A partir de la forma de fallo de los engranajes, se puede ver que al diseñar la transmisión por engranajes, la superficie del diente debe tener una alta resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión por picadura, resistencia al pegado y resistencia a la deformación plástica, mientras que la raíz del diente debe tener una alta resistencia a la fractura.
Por lo tanto, los requisitos básicos para los materiales de los engranajes son: la superficie del diente debe ser dura y el núcleo del diente debe ser resistente.
Acero tiene buena tenacidad y resistencia al impacto, y su propiedades mecánicas y la dureza de la superficie del diente puede mejorarse mediante tratamiento térmico o tratamiento térmico químico, por lo que es el más adecuado para la fabricación de engranajes.
También es el material más utilizado para fabricar engranajes.
1. Acero forjado
El acero forjado se utiliza generalmente para fabricar engranajes, y el acero al carbono o el acero aleado con contenido en carbono de (0,15 ~ 0,6)% se utiliza generalmente, excepto los adecuados para la fundición con un tamaño excesivo o una estructura y forma complejas.
El acero forjado utilizado para fabricar engranajes puede dividirse en engranaje de superficie dentada blanda y engranaje endurecido:
Engranaje de superficie dentada blanda (dureza 350HBS):
Debido a los bajos requisitos de resistencia, velocidad y precisión, para facilitar el tallado de engranajes y evitar que la herramienta se desafile debido al rápido desgaste, la pieza bruta del engranaje debe normalizarse o templado y revenido antes del tallado del engranaje.
Cortar para obtener productos acabados.
La precisión suele ser de 8, y puede llegar a 7 durante el corte de precisión.
Este tipo de engranaje es sencillo, económico y eficaz.
Es decir, la pieza en bruto se normaliza (normalizado) o se templa y revenido para cortar los dientes.
Engranaje endurecido (dureza 350HBS):
Se utiliza en maquinaria de alta velocidad, pesada y de precisión (como máquinas herramienta de precisión y motores aeronáuticos).
Además de una excelente propiedades del materialSi la dureza del diente es alta y la superficie del diente tiene una dureza elevada (como 58 ~ 65 HRC), también debe completarse con el rectificado de engranajes.
En la actualidad, la mayoría de los engranajes que necesitan acabado se cortan primero, se templan después y, por último, se acaban.
La precisión puede alcanzar el nivel 5 o 4.
Este tipo de engranaje tiene una gran precisión y un precio elevado, por lo que los métodos de tratamiento térmico incluyen el temple superficial, el carburizado, nitruraciónnitruración blanda y cianuración.
Por lo tanto, el material depende de los requisitos específicos y del método de tratamiento térmico.
Es decir, cortar los dientes, endurecimiento superficial y acabado. El engranaje mecanizado tiene una superficie dentada dura, y la precisión es de grado 5 ó 4.
Acero aleado puede mejorar la tenacidad, la resistencia al impacto, la resistencia al desgaste y la resistencia a la cementación del material en función de la composición y las propiedades del metal contenido.
También puede mejorar las propiedades mecánicas y la dureza de la superficie dental del material mediante tratamiento térmico o tratamiento térmico químico.
Por lo tanto, los engranajes de aviación con alta velocidad, carga pesada, tamaño y peso reducidos se fabrican con acero aleado de excelente rendimiento (como 20CrMnTi, 20Cr2Ni4A, etc.).
2. Acero fundido
El acero fundido tiene buena resistencia al desgaste y fuerza, pero debe ser recocido y normalizado.
También puede templarse y revenirse cuando sea necesario, lo que suele utilizarse para engranajes de gran tamaño.
Fundición gris es frágil, con escasa resistencia al impacto y al desgaste, pero buena adherencia y resistencia a las picaduras.
Suele utilizarse para funcionamiento estable, baja velocidad y baja potencia.
Con el fin de reducir el ruido, se suelen utilizarmateriales metálicos como la baquelita, el nailon, etc. suelen utilizarse como piñón, mientras que el engranaje grande sigue siendo de acero o hierro fundido.
Para que el engranaje tenga suficiente resistencia al desgaste y a la corrosión por picadura, también se requiere la dureza de la superficie del diente, que debe ser de 250 ~ 350 HBS.
Hay muchos tipos de materiales para engranajes, y en la selección deben tenerse en cuenta muchos factores. Los siguientes puntos sirven de referencia:
1. En material del engranaje deben cumplir los requisitos de las condiciones de trabajo
Por ejemplo, los engranajes utilizados en los aviones deben cumplir los requisitos de poco peso, gran potencia de transmisión y alta fiabilidad, por lo que hay que seleccionar aceros aleados con altas propiedades mecánicas;
La transmisión por engranajes en la maquinaria minera suele tener una potencia elevada, una velocidad de trabajo baja y un alto contenido de polvo en el entorno, por lo que se suele utilizar acero fundido o hierro fundido;
La potencia de la maquinaria doméstica y de oficina es muy pequeña, pero requiere una transmisión estable, poco o nada ruidosa, y puede funcionar normalmente con menos lubricación.
Por ello, los plásticos técnicos se utilizan a menudo como materiales para engranajes.
En resumen, el requisito de las condiciones de trabajo es el primer factor que debe tenerse en cuenta a la hora de seleccionar los materiales de los engranajes.
2. Se tendrán en cuenta el tamaño del engranaje, el método de conformación de la pieza bruta, el tratamiento térmico y el proceso de fabricación.
Las palanquillas se suelen utilizar para engranajes grandes, y el material del engranaje puede ser acero fundido o hierro fundido.
Para engranajes con elevados requisitos de tamaño medio e inferior, material de forja y puede utilizarse acero forjado.
Cuando el tamaño es pequeño y los requisitos no son elevados, el acero redondo puede utilizarse como pieza en bruto.
Los métodos de temple superficial de engranajes incluyen el carburizado, la nitruración y el temple superficial.
3. El acero al carbono normalizado, independientemente de cómo se fabrique la pieza en bruto, sólo puede utilizarse para que el engranaje funcione con una carga estable y un impacto leve, y no puede soportar una gran carga de impacto;
Apagado y acero al carbono templado puede utilizarse para fabricar engranajes que funcionen con cargas de impacto moderadas.
4. El acero aleado se utiliza a menudo para fabricar engranajes de alta velocidad, carga pesada y trabajo bajo carga de impacto.
5. La transmisión por engranajes de los aviones requiere que el tamaño del engranaje sea lo más pequeño posible, y debe utilizarse acero de aleación de alta resistencia con tratamiento de endurecimiento superficial.
6. Para los engranajes de superficie dentada blanda fabricados en metal, la diferencia de dureza entre las superficies dentadas emparejadas debe mantenerse en 30 ~ 50 HBS o superior.
Cuando la dureza de la superficie del diente del piñón y del engranaje grande es muy diferente (como la superficie del diente del piñón está endurecida y rectificada, y la superficie del diente del engranaje grande está normalizada o templada y revenida) y la velocidad es alta, la superficie dura del diente del piñón tendrá un efecto obvio de endurecimiento por trabajo en frío sobre la superficie blanda del diente del engranaje grande, aumentando así el límite de fatiga de la superficie del diente del engranaje grande.
Por lo tanto, cuando la diferencia de dureza entre las superficies dentadas emparejadas de dos engranajes es grande, la tensión de fatiga por contacto admisible de los engranajes grandes puede aumentarse en aproximadamente 20%, pero debe prestarse atención a las superficies dentadas de alta dureza, y el valor de rugosidad debe reducirse en consecuencia.
En resumen, a la hora de seleccionar las marchas, también depende de la ocasión de uso.
Cada lugar presta una atención distinta y, por supuesto, los materiales utilizados también son diferentes.
A la hora de diseñar, hay que prestar atención a la selección de materiales, para que los engranajes sean prácticos y duraderos.
Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.
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