Los engranajes de precisión son componentes vitales en innumerables sistemas mecánicos, pero a menudo enfrentan desafíos para lograr un acabado superficial óptimo y tolerancias ajustadas. El proceso de lapeado, una técnica de acabado especializada, aborda estos problemas, mejorando el rendimiento y la longevidad de los engranajes.
En esta entrada del blog se explorarán las complejidades del lapeado de engranajes, desde su mecánica básica y los materiales abrasivos hasta sus diversas aplicaciones. También detallaremos los beneficios del lapeado, cómo se compara con otros métodos de acabado de engranajes y los tipos específicos de engranajes que utilizan este método.
¿Qué es el lapeado de engranajes?
El pulido de engranajes es un proceso de acabado que se utiliza para mejorar el acabado de la superficie, reducir el ruido de los engranajes y aumentar el área de contacto entre los engranajes acoplados. El proceso implica el uso de un compuesto abrasivo, conocido como compuesto o lechada para pulido, para eliminar pequeñas cantidades de material de las superficies de los dientes de los engranajes. Esto se logra haciendo funcionar el engranaje con una herramienta de pulido especializada o con un engranaje acoplado bajo una carga ligera.
El proceso de lapeado corrige imperfecciones menores, como irregularidades en la superficie, errores de espaciado entre dientes y desviaciones en el perfil de los dientes. Al eliminar estas imperfecciones, el lapeado de engranajes mejora el rendimiento general y la durabilidad de los mismos. El proceso da como resultado un patrón de contacto más uniforme entre los engranajes acoplados, lo que reduce las concentraciones de tensión localizadas y mejora la distribución de la carga.
El lapeado de engranajes se realiza normalmente después de los procesos de mecanizado iniciales, como el tallado, el conformado o el rectificado. A menudo se utiliza como paso final antes de poner en servicio los engranajes, especialmente para aplicaciones de alta precisión o para engranajes que requieren un acabado superficial superior.
Propósito del lapeado de engranajes
- Mejora del acabado de la superficie: el lapeado elimina pequeñas irregularidades de la superficie, como marcas de mecanizado, rebabas y rayones, lo que da como resultado una superficie de diente más lisa y uniforme.
- Reducción del ruido de los engranajes: al eliminar las imperfecciones de la superficie y mejorar el patrón de contacto entre los engranajes acoplados, el lapeado reduce significativamente el ruido y la vibración de los engranajes.
- Aumento del área de contacto: el lapeado ayuda a mejorar el área de contacto entre los dientes de engranajes acoplados.
- Corrección de la geometría de los dientes: el proceso de lapeado puede corregir pequeñas desviaciones en la geometría de los dientes, como errores de espaciado, errores de perfil y errores de avance.
- Mejora del rendimiento de los engranajes: los engranajes lapeados presentan una mejor eficiencia, una vibración reducida y una vida útil más larga en comparación con los engranajes no lapeados.
- Cumplimiento de tolerancias estrictas: el lapeado permite a los fabricantes de engranajes lograr tolerancias muy estrictas y una alta precisión.
El proceso de lapeado de engranajes
La mecánica básica del lapeado
El proceso de pulido de engranajes se basa en el uso de una placa pulidora, un engranaje de acoplamiento o una herramienta pulidora especializada para desgastar suavemente las superficies de los dientes del engranaje. La placa o herramienta pulidora está hecha de un material más blando que el engranaje, lo que le permite adaptarse a los dientes del engranaje y, al mismo tiempo, soportar el abrasivo.
El lapeado implica la aplicación de un compuesto abrasivo, a menudo llamado lechada, entre el engranaje y la herramienta de lapeado. La lechada consiste en partículas abrasivas suspendidas en un líquido portador, generalmente aceite. El líquido ayuda a prevenir calentamiento excesivo, arrastra los residuos y garantiza una distribución uniforme del abrasivo.
A medida que el engranaje y la herramienta de lapeado giran uno contra el otro, las partículas abrasivas eliminan pequeñas cantidades de material de las superficies de los dientes del engranaje. Esto suaviza gradualmente las irregularidades de la superficie, mejora los patrones de contacto de los dientes y refina el perfil y el acabado de los dientes del engranaje.
Tipos de materiales abrasivos
Los materiales abrasivos utilizados en las lechadas para lapeado de engranajes incluyen:
- Carburo de silicio: conocido por su alta dureza y friabilidad, el carburo de silicio es una opción popular para lapear engranajes de acero endurecido.
- Óxido de aluminio: Con una dureza ligeramente menor que el carburo de silicio, el óxido de aluminio ofrece un equilibrio entre velocidad de corte y durabilidad.
- Diamante: El material abrasivo más duro, los compuestos de diamante se utilizan para lapear los materiales de engranajes más duros y lograr los mejores acabados de superficie.
- Nitruro de boro cúbico (CBN): Un “superabrasivo” producido sintéticamente, el CBN ofrece alta dureza y estabilidad térmica para aplicaciones de lapeado exigentes.
Tipos de técnicas de lapeado
Se utilizan dos técnicas principales de lapeado según la configuración y los requisitos del engranaje:
- Pulido de dos puntos: el engranaje se pule entre dos superficies, normalmente una placa de pulido plana en un lado y un engranaje anular o una herramienta de pulido con forma en el otro. El pulido de dos puntos es más sencillo pero menos preciso que el de tres puntos.
- Pulido de tres puntos: el engranaje se pule entre tres superficies, normalmente dos engranajes anulares o herramientas moldeadas a cada lado y una placa de pulido en el medio. El pulido de tres puntos proporciona un mayor control sobre el contacto de los dientes y se utiliza para aplicaciones de máxima precisión.
Propósito de los ciclos de lapeado
El lapeado de engranajes se realiza a menudo en ciclos, en los que se utilizan granos abrasivos cada vez más finos. El objetivo de varios ciclos de lapeado es:
- Refina gradualmente las superficies de los dientes sin causar rayones profundos ni daños.
- Mantener el perfil dental y el patrón de contacto deseados
- Permitir la inspección y ajuste de los parámetros de lapeado entre ciclos.
- Consiga el acabado superficial y la calidad requeridos con una serie de pasos controlados de eliminación de material.
¿Dónde se utiliza el lapeado de engranajes?
El lapeado de engranajes se emplea comúnmente:
- Como paso final después de otras operaciones de mecanizado o tratamiento térmico para lograr la calidad requerida
- Para engranajes con requisitos de precisión muy altos y tolerancias estrictas, a menudo medidas en micrones
- En industrias donde la precisión, el bajo nivel de ruido y el funcionamiento suave son especialmente importantes, como la aeroespacial, la automotriz, la robótica y las máquinas herramienta.
- Para engranajes endurecidos que son difíciles de rectificar o afilar.
- Para acoplar pares de engranajes que deben coincidir estrechamente, como engranajes de anillo y piñón en diferenciales automotrices
Algunos ejemplos específicos de engranajes lapeados incluyen:
- Reductoress de engranajes aeroespaciales para motores a reacción y transmisiones de helicópteros
- Transmisión y diferenciales automotrices de alto rendimiento
- Reductoress de engranajes y actuadores para brazos robóticos de precisión
- Husillo de máquina herramienta y engranajes de indexación
- Engranajes planetarios y helicoidales para turbinas eólicas
- Engranajes para instrumentos ópticos y científicos de alta gama
Pulido de engranajes en comparación con otros procesos de acabado de engranajes
| Feature | Pulido de engranajes | Rectificado de engranajes | Bruñido de engranajes | afeitado de engranajes | Bruñido de engranajes |
|---|---|---|---|---|---|
| Proceso | Lechada abrasiva entre el engranaje y la herramienta de pulido | La rueda abrasiva giratoria elimina el material. | Las piedras abrasivas refinan el acabado de la superficie. | La herramienta de corte elimina capas finas de metal. | La herramienta rodante deforma plásticamente la superficie |
| Eliminación de material | Muy bajo | Moderado a alto | Baja | Bajo a moderado | despreciable |
| Acabado de la superficie | Muy bien | Fino a medio | Muy bien | Medio a fino | Muy bien |
| Exactitud | Alta | Alta | Alta | Moderada | Moderada |
| Aplicaciones | Acabado final, reducción de ruido, engranajes de precisión. | Engranajes endurecidos, alta capacidad de arranque de material | Acabado final, dimensionamiento de orificios, engranajes de precisión | Engranajes blandos, acabado con tratamiento pretérmico. | Endurecimiento de la superficie, mejora la vida útil por fatiga. |
| Costo | Alta | Alta | Alta | Moderada | Baja |
| Modelado | Herramientas de lapeado especializadas o engranajes de acoplamiento | Muelas | Piedras de afilar | Cuchillas de afeitar | Herramientas para bruñir |
FAQs
¿Se pueden pulir todos los engranajes?
No, no todos los engranajes son aptos para lapear. Es más eficaz en engranajes fabricados con materiales más blandos y, por lo general, no se recomienda para engranajes con una dureza superior a 40 HRC. Lapear materiales muy duros puede dañar las herramientas de lapeado y es posible que no se obtengan los resultados deseados.
¿Qué tipo de precisión se puede lograr con el lapeado?
El lapeado permite alcanzar un alto grado de precisión, mejorando normalmente el acabado de la superficie hasta una rugosidad media (Ra) de 0.1-0.4 µm. También puede mejorar los patrones de contacto de los dientes de los engranajes, reduciendo el ruido y la vibración. En algunos casos, el lapeado puede mejorar la precisión de los engranajes en uno o dos grados de calidad ISO/AGMA.
¿Es caro el lapeado de engranajes?
El lapeado de engranajes puede ser relativamente costoso en comparación con otros procesos de acabado. El costo depende de factores como el tamaño del engranaje, el material, la complejidad, el nivel de precisión requerido y el equipo especializado y la mano de obra calificada que se requiere. Sin embargo, puede resultar rentable para aplicaciones críticas donde la alta precisión y el funcionamiento suave son esenciales.
¿Con qué frecuencia se deben rectificar los engranajes?
Los engranajes suelen lapearse solo una vez durante el proceso de fabricación. El lapeado es una operación de acabado que se utiliza para corregir pequeñas imperfecciones y mejorar la calidad de la superficie después del tratamiento térmico u otras operaciones de mecanizado. No es un procedimiento de mantenimiento y no debe realizarse repetidamente en el mismo engranaje.
¿El lapeado elimina mucho material?
No, el lapeado es un proceso de acabado fino que elimina una cantidad mínima de material, normalmente en el rango de unos pocos micrómetros a unas pocas centésimas de milímetro. El objetivo es mejorar el acabado de la superficie y el contacto entre los dientes, no alterar significativamente las dimensiones o la geometría del engranaje.
¿Es posible lapear engranajes endurecidos?
Sí, los engranajes endurecidos se pueden lapear, pero se requieren consideraciones especiales. Por lo general, los engranajes con una dureza de hasta 60 HRC se pueden lapear utilizando compuestos de diamante o nitruro de boro cúbico (CBN). Para engranajes más duros, se necesitan técnicas y equipos de lapeado más especializados.
