O que é a maquinagem de engrenagens?
A maquinagem de engrenagens consiste em fabricar engrenagens. Faz parte da engenharia mecânica. O que se está a fazer é pegar em matérias-primas e moldá-las em engrenagens com um tamanho e tolerância específicos. O termo maquinagem de engrenagens e o termo fabrico de engrenagens são muitas vezes utilizados indistintamente. A diferença é que o fabrico de engrenagens é tudo, desde o início até ao fim, enquanto que a maquinação de engrenagens se concentra apenas no corte, modelação e acabamento.
As engrenagens são dispositivos mecânicos de transferência de potência. Transmitem e aumentam as forças entre veios rotativos e podem alterar a velocidade e o binário dos veios. São importantes para fazer com que as coisas se movam suavemente. Desde simples ferramentas manuais a complexos robôs industriais, as engrenagens estão em todo o lado. Têm de ser cortadas e dispostas corretamente para poderem funcionar bem. É por isso que se vêem engrenagens em quase todos os dispositivos mecânicos.
A qualidade do corte das engrenagens determina o tempo de funcionamento dos sistemas mecânicos. As engrenagens mal cortadas podem ser ruidosas, vibrar muito e desgastar-se rapidamente. Por isso, fazer boas engrenagens requer muito cuidado e habilidade. As engrenagens precisam de ter a quantidade certa de folga para se encaixarem e funcionarem sem problemas. É por isso que a qualidade é tão importante no corte de engrenagens.
Processos de maquinagem de engrenagens
Processos de corte
Trituração de engrenagens
Uma forma de fazer engrenagens chama-se “gear hobbing”. Utiliza uma ferramenta chamada placa que gira e tem dentes. Este processo pode fazer todo o tipo de engrenagens e é bom para fazer muitas engrenagens iguais. A máquina que faz isto certifica-se de que a placa e a engrenagem rodam na quantidade certa para fazer uma engrenagem perfeita. Esta forma de fazer engrenagens é rápida e produz engrenagens boas, mas não funciona tão bem para engrenagens que giram dentro de outras engrenagens ou engrenagens que têm formas extravagantes.
Modelagem do equipamento
A modelação de engrenagens utiliza um cortador que se move para trás e para a frente para fazer engrenagens. É bom para fazer engrenagens que vão dentro de outras engrenagens e engrenagens que têm formas que não são redondas. Também produz engrenagens que são diferentes umas das outras. O cortador move-se para trás e para a frente e faz cada dente da engrenagem. Este método de fabrico de engrenagens pode produzir engrenagens com todo o tipo de formas, mas é mais lento do que a fresagem de engrenagens.
Barba de barbear
O corte de engrenagens é uma forma de tornar as engrenagens lisas depois de terem sido feitas com uma placa ou um shaper. Utiliza um cortador que retira um pouco de metal das engrenagens e as torna lisas e perfeitas. Isto torna as engrenagens silenciosas quando rodam. Esta forma de fazer engrenagens é rápida e fácil, mas é preciso ter a certeza de que as ferramentas são as corretas.
Trituração de engrenagens
A retificação de engrenagens é uma forma de tornar as engrenagens muito precisas. Utiliza uma roda com grãos e remove quantidades muito pequenas de metal das engrenagens. Isto torna as engrenagens muito suaves. Esta forma de fazer engrenagens é lenta e custa muito dinheiro, mas produz engrenagens de boa qualidade. As pessoas utilizam esta forma de fazer engrenagens quando querem que as engrenagens sejam muito lisas e redondas.
Processos de formação
Forjamento de peças
**O forjamento de engrenagens** é o processo de moldar o metal através da aplicação de forças de compressão. É uma boa técnica para fabricar grandes quantidades de engrenagens que precisam de ser fortes e duradouras. O forjamento produz engrenagens com boas propriedades mecânicas, mas normalmente as engrenagens precisam de ser maquinadas para obter as dimensões finais corretas.
Extrusão de engrenagens
**A extrusão de engrenagens** é feita empurrando metal aquecido através de uma matriz para criar um perfil desejado. É uma forma rápida de fabricar engrenagens, mas é utilizada principalmente para engrenagens mais pequenas. É mais adequado para engrenagens com formas simples e requer maquinação adicional para acabamento da superfície e precisão dimensional.
Laminagem a frio de equipamentos
**A laminagem a frio de engrenagens** é efectuada pressionando os dentes das engrenagens entre matrizes endurecidas para os moldar. É uma forma muito eficiente de criar engrenagens com bom acabamento superficial e resistentes. Este processo é eficiente em termos de volume, utilização de material e propriedades mecânicas. É um bom processo para a produção em massa de engrenagens.
Processos especiais de maquinagem
Usinagem por Descarga Eléctrica (EDM)
EDM é o processo de utilização de faíscas eléctricas para remover material. Pode dar formas muito complicadas e é muito bom para materiais duros que são difíceis de cortar de uma forma normal. O EDM é ótimo quando a forma ou o material é difícil de trabalhar com as técnicas tradicionais de corte por engrenagem.
Usinagem a laser
A maquinagem a laser consiste na utilização de um feixe de luz muito potente para cortar, gravar ou dar forma a objectos. A maquinagem a laser é boa para fazer engrenagens pequenas e detalhadas. Também é utilizada para alterar a superfície das engrenagens para que funcionem melhor. Se precisar de algo com um tamanho muito exato e com muitos pequenos detalhes, pode utilizar a maquinagem a laser para esse efeito.
Processos adicionais
Tratamento térmico
**O tratamento térmico** é uma parte importante da forma como as engrenagens são fabricadas. É efectuado em várias etapas, como o endurecimento, a têmpera e o recozimento. O tratamento térmico pode melhorar as propriedades físicas das engrenagens, como a dureza, a força e a resistência ao desgaste. O tratamento térmico é importante porque torna as engrenagens suficientemente fortes para suportar todo o stress e tensão que sofrem durante a sua utilização e também as ajuda a durar muito tempo.
Tratamento de superfícies
O tratamento de superfície é quando se fazem coisas à superfície da engrenagem para a ajudar a resistir ao desgaste, à corrosão e a reduzir o atrito. Por exemplo, o tratamento de superfície pode ser uma galvanização, um revestimento ou diferentes tipos de endurecimento da superfície. O tipo de tratamento de superfície escolhido depende da utilização da engrenagem e do contacto que esta terá com a mesma.
Tipos de engrenagens
Engrenagens de dentes retos
O tipo mais simples de engrenagem, com dentes que correm paralelamente ao eixo de rotação. As engrenagens de dentes rectos são adequadas para muitas aplicações devido à sua simplicidade e baixo custo, mas podem ser ruidosas a altas velocidades.
Engrenagens helicoidais
Engrenagens com dentes que estão dispostos num ângulo em relação ao eixo de rotação. As engrenagens helicoidais oferecem um funcionamento mais suave e silencioso em comparação com as engrenagens de dentes rectos. Podem transmitir potência entre veios paralelos ou não paralelos, mas geram um impulso axial que requer a utilização de rolamentos axiais.
Engrenagens em espinha
Um tipo de engrenagem helicoidal com dentes angulares opostos que anulam o impulso axial gerado pelas engrenagens helicoidais normais. As engrenagens em espinha de peixe proporcionam um funcionamento mais suave e capacidades de carga mais elevadas, tornando-as adequadas para aplicações pesadas.
Engrenagens cónicas
Engrenagens que têm dentes formados numa superfície cónica. São utilizadas para transmitir movimento entre veios que se intersectam. As engrenagens cónicas são frequentemente utilizadas quando é necessária uma mudança de direção.
Engrenagens de parafuso sem-fim
Engrenagens compostas por um sem-fim e uma roda de sem-fim. São frequentemente utilizadas para relações de redução elevadas. Pode encontrar engrenagens de parafuso sem-fim em guinchos e mecanismos de direção. São óptimas quando é necessária uma redução significativa da velocidade.
Prateleiras
Engrenagens que têm dentes numa superfície plana e trabalham em conjunto com pinhões, ou pequenas engrenagens, para traduzir o movimento de rotação em movimento linear. As cremalheiras são normalmente utilizadas em sistemas de direção e em processos industriais automatizados.
Seleção de materiais para maquinagem de engrenagens
Ao escolher o material de uma engrenagem, tenha em conta: força, dureza, resistência ao desgaste, localização da engrenagem, orçamento. Precisa de uma engrenagem para suportar uma carga? Utilize um material resistente. As engrenagens estão sempre a funcionar? Utilize um material que resista ao desgaste. Engrenagens maiores? Pense no ambiente. Engrenagens numa caixa de velocidades, não expostas? Muitas opções. Precisa de uma engrenagem para funcionar num deserto? Poucas opções.
Aço
As engrenagens são normalmente feitas de **aço**. O aço é forte e duradouro. Existem diferentes tipos de aço, como o aço-carbono ou o aço-liga, que são utilizados com base nos requisitos que tem para as suas engrenagens. Diferentes aços têm melhor desempenho e duram mais tempo como engrenagens do que outros.
Alumínio
**O alumínio** é leve e não enferruja, por isso é ótimo quando não se quer engrenagens pesadas. O alumínio não é tão forte como o aço, mas é possível utilizar ligas de alumínio para engrenagens em aplicações em que não é necessária tanta força. É especialmente útil em aplicações aeroespaciais e automóveis.
Plástico
**As engrenagens de plástico não pesam quase nada, não custam quase nada e podem ser utilizadas de forma muito silenciosa. É frequente ver engrenagens de plástico em aparelhos electrónicos de consumo, brinquedos e outras coisas que não exigem muita pressão. Diferentes tipos de plástico, como o nylon, o POM e o policarbonato, têm propriedades diferentes que os tornam melhores para coisas diferentes.
Outros materiais
Existem outros materiais como o latão, o bronze e alguns compósitos que são utilizados para fabricar engrenagens para situações específicas. Estes materiais têm propriedades especiais, como não corroerem, trabalharem a altas temperaturas ou lubrificarem-se a si próprios.
Aplicações da maquinagem de engrenagens
Indústria automóvel
A indústria automóvel depende fortemente da **maquinagem de engrenagens**. As engrenagens são utilizadas em transmissões, diferenciais e sistemas de direção. As engrenagens são o que faz com que os veículos funcionem de forma suave e eficiente. À medida que a indústria automóvel exige engrenagens mais leves, mais eficientes e mais fortes, a indústria de maquinagem de engrenagens tem sido pressionada a inovar.
Indústria aeroespacial
Na indústria aeroespacial, a **maquinação de engrenagens** é um processo crítico para o fabrico de componentes utilizados em motores de aeronaves, trens de aterragem e sistemas de controlo. A indústria aeroespacial é considerada a indústria de fabrico mais precisa e fiável do mundo. As formas e tolerâncias necessárias para as aplicações aeroespaciais exigem o mais elevado nível de precisão de maquinação.
Setor da energia
No sector da energia, as engrenagens são utilizadas em tudo, desde turbinas eólicas a equipamento de perfuração de petróleo e gás e centrais eléctricas. Estas engrenagens têm de suportar cargas elevadas e funcionar em condições extremas. As engrenagens são extremamente importantes para o funcionamento e manutenção do equipamento de produção de energia.
Robótica
Os robôs necessitam de engrenagens leves, precisas e fiáveis para se moverem e funcionarem conforme necessário. À medida que a robótica continua a melhorar, haverá necessidade de engrenagens novas e melhoradas.
Eletrónica de consumo
As máquinas fotográficas, as impressoras, o equipamento áudio, etc., utilizam todos engrenagens. Estas engrenagens são normalmente mais pequenas e menos robustas do que as engrenagens industriais, mas mesmo assim têm de ser fabricadas com precisão. Devem ser compactas, duradouras e fiáveis.
Dispositivos médicos
Os instrumentos cirúrgicos, as brocas dentárias, os aparelhos de imagiologia, etc., utilizam todos engrenagens. As engrenagens médicas têm de ser fiáveis e precisas. Têm frequentemente de cumprir requisitos regulamentares rigorosos e funcionar com elevada exatidão.
Custo da maquinagem de engrenagens personalizadas
Há muitos factores que afectam o preço da maquinação de engrenagens. Os principais factores são o custo dos materiais, a complexidade das engrenagens, as tolerâncias apertadas e o volume de engrenagens que vai produzir. Por conseguinte, estas decisões, juntamente com outras que terá de tomar, basear-se-ão na quantidade de tempo, recursos e conhecimentos que pretende dedicar à criação de engrenagens de qualidade.
Há muitas coisas que podem ser feitas para tornar a maquinação das suas engrenagens mais barata. Pode criar melhores designs de engrenagens. Pode escolher os processos de maquinação corretos para a sua aplicação. Pode tornar o seu processo de fabrico mais eficiente. Pode planear com antecedência e ver como está a fazer as coisas para reduzir o desperdício e poupar dinheiro.
Problemas e defeitos comuns na maquinagem de engrenagens
Problemas que pode ter
Há vários problemas que se podem encontrar ao maquinar engrenagens. Estes podem incluir não ser capaz de manter tolerâncias apertadas, ter um acabamento superficial áspero, ou ter uma engrenagem que é ruidosa em funcionamento. Compreender estes problemas é fundamental para obter o melhor desempenho das engrenagens que está a fabricar.
O que causa os defeitos
Os defeitos nas engrenagens podem ter várias origens. Uma máquina que não esteja corretamente configurada, um processo de maquinação incorreto, um material inadequado ou a falta de manutenção podem contribuir para a qualidade e o desempenho das engrenagens.
Como corrigir e evitar problemas?
Reparar e evitar problemas com engrenagens requer atenção aos detalhes em cada etapa do processo. A manutenção adequada das suas máquinas, a escolha dos materiais corretos e o cumprimento de boas práticas de maquinação são fundamentais para não ter problemas e produzir boas engrenagens.
Dicas de conceção para maquinagem de engrenagens
Princípios básicos da conceção de engrenagens
As engrenagens têm de ser concebidas para suportar peso, transferir binário, afetar a velocidade do trem de engrenagens e utilizar materiais adequados. Sem um conhecimento fundamental destas ideias, os seus projectos não funcionarão, as suas engrenagens não sobreviverão e será infeliz.
Otimização da eficiência da maquinagem
A otimização dos projectos de engrenagens para a eficiência de maquinação da Maker implica a aplicação de métodos para tornar as engrenagens mais fáceis de construir e montar. Os projectos de engrenagens podem ser básicos, fáceis de construir, padronizados e feitos de materiais fáceis de encontrar, cortar e maquinar. Estas pequenas dicas ajudam a acelerar a configuração e a simplificar a vida.
Precisão e tolerâncias
A conceção de engrenagens para maquinagem Maker requer precisão e tolerâncias. As tolerâncias permitem desvios em relação ao componente nominal (ideal). Se o seu objeto impresso necessita de um furo de 2 mm, ficaria satisfeito com 2,02 ou 2,03 mm. Assim, aceitaria um furo um pouco maior. Ficaria insatisfeito se essa parte tivesse um furo de 2,2 mm. O furo é demasiado grande. Fora da tolerância.
Controlo de qualidade na maquinagem de engrenagens
Ao maquinar engrenagens, **é importante ter um bom controlo de qualidade**. Isto garante que as engrenagens que fabrica são precisas, fiáveis e têm um bom desempenho. Para poder fabricar boas engrenagens, é necessário ter um bom programa de controlo de qualidade.
Existem algumas formas diferentes de verificar a qualidade. Pode medir as dimensões, pode verificar o acabamento da superfície e pode efetuar testes de contacto dos dentes da engrenagem. Cada um destes métodos é importante para garantir que as suas engrenagens são exactas e fazem o que é suposto fazerem.
Garantir que a sua **maquinação é boa** envolve muito planeamento, controlo dos seus processos e manutenção do seu equipamento em bom estado. Se fizer tudo isto corretamente, obterá bons resultados de forma consistente ao longo do tempo.
Conclusão
O controlo de qualidade é crucial na construção de engrenagens. É necessário um excelente controlo de qualidade para criar engrenagens excelentes.
A qualidade pode ser verificada de várias formas. As dimensões, o acabamento da superfície e os testes de contacto com os dentes da engrenagem são possíveis. Todas estas estratégias são cruciais para garantir que as suas engrenagens funcionam corretamente.
Manter as suas engrenagens em excelentes condições requer planeamento, gestão do processo e manutenção do equipamento. Obterá resultados excelentes de forma consistente se fizer tudo isto na perfeição.
