Processo de usinagem de engrenagens, parâmetros de corte e requisitos de ferramentas quando a engrenagem é muito dura para ser torneada e a eficiência da usinagem precisa ser melhorada.

A engrenagem é o principal elemento básico de transmissão na indústria automobilística. Normalmente, cada automóvel possui de 18 a 30 dentes. A qualidade da engrenagem afeta diretamente o ruído, a estabilidade e a vida útil do automóvel. A máquina-ferramenta para processamento de engrenagens é um sistema complexo e um equipamento fundamental na indústria automobilística. Potências mundiais na fabricação de automóveis, como Estados Unidos, Alemanha e Japão, também são potências na fabricação de máquinas-ferramenta para processamento de engrenagens. Segundo estatísticas, mais de 80% das engrenagens automotivas na China são processadas por equipamentos de fabricação de engrenagens nacionais. Ao mesmo tempo, a indústria automobilística consome mais de 60% das máquinas-ferramenta para processamento de engrenagens, e sempre será o principal consumidor de máquinas-ferramenta.

Tecnologia de processamento de engrenagens

1. Fundição e fabricação de blanks

A forjagem a quente ainda é um processo de fundição amplamente utilizado para peças de engrenagens automotivas. Nos últimos anos, a tecnologia de laminação transversal tem sido amplamente promovida na usinagem de eixos. Essa tecnologia é especialmente adequada para a fabricação de tarugos para eixos de portas complexos. Ela não só oferece alta precisão e pequena tolerância de usinagem subsequente, como também alta eficiência de produção.

2. normalização

O objetivo deste processo é obter a dureza adequada para o subsequente corte da engrenagem e preparar a microestrutura para o tratamento térmico final, de forma a reduzir eficazmente a deformação térmica. O aço para engrenagens utilizado é geralmente o 20CrMnTi. Devido à grande influência da equipe, dos equipamentos e do ambiente, a velocidade e a uniformidade do resfriamento da peça são difíceis de controlar, resultando em grande dispersão de dureza e estrutura metalográfica irregular, o que afeta diretamente o corte do metal e o tratamento térmico final, resultando em deformações térmicas grandes e irregulares e qualidade da peça incontrolável. Portanto, adota-se o processo de normalização isotérmica. A prática comprovou que a normalização isotérmica pode efetivamente superar as desvantagens da normalização convencional, e a qualidade do produto é estável e confiável.

3. virando

Para atender aos requisitos de posicionamento na usinagem de engrenagens de alta precisão, os tarugos de engrenagem são todos usinados em tornos CNC, fixados mecanicamente sem a necessidade de reafiar a ferramenta de torneamento. O processamento do diâmetro do furo, da face da extremidade e do diâmetro externo é concluído simultaneamente sob uma única fixação, o que garante não apenas os requisitos de verticalidade do furo interno e da face da extremidade, mas também a baixa dispersão dimensional dos tarugos de engrenagem. Dessa forma, a precisão do tarugo de engrenagem é aprimorada e a qualidade da usinagem das engrenagens subsequentes é garantida. Além disso, a alta eficiência da usinagem em torno CNC também reduz significativamente o número de equipamentos necessários, proporcionando boa relação custo-benefício.

4. Fresagem e conformação de engrenagens

As máquinas de fresagem de engrenagens e as máquinas-fresa convencionais ainda são amplamente utilizadas no processamento de engrenagens. Embora sejam fáceis de ajustar e manter, a eficiência de produção é baixa. Para atingir uma grande capacidade produtiva, é necessário fabricar várias máquinas simultaneamente. Com o desenvolvimento da tecnologia de revestimento, tornou-se muito mais fácil revestir fresas e êmbolos após a retificação. A vida útil das ferramentas revestidas pode ser significativamente aumentada, geralmente em mais de 90%, reduzindo efetivamente o número de trocas de ferramentas e o tempo de retificação, com benefícios consideráveis.

5. barbear

A tecnologia de usinagem radial de engrenagens é amplamente utilizada na produção em massa de engrenagens automotivas devido à sua alta eficiência e facilidade de implementação das modificações necessárias no perfil e na direção dos dentes. Desde que a empresa adquiriu a máquina especial de usinagem radial de engrenagens de uma empresa italiana para modernização técnica em 1995, consolidou-se na aplicação dessa tecnologia, garantindo uma qualidade de processamento estável e confiável.

6. tratamento térmico

As engrenagens automotivas requerem cementação e têmpera para garantir suas boas propriedades mecânicas. Equipamentos de tratamento térmico estáveis ​​e confiáveis ​​são essenciais para produtos que não serão mais submetidos à retificação após o tratamento térmico. A empresa implementou a linha de produção contínua de cementação e têmpera da German Lloyd's, que alcançou resultados satisfatórios no tratamento térmico.

7. moagem

É utilizado principalmente para o acabamento do furo interno da engrenagem tratada termicamente, da face da extremidade, do diâmetro externo do eixo e de outras peças, a fim de melhorar a precisão dimensional e reduzir a tolerância geométrica.

O processamento de engrenagens adota um dispositivo de fixação do círculo primitivo para posicionamento e fixação, o que garante efetivamente a precisão de usinagem do dente e a referência de instalação, obtendo-se assim a qualidade desejada do produto.

8. terminando

Este procedimento serve para verificar e limpar saliências e rebarbas nas engrenagens da transmissão e do eixo de transmissão antes da montagem, a fim de eliminar ruídos e vibrações anormais causados ​​por elas após a montagem. A verificação é feita através da audição do engate de um único par de engrenagens ou pela observação do desvio de engate em um testador completo. As peças da carcaça da transmissão produzidas pela empresa incluem a carcaça da embreagem, a carcaça da transmissão e a carcaça do diferencial. A carcaça da embreagem e a carcaça da transmissão são peças estruturais, geralmente fabricadas em liga de alumínio fundido sob pressão por meio de fundição especial. Possuem formato irregular e complexo. O fluxo de processo geral é: fresagem da superfície de junção → usinagem dos furos de fixação e de conexão → desbaste dos furos de rolamento → acabamento dos furos de rolamento e de localização dos pinos → limpeza → teste e detecção de vazamentos.

Parâmetros e requisitos de ferramentas de corte de engrenagens

As engrenagens sofrem deformações severas após a cementação e têmpera. Especialmente em engrenagens de grande porte, a deformação dimensional do anel externo e do furo interno cementados e temperados é geralmente muito grande. No entanto, não existia uma ferramenta adequada para o torneamento do anel externo de engrenagens cementadas e temperadas. A ferramenta bn-h20, desenvolvida pela “Valin superhard” para torneamento intermitente de aço temperado, corrigiu a deformação do anel externo, do furo interno e da face da engrenagem cementada e temperada, e encontrou uma ferramenta de corte intermitente adequada. Isso representa um avanço mundial no campo do corte intermitente com ferramentas superduras.

Deformação por cementação e têmpera de engrenagens: a deformação por cementação e têmpera de engrenagens é causada principalmente pela ação combinada da tensão residual gerada durante a usinagem, da tensão térmica e da tensão estrutural gerada durante o tratamento térmico e da deformação por peso próprio da peça. Especialmente para anéis de engrenagem e engrenagens de grande porte, a deformação após a cementação e têmpera também aumenta devido ao seu alto módulo de elasticidade, camada de cementação profunda, longo tempo de cementação e peso próprio. Lei de deformação do eixo da engrenagem de grande porte: o diâmetro externo do anel de adendo apresenta uma tendência de contração evidente, mas na direção da largura do dente do eixo da engrenagem, a região central se reduz e as duas extremidades se expandem ligeiramente. Lei de deformação do anel da engrenagem: após a cementação e têmpera, o diâmetro externo do anel da engrenagem de grande porte se expande. Quando a largura do dente varia, a direção da deformação na direção da largura do dente apresenta formato cônico ou cilíndrico.

Torneamento de engrenagens após cementação e têmpera: a deformação do anel da engrenagem decorrente da cementação e têmpera pode ser controlada e reduzida até certo ponto, mas não pode ser completamente evitada. Para a correção da deformação após cementação e têmpera, segue uma breve discussão sobre a viabilidade do torneamento e das ferramentas de corte após esses processos.

Torneamento do círculo externo, furo interno e face final após cementação e têmpera: o torneamento é a maneira mais simples de corrigir a deformação do círculo externo e do furo interno da engrenagem anular cementada e temperada. Anteriormente, nenhuma ferramenta, incluindo ferramentas superduras estrangeiras, conseguia resolver o problema do corte intermitente acentuado no círculo externo da engrenagem temperada. A Valin Superhard foi convidada a realizar pesquisa e desenvolvimento de ferramentas. "O corte intermitente de aço temperado sempre foi um problema difícil, principalmente em aços temperados com dureza próxima a HRC60, e a grande tolerância à deformação. Ao tornear aço temperado em alta velocidade, se a peça apresentar corte intermitente, a ferramenta completará a usinagem com mais de 100 impactos por minuto, o que representa um grande desafio para a resistência ao impacto da ferramenta", afirmam especialistas da Associação Chinesa de Facas. Após um ano de testes repetidos, a Valin Superhard lançou sua própria ferramenta de corte superdura para torneamento de aço temperado com forte descontinuidade. O ensaio de torneamento é realizado no círculo externo da engrenagem após a cementação e têmpera.

Experimento de torneamento de engrenagem cilíndrica após cementação e têmpera.

A engrenagem maior (engrenagem anular) sofreu deformações significativas após a cementação e têmpera. A deformação do anel externo da engrenagem anular chegou a 2 mm, e a dureza após a têmpera foi de HRC 60-65. Naquela época, o cliente tinha dificuldade em encontrar uma retificadora de grande diâmetro, e a sobremedida de usinagem era grande, resultando em uma eficiência de retificação muito baixa. Finalmente, a engrenagem cementada e temperada foi torneada.

Velocidade linear de corte: 50–70 m/min, profundidade de corte: 1,5–2 mm, distância de corte: 0,15–0,2 mm/revolução (ajustada de acordo com os requisitos de rugosidade)

Ao tornear a engrenagem temperada, o processo de usinagem é concluído em uma única operação. A ferramenta cerâmica importada original só pode ser processada várias vezes para eliminar a deformação. Além disso, o desgaste da aresta é significativo e o custo de utilização da ferramenta é muito alto.

Resultados dos testes da ferramenta: ela é mais resistente a impactos do que a ferramenta original de cerâmica de nitreto de silício importada, e sua vida útil é 6 vezes maior do que a da ferramenta de cerâmica de nitreto de silício quando a profundidade de corte é triplicada! A eficiência de corte aumentou 3 vezes (antes eram necessárias três passagens de corte, agora são concluídas em uma única passagem). A rugosidade superficial da peça também atende aos requisitos do usuário. O mais importante é que a falha final da ferramenta não é a quebra da aresta, um problema preocupante, mas sim o desgaste normal da face posterior. Este experimento de torneamento intermitente de engrenagens temperadas quebrou o mito de que ferramentas superduras da indústria não podem ser usadas para torneamento intermitente de aço temperado! Isso causou grande repercussão nos círculos acadêmicos de ferramentas de corte!

Acabamento superficial do furo interno da engrenagem após têmpera por torneamento duro.

Tomando como exemplo o corte intermitente de um furo interno de engrenagem com ranhura de óleo: a vida útil da ferramenta de corte de teste atinge mais de 8000 metros, e o acabamento fica dentro de Ra0,8; se for utilizada uma ferramenta superdura com aresta polida, o acabamento de torneamento do aço temperado pode atingir cerca de Ra0,4. E uma boa vida útil da ferramenta pode ser obtida.

Usinagem da face final da engrenagem após cementação e têmpera.

Como uma aplicação típica de "torneamento em vez de retificação", a lâmina de nitreto cúbico de boro tem sido amplamente utilizada na prática de torneamento duro da face final da engrenagem após tratamento térmico. Comparado à retificação, o torneamento duro melhora significativamente a eficiência do trabalho.

Para engrenagens cementadas e temperadas, os requisitos para as ferramentas de corte são muito elevados. Em primeiro lugar, o corte intermitente exige alta dureza, resistência ao impacto, tenacidade, resistência ao desgaste, rugosidade superficial e outras propriedades da ferramenta.

visão geral:

Para torneamento após cementação e têmpera, e para torneamento de faces, ferramentas convencionais de nitreto cúbico de boro (CBN) soldadas e compostas são amplamente utilizadas. No entanto, a remoção de grandes deformações dimensionais do anel externo e do furo interno de engrenagens de grande porte cementadas e temperadas sempre representou um desafio. O torneamento intermitente de aço temperado com a ferramenta de CBN-H20 super-resistente da Valin representa um grande avanço na indústria de ferramentas, contribuindo para a ampla disseminação do processo de "torneamento em substituição à retificação" no setor de engrenagens. Além disso, oferece uma solução para o problema das ferramentas de torneamento cilíndrico de engrenagens temperadas, que intrigava a indústria há anos. É também de grande importância para a redução do ciclo de fabricação de engrenagens e para a diminuição dos custos de produção. As ferramentas da série CBN-H20 são reconhecidas mundialmente como referência em torneamento intermitente de aço temperado.