Corte de Engrenagens Personalizadas: Como Evitar Erros Custosos na Seleção de Materiais | JS Precision

Na usinagem de engrenagens personalizadas , este cenário ocorre com frequência: acontece o seguinte: sua transmissão, cuidadosamente projetada, falha catastroficamente devido ao desgaste prematuro de uma das engrenagens.

Quando se trata de usinagem de engrenagens personalizadas, o maior custo dos erros geralmente ocorre antes mesmo do primeiro passo — a seleção do material. Quando o material não é adequado, nem mesmo a fabricação de engrenagens mais avançada consegue impedir a ocorrência de falhas em determinadas condições de operação.

Ao procurar engrenagens cônicas espirais de alta resistência ou engrenagens helicoidais de baixo ruído, é essencial compreender como a combinação das propriedades dos materiais se relaciona com as condições de aplicação de diferentes tipos de engrenagens, e essa compreensão é o que distingue os componentes comuns da excelência em design.

Como uma empresa com muitos anos de experiência no setor e especializada em usinagem de engrenagens, a JS Precision já presenciou diversas vezes o impacto devastador que erros na escolha de materiais podem ter nas finanças. Por isso, compilei este guia prático para revelar todo o processo, desde a seleção do material até a retificação de precisão, ajudando você a tomar decisões acertadas ao escolher uma empresa de corte de engrenagens.

Resumo da Resposta Principal

Por que confiar na JS Precision? Um guia prático para seleção de materiais para usinagem de engrenagens personalizadas.

Em quem você deve confiar na escolha do material para corte de engrenagens personalizadas? A resposta, é claro, está em nossos anos de experiência.

Nos últimos 15 anos, nossa empresa se especializou exclusivamente em usinagem de engrenagens. Atendemos mais de 1.000 clientes em mais de 20 setores diferentes, como automotivo, aeroespacial, alimentício e de caixas de engrenagens industriais, realizando mais de 15.000 pedidos de engrenagens.

Trabalhamos com uma gama completa de materiais, desde o aço carbono médio convencional S45C até ligas especiais para altas temperaturas, desde engrenagens metalúrgicas até materiais de aço inoxidável endurecidos por precipitação (17-4PH).

Temos também vasta experiência na seleção de materiais para diversas condições de trabalho, como, por exemplo, garantir a resistência a altas temperaturas de engrenagens cônicas helicoidais para um fabricante aeroespacial e encontrar materiais ideais para engrenagens resistentes à corrosão para um produtor de equipamentos marítimos.

Nossa equipe de engenharia possui mais de 10 anos de experiência em usinagem de engrenagens. Isso os torna não apenas especialistas nas propriedades e no processamento de diversos materiais, mas também capazes de aplicar a solução exata para uma determinada carga, temperatura e condição ambiental.

Este livro resume nossa vasta experiência em projetos. Cada conselho descrito abaixo foi testado em projetos reais, portanto, pode ser considerado uma obra totalmente confiável.

Nossa abordagem para a seleção de materiais está em conformidade com a AGMA 2001-D04 , uma norma de padronização amplamente adotada para uma abordagem universal de seleção de materiais que atenda às necessidades da indústria internacional de engrenagens.

Procurando por seleção e avaliação de materiais em conformidade com a AGMA para usinagem de engrenagens personalizadas? Entre em contato com os engenheiros de aplicação da JS Precision hoje mesmo e, com base nas necessidades do seu projeto, receba recomendações gratuitas sobre a seleção de materiais, o que tornará sua escolha mais confiável.

Como evitar problemas com materiais no corte de engrenagens personalizadas?

Compreendendo nossas capacidades, surge a questão mais fundamental: como evitar problemas com materiais no corte de engrenagens personalizadas? Isso só é possível quando as causas principais de falhas, juntamente com os fatores ambientais, são consideradas nos processos de seleção de materiais para evitar esses problemas.

Três principais mecanismos de falha de materiais e estratégias de seleção.

Em primeiro lugar, existem diversas causas que podem resultar em falha de engrenagens, mas as principais incluem três tipos , e as estratégias na escolha de materiais também são bastante claras:

1. Fadiga por contato (pitting/esfoliação):

Com cargas cíclicas elevadas, é fácil observar o desenvolvimento de trincas de atividade na parte inferior da superfície da engrenagem. Nesse caso, deve-se escolher um aço-liga de alta pureza, como o 20MnCr5 ou o 9310, e processá-lo por cementação ou têmpera por indução. Além disso, é preciso atentar para a tenacidade do núcleo.

2. Fadiga por flexão (quebra de dente):

Isso é causado principalmente por sobrecarga ou alta concentração de tensão ao redor da raiz do dente, o que frequentemente leva à quebra ou fratura de toda a engrenagem. Esse problema pode ser corrigido garantindo projetos de raio de concordância ideais na raiz do dente, com materiais que possuam alta temperabilidade para níveis de dureza ideais ao redor da raiz.

3. Desgaste e arranhões:

Isso pode ser causado por lubrificação inadequada ou falta de dureza na superfície do dente, onde, em casos extremos, os dentes podem grudar uns nos outros e travar.

Isso pode ser resolvido selecionando o material apropriado para as condições de trabalho; o bronze fosforoso suporta condições que envolvem baixa velocidade e alta carga, mas em condições de alta velocidade, a dureza da superfície do dente deve atingir HRC58+ e o acabamento deve ser aprimorado por serviços de retificação de engrenagens.

A influência disruptiva dos fatores ambientais na seleção de materiais

O ambiente é a chave oculta para a seleção de materiais. A negligência das questões ambientais levará à falha prematura do melhor material.

1. Ambientes corrosivos (alimentos, água e ambientes marinhos):

O aço-liga comum é vulnerável à corrosão e à ferrugem em ambientes úmidos, ácidos e alcalinos. É necessário optar por aços inoxidáveis austeníticos (séries 304 e 316) ou por aços inoxidáveis de endurecimento por precipitação (17-4 PH), ou ainda aplicar um revestimento especializado ao material comum.

2. Ambientes de Alta/Baixa Temperatura:

A temperatura tem um efeito significativo na resistência do material. Baixas temperaturas exigem considerações especiais na escolha do material. Baixas temperaturas requerem materiais com tenacidade nessa temperatura para evitar fragilidade. Altas temperaturas exigem ligas especiais.

Que detalhes técnicos realmente definem uma empresa competente em corte de engrenagens?

A escolha do material certo é apenas o primeiro passo, e o desempenho final da engrenagem também depende da capacidade técnica da empresa de corte de engrenagens. Uma empresa de corte de engrenagens verdadeiramente confiável terá um sólido conhecimento em tecnologia de ponta. Essa é a principal competência da JS Precision.

Tratamento térmico: a "segunda vida" para as engrenagens.

Sem dúvida, uma empresa profissional de corte de engrenagens precisa ter um controle muito preciso sobre o processo de tratamento térmico. Você pode perguntar diretamente ao fornecedor se eles terceirizam o tratamento térmico ou se possuem seu próprio forno de cementação em atmosfera controlada. Como eles controlam a deformação durante o processo de têmpera? Eles realizam processos de endireitamento pós-tratamento térmico?

A JS Precision possui sua própria oficina de tratamento térmico e forno de cementação em atmosfera controlada, com dispositivos de têmpera sob pressão especializados para evitar deformações, utilizando técnicas de resfriamento lento.

Capacidades de teste de profundidade

Além de um centro de medição de engrenagens, a empresa possui recursos para análise, teste de tensão residual e dureza dos dentes? Esses testes são essenciais para garantir a qualidade das engrenagens desde a sua origem. Nossa empresa dispõe de todos os equipamentos de teste necessários, desde testes de composição de materiais até testes de precisão das superfícies dos dentes das engrenagens.

Escopo da Base de Conhecimento para Processos

Você é capaz de lidar com toda a gama de processos, desde engrenagens de metalurgia do pó até engrenagens temperadas e retificadas? Em muitos casos, o conhecimento oferecido por engenheiros experientes é muito mais valioso do que o conhecimento proveniente de equipamentos novos.

Nossos engenheiros são proficientes em lidar com as dificuldades de usinagem de diferentes materiais e tipos de engrenagens, fornecendo aos clientes as melhores soluções de processo.

Um único processo não serve para todos: estratégias de corte econômicas para diferentes tipos de engrenagens.

Diferentes tipos de engrenagens exigem aplicações, níveis de precisão e quantidades de produção diversas. Um processo de corte correspondente exigirá, portanto, um ajuste flexível para equilibrar precisão, volume de produção e custo.

Não tem certeza de qual estratégia de corte usar para seus tipos de engrenagens? Envie-nos o nível de precisão exigido, as dimensões em números de lote e os desenhos. Com base nessas informações, podemos projetar o processo de usinagem mais econômico para você.

Figura 1. A velocidade de fresagem da engrenagem é muito alta e a operação da máquina também é muito fácil.

Principais desafios técnicos na fabricação de engrenagens de alta precisão

A fabricação de engrenagens de alta precisão é um dos maiores desafios encontrados na área de manufatura de engrenagens. Cada tipo de engrenagem apresenta seus próprios desafios técnicos . Esses desafios técnicos podem definir melhor as capacidades técnicas do fabricante.

Engrenagens cônicas espirais: A principal dificuldade está relacionada à área de contato conjugado local dos dentes. Isso requer maquinário avançado, que pode ser do tipo Gleason ou Klingenberger, bem como... Engenheiros especialistas.

Engrenagens sem-fim: Os desafios envolvem a retificação de precisão da rosca do sem-fim e a usinagem de precisão do centro da engrenagem sem-fim. Somente maximizando a área de contato é possível melhorar a eficiência e a vida útil da transmissão.

Engrenagens cônicas: A principal questão aqui é a usinagem de precisão e a inspeção de perfis não geradores. Embora sejam usadas principalmente na área de transmissões aeroespaciais, seus padrões de qualidade são extremamente elevados.

Preocupado com as dificuldades de fabricação de engrenagens de alta precisão? Envie seus desenhos relacionados a engrenagens e precisão, e a equipe técnica da JS Precision terá prazer em ajudá-lo com análises de viabilidade e sugestões para otimizar a fabricação de engrenagens.

Como a rugosidade da superfície é controlada na fabricação moderna de engrenagens?

A rugosidade da superfície influencia o ruído, a vida útil e a eficiência das engrenagens; portanto, esse indicador não pode ser ignorado durante a fabricação de engrenagens, pois tem um impacto direto no desempenho da transmissão. Atualmente, a fabricação de engrenagens é baseada na norma ISO 1328-1:2013 , garantindo que a qualidade da superfície seja aprimorada, desde marcas de ferramentas até um acabamento espelhado.

Processo de Acabamento: Utilizando fresas de alta precisão com arestas de corte afiadas ou máquinas de usinagem de engrenagens, com parâmetros de corte otimizados (reduzindo a taxa de avanço), é possível obter uma superfície inicial melhor, com rugosidade Ra na faixa de 1,6 a 3,2 .

Operações de acabamento após tratamento térmico: O brunimento de engrenagens resulta na remoção da camada de óxido e aumenta os valores de rugosidade para até Ra 0,8-1,6 μm; a retificação de engrenagens é o único processo capaz de fornecer valores ultrabaixos, abaixo de Ra 0,4 μm.

Superacabamento: Em algumas aplicações críticas, são empregadas técnicas de polimento e acabamento por vibração para atingir um valor de Ra da ordem de 0,1 μm, reduzindo assim os níveis de ruído produzidos pelas engrenagens durante a operação.

Procura engrenagens menos ruidosas e com maior durabilidade? Obtenha serviços de tratamento de superfície para fabricação de engrenagens na JS Precision. Nossos serviços de corte de precisão, retificação e superacabamento atendem às suas especificações de rugosidade superficial com exatidão.

Estabelecendo expectativas realistas: quais são os prazos de entrega típicos para engrenagens personalizadas?

O prazo de entrega para engrenagens personalizadas é um fator importante para a maioria dos clientes, e o planejamento prévio é fundamental para um processo mais tranquilo. O prazo de entrega para engrenagens personalizadas é composto por diversas fases, cada uma com um custo específico em tempo.

Para engrenagens personalizadas de alta precisão que exigem retificação, um prazo de entrega de 8 a 12 semanas pode ser considerado normal no setor. No entanto, se o fabricante prometer um prazo de entrega muito menor, você deve questionar se ele está negligenciando etapas essenciais de inspeção de qualidade.

Estudo de Caso: Da Falha Catastrófica à Vida Útil de 20.000 Horas: Resgatando um Sistema de Acionamento de Esteira Transportadora de Alimentos

Exemplos da vida real são os testemunhos mais eficazes para comprovar a eficiência de uma solução. Neste exemplo, nós, com nossos serviços profissionais de corte de engrenagens sob medida, conseguimos aumentar a vida útil de uma engrenagem que apresentava falhas catastróficas com frequência , de 6 meses para 20.000 horas.

Análise de Falhas

A engrenagem da correia transportadora de uma grande fábrica de processamento de alimentos era feita de aço inoxidável 304 e funcionava em um ambiente úmido com produtos químicos corrosivos contendo ácidos e álcalis.

Essa engrenagem apresentou desgaste extremo, juntamente com um aumento constante na folga de engrenamento após apenas 6 meses, o que resultou na parada da esteira transportadora várias vezes por mês, causando uma perda de produção superior a US$ 5.000 por ocorrência.

Após nossa intervenção, a análise revelou que a escolha dos materiais baseou-se apenas na resistência à corrosão e não nas cargas de contato nas engrenagens. Os níveis de dureza eram de apenas cerca de HB180, obtidos somente por laminação de precisão , resultando em uma rugosidade superficial de Ra3,2 µm. Esses padrões não são suficientes para suportar tanto a corrosão quanto o atrito.

Solução de Precisão JS

Para superar esse problema, concebemos um método de atualização inovador que combina técnicas e materiais:

Em primeiro lugar, aprimoramos os materiais, recomendando e utilizando o aço inoxidável 17-4PH de endurecimento por precipitação. Este material não só possui elevadas propriedades anticorrosivas, equivalentes às do aço inoxidável 304, como também, após tratamento de solubilização e envelhecimento, atinge uma dureza de HRC 40-45, o que satisfaz a resistência de contato das engrenagens motrizes.

Em segundo lugar, integramos serviços de retificação de engrenagens de precisão para que os perfis dos dentes das engrenagens atingissem maior precisão, atingindo o nível AGMA de 10 e rugosidade superficial de Ra 0,8 μm, a fim de reduzir o efeito do atrito e de substâncias corrosivas. Isso foi alcançado por meio da utilização de máquinas de retificação de engrenagens alemãs.

Além disso, otimizamos o filete da raiz do dente , o que previne possível concentração de tensão.

Resultados e dados

Desde então, esse conjunto de equipamentos atualizado tem funcionado perfeitamente e já acumulou mais de 20.000 horas de operação. O cliente não só resolveu completamente o problema de frequentes paradas não programadas, como também economizou mais de US$ 150.000.

Por um lado, o processo de engrenamento é mais suave, o ruído de transmissão foi reduzido em 8 dB, o que melhora ainda mais o ambiente de trabalho. Essa solução também se tornou um caso de referência para a fabricação de engrenagens em ambientes corrosivos na indústria alimentícia.

Seus equipamentos também estão apresentando problemas de falhas? Forneça detalhes sobre o ambiente de uso dos seus equipamentos e os problemas com as engrenagens, e a JS Precision desenvolverá uma solução para você com base em serviços personalizados de corte e retificação de engrenagens.

Figura 2: Engrenagem de aço inoxidável endurecido por precipitação 17-4PH

Como os serviços de retificação de engrenagens de precisão da JS elevam o desempenho das engrenagens a níveis de elite?

Os serviços de retificação de engrenagens são um dos processos mais cruciais para o aprimoramento de engrenagens. A JS Precision é altamente qualificada em serviços de retificação de engrenagens. Os serviços de retificação de engrenagens da JS Precision permitem que os clientes alcancem o melhor desempenho possível de suas engrenagens.

Maior precisão em exatidão

Geralmente, no caso de engrenagens de precisão fabricadas por fresagem de engrenagens convencionais, o grau de precisão obtido seria apenas AGMA 8-9, enquanto que, por meio de nossos serviços de retificação de engrenagens, que envolvem máquinas de retificação alemãs complexas em um sistema de processamento com temperatura constante, podemos produzir engrenagens de maior precisão, com grau de AGMA 10-12 .

Melhorias de desempenho quantificáveis

• Em primeiro lugar, a redução do ruído: através da retificação precisa do perfil dos dentes e do acabamento da superfície, o ruído de funcionamento das engrenagens pode ser reduzido em 5 a 10 dB , o que é muito importante para produtos sensíveis ao ruído, como veículos elétricos e máquinas de escritório.
• Em segundo lugar, maior vida útil. Os perfis detalhados e o alto nível de integridade da superfície reduzem significativamente os danos por fadiga de contato, aumentando assim a vida útil da engrenagem em várias vezes.
• Por fim, o aumento da capacidade de carga se deve à modificação precisa do perfil dos dentes, o que melhora a distribuição da carga, garantindo assim a maximização do torque da engrenagem.

Figura 3. A retificação contínua tornou-se o método preferido para a usinagem de engrenagens de precisão em materiais duros.

Perguntas frequentes

Q1: Qual é o material mais econômico para engrenagens de uso geral e baixa carga?

Materiais fabricados com aço de médio carbono S45C , temperados e revenidos, ou por metalurgia do pó, são opções com preços acessíveis. Oferecem resistência suficiente, mantendo os custos sob controle, e são adequados para condições de carga leve a média.

Q2: É possível cortar engrenagens de materiais plásticos como POM ou Nylon?

Podemos usinar engrenagens utilizando materiais plásticos de engenharia, como POM e nylon. A qualidade da usinagem é garantida pelo uso de máquinas especializadas e condições de corte otimizadas . O material é aplicado em aplicações com cargas leves e onde se exigem operações silenciosas e resistentes à corrosão.

Q3: Qual a diferença entre fresagem por engrenagem e usinagem por conformação na usinagem de engrenagens?

A fresagem por engrenagem é um método de processamento contínuo e eficiente , adequado para a fabricação de engrenagens externas e em grandes quantidades. O processo de conformação permite fresar a engrenagem interna e a área ao redor do ombro, oferecendo maior flexibilidade. Podemos sugerir a abordagem de processamento mais econômica de acordo com o tipo de engrenagem.

Q4: De que informações vocês precisam para fornecer um orçamento preciso para engrenagens personalizadas?

Por favor, forneça os desenhos das engrenagens (incluindo parâmetros-chave como módulo, número de dentes, ângulo de pressão, etc.), especificações do material, nível de precisão desejado (padrão AGMA/DIN), requisitos de tratamento térmico e demanda anual, para que possamos fornecer um orçamento preciso.

Q5: Como controlar a distorção durante o tratamento térmico das engrenagens?

Reduzimos as deformações na engrenagem durante o processo de tratamento térmico otimizando o projeto da engrenagem , por exemplo, através da simetria, do uso de equipamentos especializados de têmpera sob pressão e de métodos de resfriamento lento.

Q6: Qual é o prazo de entrega para um pequeno lote de engrenagens protótipo?

No caso de engrenagens protótipo simples, sem necessidade de retificação, os prazos de entrega podem variar de 2 a 3 semanas, desde que os materiais estejam disponíveis. Já no caso de engrenagens protótipo de precisão que requerem retificação, devido à sua maior complexidade, os prazos de entrega são de 4 a 6 semanas.

Q7: Vocês fornecem caixas de engrenagens completas ou apenas os componentes das engrenagens?

Oferecemos ambos os serviços. Somos capazes de fabricar engrenagens individuais com precisão. Também possuímos todas as capacidades de projeto, usinagem e montagem de caixas de engrenagens.

Q8: Qual é o primeiro passo para evitar um erro dispendioso de material no meu próximo projeto de engrenagens?

Entre em contato imediatamente com nossos engenheiros de aplicação de engrenagens e, com a descrição das suas condições de trabalho e o seu plano de projeto inicial, podemos fornecer um relatório profissional de análise de materiais e processos, sem custos, para ajudá-lo a evitar erros na seleção de materiais.

Resumo

Na indústria de precisão de produção de engrenagens, tudo influencia tudo. Ter um verdadeiro parceiro significa contratar uma equipe qualificada que possa otimizar todos esses fatores para oferecer as melhores soluções possíveis, e isso exige muito mais do que uma simples terceirização de fabricação.

A JS Precision, com sua vasta experiência em usinagem de engrenagens, oferece assistência completa em todo o processo, desde a seleção do material até a entrega final da produção, graças à sua especialização em serviços de retificação de engrenagens .

Não deixe que a causa principal da próxima falha de engrenagem esteja oculta no projeto inicial.

→ Baixe nosso “Guia de Seleção de Materiais e Análise de Falhas para Engrenagens” para obter uma abordagem estruturada na seleção de materiais.

→ Envie os parâmetros da sua engrenagem e as condições de operação para receber uma análise e um orçamento gratuitos sobre a viabilidade de fabricação.

→ Agende uma consulta técnica completa com os especialistas da JS Gear para seus projetos de transmissão essenciais.