EN
Fabricació de rodes dentades compostes mecanitzades amb CNC de precisió
Engrenatges compostos mecanitzats amb precisió CNC: una guia tècnica sobre materials, toleràncies i fabricació
Una visió d’enginyeria del mecanitzat d’engrenatges metàl·lics de doble capa (compostos) — selecció de materials, classes de tolerància, consideracions de DFM i les preguntes més habituals que fan els enginyers d’adquisicions.
01Què és un engrenatge compost (de doble capa) mecanitzat amb CNC?
Un engrenatge compost — també anomenat engrenatge de doble capa o escalonat — combina dos perfils d’engrenatge de diàmetres i nombres de dents diferents en un únic cos muntat sobre eix, mecanitzat a partir d’un sol bloc sòlid. Aquesta configuració permet que una cadena d’engrenatges modifiqui el parell i la velocitat de rotació en un sol punt d’engranatge, cosa habitual en caixes de canvi, actuadors robòtics i conjunts de reducció.
Com que ambdós estrats dentats han de compartir un mateix eix de forat i funcionar correctament l’un respecte de l’altre, les rodes dentades compostes exigeixen un control més estricte de la concentricitat i de la perpendicularitat que les rodes dentades d’un sol perfil. El tornejat CNC estableix el forat i els diàmetres exteriors, mentre que la fresadora CNC o la fresadora de rodes dentades talla els perfils dentats de cada estrat successivament, fent referència al mateix datum per mantenir tots dos estrats de la roda dentada alineats.
02Selecció de material per a components de rodes dentades de precisió
La tria del material determina la resistència a l’abrasió, la capacitat de càrrega i l’eficiència en costos. La taula següent resumeix les famílies de materials més habitualment especificades per a rodes dentades mecanitzades amb CNC.
03Control de toleràncies i procés de fabricació
El rendiment de l’engranatge depèn de la precisió dimensional en diversos punts de control: diàmetre i redonesa del forat, perfil de la dent (forma evolvent), precisió del pas i coaxialitat entre les dues capes d’engranatges d’una peça composta. El flux de procés típic per a un engranatge compost de precisió inclou:
- Torneig CNC de la peça bruta: diàmetres exteriors, forat i cares escalonades respecte a un mateix datum
- Fresat d’engranatges o tall d’engranatges per EDM amb fil per a cada capa del perfil de dent
- Tractament tèrmic (quan estigui especificat) per a la duresa i la vida útil contra la fatiga
- Rectificat de precisió del forat i de les cares crítiques fins a les toleràncies finals
- Inspecció dimensional amb màquina de mesurar per coordenades (CMM) o instruments de mesura específics per a engranatges
Les toleràncies normals assolibles per a engranatges CNC de precisió solen oscil·lar entre ±0,01 mm i ±0,005 mm en diàmetres crítics, segons la mida de la peça, el material i els processos posteriors a la mecanització, com ara el rectificat.
04Consideracions sobre el disseny per a la fabricabilitat (DFM)
Els enginyers que revisen un dibuix d’engranatge compost abans de fer una oferta solen comprovar: si la classe de tolerància del forat és compatible amb l’ajust de l’eix (joc, transició o interferència); si les dues capes d’engranatges es poden fresar en una única configuració de fresatge sense canvis excessius d’eina; i si l’alçada de l’esglaó entre les capes deixa prou joc perquè la fresa o la freza pugui accedir a l’engranatge de diàmetre més petit sense interferència amb el de diàmetre més gran.
Detectar aquests problemes durant la revisió de la fabricabilitat (DFM), en comptes de fer-ho després de la producció del primer article, redueix la necessitat de tornar a treballar les eines i escurça el camí des del dibuix fins a la lliurament de la mostra.
05Aplicacions típiques
Els engranatges CNC compostos s’utilitzen àmpliament en caixes reductores, transmissions d’eines elèctriques, muntatges de robòtica i actuadors, accionaments auxiliars automotrius i instruments de precisió, on un únic component ha de proporcionar una relació de transmissió escalonada dins d’un espai compacte.
Amb el tornejat i el rectificat combinats, es poden assolir toleràncies de forat de ±0,005 mm a ±0,01 mm en la majoria de components de precisió per a engranatges, segons el material i la geometria de la peça.
Les acerades aliades, com ara l’acer 45# o l’acer 40Cr, sovint carburades o endurides per inducció, són generalment preferides per a aplicacions de parell elevat o cicles elevats degut a la seva resistència a la fatiga.
El perfil exterior i el forat normalment es tornejen en una sola posició per mantenir ambdues capes coaxials; a continuació, es tallen els perfils dentats (per fresat o per cremallera) fent referència al mateix datum per mantenir l’alineació.
No sempre. El tractament tèrmic s’especifica quan l’aplicació requereix una duresa superficial superior o una resistència a la fatiga més elevada; els engranatges d’ús lleuger o de precisió poden utilitzar-se sense tractament tèrmic, només amb acabat superficial.
Les màquines de mesura per coordenades (CMM) verifiquen les dimensions de forats, esglaons i coaxialitat, mentre que els instruments específics per engranatges comproven el perfil de dent, el pas i la desviació radial segons la classe de tolerància indicada al plànol.
Inclou la qualitat del material, el mòdul/pas de les dents, la classe de tolerància del forat, els requisits de tractament superficial i la tolerància de coaxialitat entre les capes de l’engranatge; això permet fer una revisió DFM precisa i elaborar un pressupost amb la classe de tolerància corresponent.
Necessiteu un engranatge compost mecanitzat segons el vostre plànol?
Compartiu el vostre plànol o especificació d’engranatge per rebre una revisió DFM i un pressupost amb la classe de tolerància, realitzats per l’equip d’enginyeria de mecanitzat CNC.
Sol·liciti un pressupost