Grietas en el rectificado de engranajes: Causas y medidas de prevención

I. Requisitos del proceso de rectificado moderno de engranajes de superficie de dientes duros

1. Áreas de rectificado en el rectificado de engranajes - La sección de perfil de diente involutivo

En el rectificado moderno de superficies de dientes duros, la zona de rectificado sólo rectifica la parte del perfil del diente evolvente que está por encima del círculo inicial y por debajo del círculo final del evolvente.

2. Zonas no rectificables en el rectificado de engranajes - Gear Root

Las modernas superficies de engranajes endurecidas presentan las siguientes ventajas cuando la raíz del engranaje no se rectifica en el proceso de rectificado del engranaje:

(1) Evita la reducción de la dureza de la raíz del engranaje tras el tratamiento térmico, manteniendo una capa de tensión negativa formada en la superficie y la raíz del engranaje tras el carburizado, el temple y el granallado. Esto mejora significativamente la resistencia del engranaje a la fatiga por flexión y la capacidad de carga.

(2) El fondo estrecho de la ranura de la raíz del engranaje, la mala disipación del calor y la variación significativa del material restante en la curva excesiva afectan drásticamente a las condiciones de trabajo de la muela abrasiva. Esto puede causar fácilmente quemaduras y grietas durante el rectificado de engranajes.

(3) Las malas condiciones de rectificado en el fondo de la ranura de la raíz del engranaje hacen que los granos de rectificado del círculo exterior de la muela sean propensos a caerse y desgastarse, afectando así a la calidad del rectificado del engranaje.

(4) En términos de resistencia a la rotura del diente, la raíz del engranaje debe tener una cierta cantidad de corte de raíz. Sin una cierta cantidad de corte de raíz, se producirán protuberancias inevitables en la raíz del engranaje durante el rectificado del engranaje. Esto provocará una grave concentración de tensiones que afectará en gran medida a la resistencia a la rotura del diente. La aparición de tales protuberancias es absolutamente inaceptable.

En conclusión, no rectificar la raíz de la ranura del engranaje puede mejorar la capacidad de carga del engranaje, evitar daños durante el rectificado del engranaje, mejorar la calidad del rectificado del engranaje, reducir la carga del proceso de rectificado y aumentar la productividad.

3. Preafilado con fresa para el tallado preliminar de los dientes

(1) Introducción a las placas de pretrituración

Tradicional placas de engranajes ya no bastan para los requisitos del proceso mencionado. Por lo tanto, resulta crucial utilizar una fresa de preafilado equipada con un ángulo de contacto durante la fase de tallado con fresa madre. El elemento distintivo de una fresa madre de preafilado, en comparación con una estándar, reside en la parte superior de sus dientes de corte, que emplea un filo de corte con un ángulo de contacto, como se representa en la figura siguiente.

En la raíz del diente de la rueda dentada se realiza un cierto rebaje de la raíz. Con ello se pretende preformar la parte de la raíz de la rueda dentada que se va a procesar y eliminar la mayor parte del excedente de la superficie del diente, dejando un margen uniforme para el mecanizado de precisión en el espesor del diente. Tras la cementación y el temple, ya no es necesario rectificar la raíz del diente.

(2) Requisitos para la forma del diente del engranaje antes del rectificado:

• El margen de rectificado del engranaje debe ser uniforme;

• Antes del rectificado, la raíz del engranaje debe tener una socavadura definida;

• La curva evolvente del engranaje después del rectificado debe ser suficientemente larga.

(3) Mejoras en el preafilado de fresas madre

El uso temprano de fresas madre preafiladas presentaba los siguientes problemas:

• Formación insuficiente de la envoltura del arco en la raíz del diente, suavidad deficiente, marcas de herramientas visibles y menos de lo ideal. rugosidad superficial.

• El problema de las protuberancias que aparecían cerca del círculo inicial de la involuta en el proceso de tallado del diente era bastante grave.

Tras una investigación y un análisis específicos a largo plazo, identificamos los problemas como:

• Aumento del importe de la indemnización por trituración;

• Deformación significativa tras el tratamiento térmico;

• Deficiencias inherentes al preafilado de fresas madre.

Debido a la insuficiencia en la formación de la línea envolvente de las fresas madre de preafilado originales, propusimos la idea de rediseñarlas, abordando desde los siguientes aspectos:

• Aumentar el diámetro exterior de las fresas madre de preafilado;

• Aumentar el número de filas de herramientas en las fresas madre;

• Diseño con ángulo de presión variable;

• Aumente adecuadamente la cantidad de excavación de la raíz, garantizando al mismo tiempo la resistencia del engranaje.

Los requisitos anteriores se acordaron con las empresas nacionales técnicamente capacitadas. fabricantes de herramientasDesarrollamos y producimos conjuntamente un nuevo tipo de talladora con fresa madre de rectificado previo adecuada para el procesamiento de engranajes pesados. El nuevo tallador con fresa madre de preafilado no sólo resolvió por completo los problemas anteriores, sino que también dio lugar a una zona de la raíz muy lisa del engranaje procesado, con excelentes resultados.

(4) En el rectificado de engranajes no están permitidas las grietas de rectificado ni las marcas de quemaduras.

El proceso de fractura del diente del engranaje suele comenzar con la formación de diminutas grietas de fatiga, que se expanden gradualmente. Por lo tanto, tanto las normas nacionales como las internacionales sobre engranajes especifican: no se permiten grietas de rectificado ni marcas de quemaduras en la superficie endurecida del engranaje después del rectificado del engranaje.

II. Características y causas de las grietas de rectificado en los engranajes de superficie de dientes duros

1. Características de las grietas de rectificado en engranajes de superficie de dientes duros

Las grietas por esmerilado son las grietas superficiales más típicas. Su profundidad vertical no suele superar los 0,5 mm, y las poco profundas sólo alcanzan los 0,010-0,020 mm. Aunque a veces pueden superar 1 mm, es relativamente raro.

2. Causas de la formación de grietas en engranajes de superficie de dientes duros

El consenso tanto nacional como internacional es que las grietas de rectificado se producen cuando el esfuerzo de tracción de rectificado supera la resistencia a la fractura del material. Los factores que afectan directamente al esfuerzo de tracción por rectificado son:

(1) Tratamiento térmico:

Las grietas de rectificado en los engranajes de superficie dentada dura se producen sobre todo en piezas que han sido sometidas a carburación, temple y revenido a baja temperatura. Por lo tanto, la calidad del tratamiento térmico está estrechamente relacionada con las grietas de rectificado y es un factor muy importante.

• Residuos excesivos austenita aumenta la tensión de tracción local.

• Un revenido insuficiente, una temperatura de revenido demasiado baja o un tiempo de revenido insuficiente afectan al contenido de carbono en martensita y la soldadura o la reducción de tamaño de las microfisuras de martensita, afectando así a la tenacidad a la fractura de la martensita. El calor de rectificado generado durante el rectificado produce grandes tensiones térmicas y estructurales, dando lugar a grietas de rectificado.

• Una gran deformación durante el tratamiento térmico de carburación y temple da lugar a una sobremedida de rectificado desigual o aumenta la sobremedida de rectificado del diente.

(2) Proceso de trituración:

Dado que las grietas de rectificado se producen durante el proceso de rectificado, la tecnología de rectificado es un factor esencial que no puede ignorarse.

• Unas tolerancias de rectificado grandes pueden generar un calor de rectificado excesivo, provocando tensiones térmicas y estructurales. Estas tensiones, combinadas con la tensión de rectificado, aumentan la tendencia a la formación de grietas.

• Emparejamiento irrazonable de los importes de corte.

• Selección inadecuada de la muela abrasiva.

• Temperatura del aceite de refrigeración demasiado alta o cantidad de aceite insuficiente.

III. Medidas tecnológicas para prevenir las grietas de rectificado en los engranajes de superficie de dientes duros

1. Medidas de tratamiento térmico

Los materiales más sensibles a las grietas de rectificado son más propensos a la formación de grietas durante el rectificado. Reducir la sensibilidad del material a las grietas de rectificado disminuye la probabilidad de aparición de grietas.

Los materiales como 20CrMnTi y 20Cr2Ni4A son más sensibles a las grietas de rectificado, y esta sensibilidad varía con las diferentes especificaciones del tratamiento térmico de cementación.

Por lo tanto, puede regularse y reducirse adecuadamente modificando los procesos de carburación, temple y revenido. Por este motivo, se adoptan las siguientes medidas:

(1) Reducir la temperatura de temple de las piezas carburizadas: Para engranajes de 20CrMnTi, carburar a 930°C, enfriar directamente después de la carburación, y cuando la temperatura de enfriamiento disminuye de 860°C a 830°C, se pueden eliminar las grietas graves de rectificado sin cambiar las condiciones de rectificado.

(2) La concentración superficial de carbono debe ser adecuada, controlada dentro del rango de 0,7% a 0,9%. El gradiente de concentración de carbono debe ser gradual, garantizando una buena resistencia superficial y distribución de la tensión.

En contenido de carbono de Los engranajes pesados deben controlarse en el límite inferior, lo que facilita el control del tamaño y la forma de los carburos. Cuando el contenido de carbono se controla en el límite superior, aumentará la tendencia a formar residuos. austenita, aumentan el carburo, la oxidación de la superficie y la tendencia a reducir la resistencia de la raíz del diente.

Según los datos pertinentes, Estados Unidos ha controlado la concentración de carbono superficial de los engranajes pesados a aproximadamente 0,65%.

(3) Cuanto menos suficiente sea el revenido, mayor será la sensibilidad a las grietas de rectificado. Por lo tanto, un revenido completo es esencial para aumentar la ductilidad de la superficie templada carburada, permitiendo que las tensiones residuales se equilibren o reduzcan, y mejorar la distribución de las tensiones superficiales. Esto, a su vez, reduce la probabilidad de que se produzcan grietas por rectificado.

(4) Controlar la cantidad de austenita residual para evitar la transformación estructural durante el rectificado del engranaje, lo que provoca una tensión estructural significativa. Limitar estrictamente la austenita residual dentro de 25%, y para engranajes cruciales, debe controlarse dentro de 20%.

(5) El objetivo principal es controlar el tamaño, la cantidad, la forma y la distribución de los carburos para conseguir una distribución dispersa de carburos de grano fino. Esto mejora la resistencia a la fractura del material y reduce la fragilidad.

(6) Controlar el nivel de martensita para obtener martensita criptocristalina y fina en forma de aguja, evitando la formación de martensita gruesa en forma de aguja, reduciendo así las fuentes de grietas y mejorando la resistencia a la fractura del material. El nivel óptimo de martensita es 3.

(7) Aplicar las medidas de proceso necesarias para controlar la deformación del tratamiento térmico, reduciendo la tolerancia de rectificado.

2. Medidas tecnológicas en el mecanizado

La bibliografía indica que la temperatura media en la zona de contacto entre la muela abrasiva y la superficie del engranaje suele oscilar entre 500 y 800°C, y que la temperatura en los puntos de rectificado alcanza hasta 1.000°C.

Además, más de 80% de este calor se transfiere al engranaje. El considerable calor generado durante el rectificado de engranajes provoca un importante estrés térmico y dilataciones y contracciones inducidas térmicamente en la zona de rectificado de la superficie del engranaje.

Si este calor no se controla eficazmente, la superficie del engranaje puede desarrollar fácilmente grietas de rectificado y quemaduras.

Por lo tanto, el énfasis de las medidas tecnológicas de mecanizado se centrará en minimizar y controlar el calor generado por el rectificado.

(1) Reducir la rugosidad superficial durante la fase de tallado con fresa madre para controlarla entre Ra3.2 y Ra3.6.

(2) Regular estrictamente el tamaño nominal restante durante el tallado con fresa madre, no está permitido aumentar arbitrariamente la tolerancia de rectificado.

(3) Después del tratamiento térmico, ajustar rigurosamente según la posición prescrita y el rango permisible para minimizar al máximo el error por distorsión térmica.

(4) Antes del rectificado, es imprescindible utilizar la tecnología de corte por rodillo en la superficie endurecida del diente para rasparlo. Esto garantiza una sobremedida de rectificado uniforme, reduciéndola al máximo, con lo que se minimiza el calor de rectificado.

(5) Seleccionar y ajustar racionalmente las cantidades de corte. Los principios rectores deben ser una mayor velocidad de la muela, carreras más rápidas y un avance adecuado. Según datos extranjeros: la fase de desbaste de la superficie del diente es el momento crucial para la formación de grietas de rectificado. Una gran mayoría de las grietas de rectificado se producen en esta fase. Debe prestarse especial atención durante esta fase.

(6) La selección de la muela abrasiva es un paso crucial en el proceso de rectificado de dientes. Una elección adecuada de la muela repercute en gran medida en la precisión y la eficacia del rectificado de dientes. Una elección incorrecta de la dureza, el tamaño de grano o la estructura de la muela puede provocar fácilmente quemaduras en la superficie y grietas de rectificado. Por lo tanto, la muela debe elegirse teniendo en cuenta los siguientes aspectos:

• Abrasivo: El corindón rojo, también conocido como PA, tiene una dureza comparable a la del corindón blanco (WA), pero con mejor tenacidad. Al rectificar acero de alta tenacidad con corindón, la eficacia es superior a la del corindón blanco. La durabilidad de la muela y la rugosidad de la superficie rectificada también son superiores, de ahí la preferencia por el PA.

• Adhesivo: material que une los granos de arena para formar una muela abrasiva. En la actualidad, el aglomerante de muelas utilizado en las rectificadoras de engranajes es predominantemente adhesivo cerámico (codificado V); tiene propiedades estables, resiste el agua y el calor sin degradarse, se adapta a diversos refrigerantes de rectificado y es rentable.

• La dureza: Cuanto más dura es la muela, menor es su porosidad. Durante el rectificado, los huecos entre los granos de la muela se obstruyen rápidamente con partículas de rectificado. Junto con el escaso autoafilado de las muelas duras, los granos embotados no se desprenden fácilmente, lo que puede causar quemaduras entre la muela y la superficie de la pieza. Esto afecta a la disipación del calor y aumenta el calor de rectificado, lo que puede provocar fácilmente quemaduras y grietas. Las muelas más blandas se desgastan rápidamente y pueden afectar directamente a la precisión del engranaje si se utilizan de forma inadecuada. Por lo tanto, el principio para seleccionar la dureza de la muela es: elija una muela más dura para procesar materiales blandos, y una muela más blanda para materiales duros. Para el rectificado de materiales duros y con poco carbono acero aleadose debe elegir una rueda de K a J. (Comparación nuevo-viejo modelo: K- medio blando 1, J- blando 3).

• Organización: Se da prioridad a las muelas con una estructura porosa general. La organización de las muelas abrasivas se divide principalmente en cinco grados.

• Tamaño del grano: Cuanto más pequeño es el tamaño del grano, más partículas de rectificado participan en el rectificado por unidad de superficie, correspondientemente, la fuerza de corte y el calor de rectificado aumentan, lo que puede provocar fácilmente el desgaste. Para garantizar la precisión del rectificado de superficies de engranajes, los tamaños de grano habituales se sitúan entre 46# y 60#. Para engranajes con módulos de menor tamaño, deben seleccionarse muelas con tamaños de grano mayores, mientras que, para módulos de engranaje mayores, deben utilizarse muelas con tamaños de grano menores. (El tamaño de grano se representa mediante un número, cuanto mayor es el número, menor es el tamaño de partícula).

• Forma y tamaño: El modelo de la rectificadora de engranajes es Y7163A, utilizando una muela rectificadora cónica doble (código PSX1). Las dimensiones son Ф350×Ф127×32.

• No debe pasarse por alto el estado de afilado del diamante en el rectificador de muelas. Debido al embotamiento de la punta del diamante, la muela se embota después del reavivado, lo que provoca un aumento significativo del calor de rectificado. Por lo tanto, una vez que el diamante se embota, debe ser afilado inmediatamente para restaurar su condición de trabajo afilado, que es un requisito previo y garantía para el correcto reavivado de la muela.

• El refrigerante desempeña un papel fundamental en el proceso de rectificado y debe recibir la suficiente atención. Las rectificadoras de engranajes funcionan según el principio de rectificado por generación, en el que la muela y la superficie del diente hacen contacto puntual durante el proceso de rectificado. El calor de rectificado resultante es arrastrado por el potente refrigerante que fluye sobre la muela y la superficie del diente. Este método de rectificado ayuda a evitar la formación de grietas de rectificado, evita que la muela se atasque y evita que el polvo de rectificado se disperse, lo que produce buenos efectos medioambientales. Por lo tanto, el refrigerante debe ser abundante y rociarse directamente sobre la zona de rectificado con un caudal seleccionado de 40 a 45 L/min y una presión de 0,8 a 1,2 Mpa. Es esencial mantener la pureza del refrigerante, filtrarlo durante la circulación y controlar su temperatura, utilizando un radiador si es necesario. Debe prestarse especial atención a que el caudal y la fuerza del refrigerante pulverizado sean suficientes. Cualquier cambio debe provocar una inspección del filtro de la bomba de refrigerante en busca de obstrucciones. También es necesario limpiar e inspeccionar periódicamente el filtro.

IV. Medidas de proceso para eliminar grietas de rectificado en superficies endurecidas de engranajes

Cuando aparecen grietas de rectificado en las superficies endurecidas de los engranajes, primero deben analizarse las causas de estas grietas. A continuación, en función de las condiciones de trabajo, deben aplicarse los siguientes tratamientos:

1. Efectos y aplicación del método de templado secundario

(1) Método de templado secundario

Prolongando adecuadamente el tiempo de revenido de las piezas templadas carburizadas, aumentando la temperatura de revenido e incrementando el número de revenidos, se puede conseguir un revenido suficiente para eliminar y reducir las grietas de rectificado. El enfoque específico es el siguiente:

• Después de templar el engranaje a 180℃ durante no menos de 16 horas, se puede realizar el rectificado o raspado del engranaje antes del rectificado. En caso de grietas de rectificado graves, se pueden realizar dos revenidos a baja temperatura.

• Envejecido en aceite caliente entre 160℃ y 180℃ durante 12 horas se obtienen resultados aún mejores.

Debido a la sencillez y eficacia de estos métodos, se utilizan habitualmente para prevenir y eliminar las grietas de rectificado.

(2) Los efectos de un templado suficiente son los siguientes:

• Un templado suficiente reduce significativamente la sensibilidad a la molienda de varios tipos de acero.

• Un templado suficiente reduce las tensiones microscópicas.

• Un templado suficiente permite que las microfisuras se suelden automáticamente.

• Un templado suficiente permite eliminar mejor el enfriamiento tensión residual.

(3) Métodos para identificar el templado adecuado

• En el caso de los componentes cementados y templados que ya han sido procesados, determinamos la idoneidad del revenido observando el color de la superficie de la pieza revenida. Un tono dorado indica un revenido suficiente, mientras que un color amarillo pajizo sugiere que es necesario un revenido adicional.

• Para los componentes cementados y templados que no han sido procesados, se puede utilizar papel de lija para pulir y abrillantar una parte específica de la superficie del componente hasta que muestre un brillo metálico. A continuación, se determina la idoneidad del revenido observando el color de esta superficie tras el revenido.

(4) Consideraciones durante el templado secundario

• Para minimizar al máximo la distorsión de los componentes, éstos pueden mantenerse a una temperatura de horno de 100°C durante 1 ó 2 horas durante el templado, después se eleva la temperatura a 180°C y se realiza el templado durante 14 ó 15 horas.

• Para los componentes cementados y templados que ya han sido procesados, se debe proporcionar una protección adecuada durante el templado.

2. Método Scarfing para la eliminación de grietas

Las superficies dentarias agrietadas se limpian mediante escarfilado con un aleación dura cortador de rodillos, seguido del rectificado de dientes. Este método se utiliza principalmente cuando:

• El grosor del diente tiene un margen suficiente.

• Suele aplicarse cuando la profundidad de la grieta es relativamente escasa.

3. Método de esmerilado para la eliminación de grietas

En el rectificado de un engranaje planetario de gran tamaño se produjo una grieta de rectificado grave, lo que proporcionó un ejemplo típico del método de eliminación de grietas de rectificado, como se detalla a continuación:

(1) Breve introducción a la situación del engranaje planetario grande con graves grietas de rectificado:

• Parámetros técnicos del engranaje planetario grande: m=9z=66α=20°f=1, diente width=60

• Material y condiciones de tratamiento térmico: 20CrMnTi con profundidad de cementación de 1,8～2,3, dureza superficial HRC58～62.

• Condición de deformación y margen de rectificado: Después del temple carburizado, debido a la deformación, el tamaño real después de la expansión de la línea normal es: 1,25 (mm). Margen de rectificado: 0,65 (mm); Cuando aparecen grietas de rectificado severas, el margen de rectificado restante es: 0,7 (mm).

• Estado actual de la grieta de rectificado: La grieta de tallado más grave tiene 14 grietas paralelas en la cara derecha de un diente, distribuidas perpendicularmente a lo largo de la anchura del diente con respecto a la dirección de tallado. La longitud de la grieta es cercana a la altura del diente, y casi todos los dientes tienen grietas de tallado en las superficies izquierda y derecha. El número de grietas varía, con una distribución discontinua e irregular. El estado de las grietas es extremadamente grave.

(2) Aplicar las siguientes medidas:

• Colocar los engranajes con grietas de rectificado graves en aceite caliente a 180°C para un proceso de envejecimiento de 12 horas.

• Sustituya la muela abrasiva: La dureza original de la muela era de grado K, ahora sustituida por grado J.

• Debido al uso prolongado de la bomba de refrigeración sin filtro instalado, el depósito de aceite de refrigeración se ha contaminado gravemente, con una capa de 6 cm de espesor de sedimentos de molienda que cubre todo el fondo del depósito. Por lo tanto, limpie a fondo el tanque de aceite de refrigeración, reemplace con aceite nuevo, asegurando la calidad y eficacia de la refrigeración.

• En el proceso de rectificado para eliminar las grietas de rectificado, la entrada se controla a 0,025(mm).

• En el proceso de rectificado para eliminar las grietas de rectificado, la muela abrasiva debe reavivarse después de cada dos rotaciones completas para mantener un estado de trabajo afilado durante el funcionamiento.

• Afile el diamante desafilado en el afilador de ruedas para restaurar su filo.

• La frecuencia del convertidor de CA se incrementa del ajuste original de 33HZ a 45HZ para aumentar el número de carreras de la corredera.

Aplicando las medidas anteriores, se han eliminado con éxito todas las grietas de rectificado graves.