Materiales para la fabricación de engranes Introducción: Algunos ejemplos de usos son Prensas, máquinas herramientas, manejo de material, sistemas de alimentación, aplicaciones marinas, entre otros. Ventajas del uso de engranajes Los engranajes helicoidales pueden ser utilizados en una gran caridad de aplicaciones, ya que pueden ser montados tanto en ejes paralelos como en los que no lo son. Presentan un comportamiento más silencioso que el de los dientes rectos usándolos entre ejes paralelos. Poseen una mayor relación de contacto debido al efecto de traslape de los dientes. Pueden transmitir mayores cargas a mayores velocidades debido al embonado gradual que poseen. La principal desventaja de utilizar este tipo de engranaje, es la fuerza axial que este produce, para contrarrestar esta reacción se tiene que colocar una chumacera que soporte axialmente y transversalmente al árbol. Los engranajes pueden fabricarse de una variedad de materiales muy extensa para obtener las propiedades adecuadas para el uso que se les va a dar. Desde el punto de vista del diseño mecánico, la resistencia y la durabilidad, es decir la resistencia al desgaste, son las propiedades más importantes. Sin embargo, en general, el diseñador deberá considerar la capacidad para fabricar el engrane, tomando en cuenta todos los procesos de fabricación que intervienen desde la preparación del disco para el engrane pasando por la formación de los dientes de engrane hasta el ensamble final de este en una maquina. Otras consideraciones que deben ponderarse son peso, aspecto, resistencia a la corrosión, ruido y, desde luego, costo.
Materiales para engranajes de acero: Aceros endurecidos directamente: Los aceros para impulsores de herramientas mecánicas y muchos tipos de reductores de velocidad y transmisiones para trabajo entre medio y pesado, por lo regular, se fabrican de acero al medio carbón. Entre la amplia gama de aceros al carbón y acero con aleación que se utilizan están: AISI 1020 AISI 1040 AISI 1050 AISI 3140 AISI 4140 AISI 4150 AISI 4340 AISI 6150 AISI 8650 La siguiente tabla muestra información del estándar AGMA 2001-B88 para el número de tensión por flexión permisible, sat, y el número de tensión o esfuerzo por contacto, sac, que puede tolerarse para aceros que presentan la condición de endurecimiento directo. Observe que solo se necesita conocer la dureza superficial debido a la resistencia directa entre dureza y la resistencia a la tensión por esfuerzo de tracción de los aceros. Puede utilizar cualquiera de las aleaciones que recién enumeramos, suponiendo que se les haya dado el tratamiento térmico adecuado para obtener la dureza que se pretende. El símbolo HB se emplea para indicar el número de dureza Brinell.
También en la tabla se enumeran valores para dos grados de acero, grado 1 y grado 2.Los grados difieren en cuanto al grado de control de la micro estructura, la limpieza de la composición con que se lleva a cabo la aleación, tratamiento térmico previo, pruebas no destructivas que se realizaron, valores de dureza en el núcleo y otros factores. Los materiales de grado 2 se controlan en forma más estricta y se permiten niveles de tensión más altos de entre 10% a 30% aproximadamente. Sin embargo, se requieren de un alto grado de diligencia en el proceso real de producción y en técnicas de inspección. Las figuras siguientes son gráficas de sat y sac contra el número de dureza Brinell, HB. Se muestran curvas tanto para el grado 1 como para el grado 2.
Número de esfuerzo o tensión permisible para engranajes de acero, sat
Número de tensión debida al contacto permisible, sac, para engranajes de acero.
Aceros endurecidos en forma superficial : El endurecimiento mediante flama, endurecimiento por inducción, la carburización y la nitruración son procesos que se emplean para obtener una alta dureza en la capa superficial de los dientes de un engrane. Estos procesos proporcionan valores de dureza superficial de 50 a 64 HRC (Rockwell C) y, en consecuencia, altos valores de sat y sac, como se ilustra en la siguiente tabla.
Nitralloy es una familia de aceros patentados que contienen 1.0 aproximadamente de aluminio que promueve la formación de aceros duros.
A continuación procedemos a hacer análisis especiales para cada uno de los tipos de endurecimiento superficial. Dientes de engranajes endurecidos mediante flama y por inducción: Recuerde que estos procesos implican el calentamiento a nivel local de la superficie de engrane por medio de flamas, generadas por gas, a altas temperaturas o mediante bobinas de inducción eléctrica. Al controlar el tiempo y la entrada de energía, es posible controlar la profundidad del calentamiento y la profundidad de la superficie que se obtiene como resultado. Es fundamental que el calentamiento tenga alrededor de todo el diente y en las áreas del chaflán y de la raíz para poder utilizar los valores de tensión que se enumeran en la tabla anterior. Esto quizá requiera un diseño especial para la forma de la flama o el calentador por inducción. Las especificaciones para dientes de engranaje de acero endurecido por flama o por inducción exigen una dureza resultante de HRC 50 a 54. Debido a que estos procesos recurren a la capacidad inherente de los aceros para ser endurecidos, debe especificar un material que pueda endurecerse a estos niveles. Por lo
regular, se especifican aceros con aleaciones al medio carbón, aproximadamente de 0.40% a 0.60% de carbón.
Carburización: La carburización produce una dureza superficial en el rango de 55 a 64 HRC y da por resultado una de las durezas más considerables de uso común para engranes. La figura siguiente muestra las sugerencias de AGMA en cuanto al espesor de la superficie para dientes de acero carburizados. La profundidad efectiva para la superficie endurecida se define como la profundidad a partir de la superficie hasta el punto en el que la dureza ha alcanzado los 50 HRC.
Profundidad efectiva de la superficie para engranes carburizados, hg.
Nitruración: Mediante la nitruración se obtiene una superficie muy dura pero muy delgada. Se especifica para aplicaciones en las que las cargas son ligeras y se conocen bien. La nitruración se debe evitar cuando es probable que se presenten cargas o choques excesivos porque la superficie no es lo suficiente resistente o no está bien apoyada para resistir tales cargas. Debido a lo delgado de la carga superficial, la escala Rockwell 15Nse emplea para especificar la dureza. La siguiente figura muestra las recomendaciones o sugerencias de AGMA para la profundidad superficial de engranes nitrurados, la cual se define como la profundidad por debajo de la superficie a la cual la dureza ha disminuido hasta un 110% de la dureza en el núcleo de los dientes.
Profundidad recomendada de la superficie para engranes nitrurizados, he.
Hierro y bronce como materiales para fabricar engranajes: Hierros fundidos: Tres tipos de hierros que se emplean para fabricar engranes son: hierro gris fundido, hierro nodular (en ocasiones se le da el nombre de hierro dúctil) y hierro maleable. La siguiente tabla proporciona los grados ASTM comunes que se utilizan junto con sus números correspondientes de tensión por flexión permisible y números de tensión por contacto. Recuerde que el acero gris flexible es quebradizo, por tanto, hay que tener cuidado cuando sea probable que se presente carga por choque. A se vez, las formas que tienen más alta resistencia de los otros hierros tienen baja ductilidad. El hierro dúctilaus temperado se está utilizando en algunas aplicaciones importantes en la industria automotriz. Sin embargo, los números de tensión permisible estandarizados aún no se han especificado. Bronces: Por lo regular, para fabricar engranajes se utilizan cuatro tipos de bronce: bronce con fósforo o estaño, bronce con manganeso, bronce con aluminio y bronce con sílice. El latón amarillo también se utiliza. Casi todos los bronces son fundidos, sin embargo, se puede disponer de algunos forjados. La resistencia a la corrosión, buenas propiedades en cuanto a desgaste y coeficientes de fricción bajos son algunas razones para optar por los bronces para fabricar engranes. En la tabla siguiente también se muestra números de tensión permisibles para dos aleaciones de bronce.
Números de tensión o esfuerzo permisibles para engranes de hierro y de bronce
Materiales plásticos para engranes: Los plásticos se desempeñan bien en aplicaciones donde se desea peso ligero, operación silenciosa, baja fricción, resistencia a la corrosión aceptable y buenas propiedades en cuanto a desgaste. Debido a que las resistencias son significativamente más bajas que las de casi todos los materiales metálicos para fabricar engranes, los plásticos se emplean en dispositivos que se someten a cargas, en alguna medida, ligeras. A menudo, los materiales plásticos pueden moldearse para darles su forma final sin el maquinado subsecuente lo cual representa ventajas en lo relativo a costos. Algunos de los materiales plásticos que se utilizan para fabricar engranes son: Fenólicos Policarbonato Acetal Poliamida Poliéster Nylon Sulfuro de polifenileno Poliuretano Elastómero de poliéster Estireno-acrilonitrito (SAN) Acrilonitrito-butadieno-estireno (ABS) Estos y otros plásticos pueden fabricarse mediante muchas formulas y pueden rellenarse con gran variedad de productos de relleno para mejorar resistencia al desgaste, resistencia al impacto, límite de temperatura, moldeabilidad y otras propiedades. Por tanto, las resistencias estándar tolerables no se han publicado. La tabla a continuación muestra algunos datos seleccionados.
Conclusión:
Los materiales usados para la fabricación de engranajes dependen de muchos factores tales como; cual será su uso, lo materiales disponibles, que tipo de engranaje será, para que será utilizado, hasta cual es el presupuesto del cliente. Existen varios materiales y varios procesos de fabricación para macada material, esto es para mejorar la eficiencia tanto del material como del engranaje, es muy importante tener en cuenta que no todos los engranajes se pueden fabricar igual o se les puede dar el mismo uso, algunos necesitan frio u otros necesitan mas calor para asegurar su eficiencia. Si el engranaje no es del material adecuado este puede, fatigarse causando el rompimiento de este o en menor tamaño afectando el rendimiento de dicho mecanismo y esto es lo que buscamos evitar, lo evitamos seleccionan el material indicado.
Bibliografia
http://es.wikipedia.org/wiki/Engranaje
http://es.scribd.com/doc/62990735/15/Hierro-y-bronce-como-materiales-para-fabricarengranajes
http://www.monografias.com/trabajos30/engranajes/engranajes.shtml
MILLÁN GÓMEZ, Simón (2006). Procedimientos de Mecanizado. Madrid: Editorial Paraninfo. ISBN 84-9732-428-5.
LARBURU ARRIZABALAGA, Nicolás (2004). Máquinas. Prontuario. Técnicas máquinas herramientas.. Madrid: Thomson Editores. ISBN 84-283-1968-5.
Varios autores (1984). Enciclopedia de Ciencia y Técnica. Salvat Editores S.A. ISBN 84-345-44903.
PÉREZ, Alonso y JULIO, Jacinto (1992). Ajustes y tolerancias: mecanismos y engranajes. Universidad Politécnica de Madrid. Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Aeronáutica
Indice:
Introduccion
Materiales para engranajes de acero: Aceros endurecidos directamente:
Aceros endurecidos en forma superficial :
Dientes de engranajes endurecidos mediante flama y por inducción: Carburización: Nitruración:
Materiales plásticos para engranes:
Conclusion Bibliografia
INSTITUTO TECNOLOGICO DE MINATILAN
DISEÑO DE ELEMENTOS DE MAQUINAS
UNIDAD 3
VICTOR ANDRES CERVANTES MAGARIÑO
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INVESTIGACION:
MATERIALES UTILIZADOS PARA LA FABRICACION DE ENGRANAJES.
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PROBLEMARIO:
PROBLEMAS DE CLASE.
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PROBLEMARIO:
PROBLEMAS PROPUESTOS.
