Transmisión de Engranajes: Principios y Aplicaciones del Método de Corte por Forma y Generación en el Mecanizado de Engranajes

01 Principios Básicos del Método de Generación

1.1 Fundamentos Matemáticos

• Principio de Envolvente : La trayectoria de movimiento del filo cortante de las herramientas (como fresas-madre y talladoras de engranajes) forma una serie de curvas continuas, y la envolvente de estas curvas constituye el perfil teórico del diente del engranaje (por ejemplo, evolvente, cicloide).
• Ecuación de Engrane : Satisface la relación de movimiento relativo entre la herramienta y la pieza de trabajo para garantizar la precisión del perfil del diente.

1.2 Características Clave

• Alta Precisión : Capaz de mecanizar perfiles de dientes complejos (por ejemplo, evolvente, engranajes de arco circular).
• Alta Eficiencia : El corte continuo permite la producción en masa.
• Gran versatilidad : Una sola herramienta puede mecanizar engranajes con diferentes números de dientes (siempre que tengan el mismo módulo).

1.3 Procesos Típicos por Generación

1.3.1 Fresado con fresa madre (hobbing)

• El artículo 2 : Utiliza el movimiento de engrane entre una fresa madre (con forma similar a un tornillo sinfín) y la pieza en bruto, completando el corte mediante avance axial.
• Relación de Movimiento : Rotación de la fresa madre (movimiento principal de corte) + Rotación de la pieza (movimiento de generación) + Avance axial.
• Ventajas : Alta eficiencia, adecuado para producción en masa (por ejemplo, engranajes automotrices); puede mecanizar engranajes rectos, helicoidales, sinfín, etc.
• Ejemplos de aplicaciones : Mecanizado de engranajes planetarios y solares en cajas de engranajes para energía eólica.

1.3.2 Tallado de engranajes (gear shaping)

• El artículo 2 : Usa una fresa talladora de engranajes (similar en forma a un engranaje) que realiza un movimiento de corte alternativo sobre la pieza mientras gira a una relación de engrane.
• Relación de Movimiento : Corte vertical reciprocante del tallador de engranajes + rotación generadora de la pieza y la herramienta.
• Ventajas : Puede mecanizar estructuras complejas como engranajes internos y engranajes dobles; rugosidad superior de la superficie del diente en comparación con el fresado por cremallera (Ra 0,8–1,6 μm).
• Limitaciones : Menor eficiencia que el fresado por cremallera; mayor costo de la herramienta.
• Ejemplos de aplicaciones : Mecanizado de coronas dentadas internas en cajas de cambios y engranajes pequeños de precisión.

1.3.3 Afinado de engranajes

• El artículo 2 : El cortador de afinado y la pieza giran engranados bajo ligera presión, mejorando la precisión del perfil del diente mediante la acción de raspado de los filos del cortador. Es un proceso de acabado utilizado para recortar tras el fresado o el tallado de engranajes.
• Ventajas : Puede corregir errores del perfil del diente y mejorar la suavidad de la transmisión del engranaje; la precisión del mecanizado alcanza la calidad DIN 6–7.
• Ejemplos de aplicaciones : Mecanizado final de engranajes para cajas de cambios automotrices.

1.3.4 Rectificado de engranajes

• El artículo 2 : Utiliza una muela formada o una muela helicoidal para rectificar la superficie del diente mediante movimiento generativo, principalmente para el acabado de engranajes endurecidos.
• Ventajas : Extrema precisión (hasta grado DIN 3–4); puede mecanizar engranajes con superficie dura (HRC 58–62).
• Limitaciones : Alto costo y baja eficiencia, generalmente utilizado en campos con demandas de alta precisión.
• Ejemplos de aplicaciones : Engranajes para motores aeroespaciales y engranajes de etapa de alta velocidad en cajas de engranajes para energía eólica.

02 Principios Básicos del Fresado por Forma

• Alta Dependencia de la Herramienta : La precisión del perfil del diente depende directamente de la precisión del contorno de la herramienta.
• Sin Movimiento Generativo : El proceso de mecanizado no simula el engrane de ruedas dentadas, basándose únicamente en el movimiento relativo entre la herramienta y la pieza de trabajo.
• Gran flexibilidad : Capaz de mecanizar perfiles de dientes no estándar (por ejemplo, dientes de arco circular, dientes rectangulares).

2.1 Fundamentos Matemáticos

• Principio de Perfilado : La forma geométrica del filo cortante de la herramienta coincide perfectamente con el hueco del diente del engranaje.
• Movimiento de Indexación : Utiliza dispositivos de indexación (por ejemplo, cabezales divisores) para el mecanizado diente por diente, asegurando un paso uniforme entre los dientes.

2.2 Ventajas y Desventajas

Ventajas

• Equipo Simple : Realizable con máquinas fresadoras convencionales.
• Adecuado para Producción de Piezas Únicas, Pequeñas Series o Reparación : Ideal para escenarios de personalización y mantenimiento.
• Capaz de Mecanizar Engranajes de Módulo Extra Grande : Como engranajes utilizados en maquinaria minera.

Desventajas

• Baja precisión : Típicamente grado DIN 9–10.
• Baja eficiencia : Requiere mecanizado diente por diente.
• Poca versatilidad de herramientas : Se necesitan herramientas especializadas para cada módulo.

2.3 Procesos típicos de corte por forma

2.3.1 Fresado de engranajes

• El artículo 2 : Utiliza una fresa de disco o una fresa frontal; la fresa gira para cortar, y la pieza de trabajo se indexa diente por diente mediante un cabezal divisor.
• Relación de Movimiento : Rotación de la fresa (corte principal) + Avance axial de la pieza de trabajo + Rotación de indexado.
• Escenarios de Aplicación : Producción de engranajes rectos y helicoidales en pieza única y lotes pequeños; engranajes de módulo grande (módulo ≥20 mm) o engranajes de reparación.
• Estudio de Caso : Engranajes de la etapa de baja velocidad de reductores marinos (módulo 30, material: 42CrMo) mecanizados mediante fresa frontal + indexación CNC, logrando una rugosidad superficial del diente de Ra 3.2 μm.

2.3.3 Fresado por generación

• El artículo 2 : Utiliza una broca (una herramienta escalonada con múltiples dientes) para realizar el tallado completo del hueco del diente en un solo paso.
• Relación de Movimiento : Movimiento lineal de la broca (corte) + pieza fija.
• Ventajas : Eficiencia extremadamente alta (completa un hueco de diente por carrera); precisión relativamente elevada (hasta grado DIN 7).
• Limitaciones : Solo adecuado para producción masiva de engranajes internos o externos; alto costo de fabricación de la broca, ideal para pedidos de gran volumen de una única especificación.
• Ejemplos de aplicaciones : Producción en masa de anillos sincronizadores automotrices (tiempo de ciclo <10 segundos/pieza).

2.3.3 Rectificado por forma

• El artículo 2 : Utiliza una piedra de rectificado conformada (con un perfil que coincide con el hueco del diente) para rectificar engranajes endurecidos.
• Relación de Movimiento : Rotación de la muela abrasiva + indexado de la pieza de trabajo.
• Ventajas : Puede mecanizar engranajes de alta dureza (HRC >60); precisión hasta grado DIN 4 (error de perfil del diente <5 μm).
• Campos de Aplicación : Acabado de engranajes para motores aeroespaciales y engranajes de reductores de precisión.

03 Comparación y aplicaciones industriales de los dos métodos

Comparación entre el método de generación y el corte por forma

Aplicaciones industriales del método de generación

3.1 Cajas de engranajes para energía eólica

• Requisitos : Alto par, larga vida útil (≥20 años).
• Combinación de procesos : Fresado de engranajes (mecanizado de desbaste) → Tratamiento térmico → Rectificado de engranajes (acabado).