A fabricação de engrenagens helicoidais transforma aço bruto em componentes de precisão por meio de quatro etapas críticas: criação da peça bruta, corte dos dentes, tratamento térmico para maior resistência e acabamento para maior precisão. Cada engrenagem helicoidal começa como um cilindro de aço e passa por até 15 operações diferentes antes de atender aos padrões industriais.
1. Engrenagem em branco
A peça bruta da engrenagem constitui a base de toda engrenagem helicoidal. Os fabricantes começam com cilindros de aço forjado ou fundido e, em seguida, usinam-nos nas dimensões externas exatas.
Os operadores montam o cilindro de aço em um torno. Eles removem o excesso de material até atingir o diâmetro especificado. largura do rosto é aparado para atender aos requisitos do projeto. A perfuração cria o furo central para o eixo.
2. Geração de Dentes
A geração de dentes cria os dentes angulares que definem uma engrenagem helicoidal. Três métodos principais dominam a produção industrial, cada um adequado a diferentes requisitos de volume e precisão.
2.1. Engrenagem Hobbing
A fresagem continua sendo o método mais comum para a produção de engrenagens helicoidais. Uma ferramenta de corte rotativa, chamada fresa, move-se sobre a peça bruta da engrenagem enquanto ambas giram em velocidades sincronizadas.
A fresa assemelha-se a uma rosca sem-fim com arestas cortantes. À medida que avança sobre a peça bruta, essas arestas cortam progressivamente o perfil do dente. Uma única passada cria todos os dentes simultaneamente.
2.2. Modelagem de Engrenagens
A modelagem utiliza uma fresa reciprocante que se parece com uma engrenagem. A fresa e a peça bruta giram juntas enquanto a fresa se move para cima e para baixo.
Este método se destaca em engrenagens internas e engrenagens próximas aos ombros. O cortador pode trabalhar em espaços confinados, onde as fresas não alcançam.
Cada golpe remove uma pequena quantidade de material. Perfis completos de dentes emergem após centenas de golpes. O processo leva mais tempo do que o fresamento, mas oferece maior flexibilidade.
2.3. Fresamento de engrenagens
A fresagem corta um espaço de dente por vez usando uma fresa moldada. A engrenagem bruta é indexada após cada corte até que todos os dentes estejam completos.
Este método é adequado para trabalhos de produção e reparo de baixo volume. A fresagem de conformação cria todo o perfil do dente em uma única passagem. A fresa se ajusta exatamente ao espaço do dente. A fresagem de geração utiliza uma fresa padrão que passa por várias passagens para criar o perfil.
3. Tratamento Térmico
O tratamento térmico transforma aço macio e usinável em engrenagens endurecidas, capazes de suportar cargas industriais. O processo aumenta a dureza da superfície de 20 HRC para mais de 60 HRC, mantendo um núcleo tenaz.
3.1. Cementação (endurecimento superficial)
A cementação adiciona carbono à camada superficial da engrenagem. As engrenagens passam de 4 a 12 horas em um forno a 1,700 °F, cercadas por gás rico em carbono.
O carbono penetra de 0.020 a 0.060 polegadas de profundidade. Após a cementação, as engrenagens são temperadas em óleo ou soluções de polímero. Esse resfriamento rápido fixa o carbono no lugar e cria uma estrutura martensítica rígida. O núcleo permanece relativamente macio e resistente.
Um ciclo final de têmpera a 300-400 °C alivia as tensões internas. Isso evita rachaduras durante o serviço. O processo completo leva de 24 a 48 horas, incluindo o tempo de resfriamento.
3.2. Nitretação
A nitretação introduz nitrogênio na superfície do aço a uma temperatura de 950-1050 °F. O processo cria uma camada fina e extremamente dura, sem necessidade de têmpera.
As engrenagens mantêm suas dimensões melhor do que com a cementação. A distorção permanece abaixo de 0.0002 polegadas em peças devidamente preparadas. Isso torna a nitretação ideal para engrenagens que não podem ser retificadas após o tratamento térmico.
O processo leva de 10 a 90 horas. As profundidades típicas variam de 0.008 a 0.025 polegadas. A superfície atinge dureza de 65-70 HRC.
Engrenagens helicoidais nitretadas se destacam em ambientes corrosivos. A superfície resiste tanto ao desgaste quanto ao ataque químico. No entanto, a carcaça fina limita a capacidade de carga em comparação com as engrenagens carburadas.
3.3. Têmpera por indução
O endurecimento por indução utiliza campos eletromagnéticos para aquecer rapidamente a superfície da engrenagem. Bobinas de cobre envolvem a engrenagem e geram campos magnéticos alternados de 1 a 500 kHz.
A superfície atinge 1,550 °C em segundos. A têmpera imediata com água ou sprays de polímero cria a camada endurecida. A temperatura interna nunca ultrapassa 400 °C.
Cada dente requer um tratamento individual. A bobina segue o ângulo de hélice precisamente. O tempo total de processamento varia de 30 segundos a 5 minutos por engrenagem.
Este método oferece controle preciso sobre as áreas endurecidas. Os fabricantes podem endurecer apenas os flancos dos dentes, deixando as raízes macias.
4. Acabamento
As operações de acabamento levam as engrenagens helicoidais às suas especificações finais. Esses processos removem a distorção causada pelo tratamento térmico e alcançam acabamentos superficiais abaixo de 16 micropolegadas.
4.1. Barbear de equipamentos
O raspador remove de 0.001 a 0.003 polegadas de material usando uma fresa que se assemelha a uma engrenagem helicoidal com dentes serrilhados. A fresa e a peça de trabalho se enreductoresm em eixos cruzados enquanto giram juntas.
As serrilhas agem como pequenas arestas de corte. Elas raspam pontos altos e irregularidades da superfície. O processo corrige pequenos erros de passo e melhora os padrões de contato dos dentes.
4.2. Moagem de engrenagens
A retificação proporciona a mais alta precisão para engrenagens helicoidais temperadas. Dois métodos predominam: retificação por conformação e retificação por geração.
- O desbaste de forma utiliza uma roda preparada para se adaptar ao perfil do espaço do dente. A roda penetra diretamente em cada espaço e, em seguida, a engrenagem se desloca para a próxima posição. O desbaste completo leva de 2 a 10 minutos, dependendo do tamanho.
- A retificação por geração utiliza uma roda helicoidal ou rodas duplas que criam o perfil por meio de movimento controlado. Este processo contínuo retifica todos os dentes simultaneamente. As taxas de produção chegam a 60 peças por hora.
