AÑO DEL BUEN SERVICIO AL CUIDADANO
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ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA DOCENTE: Ing. CORTEGANA MONTEZA, JOSE EDWARD ESTUDIANTE: PÉREZ ESPINAL HEBER KELVIN CURSO: TECNOLOGIA DE MANUFACTURA TEMA: PROCESOS DE FABRICACION DE ENGRANAJE RECTO
Chiclayo, 09 de JULIO del 2017
Contenido 1.
Procesos de manufactura del engranaje .................................................................................. 3 1.1.
2.
1.1.1.
Carbunizado: ......................................................................................................... 3
1.1.2.
Nitrurado: .............................................................................................................. 3
1.1.3.
Endurecimiento por inducción: ............................................................................. 4
1.1.4.
Endurecido con flama: ........................................................................................... 4
Material utilizado en cada proceso ......................................................................................... 4 2.1.
3.
4.
5.
6.
Fabricación y tratamiento: ............................................................................................. 3
Materiales para la fabricación de engranajes:.................................................................. 4
2.1.1.
Acero endurecido en forma superficial: ................................................................. 4
2.1.2.
Carbonización y nitruración: ................................................................................. 4
2.1.3.
Hierro fundido y bronce como materiales para fabricar engranajes: ...................... 5
2.1.4.
Materiales plásticos para engranajes: ...................................................................... 5
2.1.5.
Materiales de piñones: ........................................................................................... 5
Procesos más comunes para la fabricación de engranaje ........................................................ 6 3.1.
Fundición: ..................................................................................................................... 6
3.2.
Formado y moldeado: .................................................................................................... 6
3.3.
Maquinado: ................................................................................................................... 6
3.4.
Nano fabricación:........................................................................................................... 6
Fabricación de engranajes sin arranque de viruta ................................................................... 7 4.1.
Proceso por fundición: ................................................................................................... 7
4.2.
Proceso por troquelado: ................................................................................................. 7
4.3.
Procesos por pulvimetalurgia: ........................................................................................ 7
4.4.
Extrusión: ...................................................................................................................... 7
Producción de engranajes por tallado .................................................................................... 7 5.1.
Cepillado: ...................................................................................................................... 8
5.2.
Fresado:.......................................................................................................................... 8
5.3.
Rectificado: .................................................................................................................... 8
5.4.
Pulido: ........................................................................................................................... 8
Referencia Bibliográfica ......................................................................................................... 8
PROCESOS DE FABRICACION DE ENGRANAJE RECTO 1. Procesos de manufactura del engranaje 1.1. Fabricación y tratamiento: Diseñar, proyectar y escoger una transmisión de potencia con piñones requiere en cuenta varios factores: los caballos de fuerza a transmitir, potencia, revoluciones por minuto del piñón conductor, las revoluciones por minuto requeridas del piñón conducido, el diámetro del eje del motor en e l que va montado el piñón conductor, el tipo de fuerza a transmitir, el tipo de maquina a operar, los caballos de fuerza que la maquina consume al operar la posición de la transmisión, la distancia entre centris de los eje, el diámetro del eje del piñón conducido, las limitaciones de espacio o campo operativo, el número de horas continuas de trabajo y las condiciones ambientales a las cuales va a estar sometida la pieza.
Después de su concepción, y dependiendo del material su fabricación contempla varias etapas: para elaborar y formas los dientes se utilizan distintos procesos entre los cuales están: el colado en arena, moldeo en mascara, fundición por revestimiento, colada en molde permanente, colada en matriz o fundición centrifuga. También se puede utilizar la pulvimetalurgia (metalurgia por polvos) o extrusión para luego ser mecanizado. Uno de los métodos más usados es el formado en frio donde unas matrices girn y moldean los dientes, las calidad y propiedades del material son muy buenas con este método, debido que no hay afectación por defectos de la temperatura. Posteriormente para darle el acabado final se maquina por fresado, cepillado o formado con sinfín, bruñido, esmerilado o pulido con rueda. Un engranaje se puede mecanizar en una fresadora universal con la ayuda de un plato divisor, si es un engranaje recto, o de una transmisión cinemática si es un engranaje helicoidal, pero este medio de mecanizado apenas se utiliza porque es muy lento y se obtiene mala calidad de trabajo. Para la producción en serio de piñones se utiliza maquinaria especial; talladoras de fresa madre, las cual mediante un movimiento sincronizado de corte ranura de los dientes al mismo tiempo, se pueden tallar todas las formas de engranaje cilíndricos o helicoidales en cualquier material. Hasta ese punto se realiza el mecanizado de la pieza en su forma, por eso es necesario aplicarle algunos tratamientos para darle características de dureza y resistencia a los dientes según sea la necesidad así: 1.1.1.
Carbunizado: Es uno de los más usados, el engranaje cortado se coloca en medio ca rburizante y se calienta la capa superficial de los dientes del engranaje que se absorbe el carbono, el cual penetra para dar la profundidad de endurecido requerida.
1.1.2. Nitrurado: Encargado de darle un endurecimiento superficial aplicado a engranajes de acero aleado. Se efectúa mediante gas de amoniaco descompuesto en nitrógeno atómico e hidrogeno sobre la superficie del acero. La zona que no va a ser nitrurada debe ser cubierta con placas de cobre, antes de ser calentado a 538°C aproximadamente.
1.1.3.
Endurecimiento por inducción: Dado por medio de corrientes alternas de alta frecuencia y un temple controlado por medio de un baño de roció. Antes del endurecimiento por inducción el disco del engranaje se trata térmicamente.
1.1.4.
Endurecido con flama: Dando un endurecimiento superficial por medio de una flama oxiacetilénica con quemadores especiales. Básicamente es el método por el cual se hace un endurecimiento de la superficie al calentar el metal con una flama de alta temperatura, seguida por un proceso de templado.
2. Material utilizado en cada proceso 2.1. Materiales para la fabricación de engranajes: Los primeros engranajes de acuerdo a la literatura antigua estaban hechos de madera, aunque es muy difícil llegar a saber que tipo de madera utilizaron puesto que este es un material que se degrada fácilmente y las evidencias son nulas, por este motivo vamos a remitirnos a los materiales actuales.
Los engranajes pueden fabricarse de muchos materiales ten iendo en cuenta el uso que van a tener, desde el punto de vista mecánico hay una gran variedad de propiedades en los materiales que influyen en la decisión a la hora de elegir, pero quizá las dos propiedades más sobresalientes son: la resistencia y la durabilidad. Sin embargo, hay que tener muy en cuenta también que recursos se posee a la hora de fabricarlos, puesto que habrá materiales cuyas propiedades presenten más o menos ventajas dependiendo de variables como los costos, la máquina para moldeo, etc. A continuación, se mencionan algunos materiales con los cuales se fabrican los engranajes en la actualidad. 2.1.1. Acero endurecido en forma superficial: Los dientes de engranaje endurecidos mediante flama y por inducción, implican el calentamiento a nivel local de la superficie del engranaje a altas temperaturas sean por medio de flaca o bovinas de inducción eléctrico.
Debido a que estos procesos recurren a la capacidad inherente de los aceros para ser endurecidos, debe especificar un material que puede endurecerse a estos niveles. Por lo regular, el acero al medio carbono, tiene de 0.30% a 0.60% de C. generalmente se utiliza en aplicaciones que requieren una mayor resistencia que la disponible en los aceros al bajo carbono, como en maquinaria, partes de equipos automotores y agrícolas (engranajes, ejes, bielas, cigüeñales), equipo ferroviario y partes de maquinaria para el trabajo de los metales. 2.1.2.
Carbonización y nitruración: La carbonización produce una dureza superficial de 55 a 64 HRC y da por resultado una de las durezas más considerables de uso común para engranajes. Mediante la nitruración se obtiene una superficie muy dura pero muy delgada (aproximadamente 0.6 mm)
2.1.3.
Hierro fundido y bronce como materiales para fabricar engranajes: Tres tipos de hierro que se emplean para fabricar engranajes son: hierro gris fundido, hierro nodular conocido también como hierro dúctil y hierro maleable. Se debe tener en cuenta que el hierro gris es quebradizo, por tanto, hay que tener cuidado cuando sea probable que se presente carga choque. El hierro dúctil austemperado se utiliza en algunas aplicaciones importantes en la industria automotriz, sin embargo, los valores de esfuerzo permisible estandarizados aún no se han especificado, en lo que a los bronces se refiere, hay cuatro tipos que se utilizan para fabricar engranajes: bronce con fosforo o estaño, bronce con manganeso, bronce con aluminio y bronce con sílice. 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 engranajes.
2.1.4. Materiales plásticos para engranajes: 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 al desgaste.
Debido a que las resistencias son significativamente más bajas que las de casi todos materiales metálicos para fabricar engranajes, los plásticos se emplean en dispositivos que se someten a cargas ligeras. A menudo, los materiales plásticos pueden moldearse para darles su forma final sin el maquinado subsecuente lo cual representa ventajas en lo relativo costo. Algunos de los materiales plásticos que se utilizan para fabricar engranajes son: Fenólico (baquelita) Poliamida Poliéster Policarbonato Acetal, etc. • • • • •
Estos y otros plásticos pueden fabricarse mediante muchas fórmulas y pueden rellenarse con gran variedad de productos para mejorar resistencia al desgaste, resistencia al impacto, límite de temperatura, moldeabilidad y otras propiedades. 2.1.5.
Materiales de piñones: Los piñones se fabrican hoy en distintos materiales, el más común es el acero de medio carbono, pero se emplea también el bronce para piezas de engranaje en el caso del sinfín-corona, el plástico es utilizado en mecanismos con pocas exigencias de transmisión de potencia.
Los piñones plásticos son fabricados por varios procedimientos entre los que se encuentra el método el mecanizado por arranque de virutas y el moldeo, esta última se hace por inyección y es la más utilizada por los buenos resultados de calidad en las piezas.
Los engranajes de plástico de ingeniería son preferidos por su bajo nivel de ruido, la posibilidad de su uso en ambientes secos, húmedos o polvorientos, su buena resistencia al deteriodo y a la abrasión, el bajo costo de fabricación, bajo peso específico, resistencia a los golpes, tolerancias dimensionales menos críticas y una función de punto débil para prevenir daños a partes costosas del equipo. En el caso de los aceros para la producción de piñones se cuenta con una amplia gama ajustada de acuerdo a la necesidad de cada maquinaria o uso. 3. Procesos más comunes para la fabricación de engranaje La producción de partes exige una extensa variedad de procesos de manufactura en continua expansión, y por lo general hay más de un método de manufactura para uuna parte a partir de un material dado. Las categorías de dichos métodos son las siguientes, y se encuentran referidas a las partes correspondientes en el texto e ilustradas con ejemplos para cada una de ellas: 3.1. Fundición: De molde desechable y de molde permanente. 3.2. Formado y moldeado: Laminado, forjado, extrusión, estirado o trefilado, formado de lámina, metalurgia de polvos y moldeo. 3.3. Maquinado: Torneado, mandrinado, taladrado, fresado, cepillado, escariado y rectificado, maquinado ultrasónico, maquinado químico, eléctrico y electroquímico; y maq uinado por rayo de alta energía. Esta categoría también incluye el micro maquinado, para producir partes de ultra precisión. 3.4. Nano fabricación: Es la tecnología más avanzada, capaz de producir partes con dimensiones en el nivel nano (una milmillonésima); típicamente comprende procesos como técnicas de ataque, haces de electrones y rayos laser. Las a plicaciones actuales son la fabricación de sistemas micro electromecánicos (MEMS) y sistemas nano electromecánicos (NEMS), que funcionan en la misma escala que las moléculas biológicas.
La selección de un proceso particular de manufactura, o de una secuencia de procesos, depende no solo de la forma a producir, sino también de factores relativos a las propiedades de los materiales. Por ejemplo, los materiales frágiles y duros no se pueden moldear y tampoco se les puede dar forma fácilmente, aunque se pueden fundir, maquinar o rectificar. Los metales a los que se ha dado forma a temperatura ambiente se vuelven más fuertes y menos dúctiles que como eran antes de procesarlos, y por lo tanto requieren mayores fuerzas y son menos formables durante el procesamiento posterior (secundario).
4. Fabricación de engranajes sin arranque de viruta 4.1. Proceso por fundición: La fabricación de los dientes del engranaje por fundición se realiza por varios procedimientos, entre los cuales se encuentran: colado de arena, moldeo en cascara, fundición por revestimiento, colada en molde permanente, colada en matriz. 4.2. Proceso por troquelado: Ese tipo de procedimiento para obtención de ruedas dentadas tiene aplicación bastante limitada en el entorno industrial.
Normalmente se fabrican así, grandes series de ruedas dentadas de características mecánicas bajas y de limitada precisión. 4.3. Procesos por pulvimetalurgia: Pulvimetalurgia se encarga de fabricar piezas de formas complejas con excelentes tolerancias y de alta calidad de forma relativamente barata. En resumen, la pulvimetalurgia toma polvos metálicos con ciertas características como tamaño, forma y empaquetamiento para luego crear una figura de alta dureza y precisión. Los pasos claves que incluye son: la compactación del material polvo y la subsiguiente unión termal de las particulares por medio de sinterización. 4.4. Extrusión: En este procedimiento se requieren las herramientas de menor costo para la producción en masa de engranes y ofrece una versatilidad extraordinaria, ya que por este método puede producirse casi cualquier forma deseada. Como lo indica el nombre mismo, este procedimiento, el material tiene que pasar a través de varias matrices en donde la última de estas tiene la forma exacta del acabado final del engrane correspondiente y una vez que el material va pasando por esta serie de daos, puede decirse que se le va exprimiendo, para darle la forma de la herramienta. 5. Producción de engranajes por tallado Los procedimientos de tallado de ruedas dentadas consisten en la utilización de una herramienta de corte para efectuar el tallada de los dientes de los engranajes a partir de un cilindro base. Los dientes de los engranajes se mecanizan por fresado, cepillado o formado con sinfín y pueden ser acabados por cepillado, bruñido, esmerilado o pulido con rueda.
Los procedimientos de producción de engranajes por talla se dividen, a su vez, en dos grupos: Procedimientos de talla por reproducción o copia, procedimiento de talla por
generación. En los procedimientos de tallado de ruedas dentadas por reproducción, el borde cortante de la herramienta es una copia exacta de cierta parte de ella (por ejemplo, del hueco entre dientes contiguos). Como consecuencia de ello, los métodos de talla por reproducción precisan de un número elevado de herramienta ya que, incluso para fabricar ruedas dentadas con el mismo hace falta una herramienta para cada número de dientes, puesto que el hueco interdental varia, hay que distinguir dos procedimientos, según la máquina herramienta utilizada.
5.1. Cepillado: La herramienta, en la sección perpendicular a la dirección de su movimiento tiene perfiles cortantes, que se corresponden perfectamente con el contorno del hueco interdental del engranaje a tallar.
Actualmente se suele emplear para dientes no normalizados por lo que se encuentra cada vez más en desuso 5.2. Fresado: Es un método muy difundido, similar a la talla por cepillado, pero en lugar de una cuchilla con una forma determinada se utiliza como herramienta una fresa especial estandarizada la “fresa de modulo” cuyos dientes tienen perfiles idénticos a la forma del hueco interdental que se persigue.
Figura N°1: Fresado de engranajes
Procesos de acabado superficial 5.3. Rectificado: Para realizar este proceso habrá que hacer un tratamiento a la pieza con anterioridad para lograr una alta dureza y así poder resistir enormes cargas aplicadas, los engranajes sufren grados distorsiones inadmisibles desde el punto de vista de operación en su aplicación final, que no pueden ser eliminadas con máquinas talladoras de engranajes duchas distorsiones, se eliminan en máquinas especiales rectificadoras de engranajes de muy alto costo, t se puede realizar por rectificación por generación y rectificación de perfiles O con una capa galvanizada, obteniéndose una precisión dimensional muy alta de orden de 5 am (0.005 mm 0.0002”). 5.4. Pulido: Se debe utilizar el pulido para dar la forma final a los dientes después del termo o tratamiento. Se pueden corregir los errores de distorsión debidos al templado. 6. Referencia Bibliográfica
https://es.slideshare.net/chemanuel05/tipos-de-procesos-de-manufactura-de-engranes.
