¿Qué es el mecanizado de engranajes?
El mecanizado de engranajes consiste en fabricar engranajes. Forma parte de la ingeniería mecánica. Lo que se hace es tomar materias primas y darles forma de engranajes de un tamaño y una tolerancia específicos. Los términos mecanizado de engranajes y fabricación de engranajes suelen utilizarse indistintamente. La diferencia es que la fabricación de engranajes lo abarca todo, desde el principio hasta el final, mientras que el mecanizado de engranajes sólo se centra en el corte, la conformación y el acabado.
Los engranajes son dispositivos mecánicos de transferencia de potencia. Transmiten y aumentan las fuerzas entre ejes giratorios y pueden modificar la velocidad y el par de los ejes. Son importantes para que las cosas se muevan con suavidad. Desde simples herramientas manuales hasta complejos robots industriales, los engranajes están en todas partes. Para que funcionen bien, tienen que estar bien cortados y dispuestos. Por eso hay engranajes en casi todos los dispositivos mecánicos.
La calidad del tallado de los engranajes determina la vida útil de los sistemas mecánicos. Los engranajes mal tallados pueden ser ruidosos, vibrar mucho y desgastarse rápidamente. Por eso, fabricar buenos engranajes requiere mucho cuidado y habilidad. Los engranajes deben tener la holgura adecuada para encajar y funcionar sin problemas. Por eso es tan importante la calidad en el tallado de engranajes.
Procesos de mecanizado de engranajes
Procesos de corte
Gear Hobbing
Una forma de fabricar engranajes se llama tallado de engranajes. Se utiliza una herramienta llamada fresa madre que gira y tiene dientes. Con este proceso se pueden fabricar todo tipo de engranajes, y es bueno para fabricar muchos engranajes iguales. La máquina que hace esto se asegura de que la fresa y el engranaje giren lo justo para hacer un engranaje perfecto. Esta forma de fabricar engranajes es rápida y produce engranajes buenos, pero no funciona tan bien para engranajes que giran dentro de otros engranajes o engranajes que tienen formas extravagantes.
Formación de engranajes
El tallado de engranajes utiliza una fresa que se mueve hacia delante y hacia atrás para fabricar engranajes. Sirve para hacer engranajes que van dentro de otros engranajes y engranajes que tienen formas que no son redondas. También permite fabricar engranajes diferentes entre sí. La fresa se mueve hacia adelante y hacia atrás y fabrica cada diente del engranaje. Este método permite fabricar engranajes con todo tipo de formas, pero es más lento que el tallado con fresa madre.
Afeitado con cuchillas
El afeitado de engranajes es una forma de alisar los engranajes después de haberlos fabricado con una fresadora o una tupí. Se utiliza una fresa que quita un poco de metal de los engranajes y los deja lisos y perfectos. Esto hace que los engranajes sean silenciosos cuando giran. Esta forma de hacer engranajes es rápida y fácil, pero hay que asegurarse de que las herramientas son las adecuadas.
Rectificado de engranajes
El rectificado de engranajes es una forma de conseguir engranajes muy precisos. Se utiliza una muela granulada que elimina cantidades muy pequeñas de metal de los engranajes. Esto hace que los engranajes sean muy suaves. Esta forma de fabricar engranajes es lenta y cuesta mucho dinero, pero produce engranajes de calidad. La gente utiliza este método cuando quiere engranajes muy lisos y redondos.
Procesos de conformación
Forja de engranajes
**La forja de engranajes** es el proceso de dar forma al metal aplicando fuerzas de compresión. Es una buena técnica para fabricar grandes cantidades de engranajes que deben ser resistentes y duraderos. Con la forja se obtienen engranajes con buenas propiedades mecánicas, pero suelen necesitar más mecanizado para conseguir las dimensiones finales correctas.
Extrusión de engranajes
**La extrusión de engranajes** se realiza empujando metal caliente a través de una matriz para crear el perfil deseado. Es una forma rápida de fabricar engranajes, pero se utiliza principalmente para engranajes más pequeños. Es más adecuado para engranajes con formas sencillas y requiere un mecanizado posterior para el acabado superficial y la precisión dimensional.
Laminado en frío de engranajes
**El laminado en frío de engranajes** se realiza presionando los dientes de los engranajes entre matrices endurecidas para darles forma. Es una forma muy eficaz de crear engranajes con un buen acabado superficial y resistentes. Este proceso es eficaz en cuanto a volumen, uso de material y propiedades mecánicas. Es un buen proceso para la producción en serie de engranajes.
Procesos de mecanizado especiales
Mecanizado por descarga eléctrica (EDM)
La electroerosión consiste en utilizar chispas eléctricas para eliminar material. Puede hacer formas realmente complicadas y es muy bueno para materiales duros que son difíciles de cortar de forma normal. La electroerosión es ideal cuando la forma o el material son difíciles de trabajar con las técnicas tradicionales de tallado de engranajes.
Mecanizado por láser
El mecanizado por láser consiste en utilizar un haz de luz muy potente para cortar, grabar o dar forma a objetos. El mecanizado por láser es adecuado para fabricar engranajes pequeños y detallados. También se utiliza para cambiar la superficie de los engranajes para que funcionen mejor. Si necesita que algo tenga un tamaño realmente exacto y muchos pequeños detalles, puede utilizar el mecanizado por láser para ello.
Procesos adicionales
Tratamiento térmico
**El tratamiento térmico** es una parte importante de la fabricación de engranajes. Se realiza en varias etapas, como el temple, el revenido y el recocido. El tratamiento térmico puede mejorar las propiedades físicas de los engranajes, como la dureza, la resistencia y la resistencia al desgaste. El tratamiento térmico es importante porque hace que los engranajes sean lo suficientemente fuertes como para soportar toda la tensión y el esfuerzo que experimentan mientras se utilizan y también ayuda a que duren mucho tiempo.
Tratamiento de superficies
El tratamiento de la superficie es el que se aplica a la superficie del engranaje para ayudarle a resistir el desgaste, la corrosión y la fricción. Por ejemplo, el tratamiento de la superficie puede consistir en chapado, revestimiento o diferentes tipos de endurecimiento de la superficie. El tipo de tratamiento superficial elegido depende de para qué se vaya a utilizar el engranaje y con qué vaya a entrar en contacto.
Tipos de engranajes
Engranajes rectos
Es el tipo de engranaje más sencillo, con dientes paralelos al eje de rotación. Los engranajes rectos son adecuados para muchas aplicaciones por su sencillez y bajo coste, pero pueden ser ruidosos a altas velocidades.
Engranajes helicoidales
Engranajes con dientes dispuestos en ángulo respecto al eje de rotación. Los engranajes helicoidales ofrecen un funcionamiento más suave y silencioso que los engranajes rectos. Pueden transmitir potencia entre ejes paralelos o no paralelos, pero generan un empuje axial que requiere el uso de cojinetes de empuje.
Engranajes en espiga
Tipo de engranaje helicoidal con dientes angulados opuestos que anulan el empuje axial generado por los engranajes helicoidales estándar. Los engranajes en espiga ofrecen un funcionamiento más suave y una mayor capacidad de carga, por lo que son adecuados para aplicaciones pesadas.
Engranajes Cónicos
Engranajes que tienen dientes formados en una superficie cónica. Se utilizan para transmitir movimiento entre ejes que se cruzan. Los engranajes cónicos suelen utilizarse cuando es necesario un cambio de dirección.
Engranajes de tornillo sin fin
Engranajes formados por un tornillo sin fin y una rueda helicoidal. Suelen utilizarse para relaciones de reducción elevadas. Puede encontrar engranajes helicoidales en cabrestantes y mecanismos de dirección. Son ideales cuando se necesita una reducción significativa de la velocidad.
Estanterías
Engranajes que tienen dientes en una superficie plana y funcionan en conjunción con piñones, o engranajes pequeños, para traducir el movimiento de rotación en movimiento lineal. Las cremalleras se suelen utilizar en sistemas de dirección y procesos industriales automatizados.
Selección de materiales para el mecanizado de engranajes
A la hora de elegir el material de un engranaje, tenga en cuenta: resistencia, dureza, resistencia al desgaste, ubicación del engranaje y presupuesto. ¿Necesita un engranaje que soporte una carga? Utilice un material resistente. ¿Los engranajes funcionan todo el tiempo? Utilice un material resistente al desgaste. ¿Mayores engranajes? Piense en el entorno. ¿Engranajes en una caja de cambios, no expuestos? Muchas opciones. ¿Necesita un engranaje que funcione en un desierto? Pocas opciones.
Acero
Los engranajes suelen ser de **acero**. El acero es resistente y duradero. Existen distintos tipos de acero, como el acero al carbono o el acero aleado, que se utilizan en función de los requisitos que se exigen a los engranajes. Los distintos tipos de acero tienen mejor rendimiento y duran más como engranajes que otros.
Aluminio
**El aluminio** es ligero y no se oxida, por lo que es ideal cuando no se necesitan engranajes pesados. El aluminio no es tan resistente como el acero, pero se pueden utilizar aleaciones de aluminio para engranajes en aplicaciones en las que no se necesita tanta resistencia. Es especialmente útil en aplicaciones aeroespaciales y de automoción.
Plástico
Los engranajes de **plástico** no pesan casi nada, no cuestan casi nada y pueden utilizarse de forma muy silenciosa. A menudo se ven engranajes de plástico en electrónica de consumo, juguetes y cosas que no soportan mucha presión. Los distintos tipos de plástico, como el nailon, el POM y el policarbonato, tienen propiedades diferentes que los hacen mejores para distintas cosas.
Otros materiales
Hay otros materiales, como el latón, el bronce y algunos compuestos, que se utilizan para fabricar engranajes para situaciones específicas. Estos materiales tienen propiedades especiales, como no corroerse, funcionar a altas temperaturas o lubricarse solos.
Aplicaciones del mecanizado de engranajes
Industria del automóvil
La industria del automóvil depende en gran medida del **mecanizado de engranajes**. Los engranajes se utilizan en transmisiones, diferenciales y sistemas de dirección. Los engranajes hacen que los vehículos funcionen con suavidad y eficacia. Dado que la industria del automóvil exige engranajes más ligeros, eficaces y resistentes, el sector del mecanizado de engranajes se ha visto obligado a innovar.
Industria aeroespacial
En la industria aeroespacial, el **mecanizado de engranajes** es un proceso crítico para fabricar componentes utilizados en motores de aviones, trenes de aterrizaje y sistemas de control. La industria aeroespacial está considerada la industria de fabricación más precisa y fiable del mundo. Las formas y tolerancias requeridas para las aplicaciones aeroespaciales exigen el máximo nivel de precisión de mecanizado.
Sector energético
En la industria energética, los engranajes se utilizan en todo tipo de aplicaciones, desde turbinas eólicas hasta equipos de perforación de petróleo y gas, pasando por centrales eléctricas. Estos engranajes tienen que soportar grandes cargas y funcionar en condiciones extremas. Los engranajes son extremadamente importantes para el funcionamiento y el mantenimiento de los equipos de producción de energía.
Robótica
Los robots necesitan engranajes ligeros, precisos y fiables para moverse y rendir como es debido. A medida que la robótica siga mejorando, se necesitarán nuevos y mejores engranajes.
Electrónica de consumo
Cámaras, impresoras, equipos de audio, etc., todos utilizan engranajes. Estos engranajes suelen ser más pequeños y menos robustos que los industriales, pero aun así deben fabricarse con precisión. Deben ser compactos, duraderos y fiables.
Productos sanitarios
Los instrumentos quirúrgicos, los taladros dentales, los equipos de diagnóstico por imagen, etc., utilizan engranajes. Los engranajes médicos deben ser fiables y precisos. A menudo deben cumplir estrictos requisitos normativos y funcionar con gran precisión.
Coste del mecanizado de engranajes a medida
Hay muchos factores que influyen en el precio del mecanizado de engranajes. Los principales son el coste de los materiales, la complejidad de los engranajes, las tolerancias estrictas y el volumen de engranajes que se van a producir. Por lo tanto, estas decisiones, junto con otras que tendrá que tomar, se basarán en la cantidad de tiempo, recursos y experiencia que desee dedicar a la creación de engranajes de calidad.
Hay muchas cosas que puede hacer para abaratar el mecanizado de sus engranajes. Puede mejorar el diseño de los engranajes. Puede elegir los procesos de mecanizado adecuados para su aplicación. Puede hacer que su proceso de fabricación sea más eficaz. Puede planificar con antelación y analizar cómo está haciendo las cosas para reducir los residuos y ahorrar dinero.
Problemas y defectos comunes en el mecanizado de engranajes
Problemas que puede experimentar
El mecanizado de engranajes puede plantear varios problemas. Por ejemplo, no poder mantener tolerancias estrechas, tener un acabado superficial rugoso o un engranaje ruidoso. Comprender estos problemas es fundamental para obtener el mejor rendimiento de los engranajes que está fabricando.
Qué causa los defectos
Los defectos en los engranajes pueden tener distintos orígenes. Una máquina mal ajustada, un proceso de mecanizado incorrecto, un material inadecuado o la falta de mantenimiento pueden contribuir a la calidad y el rendimiento de los engranajes.
¿Cómo solucionar y evitar problemas?
Para solucionar y evitar los problemas de los engranajes hay que prestar atención a los detalles en cada paso del proceso. Mantener correctamente las máquinas, elegir los materiales adecuados y seguir unas buenas prácticas de mecanizado son la clave para no tener problemas y fabricar buenos engranajes.
Consejos de diseño para el mecanizado de engranajes
Principios básicos del diseño de engranajes
Los engranajes deben diseñarse para soportar peso, transferir par, afectar a la velocidad del tren de engranajes y utilizar materiales adecuados. Sin un conocimiento fundamental de estas ideas, sus diseños no funcionarán, sus engranajes no sobrevivirán y usted se sentirá desgraciado.
Optimización de la eficiencia del mecanizado
La optimización de los diseños de engranajes para lograr una mayor eficiencia de mecanizado implica aplicar métodos para que los engranajes sean más fáciles de construir y montar. Los diseños de engranajes pueden ser básicos, fáciles de construir, estandarizados y fabricados con materiales fáciles de encontrar, cortar y mecanizar. Estos pequeños consejos ayudan a acelerar el montaje y simplifican la vida.
Precisión y tolerancias
El diseño de engranajes para el mecanizado Maker requiere precisión y tolerancias. Las tolerancias permiten desviarse del componente nominal (ideal). Si su objeto impreso necesita un orificio de 2 mm, usted estaría encantado con 2,02 o 2,03 mm. Por tanto, aceptaría un agujero un poco más grande. Estaría insatisfecho si esa parte tuviera un orificio de 2,2 mm. El agujero es demasiado grande. Fuera de tolerancia.
Control de calidad en el mecanizado de engranajes
Al mecanizar engranajes, **es importante tener un buen control de calidad**. Esto garantiza que los engranajes que fabrique sean precisos, fiables y funcionen bien. Para poder fabricar buenos engranajes, debe tener un buen programa de control de calidad.
Hay varias formas de comprobar la calidad. Puede medir las dimensiones, comprobar el acabado superficial y realizar pruebas de contacto de los dientes de los engranajes. Cada uno de estos métodos es importante para asegurarse de que sus engranajes son precisos y harán lo que se supone que deben hacer.
Asegurarse de que su **mecanizado es bueno** implica mucha planificación, control de los procesos y mantenimiento de los equipos en buen estado. Si haces todas estas cosas bien, obtendrás buenos resultados de forma constante a lo largo del tiempo.
Conclusión
El control de calidad es crucial a la hora de fabricar engranajes. Es necesario un excelente control de calidad para crear engranajes excelentes.
La calidad puede comprobarse de muchas maneras. Las dimensiones, el acabado superficial y las pruebas de contacto de los dientes de los engranajes son posibles. Todas estas estrategias son cruciales para garantizar que sus engranajes funcionen correctamente.
Mantener sus engranajes en excelentes condiciones requiere planificación, gestión de procesos y mantenimiento de equipos. Obtendrá resultados excelentes de forma constante si hace todas estas cosas a la perfección.
