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Engranajees un componente de transmisión ampliamente utilizado enEquipos mecánicos, y el rendimiento del equipo está estrechamente relacionado con los materiales seleccionados. Al personalizar los engranajes, la elección de los materiales es crucial porque no solo determina el rendimiento mecánico y la vida útil de los engranajes, sino que también afecta directamente el rendimiento general y la eficiencia operativa del equipo.

Por lo tanto, no solo debemos cumplir con los requisitos básicos de alta resistencia, alta resistencia al desgaste y alta resistencia a la fatiga, sino también considerar la maquinabilidad y economía del material. Por lo tanto, es importante explorar los materiales más adecuados para los engranajes personalizados para optimizar el rendimiento del equipo, reducir los costos y mejorar la eficiencia de la producción.

¿Cuáles son los materiales de los engranajes?

1.acero

• Acero forjado: Normalmente se utilizan aceros al carbono o aleados, con un contenido de carbono de entre el 0,15% y el 0,6%. Para engranajes que requieren menos fuerza, velocidad y precisión, use una superficie de dientes suave (dureza ≤ 350HBS) para mayor comodidadCorte de engranajesLos engranajes que requieren un mecanizado de precisión suelen estar hechos de acero aleado para mejorar la dureza y la resistencia al desgaste de la superficie del diente.
• Acero fundido: buena resistencia al desgaste y resistencia. Cuando la estructura del engranaje es más grande, generalmente se usa acero fundido.

2.hierro fundido

Los engranajes de hierro fundido se utilizan principalmente en situaciones en las que no se requiere fuerza y resistencia al desgaste. El hierro fundido gris tiene buena adherencia y resistencia a la corrosión. El hierro fundido gris o el hierro dúctil es una opción común para engranajes impulsores abiertos de baja velocidad.

 3.Aleaciones de cobre

• Latón (H62): Buena conductividad eléctrica, moderada resistencia al desgaste, bajo costo.
• Bronce Berilio (C17000): Módulo de elasticidad ultra alto (125GPa) con excelente resistencia a la fatiga.

4.Materiales no metálicos

Para engranajes de alta velocidad, carga ligera y baja precisión, los piñones generalmente están hechos de materiales no metálicos como tela, plástico y nailon para reducir el ruido.

¿Cuáles son las propiedades de los materiales de los engranajes?

1. Propiedades mecánicas

• Resistencia: El engranaje debe soportar una gran carga durante el uso, por lo que el material debe tener una alta resistencia, incluida la resistencia a la tracción, el límite elástico, etc., para garantizar que el engranaje no se deforme y rompa fácilmente durante el uso a largo plazo.
• Dureza: La dureza de la superficie de los dientes es un factor clave que afecta la resistencia al desgaste y la vida útil del engranaje. La dureza adecuada puede mejorar la resistencia al desgaste y prolongar la vida útil de los engranajes.
• Resiliencia: La capacidad de un material para resistir la fractura cuando se somete a un impacto. Los engranajes pueden ser sometidos a varios choquesCarga durante el uso, por lo que el material debe ser flexible para garantizar que el engranaje no sea propenso a agrietarse bajo el impacto.

2. Rendimiento del proceso

Un buen rendimiento de procesamiento puede reducir los costos de fabricación y mejorar la eficiencia de la producción. Por ejemplo, el hierro fundido gris es fácil de fundir y cortar, por lo que se usa comúnmenteSe requieren engranajes que no requieran alta resistencia para fabricar.

3. Desempeño ambiental

• Resistencia a la abrasión: La resistencia a la abrasión esMaterial del engranajeLos engranajes a menudo se usan en pares durante el uso, por lo que el material debe ser resistente al desgaste para reducir el desgaste y prolongar la vida útil. Por ejemplo, los engranajes de poliamida (nylon) tienen resistencia al desgaste, y solo los engranajes metálicos 1/5-1/10 tienen buena resistencia al desgaste después de tiradas largas.
• Resistencia a la corrosión: puede mantener un buen rendimiento de trabajo a alta temperatura, alta humedad y otras condiciones, y tiene una excelente resistencia a la corrosión química, que es adecuada para sistemas de transmisión en entornos de medios corrosivos.

4. Características del tratamiento térmico

El tratamiento térmico mejora las propiedades mecánicas y la dureza de la superficie del diente. tratamiento térmicoIncluyendo enfriamiento, revenido, carburación y nitruración.

¿Qué industrias necesitan engranajes personalizados?

• Maquinaria y Equipo Industrial:Máquinas herramienta, grúas, maquinaria de impresión y otros equipos industriales. El equipo tiene diferentes requisitos para la precisión, la resistencia al desgaste y la capacidad de carga de los engranajes, por lo que los engranajes deben personalizarse de acuerdo con los requisitos específicos.

• En el sector de la automoción:Para lograr la transmisión de potencia y la regulación de la velocidad, se deben utilizar engranajes de alta precisión para la transmisión y las velocidades diferenciales. Las soluciones de engranajes personalizados pueden proporcionar engranajes que cumplan con requisitos específicos para mejorar la eficiencia de la transmisión del vehículo y la estabilidad de conducción.

• Sector aeroespacial:Existen requisitos extremadamente altos para la precisión, el material, el tratamiento de la superficie, etc. del engranaje. Las soluciones de engranajes personalizados pueden satisfacer estas necesidades especiales y garantizar la estabilidad y confiabilidad del sistema de transmisión de la aeronave.

• Robótica y automatización:Las articulaciones de los robots, las transmisiones y otros componentes requieren engranajes de alta precisión para un control de movimiento preciso. Los engranajes personalizados pueden cumplir con los requisitos especiales del robot en términos de tamaño, peso y precisión del engranaje.

¿Qué técnicas de procesamiento están involucradas en el proceso de fabricación de engranajes?

Preparación de materias primas

1. Forja/fundición

• Forja: Se utiliza para engranajes de alta carga (como los engranajes de transmisión de automóviles) para extruir piezas en bruto de metal a través de un troquel para aumentar la densidad del material.
• Fundición en arena:Económicamente adecuado para engranajes de hierro fundido de tamaño pequeño y mediano (por ejemplo, engranajes de caja de cambios).
• Fundición de precisión (por ejemplo, fundición EPC): Se utiliza para engranajes con estructuras complejas o paredes delgadas para reducir el posprocesamiento.

2. Rodadura/extrusión

• Engranajes de laminación en caliente en bruto: El mecanizado en bruto de engranajes de eje largo (por ejemplo, ruedas de tren) se produce mediante laminación continua.
• Extrusión en frío: Adecuado para:Engranajes de aleación de aluminio, lo que puede aumentar la resistencia del material y reducir la cantidad de corte.

3. Pulvimetalurgia

Sinterización por compresión: se utiliza para procesar materiales refractarios (como engranajes de aleación de titanio) o engranajes con formas complejas, con una tasa de utilización de material de más del 95%.

Mecanizado de dientes (desbaste y mecanizado de semiprecisión)

1. Moldeo y procesamiento

• Placa de cocción: La placa giratoria se acopla continuamente a la pieza de trabajo para cortar la forma involuta del diente. Alta eficiencia (para producción en masa), precisión IT7 ~ IT9, rugosidad superficial Ra 3.2 ~ 6.3 μ m.
• Figuración:Herramienta de tallado de engranajes alternativos para el engranado de la pieza de trabajo, adecuada para el mecanizado de engranajes internos o perfiles de dientes no estándar. Alta flexibilidad, pero menos eficiente que el tallado de engranajes.
• Molienda:La fresa multifilo corta según el perfil del diente y es adecuada para la producción única o de bajo volumen. Sin embargo, vibra fácilmente y no es muy preciso (IT9 ~ IT10).

2 Manejo especial

• Cables de descarga: Orificios internos complejos o engranajes irregulares que se utilizan para mecanizar materiales de alta dureza como el acero endurecido.
• Impresión 3D(fabricación aditiva): fundición en lecho de polvo (SLS/DLP) o inyección de aglutinante metálico. Capacidad para producir rápidamente prototipos ligeros (más del 50% de reducción en la estructura de celosía).

Mecanizado de precisión y tratamiento de superficies

1. Tecnología de mecanizado de precisión

• Molienda: Rectificado de la pieza de trabajo con una muela abrasiva para corregir la deformación del tratamiento térmico y mejorar la suavidad de la superficie.
• Bruñido: La rueda de bruñido suave está en ligero contacto con una superficie dura para eliminar la microrrugosidad y reducir el ruido. Mejorar el contacto de los dientes en 10-15 decibelios.
• Afeitadoras: Las afeitadoras de hoja fina microcortan los engranajes no templados para corregir la holgura del flanco de los dientes. Sin embargo, solo es adecuado para superficies dentales blandas (por ejemplo, aceros templados y revenidos).

2.Proceso de tratamiento de superficies

• tratamiento térmico

Carburación y enfriamiento: Aumenta la dureza de la superficie (HRC58-62) y prolonga la resistencia al desgaste.

Nitrógeno: tratamiento a baja temperatura (500-550 °C), la dureza de la superficie es HV800-1000.

Temple y revenido: Temple + templado a alta temperatura para mejorar la tenacidad del núcleo.

• Tecnología de recubrimiento

Deposición física de vapor (PVD): Por ejemplo, recubrimientos de TiN, el coeficiente de fricción se reduce a 0.1-0.15.

Pulverización térmica: el recubrimiento WC Co aumenta la resistencia a la abrasión de 5 a 10 veces.

• Tratamiento químico

Fosfatado/Azulado: Mejora la resistencia a la corrosión de los engranajes de carga ligera.

Post-procesamiento e inspección

1. Acabado y pulido

Utilice un cepillo o un disolvente químico para eliminar los residuos de procesamiento y mejorar la suavidad de la superficie.

2. Detección de vibraciones y equilibrado dinámico

• Prueba de equilibrio dinámico: Corrección de engranajes giratorios de alta velocidad, como el desequilibrio de los engranajes del buje.
• Toothcheck: UsoCMM o probador de engranajes.

3. Pintura y embalaje

Tratamiento antioxidante: pintura, enchapado o fosfatado para prolongar la vida útil.

¿Qué factores hay que tener en cuenta a la hora de elegir un material para un engranaje personalizado?

1. Factores técnicos básicos

Requisitos de rendimiento

• Propiedades mecánicas: resistencia a la tracción, límite elástico, límite de fatiga (por ejemplo, acero cementado para cargas pesadas,nailonpara cargas ligeras), resistencia al impacto (por ejemplo, maquinaria minera que requiere materiales de alta tenacidad).
• Resistencia a la abrasión: La dureza de la superficie (HRC58 o superior) y los recubrimientos (por ejemplo, WC Co) pueden prolongar la vida útil.
• Resistencia a la corrosión: Se requieren materiales resistentes a la corrosión como el acero inoxidable (316L) o el PEEK en entornos húmedos/químicos.

Compatibilidad de procesamiento

• Dificultades de procesamiento: el acero puede serLaminado/rectificado, pero la deformación debe controlarse mediante tratamiento térmico. El nailon debe moldearse por inyección y controlarse la contracción.
• Tratamiento de superficies: cementación y enfriamiento, recubrimiento PVD y otras tecnologías tienen altos requisitos para los materiales.

2. Factores económicos y de coste

• Costo: El costo de los diferentes materiales varía mucho y debe elegir el material adecuado de acuerdo con sus necesidades y presupuesto reales. Minimice los costos de material al tiempo que garantiza el rendimiento.
• Productividad: Diferentes materiales tienen diferentes dificultades de procesamiento y eficiencia. Por ejemplo, la precisión de mecanizado de los engranajes duros es muy alta y los métodos de mecanizado de precisión como:Rechinar dientes, lo que aumentará los costos y ciclos de producción. Por lo tanto, a la hora de elegir los materiales, es necesario tener en cuenta su impacto en la productividad.

3. Factores del escenario de aplicación

Tipo de escenario	Selección de materiales críticosprincipio	Materiales típicos
Transmisión de precisión de alta velocidad	Alta dureza y bajo coeficiente de fricción	Acero al carbono transpirable, revestimiento POM+
Condiciones de choque de cargas pesadas	Alta tenacidad y resistencia a la fatiga	Acero aleado (38CrMoAl), hierro fundido
Requisitos de ligereza	Baja densidad, alto módulo	Aleación de aluminio, materiales compuestos de fibra de carbono
Producción en masa de bajo costo	Procesos sencillos y una cadena de suministro estable	HT250 hierro fundido gris PA6

Casos de estudio.

Antecedentes: Personalización de engranajes de reductores RV para robots industriales.

Una empresa de robots industriales necesita personalizar planetasJuego de engranajes reductores RV(módulo de 2 mm, diámetro exterior Φ 12 mm, producción en masa de 10.000 piezas) tiene los siguientes requisitos básicos:

• Alta precisión: La holgura de engrane del par de engranajes es de ≤ 5 μ m (tolerancia de nivel IT5).
• Ligero: Marcha única ≤ 8 gramos.
• Bajo costo: $500,000 de costo total ≤ (incluidos materiales, procesamiento y pruebas).

Selección de materiales:

1. Comparación de materiales básicos

material	Densidad (g/cm³)	Resistencia a la tracción (MPa)	Costo ($/kg)	Dificultad de procesamiento
Acero cementado 20CrMnTi	7.85	1080	120	★★★
Aleación de aluminio 7075-T6	2.8	570	60	★★★★
Plástico reforzado POM-CF30	1.4	160	80	★★

2. Plan final de selección de materiales

• Materiales principales:Aleación de aluminio 7075-T6(Tiene ventajas obvias de ligereza y la densidad es de solo 1/3 del acero);
• Tratamiento de superficie: Recubrimiento de acero al carbono (0,05 mm de espesor, mejora la resistencia al desgaste y la dureza de contacto a HRC60).
• Criterios de selección: la aleación de aluminio cumple con los requisitos de ligereza (peso único ≤ 7,5 g), capa de cementación para garantizar la resistencia al desgaste, el costo del material es un 40% más bajo que el acero puro, la eficiencia del mecanizado CNC es mayor (velocidad de corte aumentada en un 30%).

Mecanizado CNC:

1. Diseño estructural

• Reducción de peso topológico: producción de estructuras huecas de nido de abeja con una reducción del 20% en el uso de material y una reducción de peso de 12 gramos a 7,5 gramos;
• Control de la cadena de tolerancia: El error de forma del diente se controla a ± 1,2 μm a través de la programación simultánea de varios ejes.

2. Proceso de mecanizado CNC

proceso	equipo	Parámetros clave	función
Mecanizado en bruto	Fresadora CNC de cinco ejes	Velocidad de corte 800 m/min, velocidad de avance 0,1 mm/rev.	Retire rápidamente las piezas sobrantes para garantizar la estabilidad dimensional.
Mecanizado de semiprecisión	Rectificadoras cilíndricas internas y externas	Precisión IT7, rugosidad superficial Ra0,8 μ m.	Mejorar la precisión de la base del engranaje.
Mecanizado de precisión	Talladora de engranajes + rectificadora de engranajes	Error de paso de fresado ≤ 0,5 μ m, la holgura de corrección de rectificado alcanza los 4,8 μ m.	Logre una precisión de mallado de nivel IT5.
Tratamiento superficial	Horno de cementación al vacío + arenado	La profundidad de la capa cementada es de 0,08 mm y la dureza de la superficie es HRC62.	Mejora la resistencia a la abrasión y a la fatiga.

• Al incorporar un sensor de temperatura en el proceso de tallado para controlar la temperatura de la herramienta en tiempo real (con una precisión de ± 0,5 °C), el error acumulativo del paso se reduce de 1,8 μ m a 0,9 μ m.
• El uso de un dispositivo de transferencia para mecanizar 4 engranajes en un solo proceso de sujeción reduce el tiempo de cambio de herramienta en un 30%.

Control de costes:

1. Gestión de costes de material

• Contratación centralizada: acuerdo a largo plazo con proveedores de aluminio, el precio unitario se reduce de 60 dólares EE.UU./kg a 53 dólares EE.UU./kg;
• Reciclaje de chatarra: El proceso de pulvimetalurgia aumenta la tasa de recuperación al 95%.

2. Control de los costes de tramitación

Partidas de coste	Tratamiento
Tiempo de procesamiento de una sola pieza	8 minutos
Costos de herramientas	$8,000
Chatarra	1.5%

3. Costos de las pruebas

• Sistema de medición en línea: se utiliza interferómetro láser para la detecciónEspacio en los dientes de moliendaEvite la chatarra a granel en tiempo real.
• Control estadístico de procesos: Analice la distribución de dimensiones clave con software de datos relevantes para reducir la frecuencia de las inspecciones exhaustivas en un 20%.

4. Contabilidad de costes totales

proyecto	medir	proporción
Costes de material	$265,000	53%
Costos de procesamiento	$155,000	31%
Pruebas y herramientas	$45,000	9%
Reservas para imprevistos	$35,000	7%
total	$500,000	100%

Este caso demuestra que a través de la combinación de la innovación de materiales y la optimización de procesos,Personalización de engranajes de robots industrialesPuede lograr los objetivos de control de costos al tiempo que cumple con los requisitos de alta precisión y ligereza, y proporcionar soluciones reutilizables para la fabricación de equipos de alta gama.

¿Por qué colaborar?LS?

• Valor:La empresa proporciona los documentos de diseño, seleccionamos los mejores materiales y procesos, y le enviamos un presupuesto competitivo.
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Resumen

cuandoEngranajes personalizadosLa mejor selección de materiales debe basarse en la aplicación específica, los requisitos de rendimiento y el presupuesto de costos. El acero, especialmente el acero forjado, se prefiere para una amplia gama de aplicaciones debido a su alta resistencia, resistencia al impacto y capacidad de tratamiento térmico. Sin embargo, en condiciones especiales, como la transmisión óptica de carga a alta velocidad, también se favorecen los materiales no metálicos, como el nailon y la madera laminada, debido a sus propiedades de ligereza y bajo nivel de ruido. Además, para entornos corrosivos y de alta temperatura, se deben seleccionar materiales especiales que sean resistentes a las altas temperaturas y a la corrosión. En resumen, la optimización de los materiales de los engranajes debe considerarse de acuerdo con las necesidades reales.

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Nuestra fábrica está equipada con más de 100 centros de mecanizado de 5 ejes de última generación y cuenta con la certificación ISO 9001:2015. Proporcionamos soluciones de fabricación rápidas, eficientes y de alta calidad a clientes en más de 150 países de todo el mundo. Ya sea que se trate de producción de bajo volumen o personalización masiva, podemos satisfacer sus necesidades con la entrega más rápida dentro de las 24 horas. elegirTecnología LSSignifica elegir eficiencia, calidad y profesionalismo.
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Preguntas frecuentes

1. ¿Pueden los engranajes de plástico reemplazar al metal?

Los engranajes de plástico pueden reemplazar parcialmente a los engranajes de metal en ciertas condiciones, pero no en todos los casos. Los engranajes de plástico tienen las ventajas de peso ligero, bajo nivel de ruido, sin lubricación y fuerte resistencia a la corrosión. Sin embargo, los engranajes de plástico generalmente no son tan fuertes, resistentes al calor y duraderos como los engranajes de metal.

2. ¿Qué materiales de engranajes cumplen con los requisitos ambientales?

Los engranajes de nailon se consideran un material ecológico debido a sus propiedades no tóxicas, inodoros y reciclables. Los engranajes de nailon se usan ampliamente en una amplia gama de campos industriales porque no solo tienen una excelente resistencia al calor, tenacidad y resistencia química, sino que también pueden mantener la estabilidad en diversos entornos hostiles.

3. ¿Cómo evitar las picaduras de los engranajes?

Elija materiales de engranajes de alta resistencia y dureza, use aceites lubricantes apropiados y controle su temperatura para reducir la fricción y el desgaste. Al mejorar la precisión del mecanizado y la suavidad de la superficie, se puede reducir la concentración de tensión superficial del diente y la generación de microfisuras.

4. ¿Qué material de engranaje tiene la vida útil más larga?

Por lo general, se considera que el acero cementado tiene la vida útil más larga entre los materiales para engranajes, especialmente en entornos industriales de alta precisión y alta carga. Para entornos extremos como altas temperaturas y fuertes corrosiones, se pueden considerar materiales especiales como cerámicas y aleaciones de titanio. La elección de los materiales reales debe equilibrarse con las condiciones operativas específicas, los presupuestos de costos y los requisitos de aligeramiento.

Recurso

Fabricación de engranajes

Fresando

Transmisión (mecánica)