Selección de la ruta de mecanizado de dientes de engranaje: comparación de fresado, mortajado, cepillado y rectificado

Selección de la ruta de mecanizado de dientes de engranaje: comparación de fresado, mortajado, cepillado y rectificado

Respuesta central: la ruta de mecanizado de dientes se deriva hacia atrás a partir del grado de precisión impreso en el plano, no del precio cotizado. El fresado simple llega a GB 6~7; el mortajado alcanza GB 5~6; el cepillado compra aproximadamente un grado más allá del fresado; los dientes rectificados pueden alcanzar GB 4~5, y el rectificado de forma puede llegar hasta DIN 4-5. Solo el mortajado puede producir engranajes internos, engranajes dobles y engranajes con resalto; los engranajes cilíndricos rectos y helicoidales externos pueden recorrer cualquiera de las cuatro rutas. El tratamiento térmico desplaza las dimensiones en 0.01~0.05 mm, por lo que la precisión medida antes del tratamiento térmico no se traslada a la pieza terminada — de ahí la secuencia fija: mecanizado en bruto → tratamiento térmico → mecanizado de acabado (rectificado de engranajes/lapeado). Los engranajes de cajas de engranajes generales indicados en el plano como DIN 7~8 se sirven suficientemente bien con fresado más tratamiento térmico; donde el plano dice DIN 4-5 y se exige poco juego y bajo ruido, hay que dejar suficiente material para rectificar después del tratamiento térmico.

I. Ganancias de precisión grado por grado

Dos engranajes cortados del mismo material en la misma fresadora pueden terminar con varios grados de diferencia, dependiendo de si se añade cepillado o rectificado aguas abajo:

• Ruta Fresado como última operación: 6~7 grado
  • Dirección del diente: 6~7 grado
  • Paso acumulado: 7 grado
  • Excentricidad del anillo del engranaje: 7 grado
  • Rugosidad superficial Ra: ≤3.2 µm
• Ruta Fresado, luego cepillado: 5~6 grado
  • Dirección del diente: 5~6 grado
  • Paso acumulado: 6 grado
  • Excentricidad del anillo del engranaje: 6 grado
  • Rugosidad superficial Ra: ≤1.6 µm (cepillado de precisión Ra0.8)
• Ruta Fresado/mortajado, luego cementación y temple, luego rectificado de engranajes: 4~5 grado
  • Dirección del diente: 4~5 grado
  • Paso acumulado: 4~5 grado
  • Excentricidad del anillo del engranaje: 4~5 grado
  • Rugosidad superficial Ra: ≤0.4 µm (rectificado por generación)
• Ruta Fresado, luego cementación y temple, luego rectificado de forma de engranajes: Hasta grado DIN 4-5
  • Dirección del diente: Hasta grado DIN 4-5
  • Paso acumulado: Hasta grado DIN 4-5
  • Excentricidad del anillo del engranaje: Hasta grado DIN 4-5
  • Rugosidad superficial Ra: Confirmar según el proceso

Una advertencia merece atención: el cepillado ocurre antes del tratamiento térmico, por lo que el ciclo del horno aún sigue, y la distorsión que introduce se come la precisión que el cepillado acaba de comprar. La ruta de cepillado, por lo tanto, encaja en trabajos cuyo objetivo final es GB 6~7 y donde se quiere evitar el gasto de rectificado. Si el plano exige GB 5 o más estricto, ir directamente a cementación y temple más rectificado de engranajes es normalmente la mejor opción — se mantiene más predecible que cepillar, tratar térmicamente y luego retrabajar.

II. Trabajar hacia atrás desde el grado del plano hasta una ruta

Juntando los dos puntos anteriores, la ruta se deriva en gran medida por sí sola. Las notaciones comunes en planos se asignan a rutas de la siguiente manera:

• Grado de precisión del plano DIN 9~12 / grados GB 9~12: Servicio pesado de baja velocidad, maquinaria agrícola
  • Ruta de proceso de dientes de engranaje recomendada: Fresado o mortajado, templado y revenido o temple por inducción según se requiera
• Grado de precisión del plano DIN 7~8 / grados GB 7~8: Cajas de engranajes industriales generales, elevación de pórtico
  • Ruta de proceso de dientes de engranaje recomendada: Fresado → cementación y temple/temple por inducción → acabado (según plano)
• Grado de precisión del plano DIN 6 / grados GB 6: Engranajes de transmisión automotriz, cajas de engranajes industriales de alta exigencia
  • Ruta de proceso de dientes de engranaje recomendada: Fresado → cepillado de engranajes → cementación y temple (si se rectifica después del tratamiento térmico depende de los requisitos)
• Grado de precisión del plano DIN 4-5 / grados GB 4~5: Husillos de máquinas herramienta de precisión, transmisión de precisión de alta velocidad
  • Ruta de proceso de dientes de engranaje recomendada: Fresado → cementación y temple → rectificado de engranajes (por generación o de forma)
• Grado de precisión del plano grado DIN 4-5: Metrología de alta precisión, husillos de precisión
  • Ruta de proceso de dientes de engranaje recomendada: Fresado → cementación y temple → rectificado de forma de engranajes
• Grado de precisión del plano Engranajes internos / engranajes agrupados / estrías: Mecanismos planetarios, mecanismos de transmisión
  • Ruta de proceso de dientes de engranaje recomendada: El mortajado es primordial (el fresado no puede mecanizarlos)

Cada ajuste de un grado de precisión empuja tanto el costo de procesamiento como el de inspección un escalón hacia arriba. Lo que los ingenieros suelen hacer en su lugar es fijar un grado que sea “suficientemente bueno” a partir del ciclo de trabajo real — velocidad, carga, ruido permitido, límites de juego — y luego igualar la ruta a ese grado, en lugar de arrastrar cada engranaje hacia DIN 4-5.

Las cremalleras van por su propio camino: las cremalleras rectas y helicoidales se producen por fresado y rectificado de precisión y no forman parte de la familia de procesos de engranajes. Para cremalleras rectificadas la cifra alcanzable es DIN 6h25 (error de paso acumulado total 0.036 mm/1000 mm), mientras que los grados fresados de precisión dan DIN 8e27 (0.08 mm) y DIN 10e27 (0.13 mm); S45C y SCM440 son los materiales habituales, con dientes templados por inducción de alta frecuencia a HRC 48~52 o templados y revenidos a HRC 18~20. Tomemos una cremallera recta rectificada M2×1000 mm: su modelo se lee GY-CSTGH-020-10-S, y los cinco campos — material, perfil de diente, forma, mecanizado de dientes, tratamiento térmico — son legibles de un vistazo; la S final marca una pieza estándar, mientras que C marca personalización según plano del cliente.

III. El territorio que ocupa cada uno de los cuatro procesos

El fresado, mortajado, cepillado y rectificado no pueden simplemente sustituirse entre sí; la forma del diente y la banda de precisión difieren de un proceso a otro.

• Proceso Fresado: Fresa madre y pieza generan
  • Perfiles de diente mecanizables: Engranajes cilíndricos rectos externos, engranajes helicoidales, engranajes sinfín
  • Capacidad de precisión (GB/T 10095): Grado GB 6~7
  • Posición típica en el proceso: Desbaste / semiacabado; puede servir como mecanizado final para piezas de precisión general
• Proceso Mortajado: La herramienta de mortajar reciprocina arriba y abajo + generación
  • Perfiles de diente mecanizables: Engranajes internos, engranajes agrupados dobles/triples, engranajes con resalto, estrías
  • Capacidad de precisión (GB/T 10095): Grado GB 5~6 (el mortajado CNC puede alcanzar grado 5)
  • Posición típica en el proceso: Proceso principal para dientes internos y estructuras restringidas
• Proceso Cepillado: La cuchilla de cepillar y la pieza engranan libremente
  • Perfiles de diente mecanizables: Engranajes cilíndricos rectos externos, engranajes helicoidales
  • Capacidad de precisión (GB/T 10095): Mejora aproximadamente 1 grado sobre la base previa al cepillado (6~7 grado → 5~6 grado)
  • Posición típica en el proceso: Acabado de la superficie del diente antes del tratamiento térmico
• Proceso Rectificado: Muela de rectificar de forma o muela de rectificar de tornillo sinfín por generación
  • Perfiles de diente mecanizables: Engranajes cilíndricos rectos externos, engranajes helicoidales
  • Capacidad de precisión (GB/T 10095): Grado GB 4~5; el rectificado de forma puede alcanzar grado DIN 4-5
  • Posición típica en el proceso: Acabado de la superficie del diente después del tratamiento térmico

Los límites de capacidad de las mortajadoras están bastante bien definidos: la mortajadora de engranajes CNC YKX5132 admite módulo M1~M8, diámetro exterior Φ320 mm, diámetro interior Φ250 mm; la Y54A maneja hasta M6, diámetro exterior Φ500 mm, diámetro interior Φ400 mm; la YKX5150 llega a M10, con diámetros exterior e interior de Φ500 mm y Φ400 mm respectivamente y ancho de cara de hasta 120 mm. Los engranajes internos y trabajos similares quedan fuera del alcance de una fresadora — el mortajado es la única opción.

Las cepilladoras cubren también un amplio espectro: Y4232C y Y4245A llegan a M6, YK4232 llega a M8, el diámetro máximo de mecanizado abarca Φ320~Φ450 mm, y ángulos de hélice de ±30°~±35° están dentro del rango. El cepillado reduce la rugosidad superficial del diente de Ra≤3.2 µm a Ra≤1.6 µm; el cepillado de precisión alcanza Ra0.8 µm.

El rectificado se divide en dos caminos. El rectificado de forma viste una muela de perfil por CNC y trabaja diente a diente, lo que conviene a módulos grandes y perfiles inusuales; el rectificado por generación hace girar una muela de tornillo sinfín continuamente y gana en eficiencia de lote, manteniendo la rugosidad superficial del diente en Ra≤0.4 µm. El rectificado después del tratamiento térmico es el paso decisivo para deshacer la distorsión de la cementación y el temple, y también es lo que separa los engranajes de bajo juego y bajo ruido de los industriales ordinarios.

IV. Dónde se sitúa el tratamiento térmico, y cómo la distorsión fija la sobremedida de rectificado

El tratamiento térmico es más que una indicación de dureza — es la línea divisoria de la secuencia del proceso. Cada método desplaza las dimensiones de manera diferente, y ese desplazamiento dicta cuánto material debe dejarse para el corte posterior:

• Método de tratamiento térmico Cementación y temple: 20CrMnTi, 20CrMo, 20CrNiMo
  • Rango de dureza: HRC 58~63
  • Cantidad de deformación: 0.02~0.05 mm
  • Requisitos para procesos posteriores: Debe reservarse sobremedida de rectificado en los dientes; rectificado de engranajes posterior al tratamiento térmico
• Método de tratamiento térmico Nitruración: 38CrMoAl, 40Cr
  • Rango de dureza: HV 850~1100
  • Cantidad de deformación: ≤0.01 mm
  • Requisitos para procesos posteriores: Pequeña deformación; acabado posible antes del tratamiento térmico; sin rectificado o poco rectificado después de la nitruración
• Método de tratamiento térmico Temple por inducción (alta frecuencia): 40Cr, 42CrMo, 45#
  • Rango de dureza: HRC 50~55
  • Cantidad de deformación: 0.01~0.03 mm
  • Requisitos para procesos posteriores: Temple local; las superficies de los dientes pueden acabarse en operaciones posteriores
• Método de tratamiento térmico Temple y revenido: 40Cr, 42CrMo, 35CrMo
  • Rango de dureza: Determinado por material y sección
  • Cantidad de deformación: —
  • Requisitos para procesos posteriores: Mejora la estructura para el corte posterior; mecanizado secundario posible

La elección de material y la definición del proceso se apoyan en esta tabla, y aplicarla es sencillo. Donde se quiere una superficie de diente dura y se acepta el gasto de rectificar después del tratamiento térmico, la cementación y temple es la respuesta. Donde la distorsión preocupa al diseñador y se va a omitir el rectificado, se elige la nitruración — pero la capa nitrurada es delgada, su capacidad de carga no está en la misma liga que una capa cementada, y los engranajes de servicio pesado quedan por lo tanto fuera de alcance. Debido a que la cementación y temple desplaza las dimensiones en 0.02~0.05 mm, la sobremedida de rectificado debe fijarse al menos en ese orden: dejar muy poco y la muela no puede limpiar el diente; dejar demasiado y la muela puede cortar a través de la capa cementada, dejando la profundidad efectiva de capa por debajo de la especificación.

V. Seis puntos a fijar cuando el proceso pasa a planos y pedidos

1. Nombrar el grado de precisión y la norma que lo respalda: DIN 3962, GB/T 10095.1 y AGMA 2000 definen cada una sus propias tolerancias. Escribir solo “grado 6” sin nombrar el sistema, y cada parte calculará contra un reglamento diferente.
2. Emparejar el método de tratamiento térmico con la dureza y la profundidad de capa: Para cementación y temple, indicar la profundidad efectiva de capa (fijada por el módulo); “HRC 58~62” solo no dice nada sobre la capacidad de carga.
3. Decir si la inspección ocurre antes o después del tratamiento térmico: Un engranaje puede medir uno o dos grados de diferencia antes del tratamiento térmico versus después del rectificado posterior al tratamiento térmico, por lo que la etapa de inspección pertenece a los requisitos técnicos.
4. Dejar que el proveedor del proceso confirme la sobremedida de rectificado contra la distorsión del tratamiento térmico: Nunca fijar unilateralmente un número de sobremedida y empujarlo al proveedor de mecanizado; muy poco material deja la profundidad efectiva de capa fuera de especificación.
5. Señalar temprano dientes internos, engranajes agrupados y estructuras escalonadas: Tales piezas se mortajan en lugar de fresarse, lo que cambia la preparación de utillaje y el plazo de entrega; plantearlo al inicio evita una ronda de aclaraciones.
6. Acordar de antemano el método de inspección y el informe de envío: Si se usa un centro de medición de engranajes o inspección de engrane, y si el informe viaja con la mercancía o se requiere testificación de terceros, debe escribirse en el pedido de antemano.

VI. Alcance de mecanizado de dientes de engranaje aceptado por Pinyi Electromechanical

El módulo, el diámetro, el número de dientes y la clase de precisión siguen el plano del cliente.