación de engranajes para automóviles, lo que plantea nuevos desafíos en las áreas de selección de materiales, innovación de procesos y diseño personalizado.

Este artículo analizará en profundidad los principales problemas en la fabricación de engranajes para automóviles, satisfaciendo así las necesidades de los fabricantes de automóviles y los proveedores de piezas proporcionándoles orientación profesional para elegir socios y superar las dificultades de producción.

Resumen de la respuesta principal

Claves:

• La precisión del mecanizado de engranajes, la compatibilidad de materiales y la compatibilidad de procesos son los pilares principales de la fabricación de engranajes automotrices, que, a su vez, tienen un impacto importante en el rendimiento de la transmisión del vehículo.
• La necesidad de electrificación e hibridación está dando lugar a innovaciones tecnológicas que, a su vez, imponen exigencias más rigurosas en cuanto a velocidad de los engranajes, NVH y durabilidad .
• En el caso de engranajes de aluminio , cuyo objetivo principal es el aligeramiento, es necesario realizar una adaptación de proceso especial y, por lo tanto, son uno de los principales escenarios de aplicación en el caso de engranajes personalizados.
• No se puede elegir una empresa de fabricación de engranajes de precisión basándose únicamente en un factor. Es necesario realizar una evaluación exhaustiva que abarque múltiples aspectos, como el equipo, las certificaciones y los casos prácticos.
• JS Precision tiene la capacidad de ofrecer soluciones para escenarios completos que abordan diferentes puntos problemáticos en la fabricación de engranajes de transmisión.

¿Por qué confiar en JS Precision para la fabricación de engranajes automotrices?

La fabricación de engranajes para automóviles requiere conocimientos y experiencia práctica para tener éxito en el campo.

JS Precision es una empresa que lleva varias décadas desarrollando esta área, habiendo remanufacturado recientemente un engranaje de accionamiento eléctrico de 800 V para un proveedor global Tier-1, donde además de aumentar su durabilidad en más de un 50%, también se ha solucionado con éxito el problema de las picaduras tempranas en el par máximo de 3200 N·m.

Nuestras capacidades principales abarcan toda la operación de herramientas de engranajes, desde el forjado de precisión hasta el rectificado de ultraprecisión, y así hemos logrado una investigación y un desarrollo independientes.

Contamos con más de 50 rectificadoras de engranajes de primera clase de KAPP y NILES, y mantenemos una precisión constante de nivel ISO 5. Nuestros procedimientos cuentan con la certificación AGMA Q14, lo que nos proporciona una sólida garantía de calidad.

Una de las principales fortalezas de JS Precision es también su capacidad para personalizar e implementar soluciones.

En este contexto, para cumplir con la tendencia de electrificación en la industria de fabricación de engranajes automotrices, hemos formado un equipo dedicado a la tecnología de personalización de engranajes de nueva energía , que no solo nos permite captar rápidamente las necesidades de personalización del cliente, sino también integrar de manera eficiente todo el proceso desde el análisis DFM hasta la entrega de la muestra.

En cuanto a la calidad, la empresa ha introducido el sistema IATF 16949 junto con el control SPC para los principales procesos para poder proporcionar productos de una calidad constantemente alta sin importar el tamaño del lote, incluso para pedidos personalizados, manteniendo la precisión a nivel de producción en masa.

Como empresa de fabricación de engranajes de precisión profesional, JS Precision está equipada con una amplia experiencia en abordar los problemas de fabricación de engranajes de alta velocidad y alto torque .

JS Precision también ofrece a sus clientes una solución integral que abarca desde la colaboración en el diseño hasta la producción en masa. Los engranajes suministrados pueden funcionar de forma estable incluso con un par máximo superior a 3200 N·m, lo que explica por qué JS Precision ha sido socio a largo plazo de numerosos fabricantes de automóviles a nivel mundial.

¿Busca un socio confiable en la fabricación de engranajes automotrices? Contacte con el equipo de ingeniería de JS Precision de inmediato, envíe sus requisitos de diseño de engranajes y reciba una solución gratuita y personalizada para el proceso de mecanizado de engranajes, adaptada con precisión a sus necesidades de producción.

¿Qué es la fabricación de engranajes automotrices y por qué es fundamental?

Las importantes innovaciones tecnológicas en el sector de fabricación de engranajes automotrices han impulsado avances en la industria. La precisión en el mecanizado de engranajes es el factor principal que determina su rendimiento y durabilidad, por lo que desempeña un papel clave en las mejoras del sistema de transmisión.

La base de la transmisión de potencia

Los engranajes son el corazón de las cajas de cambios y los diferenciales , y su calidad determina la potencia y el consumo de combustible del vehículo. Alteran la velocidad y el par motor, por lo que la falta de precisión puede provocar no solo ruidos anormales, sino también una disminución de la eficiencia.

Componentes principales de la fabricación de engranajes

JS Precision cumple con los procesos de fabricación de precisión estandarizados para garantizar tanto el rendimiento como la precisión de los engranajes:

• Forja de Precisión: Mejora el flujo de la línea aerodinámica del blank y aumenta su resistencia al impacto.
• Mecanizado Desbaste: Realización del mecanizado inicial de la pieza en bruto y control de las tolerancias básicas.
• Mecanizado de Dientes: Obtención del primer perfil dentario mediante procesos de laminado y conformado.
• Carburación y temple: Carburación a una temperatura alta de 930 ℃ , lo que da como resultado una dureza de la superficie del diente de HRC58-62.
• Rectificado de engranajes de precisión: Rectificado CNC para obtener precisión ISO 6-7 , perfeccionando así el perfil y la dirección de los dientes.

Coordinación de materiales y procesos

Los materiales para engranajes automotrices han evolucionado constantemente, y actualmente son ejemplos típicos los aceros de carburación de alta calidad, como el 20CrMnTiH. Junto con el cambio de material, la tecnología de fabricación también se ha modernizado con el mecanizado CNC y la inspección en línea , lo que a su vez ha mejorado la precisión y la eficiencia del mecanizado de engranajes ( norma de precisión ISO 1328-1:2013 ).

Parámetros de rendimiento de los materiales comúnmente utilizados en la fabricación de engranajes automotrices

¿Cómo está la movilidad eléctrica transformando la fabricación de equipos para automóviles?

La electrificación trae nuevos requisitos a la industria de fabricación de engranajes automotrices, y los requisitos para el diseño y procesamiento de engranajes en motores eléctricos de accionamiento directo superan ampliamente los de los vehículos de combustible tradicionales, lo que la convierte en una dirección para la actualización de la industria.

Mayores velocidades y requisitos de NVH más estrictos

Los engranajes de transmisión directa eléctrica giran a velocidades tan altas de 16.000-20.000 rpm que los engranajes imponen exigencias extremadamente altas a los componentes: el equilibrado dinámico tiene que ser de un nivel G2,5 o incluso superior y es necesaria una modificación precisa del perfil de los dientes para reducir los chirridos, ya que no hay ruido de motor que enmascare el ruido de la transmisión eléctrica.

Desafíos de lubricación, anti-rozamiento y anti-rozamiento

Dado que los accionamientos eléctricos no producen ruido de motor, el ruido del engranaje se hace muy perceptible y, en ocasiones, puede provocar una lubricación insuficiente. Para mejorar la capacidad anticorrosiva, se requieren recubrimientos DLC y, al mismo tiempo, es necesario optimizar los lubricantes para cumplir con los requisitos de alta velocidad.

¿Desea solucionar los problemas de NVH en la fabricación de engranajes automotrices en la era de los motores eléctricos? Suba sus planos de engranajes ahora y JS Precision le proporcionará soluciones profesionales de modificación de perfiles de engranajes para optimizar su rendimiento a alta velocidad.

Figura 1: Una ilustración detallada en corte de un conjunto de engranajes diferenciales en una carcasa naranja, que muestra los mecanismos de engranajes internos.

¿Cuáles son los desafíos clave en la fabricación de engranajes de transmisión híbridos?

Las complejas condiciones operativas de las transmisiones híbridas plantean severos desafíos para la fabricación de engranajes de transmisión , requiriendo que los engranajes sean compatibles con salidas de potencia duales y requisitos de mayor rendimiento y durabilidad.

Impacto y durabilidad durante el cambio de modo

La superposición de arranque y parada y par del motor del sistema híbrido generará cargas elevadas instantáneas, lo que requiere una excelente resistencia al impacto y tenacidad de los engranajes. La dureza del núcleo debe controlarse entre HRC35 y HRC45, equilibrando la resistencia al desgaste y al impacto.

Gestión del calor y del espacio: fabricación eficiente

La caja de engranajes híbrida altamente integrada limita el espacio de diseño de los engranajes, y las fuentes de alimentación duales generan más calor. JS Precision ahorra espacio y optimiza la refrigeración del conducto de aceite mediante el diseño integrado de engranajes y ejes .

Aluminio vs. acero: ¿cuál es el cambio fundamental en el diseño y fabricación de engranajes de aluminio?

La tendencia hacia el aligeramiento está convirtiendo los engranajes de aluminio en una nueva y emocionante frontera en la fabricación de engranajes para automóviles. Dado que los engranajes de aluminio tienen un rendimiento diferente al de los de acero, se requieren diversos cambios en los procesos de diseño y fabricación . Por ello, se consideran una aplicación principal para engranajes especializados.

Las dos caras de la moneda del aligeramiento: beneficios y limitaciones

Los engranajes de aluminio pesan un 60 % menos que los de acero, lo que reduce la inercia de la transmisión y aumenta el ahorro de combustible. Por otro lado, presentan menor resistencia mecánica y al desgaste, por lo que se requiere endurecimiento superficial o materiales compuestos para compensar estas propiedades.

Técnicas especializadas de fabricación y posprocesamiento

Los engranajes de aluminio no pueden someterse a los procesos de forjado y carburación de los engranajes de acero; por lo tanto, se funden o sinterizan principalmente con precisión, por lo que se consideran engranajes personalizados . JS Precision mejora su resistencia al desgaste mediante la aplicación de recubrimientos.

Comparación del rendimiento del núcleo de engranajes de aluminio y de acero

Figura 2: Una comparación que muestra una pila de tubos de acero junto a una pila de varillas de aluminio, que representan materias primas para la producción de engranajes.

Caso práctico de JS Precision: Prolongación de la vida útil de los engranajes reductores de BEV en un 50 % para un proveedor global de primer nivel

Desafío

Un proveedor global de primer nivel desarrollaba engranajes reductores para una plataforma de accionamiento eléctrico de 800 V de nueva generación. Los prototipos iniciales mostraron corrosión por picaduras durante las pruebas de durabilidad con un par máximo de 3200 N·m.

La vida útil real del diseño original del engranaje era solo del 80 % del objetivo , por lo que no cumplía con los requisitos de producción en masa . Por lo tanto, decidieron obtener el soporte técnico de JS Precision.

Solución

Tras la intervención de JS Precision, volvimos a las necesidades básicas de la plataforma de accionamiento eléctrico de 800 V del cliente y presentamos una solución personalizada integral y de alta gama que satisfacía total y muy específicamente los problemas de corrosión por picaduras tempranas y vida útil insuficiente:

1. Colaboración en el diseño:

Establecer un equipo de ingeniería especializado para comunicarse profundamente con los clientes, realizar modificaciones de topología en la superficie del diente (incluida la modificación de la parte superior del diente y la modificación del tambor de dirección del diente), optimizar con precisión la distribución de la carga, reducir la tensión de contacto del borde del engranaje en un 15% y reducir los riesgos de picaduras desde el nivel de diseño.

2. Mejoras de materiales y procesos:

Para obtener el par máximo de 3200 N·m, se realiza una mejora del material empleando acero carburizado de grano ultrafino (20CrNiMoH) que es capaz de mejorar significativamente la tenacidad general del engranaje y la resistencia a las picaduras.

Al mismo tiempo, la tolerancia de profundidad de la capa carburizada se cambia de ±0,2 mm a ±0,15 mm , y se elige el modo de enfriamiento de gas a alta presión (velocidad de enfriamiento controlada a 80-100/min) para minimizar eficazmente la deformación del engranaje y garantizar la estabilidad de la precisión.

3. Mecanizado de ultraprecisión:

Tras el rectificado de engranajes, se aplica un rectificado de ultraprecisión. Mediante el uso de abrasivo de diamante, la presión de rectificado se mantiene entre 0,15 y 0,2 MPa y la velocidad de rotación entre 800 y 1000 r/min, lo que ayuda a mejorar la rugosidad de la superficie del diente de Ra0,6 μm a menos de Ra0,2 μm , mejorando así significativamente el acabado superficial y la resistencia al desgaste y a las picaduras.

Resultados

Al final, el engranaje optimizado pasó la prueba de durabilidad en banco sin problemas , con un aumento de vida útil por fatiga calculado de más del 50% y un rendimiento NVH que cumple con los estándares del cliente.

Ayudó con éxito a que el proyecto del cliente se produjera en masa según lo previsto, y JS Precision se convirtió en su empresa de fabricación de engranajes de precisión preferida en la región de Asia Pacífico.

¿Desea mejorar la vida útil y el rendimiento de sus engranajes de transmisión eléctrica? Considere el caso práctico de JS Precision. Contáctenos ahora para obtener un cálculo gratuito de mejora de costos y rendimiento tras la optimización de engranajes.

Figura 3: Ilustración en corte 3D de un reductor de engranajes de un vehículo eléctrico, que presenta un motor central con devanados de cobre conectados a un conjunto de engranajes de metal.

¿Cómo encontrar y evaluar una empresa de fabricación de engranajes confiable?

En el sector de la fabricación de engranajes automotrices, es crucial elegir socios confiables. Una lista de empresas de fabricación de engranajes de alta calidad es fundamental, y solo mediante una evaluación científica se pueden encontrar socios adecuados.

Revisión exhaustiva de los datos principales

En lugar de solo información de la empresa, una lista de empresas de fabricación de engranajes de alta calidad debe presentar el equipo principal de la empresa, la certificación IATF 16949, la precisión del mecanizado y casos de fabricación para nueva energía.

Cinco aspectos principales de la evaluación y puntos de control prácticos

• Capacidades técnicas: ¿Puede proporcionar respuestas para la modificación del perfil y la dirección de los dientes en función de las condiciones de trabajo?
• Nivel de equipamiento: ¿Dispone de las últimas máquinas rectificadoras de engranajes y centros de medición de engranajes?
• Sistema de Calidad: ¿Está implementando IATF 16949 y SPC para los procesos clave ?
• Experiencia en la industria: ¿Ha participado en la producción en masa de engranajes puramente eléctricos e híbridos?
• Fortaleza en I+D: ¿Dispone de un laboratorio de investigación de materiales? ¿Puede responder con rapidez a los requisitos técnicos?

Guía de comunicación desde la consulta hasta la muestra

La consulta del cliente debe proporcionar el espectro de carga del engranaje, el espacio de instalación, etc., y el cliente debe exigir al proveedor que proporcione una solución de proceso preliminar y un análisis de riesgos como un medio para evaluar su profesionalismo.

¿Desea obtener una lista de empresas profesionales de fabricación de engranajes y conocer los métodos de evaluación? ¿Puedo informarle sobre sus requisitos? JS Precision le proporcionará una guía de selección gratuita para encontrar rápidamente una empresa confiable de fabricación de engranajes de precisión.

¿Cuándo debería considerar engranajes personalizados para su aplicación automotriz?

Los engranajes estandarizados se adaptan a las necesidades generales y son capaces de satisfacerlas eficazmente, pero en condiciones de funcionamiento especiales, la producción de engranajes personalizados se vuelve una necesidad. Los engranajes de aluminio, como producto ligero y personalizado, se han convertido en la opción predilecta de los fabricantes de automóviles.

La frontera de decisión entre productos estándar y personalizados

Si utiliza engranajes con especificaciones personalizadas diferentes del estándar, debe considerar el uso de engranajes personalizados: módulo/ángulo de presión no estándar, estructura irregular, condiciones operativas extremas o iteración rápida para el desarrollo de prototipos.

Cómo la personalización puede convertirse en una solución a nivel de sistema

Los engranajes personalizados optimizan todo el proceso, por ejemplo, optimizando los perfiles de los dientes para reducir la tensión y eliminar ruidos anormales . Los engranajes de aluminio contribuyen a la reducción de peso en las transmisiones auxiliares, y el diseño inteligente integrado ofrece una solución al problema del espacio.

Reparación de cajas de cambios vs. fabricación de engranajes nuevos: ¿cuál es la opción más económica?

Entre el mantenimiento de la transmisión automotriz, la reparación de la caja de cambios es completamente diferente a la fabricación de engranajes nuevos.

Diagnóstico preciso: la base para determinar la reparabilidad

La reparabilidad de la caja de cambios requiere pruebas profesionales: corrosión por picaduras de engranajes < 5%, desgaste < 0,1 mm, sin tolerancias fuera de la caja, sin daños irreversibles en los cojinetes, si se excede, se requiere una nueva.

Proceso de reparación y su límite de eficiencia

Además del uso del revestimiento láser y el rectificado de superficies de engranajes , otros métodos comunes de reparación de cajas de engranajes solo pueden restaurar el rendimiento fundamental. Sin embargo, estos métodos ofrecen una precisión entre uno y dos grados inferior a la de las piezas recién fabricadas, por lo que no son adecuados para operaciones a alta velocidad.

Modelo de análisis del coste del ciclo de vida completo

El costo del ciclo de vida es muy importante: el costo inicial de reparación es solo el 30%-50% del costo de una pieza nueva, con un tiempo de ciclo más corto, pero la vida útil es solo el 40%-60% de una pieza nueva, las piezas nuevas tienen la misma confiabilidad que los fabricantes de equipos originales (OEM).

¿Desea decidir si reparar su caja de engranajes o fabricarla de nuevo? Envíe sus datos de prueba a JS Precision y le proporcionaremos un cálculo gratuito del coste del ciclo de vida y la asesoría más económica.

Figura 4: Primer plano de las manos de un técnico ajustando engranajes metálicos dentro del interior oscuro de la carcasa de una caja de cambios.

Preguntas frecuentes

P1: ¿Qué grado de precisión se requiere normalmente para los engranajes de transmisión de automóviles?

El nivel de precisión de los engranajes de transmisión automotriz depende del tipo de transmisión. En la mayoría de los casos, los engranajes de transmisión manual se fabrican según las normas ISO 7-8 , mientras que las transmisiones automáticas de alta gama y los reductores de velocidad para vehículos eléctricos se fabrican según las normas ISO 5-6 . El elemento clave es el control de las tolerancias del perfil y la dirección de los dientes.

P2: ¿Cuáles son las diferencias entre la carburación y el endurecimiento por inducción en aplicaciones de engranajes automotrices?

La carburación y el temple pueden crear una capa carburizada con una profundidad de 0,8-1,2 mm. Por lo tanto, la superficie del diente será muy dura, ideal para engranajes de núcleo de automóviles que soportan cargas elevadas . El temple por inducción crea una capa con una profundidad de 2-5 mm, lo que simplifica el control de la deformación y, por lo tanto, es más adecuado para engranajes automotrices de baja velocidad y gran módulo .

P3: ¿Por qué los engranajes reductores de los vehículos eléctricos son especialmente sensibles al ruido?

A diferencia de los engranajes reductores de los vehículos eléctricos, los engranajes de transmisión de los motores de combustión interna utilizan el ruido del motor para enmascarar el ruido de los engranajes. La ausencia de este ruido en los vehículos eléctricos provoca que el ruido de alta frecuencia del motor se acople fácilmente con la frecuencia de engrane , lo que produce un silbido muy perceptible. Por lo tanto, los requisitos de control de ruido son muy estrictos.

P4: ¿Son necesarias herramientas de corte especiales para mecanizar engranajes de aluminio?

Es esencial utilizar herramientas de corte especiales al mecanizar engranajes de aluminio, generalmente herramientas afiladas de PCD (diamante policristalino) que evitan perfectamente que las virutas de aluminio se adhieran a la herramienta y también ayudan a mejorar el acabado de la superficie de los engranajes de aluminio.

P5: Desde los dibujos hasta la obtención de una muestra de engranaje que se pueda probar, ¿cuánto tiempo lleva generalmente?

JS Precision puede producir las primeras muestras de acero para engranajes automotrices estándar en un plazo de 3 a 4 semanas a partir de los datos de diseño completos. En cuanto a los engranajes personalizados complejos o los engranajes de aluminio, requieren más tiempo de desarrollo debido a sus procesos especiales.

P6: ¿Puede proporcionarnos informes de pruebas de terceros sobre engranajes?

JS Precision puede proporcionar informes de pruebas de engranajes a terceros. La empresa cuenta con un centro de medición de engranajes Zeiss y puede proporcionar informes de pruebas de parámetros completos según la norma ISO . Además, también podemos gestionar pruebas profesionales ante una notaría externa si es necesario.

P7: ¿Qué pasa si mi proyecto tiene un volumen de producción muy bajo y aún se encuentra en la etapa de I+D?

JS Precision está preparada para aceptar pedidos de I+D de lotes pequeños. La empresa ofrece una gama de servicios, desde el desarrollo de prototipos hasta la producción en masa, y siempre considera los proyectos de I+D de lotes pequeños como un buen punto de partida para una colaboración a largo plazo .

P8: ¿Cómo se controla la consistencia de la calidad de los engranajes en la producción en masa?

JS Precision gestiona la producción en masa mediante el sistema de calidad IATF 16949. Los procesos clave están sujetos al control estadístico de procesos (SPC), y cada lote se muestrea y mide para garantizar la consistencia de la calidad.

Resumen

La industria de fabricación de engranajes automotrices está a punto de una transformación radical, donde la electrificación y el aligeramiento son los principales impulsores. Los avances en la tecnología de fabricación de engranajes automotrices, que abarcan desde la innovación de materiales hasta los procesos de mecanizado de engranajes, elevan la competitividad de los productos de los fabricantes de automóviles.

Los factores clave a la hora de seleccionar un socio son, principalmente, su tecnología, su calidad y su capacidad de resolución de problemas.

JS Precision es un socio confiable a tener en cuenta ya sea que simplemente esté evaluando una lista de empresas de fabricación de engranajes o tenga problemas específicos de reparación de cajas de engranajes o de diseño nuevo que requieran una solución.

Comuníquese con nosotros en cualquier momento, comparta sus necesidades o dibujos , y nuestro equipo de ingeniería le entregará un informe técnico y comercial profesional dentro de las 24 horas , que servirá como base para que juntos mejoremos el rendimiento de los vehículos de próxima generación.