Fabricação de Engrenagens 101: Um Guia sobre os Processos de Produção de Engrenagens

O conceito de engrenagens já existe há algum tempo, pois estão entre os componentes mecânicos mais antigos que ainda são relevantes hoje. Seja a indústria automobilística, o setor aeroespacial, qualquer maquinário industrial ou algo simples como um relógio. As engrenagens são necessárias em todos os lugares e talvez você queira aprender sobre a fabricação de engrenagens.

Então, a questão é sobre como as engrenagens são fabricadas.

Prefácio: Processo de Fabricação de Engrenagens

Não existe um processo único para a fabricação de engrenagens, pois elas exigem processos diferentes, dependendo do tipo e da aplicação.

Geralmente, as engrenagens operam em condições muito extenuantes porque a transmissão de potência (o objetivo real da engrenagem) tem vários requisitos. Em primeiro lugar, as engrenagens precisam estar em condições absolutamente perfeitas. Então, eles devem sempre ser confiáveis, ter tensões residuais mínimas e pouca ou nenhuma chance de propagação de trincas. 

Naturalmente, todos esses requisitos são extremamente difíceis de cumprir. No entanto, ninguém pode negar sua importância. É por isso que a produção de engrenagens é um campo altamente especializado com tolerâncias limitadas e espaço para erros.

Este artigo o levará de volta aos fundamentos da fabricação de engrenagens em relação aos materiais comuns para engrenagens industriais, aos processos que preparam as engrenagens e como as engrenagens podem suportar toda essa carga sem falhar.

Tipos comuns de engrenagens e suas aplicações

Antes de passar para os detalhes sobre os processos de corte e fabricação de engrenagens, é importante dar uma olhada no básico. Eles são diferentes tipos de engrenagens e suas aplicações e vantagens.

Sua aplicação, parâmetro de desempenho e vários outros fatores desempenham um papel importante no tipo de engrenagem que você usa. Existem várias formas de caracterizar o tipo de engrenagem, mas a melhor e mais relevante do ponto de vista da fabricação de engrenagens é através do perfil de seus dentes.

Aqui estão os 5 tipos de engrenagens que você encontrará.

Engrenagens retas

Desenhe uma imagem aproximada de como o equipamento se parece em sua mente. Há grandes chances de você estar pensando em engrenagens com dentes retos. É exatamente assim que uma engrenagem de dentes retos se parece.

A engrenagem reta é o tipo de engrenagem mais comum e tem múltiplas aplicações em usinas de força, componentes aeroespaciais, máquinas industriais e muito mais. Dentes retos são os mais simples de fabricar e suportam altas velocidades e altas cargas. No entanto, eles produzem muito ruído e não são adequados para aplicações em que você também precisa de operações suaves.

Além disso, as engrenagens retas podem combinar com outras engrenagens do mesmo tipo e engrenagens internas/externas. Você encontrará engrenagens retas em muitos mecanismos de engrenagens, como uma configuração simples de pinhão/cremalheira ou um sistema de engrenagens planetárias.

Sua simplicidade significa que é mais fácil para você fazer. Portanto, você achará mais fácil manter a precisão durante a produção de engrenagens. As engrenagens retas também têm pouca ou nenhuma carga axial, portanto, são bastante eficientes para um trem de engrenagens em que você deseja minimizar as perdas mecânicas.

Engrenagens helicoidais

As engrenagens helicoidais são bastante semelhantes às engrenagens retas, mas vêm com dentes que são torcidos em torno de um corpo cilíndrico. Essa qualidade permite que eles trabalhem facilmente com eixos paralelos e não paralelos. Seu acoplamento, porém, só funciona com outras engrenagens helicoidais de mesmo ângulo de hélice (ângulo de torção do cilindro original).

A maioria das aplicações das engrenagens helicoidais são as mesmas das engrenagens retas. No entanto, os dentes angulares desempenham um papel importante na redução da carga de impacto e tornam as operações mais suaves. Isso também significa menos ruído, mas ao custo da eficiência. Em relação às engrenagens retas, um trem de engrenagens helicoidais terá mais perdas e também precisará de mancais axiais devido ao formato.

Do ponto de vista da fabricação, as engrenagens helicoidais são mais resistentes do que as engrenagens retas. Os ângulos de hélice são bastante difíceis de reproduzir com uma faixa de tolerância aceitável baixa. Além disso, os custos de fabricação e a adição de outros elementos axiais os tornam adequados para operações limitadas.

Engrenagens cônicas

Engrenagens cônicas não são suas engrenagens cilíndricas padrão. Eles vêm em uma superfície cônica que permite alterar a direção da transmissão em eixos que se cruzam. Geralmente, as engrenagens cônicas trabalham com 90⁰ ângulos. No entanto, você também pode usá-los em outras configurações.

Aqui estão alguns tipos comuns de engrenagens cônicas que você pode encontrar em uma variedade de aplicações.

• Engrenagens cônicas retas
• Engrenagens cônicas em espiral
• Engrenagens de esquadria
• Engrenagens da coroa
• Engrenagens hipóides

Engrenagens sem-fim

O sistema de engrenagem helicoidal é uma combinação de dois componentes. Uma roda helicoidal e uma engrenagem em forma de parafuso. Eles são usados ​​predominantemente em máquinas aeroespaciais, industriais, elevadores e direção de automóveis.

A configuração da roda helicoidal não oferece muita velocidade ou eficiência. No entanto, oferece uma característica única necessária para mecanismos de travamento automático. Em muitos casos, o sem-fim pode girar a roda, mas vice-versa não pode acontecer por causa dos ângulos da engrenagem. Além disso, outra coisa importante a observar é que as engrenagens helicoidais têm muito atrito e podem exigir atrito contínuo para funcionar corretamente.

Cremalheira e pinhão

O sistema de cremalheira e pinhão é outra combinação que funciona principalmente para transferir o movimento rotacional para linear e vice-versa. Os dentes da engrenagem podem combinar com dentes do tipo reto e helicoidal, para que você possa trabalhar em eixos paralelos e em ângulo. Algumas das aplicações mais comuns deste sistema são em sistemas automotivos, balanças e outros sistemas similares.  

Materiais usados ​​para produzir engrenagens

Não há restrição de material quando se trata de engrenagens. Os primeiros eram de madeira, e você pode encontrar engrenagens de diferentes materiais em toda a indústria. Desde grandes engrenagens de aço ou ferro em escala industrial até pequenas engrenagens plásticas em brinquedos. As combinações de materiais são infinitas.

No entanto, os seguintes itens são mais comumente usados ​​em processos de fabricação e conformação de engrenagens:

• Ferro fundido: Durável, custo-efetivo, boa resistência ao desgaste. Adequado para aplicações de baixa a média velocidade.
• Aço: Alta resistência, excelente resistência ao desgaste, capaz de lidar com altas cargas e velocidades. Frequentemente usado em aplicações exigentes como automotiva e aeroespacial.
• Bronze: Boa resistência ao desgaste, resistência à corrosão, frequentemente usado em aplicações marítimas e de alta temperatura.
• Plásticos: Leve, econômico, adequado para aplicações de baixa carga e baixa velocidade e frequentemente usado em produtos de consumo.

As engrenagens têm critérios muito específicos para a seleção de materiais. Dependendo da aplicação, qualquer material que você escolher deve ter resistência à tração e resistência adequadas.

Além disso, o coeficiente de atrito é outra consideração porque as engrenagens precisam de contato constante. Finalmente, você também deve selecionar materiais fáceis de processar. Um material forte com baixa capacidade de fabricação será mais difícil de manusear porque a fabricação de engrenagens requer extrema precisão e exatidão.

Os materiais citados vêm com o equilíbrio perfeito dessas propriedades para suas aplicações. É por isso que você normalmente os verá na maioria das marchas que encontrar.

O processo de Associação Americana de Fabricantes de Engrenagens (AGMA) fornece padrões e diretrizes para seleção de materiais de engrenagens.

A RapidDirect pode oferecer todos esses materiais utilizados no processo de fabricação de engrenagens. Carregue seu arquivo de design para obter uma cotação para seu projeto de equipamento.

Processos comuns de fabricação de engrenagens

A produção de engrenagens é bastante complicada por causa da precisão que ela exige. Hoje, a fabricação de engrenagens é uma indústria em si que depende de múltiplos processos, desde a criação do blank inicial até o acabamento do produto final, tanto tradicional quanto moderno, para garantir o equilíbrio certo entre custo, qualidade e operações.

Aqui está uma lista de processos comuns de corte e fabricação de engrenagens, juntamente com suas aparentes vantagens e desvantagens.

1 – Elenco

A fundição é um processo mais simples que é usado predominantemente para preparar blocos ou cilindros para engrenagens, enquanto os dentes são preparados por meio de usinagem. No entanto, é um processo de fabricação de engrenagens viável para a coisa toda para muitas aplicações devido à sua capacidade de produção em massa e relativa facilidade.

Há, no entanto, uma área em que a fundição é o método de fabricação preferido na indústria. Essa é a produção de engrenagens muito grandes. Métodos de usinagem e outros métodos de conformação de engrenagens não são tão viáveis ​​em casos de grandes diâmetros. Geralmente, as engrenagens maiores são quase sempre do tipo engrenagem reta. Portanto, sua relativa simplicidade torna a fundição uma opção muito boa.

Entre os tipos mais comuns de métodos de fundição, shell casting, fundição, fundição em areia e fundição em molde permanente são os mais comuns para a produção de engrenagens. Outros métodos têm uso limitado em algumas aplicações. No entanto, os mencionados acima são os mais comuns na indústria.

2 – Forjamento

Este é outro processo de conformação que pode fornecer espaços em branco e engrenagens preparadas, dependendo de suas necessidades. O forjamento é bastante viável nos casos em que você possui engrenagens relativamente simples.

Teoricamente, o forjamento é um excelente processo de fabricação de engrenagens para aplicações pesadas por um motivo simples. O forjamento requer tratamento térmico, o que significa que a engrenagem resultante teria melhores propriedades de fadiga. No entanto, a tremenda força necessária para o processo de forjamento limita o tamanho e a espessura desse processo.  

Geralmente, o forjamento funciona bem para engrenagens com diâmetro de 6 a 10 pés. Dependendo do tipo de forjamento, por exemplo, forjamento de precisão, você pode ou não precisar usinar as engrenagens no final.

3 – Extrusão e trefilação a frio

Este é outro processo de conformação de engrenagens que é versátil e mais simples. De fato, a extrusão tem um gasto de ferramentas menor, mas isso não significa que seja o processo mais econômico.

A extrusão, como o próprio nome sugere, é o processo de passagem de um perfil de metal aquecido por uma forma pré-determinada menor. Como resultado, você obtém uma barra com o formato desejado com uma superfície externa endurecida e lisa.

O processo de trefilação a frio é muito semelhante à extrusão. Existem duas diferenças. A extrusão empurra o espaço em branco através de um desenho de matriz que o puxa. A outra diferença é a temperatura. A trefilação a frio não aquece o tarugo. Aumentando assim as propriedades mecânicas à custa do custo.  

4 – Metalurgia do pó

A metalurgia do pó é um processo avançado que teve avanços significativos nos últimos anos. Hoje, é usado para vários processos de fabricação, incluindo produção de engrenagens. 

Então, como funciona a metalurgia do pó? Do ponto de vista, é bastante simples. No entanto, existem muitos meandros envolvidos.

Tudo começa com pó de metal. O primeiro passo é pegar todo o pó e dar a forma finalizada que você deseja. Quando terminar, a próxima etapa garante que toda a configuração seja bastante compacta, pois resultará em melhores propriedades mecânicas. Aqueça toda a configuração com cuidado e pronto.

A metalurgia do pó é extremamente eficiente, simples e viável para grandes quantidades. Você não precisa se preocupar com nenhum pós-processamento, pois o produto estará pronto para uso. No entanto, as engrenagens resultantes não podem suportar muita carga e também há limitações de tamanho.

Além disso, o custo inicial de qualquer setup de metalurgia do pó é bastante alto, o que inviabiliza qualquer produção de baixo volume.  

5 – Apagamento

Blanking é um processo muito semelhante à extrusão, mas tem recursos tridimensionais limitados. Este processo de conformação de engrenagens usa chapas de metal para criar a forma desejada com a ajuda de várias matrizes. Você pode produzir diferentes tipos de engrenagens com o processo de blanking. No entanto, as engrenagens retas oferecem os melhores resultados.

Hoje, o processo de estampagem da produção de engrenagens é usado por vários setores para aplicações leves. Por exemplo, equipamentos de escritório, hidráulica, pequenos dispositivos médicos e outras aplicações com requisitos de baixa carga.  

6 – Usinagem de Engrenagens

A usinagem está entre os processos de fabricação de engrenagens mais comuns devido à sua versatilidade. A usinagem tradicional era bastante comum para corte e fabricação de engrenagens, mas os avanços da usinagem CNC impulsionaram sua popularidade.

Os 4 métodos de corte de engrenagens a seguir são os mais comuns na indústria.  

Fresagem

A fresagem utiliza um dispositivo de corte cônico chamado fresa. Tanto a fresa quanto a peça de trabalho giram conforme a fresa gira em torno da engrenagem bruta. Até agora, as engrenagens externas e helicoidais são os únicos produtos que você pode criar a partir da fresagem.

O processo é bastante versátil e rápido. Você também pode aumentar suas taxas de produção processando várias pilhas juntas. No entanto, requer mais habilidades e precisão.

Moldagem

A modelagem é um processo avançado de corte e fabricação de engrenagens que desenvolve engrenagens que a fresagem não consegue manipular. O cortador pode ter qualquer forma, como um pinhão, forma de cremalheira ou forma de ponto único. Parece bastante semelhante às engrenagens e funciona cortando o espaço em branco na forma desejada. Você pode criar engrenagens internas ou de cluster com o processo de modelagem.   

abordando

Brochar é talvez o método mais rápido de corte de forma de engrenagem. Ele conta com uma ferramenta multidentes com fresas incorporadas que vão mais fundo do que seu antecessor. Isso resulta em cortes menores e incrementais que são mais fáceis de fazer e fornecem rapidamente a forma necessária sem comprometer a precisão.

Este processo de fabricação de engrenagens é típico para engrenagens internas, mas você também pode usá-lo para fazer dentes externos. Para isso, você precisará de uma ferramenta especializada para brocagem de vasos que permita replicar a mesma precisão e eficiência.

fresagem

Este é um método básico de corte de engrenagens onde você produz dentes de engrenagem individuais sequencialmente. No entanto, é bastante versátil, especialmente quando você envolve uma fresadora CNC. Embora você possa fazer qualquer tipo de engrenagem em uma fresadora, a precisão deste método deixa muito a desejar. É por isso que a fresagem não é tão comum quanto era antes.

No entanto, os desenvolvimentos recentes no domínio CNC e multi-eixos mudaram as coisas. A fabricação de engrenagens em fresadoras está se tornando cada vez mais comum. Então, as coisas vão ficar ainda melhores com o tempo.   

Pós-processamento da Fabricação de Engrenagens

Dependendo do método de fabricação de engrenagens que você usou, suas engrenagens precisarão de algum pós-processamento antes de ficarem 100% prontas. Esse pós-processamento pode variar de tratamento térmico para melhores características de fadiga para correção dimensional e acabamento superficial.

Aqui estão as cinco técnicas de fabricação de engrenagens mais comuns para processos de acabamento de superfície.

• Esmerilhamento: Assim como o próprio nome sugere, a retificação é um processo comum de acabamento de superfície que proporciona um acabamento suave em toda a superfície. Você pode executá-lo de forma intermitente ou contínua, e isso não afetará os resultados.
• Lapidação: Este processo é para engrenagens sensíveis onde você precisa de extrema precisão. O polimento usa pequenas partículas abrasivas para suavizar uma superfície em velocidades baixas ou médias.
• Querida: Este é outro processo comum que lustra a superfície e a torna lisa. Além disso, você também pode corrigir alguns pequenos erros na geometria do dente.
• Barbear: Este processo remove camadas extremamente finas da superfície para obter um perfil suave. Raspar é geralmente caro, por isso raramente é usado na produção de engrenagens.
• Polimento: Em sua essência, o polimento é o processo de usar a compressão para suavizar a superfície.

Escolhendo o processo certo de fabricação de engrenagens

O melhor procedimento depende de vários elementos:

• Tipo e tamanho da engrenagem: A fundição é adequada para engrenagens grandes, enquanto a usinagem é mais flexível para muitos tamanhos e variedades, incluindo processos especializados, como métodos de fabricação de engrenagens anulares e processos de fabricação de engrenagens cônicas.
• Material: Alguns materiais são mais adequados para procedimentos específicos.
• Precisão e tolerância necessárias: Em termos gerais, a usinagem proporciona mais precisão do que a fundição ou a metalurgia do pó.
• Volume de produção: A produção em alto volume geralmente favorece técnicas como metalurgia do pó ou estampagem.
• Custo: Diferentes abordagens têm diferentes estruturas de custos.

Abordagem RapidDirect para os melhores serviços de fabricação de engrenagens

A fabricação de engrenagens é um campo altamente especializado que requer extrema precisão e exatidão. As engrenagens são um componente essencial para qualquer sistema mecânico e mesmo a menor falha de fabricação pode ter muitas consequências desastrosas. Portanto, você precisa ter cuidado com o serviço que você selecionar.

O RapidDirect é um serviço certificado pela ISO com a equipe mais experiente que oferece o melhor desempenho ao preço mais competitivo. Oferecemos serviços de ponta que oferecem o melhor quando se trata de fabricação de engrenagens. 

Desde grandes engrenagens para máquinas industriais até os menores componentes para qualquer aplicação de nicho, o RapidDirect oferece a combinação certa de habilidades, experiência e qualidade que você precisa. Contato hoje e obtenha uma cotação inicial dentro de algumas horas.

Perguntas frequentes sobre fabricação de engrenagens