Fabricación de engranajes para grúas: Guía sobre tipos, selección de materiales y optimización de costos

La fabricación de engranajes para grúas desempeña un papel fundamental en la fiabilidad de su sistema de transmisión. Al ser dispositivos que realizan operaciones de alto riesgo con cargas pesadas, las grúas someten sus engranajes de transmisión a enormes cargas de impacto y tensiones alternas al elevar y mover la carga.

Si los engranajes se rompen, no solo se producirá una parada del equipo, sino que también pueden producirse accidentes de seguridad y retrasos en el proyecto, lo que a su vez provocará pérdidas económicas que superarán el valor del rendimiento del engranaje por sí solo .

Las cifras revelan que más del 60% de las fallas en las cajas de engranajes de las grúas se deben a fallas en los engranajes, de las cuales el 90% se deben a la elección incorrecta del material o a la falta de un tratamiento térmico adecuado. Un proceso de mecanizado de engranajes de alta calidad es la mejor manera de eliminar estos problemas de raíz .

Resumen de respuestas clave

Conclusiones clave:

• El material define la carga, capacidad de carga:

Para engranajes de grúas de servicio pesado, las configuraciones típicas son 42CrMo4 con una dureza revenida de 280-320 HB y 20CrMnTi con una dureza superficial de 58-62 HRC después de la carburación.

• El tratamiento térmico marca la diferencia entre la vida y la muerte:

Mantener el espesor de la capa carburizada entre 2 y 4 mm y tener una zona de transición suave en la capa endurecida puede aumentar la vida útil por fatiga del engranaje en más del 30 % .

• La precisión determina el ruido y el desgaste:

El rectificado de engranajes puede aumentar la precisión del engranaje de DIN8 a DIN5-6, por lo que los patrones de contacto se pueden mejorar a más del 80% de la longitud del diente.

• Comprar a proveedores locales no es lo mejor:

Al buscar "mecanizado de engranajes cerca de mí", asegúrese de evaluar primero las capacidades técnicas del proveedor. La cadena de suministro china ofrece considerables ventajas en cuanto a costo y calidad en este aspecto.

¿Por qué confiar en los servicios de fabricación de engranajes de grúa de precisión de JS?

JS Precision se especializa en la investigación, el desarrollo y la fabricación de engranajes de alta resistencia para grúas y cuenta con más de 15 años de experiencia en este campo. Nuestro equipo está compuesto por expertos en tecnología de mecanizado de engranajes de vanguardia.

Nuestros estándares de producción cumplen rigurosamente con las especificaciones de diseño de engranajes para grúas ISO 6336-1:2019 . Además, hemos implementado control digital en todo el proceso, desde la selección de materiales hasta la inspección de los productos terminados.

En el frente de maquinaria, tenemos grandes máquinas de tallado de engranajes CNC con diámetros ≤2000 mm, rectificadoras de engranajes de alta precisión Niles y hornos de carburación de atmósfera controlada.

Somos capaces de realizar el mecanizado integrado de varios engranajes de grúa con un módulo de hasta 32 mm y podemos lograr una precisión de mecanizado de engranajes estable de DIN5 , que es significativamente más alta que el estándar de la industria de DIN8.

Contamos con un laboratorio de análisis de fallos en nuestras instalaciones y hemos ayudado a resolver problemas de fallos tempranos en engranajes de grúas de las industrias portuaria, siderúrgica y de la construcción en más de 30 países . Nuestro proceso de carburación mejorado para engranajes de alta resistencia permite prolongar la vida útil de los engranajes a más del triple del promedio de la industria.

En un caso, optimizamos el proceso de fabricación de engranajes de una grúa de 40 toneladas en un puerto, lo que dio como resultado una extensión del ciclo de falla de engranajes de 8.000 horas a 25.000 horas y, al mismo tiempo, los costos de adquisición se redujeron en un 35%.

En términos de garantía de calidad, cada lote de engranajes se proporciona con una garantía completa del material , un informe de prueba de tratamiento térmico y datos de pruebas de precisión del perfil de los dientes, logrando una trazabilidad completa del ciclo de vida y convirtiéndose en un proveedor principal de fabricación de engranajes de grúa para muchos fabricantes de grúas de renombre internacional.

¿Desea prevenir fallos prematuros y prolongar la vida útil de sus engranajes de grúa? Contacte con el equipo de ingeniería de JS Precision ahora mismo, envíe las condiciones y parámetros de funcionamiento de sus engranajes y recibirá una solución técnica personalizada y gratuita para la fabricación de engranajes de grúa, que mitigará el riesgo de fallos desde la fábrica.

¿Cuáles son los principales tipos de engranajes en la fabricación de engranajes de grúa?

Los tres componentes principales de una grúa desempeñan funciones diferentes, por lo que cada uno requiere un tipo de engranaje distinto. Por consiguiente, es necesario combinar tipos específicos en la fabricación de engranajes para grúas.

Los procesos profesionales de mecanizado de engranajes garantizan el rendimiento de los engranajes, y la tecnología de fabricación de engranajes helicoidales y de engranajes cónicos son los factores clave que deciden la calidad de los engranajes especiales.

Tipos de engranajes clave en mecanismos de elevación

Como el mecanismo de elevación es un componente central pesado y de alta resistencia, los engranajes aquí deben poder soportar la carga de impacto máxima, por lo que requieren una precisión de mecanizado de engranajes extremadamente alta :

• Engranajes helicoidales: Un tipo típico de engranaje en los mecanismos de elevación modernos de las grúas. Gracias a su alto solapamiento de engrane, el ruido se reduce entre 5 y 8 dB en comparación con los engranajes rectos y la capacidad de carga aumenta entre un 20 y un 30 %. La precisión del rectificado de la superficie de los engranajes debe cumplir con la norma DIN 5-6 .
• Engranajes en espiga: se encuentran principalmente en grúas de tonelaje ultra grande, tienen una fuerza axial autoequilibrada, el módulo es de 28-36 mm, el ángulo de hélice es de 20-28°, una transmisión de potencia de una sola etapa que supera los 500 kW, por lo tanto, estos engranajes son de muy alta potencia y requieren equipo de mecanizado especializado.

Mecanismos de giro y engranajes planetarios

• Engranajes de cojinetes giratorios: en su mayoría son anillos de engranajes internos, material 42CrMo4, dureza de la superficie del diente endurecida por inducción 56-62HRC, capa endurecida >4 mm, deformación por temple ≤0,05 mm.
• Mecanismo de engranajes planetarios: una estructura compacta y de alta densidad de potencia es algo que un mecanismo de reducción de grúa de gran tonelaje que requiere un espacio libre de engrane constante entre múltiples engranajes encontraría muy útil.

Aplicaciones de engranajes helicoidales en grúas

La fabricación de engranajes helicoidales se utiliza principalmente para mecanismos giratorios y de ajuste fino, con características de autobloqueo para evitar deslizamientos al elevar cargas.

La combinación clásica de materiales es un engranaje helicoidal templado carburado 20CrMnTi y un engranaje helicoidal de bronce estañado ZCuSn10P1 , lo que requiere un control estricto de la rugosidad de la superficie de los dientes del engranaje helicoidal.

¿Desea ajustar con precisión los tipos de engranajes de cada mecanismo de la grúa? Informe a JS Precision sobre el tonelaje de su grúa y las condiciones de operación para recibir una lista gratuita de selección de engranajes. Haga clic para ver nuestra guía de selección de engranajes .

¿Cómo seleccionar el material adecuado para el engranaje de su grúa?

El material es fundamental para el rendimiento de los engranajes. El primer paso en la fabricación de engranajes para grúas es la selección precisa del material. Los proveedores profesionales recomendarán los materiales adecuados en función de la carga, la velocidad y otras condiciones de operación para garantizar la capacidad de carga y la vida útil.

Grados de materiales comunes para mecanismos de elevación

Factores de decisión fundamentales para la selección de materiales

• Características de carga: Las cargas de impacto exigen engranajes hechos de 20CrMnTi con una buena tenacidad de núcleo, para cargas medias estables, se puede elegir 42CrMo4.
• Dureza de la superficie del engranaje: una dureza de superficie de HRC>55 necesita 20CrMnTi después del endurecimiento por carburación/inducción; para un rango de dureza medio a bajo, las opciones son acero 40Cr o 45#.
• Limitaciones de costo: El precio de compra del 42CrMo₄ es aproximadamente 1,2 veces el del 20CrMnTi. El acero de carbono medio de bajo costo se puede priorizar para aplicaciones de carga ligera.

La importancia de la trazabilidad de los materiales

Los proveedores confiables proporcionarán certificados de calidad completos del material con el número de horno, la composición química y otros datos, lo que garantiza la trazabilidad del material del engranaje y evita fallas prematuras del engranaje debido al uso de materiales de calidad inferior.

Figura 1: Una variedad diversa de engranajes terminados en varios metales y plásticos, que muestran diferentes tamaños y perfiles de dientes para la selección de materiales.

¿Cómo optimiza el tratamiento térmico la fabricación de engranajes de grúa para cargas pesadas?

El tratamiento térmico es el proceso fundamental para mejorar la resistencia a la fatiga y al desgaste de los engranajes de grúas. En el proceso de fabricación de engranajes de grúas , el control de los parámetros del tratamiento térmico determina directamente su vida útil.

La fabricación profesional de engranajes para grúas personalizará soluciones de tratamiento térmico exclusivas en función de los materiales de los engranajes, los módulos y las condiciones de trabajo.

Control de parámetros básicos para carburación y temple

La carburación y el temple son el principal método de procesamiento para engranajes de servicio pesado, y los parámetros deben ajustarse con mucha precisión según el tamaño del módulo del engranaje:

• Parámetros básicos: Temperatura de carburación 920-950 ℃, potencial de carbono 1,0-1,2% durante el período de carburación fuerte, 0,8-0,9% durante el período de difusión y temple en aceite para garantizar una dureza uniforme.
• Profundidad de la capa endurecida: 1,2-1,8 mm para módulos de 5-8 mm, 1,8-2,5 mm para módulos de 8-12 mm y 2,5-4,0 mm para módulos >12 mm.

Aplicación del temple por inducción en engranajes grandes

Para coronas dentadas de diámetros ultragrandes (>2000 mm), la carburación integral es costosa y causa mucha deformación. Por lo tanto, el temple por inducción de la superficie del engranaje es la práctica habitual.

• Selección de frecuencia: La frecuencia media (2-10 kHz) produce una capa endurecida de 2-4 mm que es adecuada para cargas pesadas, la frecuencia alta (20-50 kHz) produce una capa endurecida de 1-2 mm que es adecuada para cargas ligeras.
• Estándar de dureza: La dureza de la superficie del engranaje después del temple es de 56 a 62 HRC , lo que es suficiente para la resistencia al desgaste.

Tratamiento de temple y revenido y tratamiento de normalización

• Tratamiento de temple y revenido: El temple y el posterior revenido a alta temperatura producen una microestructura sorbítica con una dureza aproximada de 240-320 HB . Este material es adecuado para aplicaciones de carga moderada, como el 42CrMo₄.
• Tratamiento Normalizador: Es la forma de preparar las piezas de forja para la eliminación de la tensión de forja, el refinamiento del grano y la obtención de una buena superficie para el mecanizado.

Compensación de rectificado de precisión después de la carburación

El tratamiento de carburación provoca la deformación de los engranajes, por lo que es necesario dejar una tolerancia de rectificado de 0,15-0,25 mm en cada superficie dentada. Tras la carburación, realice el mecanizado de acabado con una rectificadora de engranajes Niles hasta grado DIN 5-6, con una superficie de contacto superior al 80 % de la longitud del diente.

Tabla comparativa de parámetros del proceso de tratamiento térmico para engranajes de grúas

¿Cómo lograr la optimización de costos sin comprometer la calidad del equipo?

En la fabricación de engranajes para grúas, existen maneras de equilibrar la calidad y el coste. Los proveedores expertos pueden ayudar a reducir los costes totales entre un 15 % y un 30 %, manteniendo al mismo tiempo el rendimiento mediante la optimización del diseño, los procesos y la cadena de suministro.

La optimización de DFM reduce los costes de fabricación

Al trabajar con el equipo de fabricación al diseñar el engranaje para la optimización de DFM , pueden ayudar a mejorar la eficiencia del procesamiento y así reducir los costos de procesamiento en un 10-15%.

Economía de lotes y selección en blanco

El tamaño del lote de producción determina el método de procesamiento de la pieza en bruto, lo que a su vez tiene un impacto directo en los costos:

• Pieza única/lote pequeño: piezas forjadas, tasa de utilización del material del 60-70 % , más adecuado para producción no estándar, como engranajes rectos personalizados.
• Lote grande: piezas en bruto laminadas en anillo, tasa de utilización de material del 85%, lo que permite un ahorro del 25% en costos de material, la producción de engranajes estándar se puede realizar a través de este método.

La importancia de la integración de la cadena de suministro

Un proveedor de cadena completa se refiere a un único proveedor que puede abastecer toda la cadena de producción, desde las piezas en bruto, el procesamiento, el tratamiento térmico y las pruebas. Este tipo de proveedor ayuda a reducir los costos generales de adquisición entre un 15 % y un 20 % en comparación con la adquisición descentralizada.

¿Cuándo debería elegir engranajes rectos personalizados o un fabricante de engranajes cónicos?

Los engranajes estándar solo se adaptan perfectamente a las condiciones generales de trabajo. Los engranajes rectos personalizados son preferibles en condiciones de trabajo especiales o construcciones no estándar. Los proveedores profesionales pueden proporcionar engranajes personalizados que se adapten perfectamente.

Escenarios típicos para engranajes rectos personalizados

Escenarios que requieren engranajes rectos personalizados : distancias centrales no estándar, limitaciones especiales de espacio de instalación y requisito de ejes o bridas integrados.

Aplicación de engranajes cónicos espirales en grúas

Los engranajes cónicos espirales son una de las opciones de transmisión en ángulo recto para grúas. En comparación con los engranajes cónicos rectos, presentan un engrane un 30 % mayor, una capacidad de carga un 25 % mayor y son entre 3 y 5 dB más silenciosos.

Un fabricante profesional de engranajes cónicos debe tener máquinas herramienta Gleason y equipos de prueba Klingelnberg para la precisión de mecanizado de engranajes cónicos espirales.

Flujo de validación del proceso de piezas personalizadas

Los engranajes personalizados deben validarse exhaustivamente: modelado 3D y simulación de malla, fabricación de prototipos y verificación de tamaño real, pruebas de fatiga en banco durante más de 5 millones de ciclos , producción de prueba en lotes pequeños y monitoreo SPC.

¿Desea personalizar engranajes de grúa para condiciones de trabajo especiales? Envíe sus requisitos no estándar y planos de diseño a JS Precision para convertirse en un proveedor de engranajes rectos personalizados y disfrutar del soporte técnico profesional de un fabricante de engranajes cónicos.

Figura 2: Un primer plano de tres engranajes rectos metálicos de alta precisión con dientes afilados y bien definidos, mostrados sobre un fondo blanco.

¿Es el mecanizado de engranajes local cerca de mí una solución rentable?

Los clientes suelen buscar proveedores buscando " mecanizado de engranajes cerca ", pero la proximidad local no es el factor principal. Las habilidades técnicas del proveedor determinan tanto la calidad de los engranajes como el costo total , mientras que el valor de un proveedor de calidad supera con creces las ventajas geográficas.

Distancia geográfica vs. distancia técnica

Una vez realizada la búsqueda, determine las capacidades técnicas del proveedor desde tres perspectivas: la disponibilidad de equipos de procesamiento a gran escala, tener una gama completa de instalaciones de tratamiento térmico y el uso de métodos de prueba integrales.

Ventajas de costos de la cadena de suministro china

La cadena industrial en China es muy completa, lo que genera grandes ventajas de costos sobre Europa y los EE. UU.: el precio de las materias primas en China es entre un 15 y un 25% más barato , los clústeres industriales están bien desarrollados y el ciclo de entrega se acorta en más del 50%.

JS Precision como su socio de fabricación chino

Elegir a JS Precision como su proveedor significa que obtendrá una comunicación técnica fluida, garantía de calidad AS9100/ISO9001 , servicio integral y entrega rentable.

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Caso práctico de JS Precision: Ahorro del 35 % en la reparación de cajas de engranajes de grúas australianas

Desafío

Una grúa pórtico de 40 toneladas en un puerto australiano se vio afectada por la corrosión prematura por picaduras en los engranajes reductores rotativos (42CrMo4, módulo 12-68 dientes), lo que redujo su vida útil a menos de 8000 horas . El proveedor europeo original de engranajes para grúas tenía un plazo de entrega de 26 semanas , no estaba dispuesto a realizar un análisis de fallos y el coste de una sola compra fue de 12 000 dólares.

Solución

JS Precision, como proveedor profesional de fabricación de engranajes para grúas , ha desarrollado una solución personalizada de tres pasos que utiliza tecnología de mecanizado de engranajes de alta precisión en todo el proceso:

1. Análisis de fallas y optimización del diseño:

A través de pruebas profesionales, se descubrió que la profundidad de la capa endurecida del engranaje original era de solo 1,2 mm y la dureza del núcleo era inferior a 250HB, lo que era la causa principal de la corrosión por picaduras temprana.

Actualizamos los materiales del engranaje a 20CrMnTi, aumentando así la profundidad de la capa carburada a 2,8-3,2 mm , y también cambiamos el radio del filete de la raíz del diente de R0,8 a R1,2 mm para mejorar la resistencia a la fatiga del engranaje.

2. Reestructuración de la cadena de procesos:

Se utiliza un proceso de fabricación de engranajes de grúa que incluye forjado de precisión + normalizado isotérmico + carburación en atmósfera controlada + rectificado CNC. En el proceso de carburación, se utiliza un control dual con sonda de oxígeno y estabilizador de carbono para obtener una precisión de potencial de carbono de ±0,05 %. La precisión del engranaje se incrementa hasta el nivel DIN5 mediante el proceso de rectificado.

3. Inspección integral y monitoreo SPC del 100% de engranajes:

Cada engranaje se somete a un exhaustivo programa de inspección , que además de la inspección del perfil y la dirección de los dientes, también incluye la dureza superficial, la profundidad de la capa endurecida y la inspección por partículas magnéticas. La monitorización del proceso SPC garantiza la consistencia de la producción por lotes.

Resultados

• La vida útil de los engranajes se extendió más allá de las 25.000 horas, con lo que el problema de la corrosión por picaduras se eliminó totalmente.
• Los costes de adquisición se redujeron a 7.800 dólares, es decir, un 35% menos que el precio de los proveedores europeos.
• El plazo de entrega se redujo a 12 semanas, con lo que se satisficieron las urgentes demandas del puerto.

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Figura 3: Una imagen de una excavadora amarilla junto a un detalle en primer plano de su gran corona de giro metálica, utilizada para la rotación.

Preguntas frecuentes

P1: ¿Cuáles son los materiales más utilizados para los engranajes de las grúas?

Dos materiales se utilizan con mayor frecuencia para engranajes de grúas: acero templado 42CrMo4 para condiciones de carga media y acero cementado 20CrMnTi para condiciones de carga pesada. La dureza superficial es de 58-62 HRC después de la cementación, por lo que es el material más adecuado para engranajes de carga pesada.

P2: ¿Cómo se determina la profundidad de la capa carburizada?

La profundidad de la capa carburizada del engranaje de la grúa se determina mediante un módulo del 15-20 %. Si el módulo es de 5-8 mm, será de 1,2-1,8 mm; si es de 8-12 mm, será de 1,8-2,5 mm; y si el módulo es superior a 12 mm, será de 2,5-4,0 mm.

P3: ¿Cuáles son las ventajas de los engranajes helicoidales en comparación con los engranajes rectos?

Los engranajes helicoidales tienen una relación de superposición de engrane mucho mayor que los engranajes rectos, lo que significa que la transmisión es muy suave, la capacidad de carga aumenta entre un 20 % y un 30 % y el ruido de transmisión se reduce entre 5 y 8 dB. Este tipo de engranajes son habituales en los mecanismos de elevación de las grúas actuales.

P4: ¿Cuál es el grado de precisión típico para los engranajes de grúa?

Hoy en día, el perfil de los dientes de los engranajes de las grúas debe ser muy similar a DIN 5-6. Esto solo se puede lograr mediante rectificado, mientras que los métodos convencionales de tallado de engranajes solo ofrecen una precisión básica de DIN 8.

P5: ¿Cuál es una buena dureza de la superficie del diente?

Los engranajes que se van a utilizar intensivamente generalmente reciben un tratamiento de carburación, donde la dureza de la superficie del diente se mantiene en 58-62 HRC , los engranajes de servicio mediano se someten a un tratamiento de temple y revenido y tienen una dureza de 280-320 HB , los engranajes de servicio liviano pueden ser tan blandos como 180-260 HB .

P6: ¿Cuáles son las señales de que un engranaje está fallando?

Si un engranaje tiene corrosión por picaduras superior al 20%, raspaduras en la superficie de los dientes, de repente se ha vuelto muy ruidoso o tiene un juego de engranaje excesivamente grande, entonces definitivamente es una señal de falla y será necesario apagar el engranaje y reemplazarlo inmediatamente .

P7: ¿Cómo decidir entre el endurecimiento por inducción y la carburación/temple?

El endurecimiento por inducción es el que se prefiere cuando se trata de anillos de engranajes de diámetro extra grande (mayores de 2000 mm), porque es más barato de procesar y más fácil de controlar la deformación, la carburación/temple es el que se elige para engranajes pequeños y medianos de servicio pesado porque da como resultado un mejor rendimiento de la superficie del diente.

P8: ¿Cuál es el engranaje más grande que se puede mecanizar?

JS Precision puede mecanizar engranajes de grúa con un diámetro máximo que no exceda los 2000 mm y un módulo máximo que no exceda los 32 mm , lo que puede satisfacer los requisitos de la mayoría de las grúas.

Resumen

La producción de engranajes para grúas es un proceso de ingeniería finito que combina el uso de diferentes materiales, métodos térmicos y un mecanizado preciso. Los engranajes de primera calidad son el resultado del uso de materiales adecuados, un tratamiento térmico riguroso y un mecanizado de alta precisión.

La elección de un proveedor competente en la fabricación de engranajes para grúas garantizará que los engranajes sean adecuados para las condiciones de operación, reduciendo al mismo tiempo los costos, mejorando la eficiencia de la entrega y asegurando el funcionamiento seguro y eficiente de los sistemas de transmisión de la grúa.

JS Precision es una empresa dedicada a la fabricación de engranajes para grúas, ofreciendo soluciones integrales para engranajes rectos, cónicos, etc., a medida. Gracias a su experiencia y habilidad, JS Precision puede producir engranajes para grúas resistentes y confiables. ¡Envíenos las especificaciones o planos de sus engranajes y comenzaremos una colaboración rentable de inmediato!