Fabricação de engrenagens transportadoras: uma análise de custo-benefício de engrenagens personalizadas versus engrenagens padrão

A fabricação de engrenagens transportadoras é uma parte muito importante dos sistemas transportadores industriais, e a qualidade de seus produtos é o fator principal no funcionamento estável da linha transportadora. Se a linha transportadora parar repentinamente devido a uma falha na engrenagem, a perda de produção devido ao tempo de inatividade pode ser o equivalente a milhares de dólares por minuto.

As engrenagens padrão são muito baratas e as engrenagens personalizadas prometem uma combinação perfeita, por isso a maioria dos engenheiros já teve o dilema entre fazer um acordo apenas para o orçamento do momento ou investir na confiabilidade a longo prazo.

Este guia discutirá a tecnologia de fabricação de engrenagens e, ao mesmo tempo, refletirá as necessidades reais da indústria com o objetivo de divulgar os custos reais de fabricação de engrenagens transportadoras.

Visão geral das principais respostas

Principais descobertas

• Custo ≠Preço: Embora o preço das engrenagens padrão possa ser de 30% a 50% menor, uma única perda de tempo de inatividade pode anular as diferenças de preço ao longo de vários anos.
• As condições operacionais determinam o caminho: Os componentes padrão funcionam bem para cargas leves, temperaturas normais e funcionamento contínuo. Eles precisam ser adaptados quando a situação envolve cargas pesadas, ambientes empoeirados, altas temperaturas e ciclos frequentes de partida-parada.
• A precisão é uma variável oculta: O nível de precisão de usinagem da engrenagem espiral tem um impacto direto na eficiência da transmissão de potência. A ISO 5 pode economizar no uso de energia de 8% a 12% em comparação com a ISO 8.
• A produção de pequenos lotes não é um obstáculo: Os serviços de fabricação de pequenos lotes de engrenagens tornam possível verificar protótipos e reabastecer peças de reposição com um MOQ de apenas 5 peças.

Por que escolher JS Precision para personalizar engrenagens de transportadores?

A qualidade da fabricação de engrenagens transportadoras depende essencialmente da combinação de usinagem de engrenagens de precisão e soluções personalizadas. A JS Precision está fortemente engajada nesta área há vários anos e, por meio de sua tecnologia central e casos práticos, tornou-se um ponto de referência na indústria.

Além disso, obteve a certificação padrão internacional ISO 6336 para fabricação de engrenagens e sua capacidade técnica é reconhecida mundialmente.

Na usinagem de engrenagens, a JS Precision utiliza máquinas-ferramentas de alto nível da Gleason e Reisshaus, o que lhes permite realizar usinagem de alta precisão de engrenagens espirais e cônicas. Eles mantêm o erro do ângulo da hélice dentro de ±0,05°, enquanto a área de contato da superfície do dente é superior a 90%, o que está muito além da média da indústria.

Quando se trata de produção de engrenagens transportadoras em aplicações pesadas, como mineração e fábricas de cimento, o tratamento de cementação e têmpera da JS Precision é capaz de fornecer a profundidade da camada cementada padrão de 0,8-1,2 mm e a dureza da superfície do dente em HRC 58-62, prolongando assim a vida útil da engrenagem em 2 a 3 vezes.

Na prática, a JS Precision fabricou uma engrenagem cônica em espiral para uma empresa europeia de cimento, que solucionou problemas de quebras frequentes de engrenagens no ambiente empoeirado e de alta temperatura da linha transportadora. O maquinário funcionou sem problemas por 18 meses, e as perdas por tempo de inatividade foram reduzidas em mais de US$ 100.000 em comparação com a solução de engrenagem padrão original.

Para a fabricação de pequenos lotes de engrenagens, a JS Precision mantém uma produção flexível com um MOQ de 5 peças, e as peças sobressalentes de emergência são entregues em 2 a 3 semanas, quatro vezes mais rápido do que os fabricantes tradicionais.

Por outro lado, a JS Precision possui uma equipe de engenharia profissional que oferece um serviço completo, desde o projeto colaborativo DFM até testes de processo completo, otimizando com precisão estruturas e processos de engrenagens para atender às diferentes necessidades de fabricação de engrenagens de transportadores sob diversas condições operacionais.

Deseja que seu sistema transportador se adapte às condições operacionais específicas e alcance uma operação de longo prazo e sem falhas? Envie seus parâmetros de engrenagem do transportador e requisitos operacionais agora, e os engenheiros da JS Precision fornecerão um projeto de solução personalizado gratuito dentro de 24 horas, além de calcular com precisão o custo total do ciclo de vida.

Quais são os principais elementos que afetam o custo de fabricação da engrenagem transportadora?

Os principais fatores de custo na produção de engrenagens transportadoras incluem os materiais, tratamento térmico e usinagem de precisão. A complexidade do processo de usinagem de engrenagens é o principal fator para o custo e deve ser proporcional ao tipo de trabalho e às características de desempenho.

1.Custos de materiais:

Ferro dúctil QT500 ou aço 45# são materiais típicos para engrenagens padrão que geralmente são adequados para carga leve e temperatura ambiente, condições de carga pesada exigem aço carburizado 20CrMnTi/8620 cujo preço é 3 a 5 vezes mais alto, o uso de aço inoxidável 17-4PH em ambientes corrosivos é 6 a 8 vezes mais caro que o aço comum.

2.Custos do tratamento térmico:

O tratamento básico de têmpera e revenido é barato e adequado para aplicações de baixa carga. O custo de cementação e têmpera é 40-60% maior mas a capacidade de carga da superfície do dente será mais de 3 vezes maior.

3.Custo do nível de precisão:

Hobbing para ISO 6-8 é a opção mais barata. A ISO 4-5 exige a etapa adicional de retificação de engrenagens, o que resultará em um aumento de custo unitário de 80-120%.

Para apresentar vividamente a diferença de custo da fabricação de engrenagens transportadoras sob vários processos e níveis de precisão, abaixo está uma tabela detalhada de comparação de dados de vários processos de usinagem de engrenagens:

Figura 1: um diagrama de linha detalhado que ilustra os principais componentes (acionamento, acoplamento, caixa de engrenagens, polia) e suas conexões em um sistema de engrenagem transportadora acionado por correia.

Quando a fabricação de engrenagens transportadoras exige soluções personalizadas em vez de peças padrão?

As engrenagens padrão regulares atendem apenas às necessidades básicas de transporte. No entanto, a fabricação de engrenagens personalizadas é a única maneira de realizar condições de trabalho sem falhas e com maior eficiência.

• Limitações de espaço: As caixas de engrenagens padrão não podem ser usadas em espaços muito pequenos ou em transportadores inclinados 45. A personalização pode maximizar a configuração do cubo e alterar o ângulo da hélice.
• Condições extremas de trabalho: As engrenagens padrão com vedações IP54 são facilmente penetráveis pela poeira e o aço comum é facilmente corroído. A personalização pode fornecer vedações IP65, tinta anticorrosiva ou aço inoxidável 17-4PH pode ser usado.
• Parâmetros fora do padrão: relações de velocidade fora do padrão, como 1:13,7, não podem ser obtidas com componentes padrão. A personalização pode ser feita na curva de potência do motor, resultando na economia de custos de eletricidade.

Engrenagens de transmissão por correia vs. Direct Drive: A personalização é a chave para a eficiência?

As engrenagens de acionamento por correia são o coração dos acionamentos por correia e sua combinação é o que faz o sistema funcionar sem problemas. As peças prontas para uso não se encaixam bem, mas uma solução personalizada pode corrigir com eficácia problemas de desgaste e deslizamento.

Os principais pontos problemáticos do cinturão

As engrenagens de acionamento por correia padrão apresentam um perfil de dente universal que dificilmente se encaixa nas correias dedicadas, portanto, a taxa de desgaste aumenta, a vida útil é reduzida e a rugosidade da superfície do dente Ra >1,6m faz com que elas escorreguem facilmente e, consequentemente, funcionem com menor eficiência.

O valor do perfil dentário personalizado

A JS Precision personaliza e otimiza os perfis dos dentes, garantindo uma distribuição uniforme da carga na superfície dos dentes da engrenagem de transmissão por correia com uma taxa de contato de mais de 85%, o que ajuda muito os clientes a economizar custos de manutenção.

Avaliando os custos do tempo de inatividade

Um conjunto personalizado de engrenagens de correia aumentará o preço inicial em US$ 800, no entanto, eles serão capazes de eliminar as perdas de 8 horas de inatividade, portanto, o período de retorno do investimento será de apenas 3 semanas.

Figura 2: um gráfico de comparação lado a lado contrastando um sistema Gear Drive (apresentando engrenagens interligadas) com um sistema Belt Drive (apresentando polias e uma correia) para transmissão de potência.

Como a usinagem de engrenagens espirais melhora o desempenho em transportadores de alta carga?

A engrenagem espiral é o núcleo do transporte de alta carga; a precisão da usinagem determina a estabilidade do sistema. A usinagem profissional de engrenagens espirais pode melhorar o desempenho e reduzir falhas.

Tabela de cenários adequados para diferentes ângulos de hélice

• Otimização do ângulo da hélice: Uma faixa comumente usada é 15°-25°. Aumentar o ângulo leva a uma transmissão mais suave, mas ao mesmo tempo resulta em uma força axial maior. A usinagem de alta precisão pode manter o erro dentro de ±0,05°.
• Influência da precisão da usinagem: Ao reduzir o erro do perfil do dente, menos ruído e vibração são gerados. As máquinas Gleason podem produzir mais de 90% de cobertura da área de contato na superfície do dente.
• Dilema de custo: A retificação de precisão aumenta os custos, mas traz uma eficiência de transmissão de quase 98%, portanto, motores menores podem ser usados e a eletricidade pode ser economizada por um longo tempo.

Deseja personalizar engrenagem espiral de alta precisão para seu sistema transportador de alta carga? Envie seus requisitos de carga e velocidade e a JS Precision otimizará os parâmetros do ângulo da hélice gratuitamente e fornecerá um plano de processo de usinagem de engrenagem espiral.

A complexidade da fabricação de engrenagens helicoidais é justificada para sua aplicação em transportadores?

A fabricação de engrenagens helicoidais é complexa e cara, mas suas características de travamento automático e alta taxa de redução são insubstituíveis. O custo adicional pode ser compensado por meio de uma operação estável a longo prazo.

Tabela de desempenho e emparelhamento de material de engrenagem sem-fim

Valor de segurança da função de travamento automático

Os transportadores de elevação devem ter um recurso de rotação anti-reversa. A fabricação de engrenagens helicoidais pode fornecer autotravamento mecânico, reduzindo assim o custo do freio. O travamento automático é confiável quando o ângulo de ataque é <6°.

Emparelhamento de materiais científicos

As engrenagens sem-fim profissionais usam sem-fim 20CrMnTi carburizados e temperados e rodas sem-fim de bronze estanho ZCuSn10P1. Embora o preço seja mais alto,a resistência ao desgaste é bastante melhorada, assim a vida útil é estendida.

Dissipação e falha de calor

Os conjuntos de engrenagens helicoidais padrão têm grande probabilidade de superaquecer e sofrer falhas na superfície do dente se carregados excessivamente. A fabricação de engrenagens personalizadas é capaz de alterar os perfis da superfície dos dentes e as ranhuras de lubrificação para que o calor seja reduzido.

Como a usinagem precisa de engrenagens cônicas afeta a confiabilidade do transportador a longo prazo?

A precisão da usinagem de engrenagens cônicas determina a confiabilidade do transporte de cantos. Em cenários de serviço pesado, a usinagem de precisão é a chave para evitar falhas e reduzir perdas por tempo de inatividade.

Um segredo dos pontos de contato na superfície do dente

Basicamente, uma usinagem comum de engrenagem cônica fornecerá apenas uma pequena área de pontos de contato e essa é a razão pela qual as falhas por pite são tão frequentes. A usinagem rígida de 5 eixos da JS Precision é capaz de produzir pontos de contato com mais de 85% de área, o que significa que a tensão de contato é reduzida.

A importância da integridade da superfície

O retificação de engrenagens reduz a rugosidade e o desgaste da superfície do dente; por outro lado, a usinagem de precisão mantém as tolerâncias de desvio sob controle e, assim, a vida útil do rolamento aumenta.

Vibração e estabilidade do produto

A usinagem precisa de engrenagens cônicas é capaz de reduzir bastante os níveis de vibração, permitindo assim que a operação seja muito suave. Isto não só facilita o manuseio, mas também o torna adequado para transportar itens frágeis como vidro e cerâmica.

Figura 3: close-up detalhado de uma engrenagem helicoidal (espiral) sendo engrenada com outro componente, mostrando seus dentes precisos.

A fabricação de equipamentos em pequenos lotes pode resolver problemas urgentes com equipamentos fora do padrão?

A fabricação de engrenagens em pequenos lotes é uma solução de verificação de protótipos e peças de reposição de emergência para equipamentos fora do padrão. Isso ajuda a quebrar as limitações de quantidades mínimas de pedidos de grandes volumes e problemas de correspondência demorados.

• Realidade dos custos de pequenos lotes: O MOQ para fabricação de engrenagens em pequenos lotes pode ser tão baixo quanto 5 a 20 peças. Embora o preço unitário seja mais alto, a ausência de molde ajuda a economizar nos custos de moldese evitar o bloqueio de estoque.
• Ciclo de entrega de peças sobressalentes de emergência: O fornecimento de pequenos lotes é muito eficaz, pois a entrega pode ser feita dentro de 2 a 3 semanas, o que é 4 vezes mais rápido do que a entrega de peças sobressalentes importadas, portanto, lotes pequenos são uma boa solução para peças sobressalentes urgentes.
• Um atalho para a verificação do protótipo: o risco de P&D é reduzido usando pequenos lotes de engrenagens para testar primeiro o desempenho da engrenagem e, em seguida, prosseguir para a produção em larga escala depois que o desempenho for confirmado.

Como evitar a armadilha da seleção de fornecedores de equipamentos personalizados?

A qualidade da fabricação de equipamentos personalizados desempenha um papel importante na força do fornecedor. Se você escolher o fornecedor errado, você aumentará seus custos e riscos. Se você dominar os padrões de avaliação científica, poderá evitar os erros mais comuns.

• Capacidades do equipamento: É necessário que os fornecedores tenham máquinas-ferramentas de alta qualidade como a Gleason, estejam equipados com um centro de medição de engrenagens e sejam capazes de emitir relatórios de testes completos.
• Sistema de Qualidade: Juntamente com a ISO 9001 que serve como nível básico, é dada preferência à certificação IATF 16949. A análise estatística do CEP e a amostragem aleatória dos principais parâmetros são obrigatórias.
• Suporte de engenharia: fornecedores especializados não fornecerão promessas vagas, mas sim soluções de parâmetros específicos. Você pode verificar suas capacidades por meio de questionamentos profissionais.
• Vantagens do JS Precision: Os custos totais são 30% a 40% mais baixos em comparação com fornecedores europeus e americanos. A resposta aos desenhos 3D é dada em 24 horas, sendo os desenhos 3D acompanhados das soluções. Além disso, nossa empresa tem uma boa reputação na clientela global.

Procurando um fornecedor confiável de fabricação de engrenagens personalizadas, mas não sabe como avaliá-lo? Solicite a "Lista de verificação de avaliação de fornecedores de fabricação de engrenagens personalizadas" da JS Precision e examine cada item da lista de verificação para evitar facilmente armadilhas de seleção.

Estudo de caso: JS Precision economiza 37% dos custos e reduz o tempo de entrega em 50%

Desafio

Uma empresa de equipamentos de manuseio de materiais com sede nos EUA estava comprando engrenagens cônicas em espiral (módulo 8, ângulo de hélice 25°, material 8620) para sua nova linha de transportadores para serviços pesados.

O fornecedor europeu original cobrava US$ 4.800 cada pela fabricação da engrenagem do transportador, com um prazo de entrega de 22 semanas e uma quantidade mínima de pedido (MOQ) de 20 peças, o que significa um investimento total de US$ 96.000. O cliente tem que lidar com dois problemas: atraso no lançamento de novos equipamentos e crise de fluxo de caixa ao mesmo tempo.

Solução JS Precision

1. Otimização colaborativa do DFM:

Os engenheiros da JS Precision sugeriram alterar o raio do filete da raiz de R0,8 para R1,2, reduzindo assim o fator de concentração de tensão da raiz em 28%. Ao mesmo tempo, a tolerância do ângulo da hélice foi relaxada de ±0,1° para ±0,15°.

Os testes de carga das engrenagens confirmaram que a precisão da transmissão não foi comprometida e que a eficiência de usinagem das engrenagens também foi elevada em 32%, portanto, o tempo de usinagem de peça única foi reduzido em 1,5 horas.

2. Atualização do processo:

O uso de uma cadeia de processo de fresagem de engrenagens de precisão (erro de passo cumulativo 0,02mm) + cementação e têmpera (profundidade da camada 1,2±0,1mm, dureza da superfície do dente HRC 58-62) + CNC A retificação de engrenagens não só é possível fazer com que a área de contato da engrenagem cônica espiral seja superior a 90% e a rugosidade da superfície do dente Ra≤0,4μm, mas também satisfaça completamente o torque das linhas transportadoras de serviço pesado de 1200Nm.

3. Produção flexível:

Facilite o lançamento da produção com um MOQ de 5 peças e faça novos pedidos conforme necessário. Em comparação, a quantidade mínima de pedido do fornecedor original era de 20 peças.

Portanto, o investimento de capital inicial do cliente é reduzido de US$ 96.000 para US$ 15.100, aliviando a restrição financeira em 75%. Enquanto isso, a capacidade é 10% flexível para acomodar requisitos de pedidos emergenciais.

Resultados

• Custo unitário: O custo unitário é de US$ 3.020, 37% menos do que os fornecedores europeus, portanto, o custo de aquisição da fabricação de engrenagens transportadoras é diretamente reduzido.
• Ciclo de entrega: O primeiro lote de produtos foi entregue em 8 semanas, o que é 64% menor que as 22 semanas originais. Além disso, os lotes subsequentes foram entregues regularmente dentro de seis semanas, assim o cliente conseguiu cumprir o cronograma de lançamento do novo equipamento.
• Desempenho de qualidade: O nível de ruído era de apenas 68dB quando o teste de instalação estava sendo realizado, o que é um valor inferior ao exigido pelo cliente de 72dB. O equipamento conseguiu funcionar durante 12 meses sem quaisquer avarias, pelo que o desempenho do equipamento foi muito além da média da indústria.

Deseja reduzir custos e acelerar seu projeto de fabricação de engrenagens transportadoras, mantendo a alta qualidade? Envie seus requisitos de aquisição de equipamentos e a JS Precision personalizará uma solução de otimização DFM dedicada para você, controlando com precisão os custos e o tempo de entrega.

Figura 4: Uma única e grande engrenagem cônica metálica com dentes angulares cortados com precisão, isolada em um fundo branco.

Perguntas frequentes

Q1: Quanto normalmente existe a diferença de preço entre engrenagens padrão e engrenagens personalizadas?

Para a fabricação de engrenagens personalizadas em lotes pequenos e médios, os produtos são 30% a 60% mais caros do que as engrenagens padrão. Ainda assim, se você levar em conta a manutenção total do ciclo de vida e os custos de tempo de inatividade, as engrenagens personalizadas são mais econômicas para a maioria das condições operacionais.

Q2: Em que situações devem ser usadas engrenagens helicoidais personalizadas?

Quando a distância central e a relação de velocidade de um sistema transportador não são parâmetros padrão ou as condições de trabalho são muito exigentes (alta poeira, corrosão forte ou temperatura ultra-alta), a engrenagem espiral padrão não será capaz de atender aos requisitos e terá que ser personalizada.

Q3: Qual é o ângulo de hélice máximo que pode ser usinado para uma engrenagem espiral?

A tecnologia de usinagem de engrenagens espirais da JS Precision é capaz de usinar consistentemente ângulos de hélice de até 35°. Uma avaliação completa do módulo de engrenagem e da estrutura geral deve ser feita para determinar as soluções de usinagem específicas.

Q4: A função de travamento automático da fabricação de engrenagens helicoidais é confiável?

O autotravamento mecânico estável pode ser obtido se o ângulo de ataque da engrenagem helicoidal for mantido em 6° ou menos. No entanto, esse recurso não é recomendado para ser usado sozinho para garantir a segurança de aplicações críticas de transporte, como elevadores e içamento em grandes altitudes.

Q5: Quais materiais são normalmente usados para fazer engrenagens transportadoras?

Para a fabricação de engrenagens transportadoras que são submetidas apenas a cargas leves, normalmente são usados aço 45# ou ferro dúctil QT500, engrenagens para cargas pesadas geralmente são feitas de aço carburizado 20CrMnTi/8620 e, para ambientes corrosivos, a escolha geralmente é o aço inoxidável 17-4PH.

Q6: Como verificar se a precisão da engrenagem atende aos padrões?

A maneira mais precisa é solicitar o relatório de inspeção GMC da fábrica de engrenagens do transportador, que mostrará se os dados de desvio específicos do perfil do dente, direção do dente e passo do dente estão em conformidade com os padrões.

Q7: Quanto tempo leva para passar dos desenhos às amostras?

Normalmente, leva de 2 a 3 semanas desde os desenhos até as amostras para a fabricação de equipamentos personalizados padrão. Para engrenagens helicoidais ou helicoidais complicadas, o tempo de produção da amostra é de aproximadamente 4 a 5 semanas, dependendo da complexidade do processo.

Q8: Você é capaz de fabricar engrenagens de aço inoxidável?

Sim. A JS Precision frequentemente utiliza aço inoxidável endurecido por precipitação 17-4PH ao fabricar engrenagens resistentes à corrosão na fabricação de engrenagens transportadoras. As engrenagens podem ser tratadas termicamente com HRC 38-44.

Resumo

Não existe uma solução única para a escolha de engrenagens transportadoras que se adapte a todas as situações. As engrenagens padrão têm a vantagem de serem baratas, enquanto as engrenagens personalizadas são mais apropriadas para operação a longo prazo e podem resolver os problemas das peças padrão.

A JS Precision, por meio de sua tecnologia profissional de usinagem de engrenagens, desenvolveu soluções econômicas de engrenagens para sistemas de transporte em diferentes setores.

Não permita que a seleção de engrenagens seja um ponto de risco em seu projeto de transportador. Forneça-nos as especificações ou desenhos do seu transportador e nossa equipe de engenharia oferecerá a você uma análise técnica gratuita dentro de 24 horas para que a linha do transportador possa funcionar de forma eficiente, estável e sem falhas por um longo período.

JS

Especialista em Prototipagem Rápida e Fabricação Rápida

Especializamo-nos em usinagem CNC, impressão 3D, fundição de uretano, ferramental rápido, moldagem por injeção, fundição de metais, chapas metálicas e extrusão.

Got thoughts or experiences to share? We'd love to hear from you!