Fabricação de engrenagens para guindastes: um guia sobre tipos, seleção de materiais e otimização de custos.

A fabricação de engrenagens para guindastes desempenha um papel fundamental na confiabilidade do sistema de transmissão do equipamento. Por serem dispositivos que realizam operações de alto risco e com cargas pesadas, os guindastes submetem suas engrenagens de transmissão a enormes impactos e tensões alternadas durante o içamento e movimentação da carga.

Caso as engrenagens quebrem, não só haverá a paralisação do equipamento, como também poderão ocorrer acidentes de segurança e atrasos no projeto, o que, por sua vez, causará perdas econômicas superiores ao valor do desempenho da engrenagem em si .

Os dados revelam que mais de 60% das falhas em caixas de engrenagens de guindastes são devidas a problemas nas engrenagens, das quais 90% são causadas pela escolha inadequada do material ou pela falta de tratamento térmico apropriado. Um processo de usinagem de engrenagens de alta qualidade é a melhor maneira de eliminar esses problemas pela raiz .

Visão geral das respostas principais

Principais conclusões:

• O material define a carga e a capacidade de suporte:

Para engrenagens de guindastes de serviço pesado, as configurações típicas são 42CrMo4 com dureza revenida de 280-320 HB e 20CrMnTi com dureza superficial de 58-62 HRC após cementação.

• O tratamento térmico faz a diferença entre a vida e a morte:

Manter a espessura da camada cementada entre 2 e 4 mm e ter uma zona de transição suave na camada endurecida pode aumentar a vida útil da engrenagem em mais de 30% .

• A precisão determina o ruído e o desgaste:

A retificação de engrenagens pode aumentar a precisão das engrenagens de DIN8 para DIN5-6, permitindo que os padrões de contato sejam aprimorados para mais de 80% do comprimento do dente.

• Comprar de fornecedores locais não é a melhor opção:

Ao procurar por "usinagem de engrenagens perto de mim", certifique-se de avaliar primeiro as capacidades técnicas do fornecedor. A cadeia de suprimentos chinesa apresenta vantagens consideráveis ​​em termos de custo e qualidade nesse aspecto.

Por que confiar nos serviços de fabricação de engrenagens para guindastes da JS Precision?

A JS Precision é especializada em pesquisa e desenvolvimento e na fabricação de engrenagens robustas para guindastes, com mais de 15 anos de experiência na área. Nossa equipe principal é composta por especialistas em tecnologia de usinagem de engrenagens de ponta.

Nossos padrões de produção estão rigorosamente em conformidade com as especificações de projeto de engrenagens de guindastes da norma ISO 6336-1:2019 . Implementamos também o controle digital em todo o processo, desde a seleção de materiais até a inspeção dos produtos acabados.

Em termos de maquinário, dispomos de grandes máquinas de fresagem de engrenagens CNC com diâmetros ≤2000mm, retificadoras de engrenagens de alta precisão da marca Niles e fornos de cementação em atmosfera controlada.

Somos capazes de realizar usinagem integrada para diversas engrenagens de guindaste com um módulo de até 32 mm e podemos alcançar uma precisão de usinagem de engrenagens estável de DIN5 , que é significativamente superior ao padrão da indústria de DIN8.

Possuímos um laboratório de análise de falhas em nossas instalações e já ajudamos a solucionar problemas de falhas prematuras em engrenagens de guindastes nos setores portuário, siderúrgico e da construção civil em mais de 30 países ao redor do mundo . Nosso processo aprimorado de cementação de engrenagens de alta resistência permite prolongar a vida útil à fadiga das engrenagens em mais de três vezes a média do setor.

Em um dos casos, otimizamos o processo de fabricação de engrenagens de um guindaste de 40 toneladas em um porto, o que resultou em uma extensão do ciclo de falha das engrenagens de 8.000 horas para 25.000 horas e, ao mesmo tempo, os custos de aquisição foram reduzidos em 35%.

Em termos de garantia de qualidade, cada lote de engrenagens recebe uma garantia completa do material , relatório de testes de tratamento térmico e dados de testes de precisão do perfil do dente, garantindo rastreabilidade completa do ciclo de vida e tornando-se um fornecedor essencial de engrenagens para guindastes para muitos fabricantes de guindastes de renome internacional.

Deseja evitar falhas prematuras e alcançar uma vida útil extremamente longa para as engrenagens de seus guindastes? Entre em contato com a equipe de engenharia da JS Precision agora mesmo, envie as condições e parâmetros de operação de suas engrenagens e você poderá receber gratuitamente uma solução técnica personalizada para a fabricação de engrenagens de guindastes, mitigando os riscos de falha desde a origem.

Quais são os principais tipos de engrenagens na fabricação de engrenagens para guindastes?

Os três componentes principais de um guindaste desempenham funções diferentes, portanto, cada um deles requer um tipo diferente de engrenagem. Consequentemente, tipos específicos devem ser combinados na fabricação de engrenagens para guindastes.

Os processos profissionais de usinagem de engrenagens garantem o desempenho das engrenagens, e a tecnologia de fabricação de engrenagens helicoidais e cônicas são os fatores-chave que determinam a qualidade das engrenagens especiais.

Principais tipos de engrenagens em mecanismos de elevação

Como o mecanismo de elevação é um componente central robusto e de alta resistência, as engrenagens nele contidas devem ser capazes de suportar a carga de impacto máxima, exigindo, portanto, uma precisão de usinagem extremamente alta :

• Engrenagens helicoidais: Um tipo típico de engrenagem nos mecanismos de elevação modernos de guindastes. Graças à sua alta sobreposição de engrenamento, o ruído é reduzido em 5 a 8 dB em comparação com as engrenagens cilíndricas de dentes retos, e a capacidade de carga é aumentada em 20 a 30%. A precisão da retificação da superfície da engrenagem deve estar em conformidade com a norma DIN 5-6 .
• Engrenagens em espinha de peixe: Encontradas principalmente em guindastes de tonelagem ultragrande, possuem força axial autoequilibrada, módulo de 28 a 36 mm, ângulo de hélice de 20 a 28° e transmissão de potência em estágio único superior a 500 kW. Portanto, essas engrenagens exigem potência muito alta e equipamentos de usinagem especializados.

Mecanismos de giro e engrenagens planetárias

• Engrenagens de rolamento de giro: Na maioria das vezes, são anéis de engrenagem internos, feitos de aço 42CrMo4, com dureza superficial dos dentes entre 56 e 62 HRC após têmpera por indução, camada endurecida com espessura superior a 4 mm e deformação por têmpera ≤ 0,05 mm.
• Mecanismo de Engrenagens Planetárias: Uma estrutura compacta e com alta densidade de potência é algo que um mecanismo de redução para guindastes de grande tonelagem , que exige folga de engrenamento consistente entre várias engrenagens, consideraria muito útil.

Aplicações de engrenagens sem-fim em guindastes

A fabricação de engrenagens helicoidais é utilizada principalmente em mecanismos de rotação e ajuste fino, com características de travamento automático para evitar deslizamentos sob cargas de elevação.

A combinação clássica de materiais é a engrenagem sem-fim temperada por cementação 20CrMnTi e a engrenagem sem-fim de bronze estanhado ZCuSn10P1 , o que exige um controle rigoroso da rugosidade da superfície dos dentes da engrenagem sem-fim.

Deseja combinar com precisão os tipos de engrenagem de cada mecanismo do guindaste? Informe à JS Precision a tonelagem do seu guindaste e as condições de operação para receber uma lista de seleção de engrenagens gratuita. Clique para visualizar nosso guia de seleção de engrenagens .

Como selecionar o material certo para o equipamento do seu guindaste?

O material é a base do desempenho das engrenagens. O primeiro passo na fabricação de engrenagens para guindastes é a seleção precisa do material. Fornecedores especializados recomendarão os materiais adequados com base na carga, velocidade e outras condições de operação para garantir a capacidade de carga e a vida útil.

Tipos comuns de materiais para equipamentos de elevação

Principais fatores de decisão para a seleção de materiais

• Características de carga: Cargas de impacto exigem engrenagens feitas de 20CrMnTi com boa tenacidade do núcleo; para cargas médias estáveis, pode-se optar pelo 42CrMo4.
• Dureza da superfície da engrenagem: Uma dureza superficial de HRC>55 requer aço 20CrMnTi após cementação/endurecimento por indução; para uma faixa de dureza média a baixa, os aços 40Cr ou 45# são as opções.
• Restrições de custo: O preço de compra do aço 42CrMo4 é cerca de 1,2 vezes o preço do aço 20CrMnTi. Aços de baixo custo com médio teor de carbono podem ser priorizados para aplicações com cargas leves.

A importância da rastreabilidade dos materiais

Fornecedores de boa reputação fornecerão certificados completos de qualidade do material, incluindo o número do forno, a composição química e outros dados, garantindo a rastreabilidade do material da engrenagem e evitando falhas prematuras devido ao uso de materiais de qualidade inferior.

Figura 1: Uma variedade de engrenagens acabadas em diversos metais e plásticos, mostrando diferentes tamanhos e perfis de dentes para seleção de materiais.

Como o tratamento térmico otimiza a fabricação de engrenagens de guindastes para cargas pesadas?

O tratamento térmico é o processo fundamental para melhorar a resistência à fadiga e ao desgaste das engrenagens de guindastes. No processo de fabricação de engrenagens de guindastes , o controle dos parâmetros do processo de tratamento térmico determina diretamente a vida útil das engrenagens.

A fabricação profissional de engrenagens para guindastes oferece soluções exclusivas de tratamento térmico personalizadas, baseadas nos materiais, módulos e condições de trabalho das engrenagens.

Controle dos parâmetros principais para cementação e têmpera

A cementação e têmpera são os principais métodos de processamento para engrenagens de serviço pesado, e os parâmetros devem ser ajustados com muita precisão de acordo com o tamanho do módulo da engrenagem:

• Parâmetros básicos: Temperatura de cementação de 920-950℃, potencial de carbono de 1,0-1,2% durante o período de cementação intensa, 0,8-0,9% durante o período de difusão e têmpera em óleo para garantir dureza uniforme.
• Profundidade da camada endurecida: 1,2-1,8 mm para módulos de 5 a 8 mm, 1,8-2,5 mm para módulos de 8 a 12 mm e 2,5-4,0 mm para módulos com mais de 12 mm.

Aplicação do endurecimento por indução em engrenagens de grandes dimensões

Para anéis de engrenagem de diâmetro ultragrande (>2000 mm), a cementação integral é cara e causa muita deformação. Portanto, o endurecimento por indução da superfície da engrenagem é a prática usual.

• Seleção de frequência: A frequência média (2-10 kHz) produz uma camada endurecida de 2 a 4 mm, adequada para cargas pesadas; a frequência alta (20-50 kHz) produz uma camada endurecida de 1 a 2 mm, adequada para cargas leves.
• Padrão de dureza: A dureza da superfície da engrenagem após a têmpera é de 56-62 HRC , o que é suficiente para resistência ao desgaste.

Tratamento de têmpera e revenido e tratamento de normalização

• Tratamento de têmpera e revenido: A têmpera e o subsequente revenido em alta temperatura produzem uma microestrutura sorbítica cuja dureza é de aproximadamente 240-320 HB . Tal material é adequado para aplicações com cargas moderadas, como o aço 42CrMo4.
• Tratamento de Normalização: É o método de preparação de peças forjadas para eliminar as tensões de forjamento, refinar os grãos e obter uma superfície adequada para usinagem.

Compensação de retificação de precisão após cementação

O tratamento de cementação causa a deformação das engrenagens, sendo necessário prever uma sobremedida de retificação de 0,15 a 0,25 mm para cada superfície do dente. Após a cementação, realize o acabamento com uma retificadora de engrenagens Niles até a classe DIN 5-6, com a área de contato superior a 80% do comprimento do dente.

Tabela comparativa dos parâmetros do processo de tratamento térmico para engrenagens de guindastes

Como alcançar a otimização de custos sem comprometer a qualidade dos equipamentos?

Na fabricação de engrenagens para guindastes, existem maneiras de equilibrar qualidade e custo. Fornecedores especializados podem ajudar a reduzir os custos totais em 15 a 30% , mantendo o desempenho por meio da otimização do projeto, do processo e da cadeia de suprimentos.

A otimização do DFM reduz os custos de fabricação.

Ao trabalhar com a equipe de produção no projeto da engrenagem para otimização DFM ( Design for Manufacturing), é possível contribuir para a melhoria da eficiência do processo e, consequentemente, reduzir os custos de produção em 10 a 15%.

Economia de lote e seleção de peças em branco

O tamanho do lote de produção determina o método de processamento do blank, o que, por sua vez , tem um impacto direto nos custos:

• Peça única/lote pequeno: Peças forjadas em bruto, taxa de utilização de material de 60 a 70% , mais adequadas para produção não padronizada, como engrenagens cilíndricas personalizadas.
• Produção em grande escala: A partir de tarugos laminados em anel, com taxa de utilização de material de 85%, o que resulta em uma economia de 25% nos custos de material. A produção de engrenagens padrão pode ser realizada por meio desse método.

A importância da integração da cadeia de suprimentos

Um fornecedor de cadeia completa é um único fornecedor capaz de suprir toda a cadeia de produção, desde as peças brutas, passando pelo processamento, tratamento térmico e testes. Esse tipo de fornecedor ajuda a reduzir os custos totais de aquisição em 15 a 20% em comparação com a aquisição descentralizada.

Quando devo optar por engrenagens cilíndricas de dentes retos personalizadas ou por um fabricante de engrenagens cônicas?

Engrenagens padrão se adaptam perfeitamente apenas às condições gerais de trabalho. Engrenagens cilíndricas personalizadas são preferíveis em condições de trabalho especiais ou construções não padronizadas. Fornecedores profissionais podem fornecer engrenagens personalizadas com a solução ideal.

Cenários típicos para engrenagens cilíndricas personalizadas

Cenários que exigem engrenagens cilíndricas de dentes retos personalizadas : distâncias entre centros não padronizadas, limitações especiais de espaço para instalação e a necessidade de eixos ou flanges integrados.

Aplicação de engrenagens cônicas helicoidais em guindastes

As engrenagens cônicas helicoidais são uma das opções de transmissão em ângulo reto para guindastes. Comparadas às engrenagens cônicas retas, elas apresentam uma sobreposição de engrenamento 30% maior, 25% mais capacidade de carga e são de 3 a 5 dB mais silenciosas.

Um fabricante profissional de engrenagens cônicas deve possuir máquinas-ferramenta Gleason e equipamentos de teste Klingelnberg para garantir a precisão de usinagem das engrenagens cônicas helicoidais.

Fluxo de Validação do Processo de Peças Personalizadas

Engrenagens personalizadas devem ser validadas minuciosamente: modelagem 3D e simulação de malha, fabricação de protótipos e verificação em tamanho real, testes de fadiga em bancada por mais de 5 milhões de ciclos , produção experimental em pequenos lotes e monitoramento de CEP (Controle Estatístico de Processo).

Precisa personalizar engrenagens de guindaste para condições de trabalho especiais? Envie seus requisitos não padronizados e desenhos de projeto para a JS Precision e torne-se um parceiro de engrenagens cilíndricas personalizadas, contando com suporte técnico profissional de um fabricante de engrenagens cônicas.

Figura 2: Um close-up de três engrenagens cilíndricas de dentes retos metálicas de alta precisão, com dentes afiados e bem definidos, exibidas contra um fundo branco.

A usinagem de engrenagens local perto de mim é uma solução economicamente viável?

Os clientes costumam digitar " usinagem de engrenagens perto de mim " para encontrar fornecedores, mas a proximidade geográfica não é o fator principal. As habilidades técnicas do fornecedor determinam tanto a qualidade das engrenagens quanto o custo total , e o valor de um fornecedor de qualidade supera em muito as vantagens geográficas.

Distância geográfica versus distância técnica

Após realizar a pesquisa, determine as capacidades técnicas do fornecedor sob três perspectivas: a disponibilidade de equipamentos de processamento em larga escala, a posse de uma gama completa de instalações de tratamento térmico e a utilização de métodos de teste abrangentes.

Vantagens de custo da cadeia de suprimentos chinesa

A cadeia produtiva na China é muito completa, o que resulta em grandes vantagens de custo em relação à Europa e aos EUA: o preço das matérias-primas na China é de 15 a 25% mais barato , os polos industriais são bem desenvolvidos e o ciclo de entrega é reduzido em mais de 50%.

JS Precision como seu parceiro de fabricação na China

Escolher a JS Precision como seu fornecedor significa obter comunicação técnica eficiente, garantia de qualidade AS9100/ISO9001 , serviço completo e entrega com excelente custo-benefício.

Procura um fornecedor de engrenagens para guindastes com boa relação custo-benefício e quer se libertar das limitações geográficas de "usinagem de engrenagens perto de mim"? Entre em contato com a JS Precision agora mesmo para conhecer as vantagens da cadeia de suprimentos de fabricação de engrenagens da China e obter um orçamento gratuito.

Estudo de Caso da JS Precision: Economia de 35% no Reparo de Caixas de Engrenagens de Guindastes na Austrália

Desafio

Um guindaste pórtico de 40 toneladas em um porto australiano apresentava um problema de corrosão por pite prematura em suas engrenagens redutoras rotativas (42CrMo4, módulo 12-68 dentes), resultando em uma vida útil das engrenagens inferior a 8.000 horas . O fornecedor original europeu de engrenagens para guindastes tinha um prazo de entrega de 26 semanas , não estava disposto a realizar uma análise de falhas e o custo de uma única compra era de US$ 12.000.

Solução

A JS Precision, fornecedora profissional de engrenagens para guindastes , desenvolveu uma solução personalizada em três etapas que utiliza tecnologia de usinagem de engrenagens de alta precisão em todo o processo:

1. Análise de Falhas e Otimização de Projeto:

Por meio de testes profissionais, constatou-se que a profundidade da camada endurecida da engrenagem original era de apenas 1,2 mm e a dureza do núcleo era inferior a 250 HB, o que era a principal causa da corrosão por pite precoce.

Atualizamos os materiais das engrenagens para 20CrMnTi, aumentando assim a profundidade da camada cementada para 2,8-3,2 mm , e também alteramos o raio de concordância da raiz do dente de R0,8 para R1,2 mm, a fim de melhorar a resistência à fadiga da engrenagem.

2. Reestruturação da Cadeia de Processos:

É utilizado um processo de fabricação de engrenagens para guindastes que inclui "forjamento de precisão + normalização isotérmica + cementação em atmosfera controlada + retificação CNC". O processo de cementação utiliza controle duplo com sonda de oxigênio e estabilizador de carbono para obter uma precisão de potencial de carbono de ±0,05%. A precisão das engrenagens é elevada ao nível DIN 5 pelo processo de retificação.

3. Inspeção completa e monitoramento SPC de 100% das engrenagens:

Cada engrenagem é submetida a um extenso programa de inspeção , que, além da inspeção do perfil e da direção dos dentes, inclui também a inspeção da dureza superficial, da profundidade da camada endurecida e a inspeção por partículas magnéticas. O monitoramento do processo SPC garante a consistência da produção em lote.

Resultados

• A vida útil das engrenagens foi prolongada para mais de 25.000 horas, eliminando assim completamente o problema de corrosão por pite.
• Os custos de aquisição foram reduzidos para US$ 7.800, ou seja, 35% a menos do que o preço dos fornecedores europeus.
• O prazo de entrega foi reduzido para 12 semanas, atendendo assim às demandas urgentes do porto.

Deseja replicar os resultados de otimização de custos e melhoria de desempenho deste estudo de caso? Entre em contato com o engenheiro de casos da JS Precision para saber mais sobre o processo de fabricação de engrenagens para guindastes, incluindo reparo de engrenagens, e receba uma solução gratuita para o reparo de engrenagens do seu equipamento.

Figura 3: Imagem de uma escavadeira amarela ao lado de um detalhe ampliado de sua grande engrenagem giratória metálica, usada para rotação.

Perguntas frequentes

Q1: Quais são os materiais mais comumente usados ​​para engrenagens de guindastes?

Dois materiais são frequentemente usados ​​para engrenagens de guindastes: o aço temperado 42CrMo4 para condições de carga média e o aço cementado 20CrMnTi para condições de carga pesada. A dureza superficial após a cementação é de 58-62 HRC e, por isso, é o material mais adequado para engrenagens de carga pesada.

Q2: Como é determinada a profundidade da camada cementada?

A profundidade da camada cementada da engrenagem do guindaste é determinada por um módulo de 15 a 20%. Se o módulo for de 5 a 8 mm, a profundidade será de 1,2 a 1,8 mm; se for de 8 a 12 mm, será de 1,8 a 2,5 mm; e se o módulo for maior que 12 mm, a profundidade será de 2,5 a 4,0 mm.

Q3: Quais são as vantagens das engrenagens helicoidais em comparação com as engrenagens cilíndricas de dentes retos?

As engrenagens helicoidais têm uma taxa de sobreposição de engrenamento muito maior do que as engrenagens cilíndricas de dentes retos. Isso significa que a transmissão é muito suave, a capacidade de carga aumenta em 20 a 30% e o ruído de transmissão é reduzido em 5 a 8 dB. Atualmente, esse tipo de engrenagem é muito comum em mecanismos de elevação de guindastes.

Q4: Qual é o grau de precisão típico para engrenagens de guindaste?

Atualmente, o perfil dos dentes das engrenagens de guindastes precisa ser muito próximo da norma DIN 5-6. Isso só pode ser obtido por retificação da engrenagem, pois os métodos convencionais de fresagem de engrenagens oferecem apenas uma precisão básica de DIN 8.

Q5: O que é uma boa dureza da superfície de um dente?

Engrenagens que serão usadas intensamente geralmente recebem tratamento de cementação, onde a dureza da superfície do dente é mantida entre 58 e 62 HRC ; engrenagens de serviço médio são submetidas a tratamento de têmpera e revenido, e apresentam dureza de 280 a 320 HB ; engrenagens de serviço leve podem ter dureza de 180 a 260 HB .

Q6: Quais são os sinais de que uma engrenagem está falhando?

Se uma engrenagem apresentar corrosão por pite superior a 20%, desgaste na superfície dos dentes, ruído excessivo repentino ou folga de engrenamento excessivamente grande, isso é definitivamente um sinal de falha e a engrenagem deverá ser desligada e substituída imediatamente .

Q7: Como decidir entre têmpera por indução e cementação/têmpera?

O endurecimento por indução é o método preferido para anéis de engrenagem de diâmetro extra grande (maiores que 2000 mm), pois é mais barato de processar e mais fácil de controlar a deformação. Já a cementação/têmpera é a opção escolhida para engrenagens de pequeno e médio porte para serviço pesado, pois resulta em melhor desempenho da superfície dos dentes.

Q8: Qual é a maior engrenagem que pode ser usinada?

A JS Precision pode fabricar engrenagens para guindastes com diâmetro máximo de até 2000 mm e módulo máximo de até 32 mm , atendendo assim aos requisitos da maioria dos guindastes.

Resumo

A produção de engrenagens para guindastes é um processo de engenharia complexo que combina o uso de diferentes materiais, métodos de tratamento térmico e usinagem de precisão. Engrenagens de primeira linha são resultado da escolha do material certo, de um tratamento térmico rigoroso e de altos níveis de usinagem.

Escolher um fornecedor competente na fabricação de engrenagens para guindastes garantirá que as engrenagens sejam adequadas às condições de operação, reduzindo custos, melhorando a eficiência de entrega e assegurando a operação segura e eficiente dos sistemas de transmissão de guindastes.

A JS Precision é uma empresa especializada na fabricação de engrenagens para guindastes, oferecendo soluções completas para engrenagens cilíndricas personalizadas, engrenagens cônicas e muito mais. Graças à sua habilidade e experiência, a JS Precision produz engrenagens robustas e confiáveis ​​para guindastes. Envie-nos as especificações ou desenhos das suas engrenagens e iniciaremos imediatamente uma parceria vantajosa para você!