Mecanizado de Alta Precisión de Engranajes: Tecnología de Biselado

«Sin biselar, la habilidad de un carpintero está incompleta». Este antiguo proverbio de carpinteros no solo refleja la sabiduría artesanal tradicional, sino que también resuena profundamente en la fabricación moderna. El biselado, originalmente un término de carpintería, ha evolucionado hasta convertirse en un proceso crítico en la producción industrial contemporánea, especialmente en la fabricación de engranajes de alta precisión.

I. ¿Qué es el biselado?

En la terminología industrial moderna, el biselado se refiere al proceso de achaflanar ligeramente o redondear los ángulos rectos externos o internos de una pieza. Sus objetivos principales son dos: primero, eliminar los puntos de concentración de tensiones, y segundo, evitar que los bordes afilados rayen a los operarios durante la instalación y el uso. Más allá de la seguridad funcional, los bordes redondeados también mejoran el atractivo estético de la pieza, dándole una apariencia más agradable y refinada.
Es importante distinguir el achaflanado del redondeo: aunque ambos implican redondear, el achaflanado se enfoca en los bordes de una pieza, mientras que el redondeo se centra en las esquinas. En aplicaciones prácticas, las esquinas sin redondear suponen un mayor riesgo de lesión para los usuarios en comparación con los bordes sin achaflanar.

II. Achaflanado del Perfil del Diente del Engranaje: Clasificación y Tipos

Con el avance de la industria automotriz, las exigencias respecto a la estética y el rendimiento de los engranajes se han vuelto cada vez más estrictas, situando la tecnología de achaflanado en primer plano para el control de precisión.

1. Categorías Básicas de Achaflanado del Perfil del Diente del Engranaje

El achaflanado del perfil del diente del engranaje se divide principalmente en tres tipos según su ubicación:

Achaflanado de Punta de Diente: Achaflanado aplicado a la punta del diente del engranaje.
Achaflanado de Extremo de Diente: Achaflanado realizado en la cara extrema del diente del engranaje.
Achaflanado de Perfil de Diente: Achaflanado a lo largo del perfil activo del diente (el enfoque de este artículo).

2. Clasificación Técnica del Achaflanado del Perfil del Diente

El achaflanado del perfil del diente se clasifica comúnmente en tres tipos técnicos, diferenciados además por la aplicación en un solo flanco o en ambos flancos:

Tipo Técnico Características de un Solo Flanco Características de Ambos Flancos
Achaflanado cónico (termina en el rebaje de raíz) Achaflanado asimétrico; sin achaflanado en el filete de raíz. Achaflanado simétrico en ambos lados; sin achaflanado en el filete de raíz.
Achaflanado cónico (termina en el filete de raíz completo) Achaflanado asimétrico; achaflanado parcial en el filete de raíz. Achaflanado asimétrico en ambos lados; achaflanado parcial en el filete de raíz.
Achaflanado uniforme (termina en el filete de raíz completo) Achaflanado simétrico; achaflanado uniforme en el filete de raíz. Achaflanado simétrico en ambos lados; achaflanado uniforme en el filete de raíz.

III. Métodos comunes de mecanizado para el achaflanado del perfil del diente

Existe una variedad de procesos disponibles para el achaflanado del perfil del diente, cada uno con principios, ventajas y limitaciones únicos.

A. Achaflanado por rectificado

Principio: Utiliza un husillo giratorio y una muela flotante para eliminar rebabas y aristas vivas del perfil del diente.
Limitaciones: El tamaño del chaflán varía debido a factores como el diámetro de la muela, el ángulo de hélice, el módulo y el número de dientes. A menudo causa daños en la cara de raíz y produce bordes biselados rugosos.
Aplicación: Ampliamente utilizado en industrias tradicionales como la energía eólica y los vehículos comerciales para engranajes de módulo grande.

B. Chaflanado por extrusión

Principio: Emplea dos discos de extrusión personalizados con "dientes helicoidales" que engranan con el engranaje. La rotación de engrane a alta velocidad "corta" las rebabas y aristas vivas dejadas por el tallado.
Limitaciones: La extrusión dura crea microprotrusiones en la superficie del diente (lo que dificulta el rectificado/pulido posterior), requiere rasquetas adicionales para controlar las protrusiones en la cara lateral, produce bordes rugosos, aumenta el tiempo del ciclo de procesamiento y es ineficaz para engranajes con discos apilados.

C. Proceso de tallado-chaflanado-tallado

Principio: Durante el tallado, se deja un pequeño margen de mecanizado. Después de que el tallador se retire, herramientas de extrusión y raspado procesan el chaflán, seguido de un último paso de tallado para lograr la precisión.
Limitaciones: La integración de herramientas en la máquina de tallado aumenta el tiempo de ciclo; la configuración de las herramientas es compleja, y hereda las limitaciones del chaflán por extrusión.

D. Chaflanado por fresado 1 (fresa de chaflán radial)

Ventajas:

Adecuado para piezas tipo eje y aquellas con contornos interferentes.
Integración flexible con máquinas de tallado o uso como dispositivo independiente.
Ampliamente adoptado en el mercado.

E. Chaflanado por fresado 2 (máquina de tallado integrada)

Situación actual: Algunas marcas de talladoras (por ejemplo, Gleason) ofrecen modelos con chaflánado integrado en los extremos de los dientes (fresado con cuchilla giratoria o chaflánado con tallador).
Ventajas: Combina tallado y chaflánado en un solo paso; elimina daños por recolocación manual.
Limitaciones: Alto costo del equipo (los talladores de chaflán personalizados son costosos); solo aplicable a engranajes de disco (problemas de interferencia con engranajes de eje).

IV. Selección de los Procesos de Biselado

La elección del proceso de biselado depende del escenario de aplicación del engranaje y debe determinarse en estrecha consulta con los clientes:

Recomendación para Árboles de Engranajes de Nueva Energía: Priorizar el biselado por fresado, ya que la tecnología y los equipos para este proceso son maduros.
Tamaño del Bisel: Típicamente de 0,3 a 0,8 mm para los biselados del perfil del diente.
Ángulo del Bisel: Colaborar con los diseñadores para definir los ángulos según el tipo de accionamiento del motor (eje paralelo frente a coaxial), con rangos comunes como 150°±10° y 125°±10°.

V. Ventajas del Biselado

Mejora de la Seguridad: Reduce el riesgo de lesiones durante el manejo y procesamiento.
Mejora Estética: Mejora la apariencia general del engranaje, aumentando la satisfacción del cliente.
Reducción de Tensiones: Mitiga la concentración de tensiones en los extremos afilados de los dientes tras el tratamiento térmico.
Prevención de Daños: Reduce el riesgo de astillado del diente por golpes durante el tratamiento térmico y procesos posteriores.
Preservación de la Calidad: Evita la oxidación y la descarbonización en las puntas de los dientes durante la cementación.
Optimización del Rendimiento: Reduce los riesgos de aplastamiento y astillado en los extremos de los dientes cuando se engrana un ancho parcial del diente.
Facilitación del Montaje: Un tamaño y ángulo de chaflán adecuados simplifican el ensamblaje de engranajes.

VI. Conclusion

A pesar de sus beneficios comprobados, el proceso de chaflanado ha sido infravalorado en algunas partes de la industria nacional de engranajes, donde algunos fabricantes priorizan la funcionalidad por encima de este proceso crítico. Sin embargo, a medida que avanza la tecnología automotriz y aumentan las exigencias de calidad, el chaflanado se ha convertido en una etapa indispensable en la fabricación de engranajes de alta precisión. Asumir y perfeccionar los procesos de chaflanado es esencial para mejorar la calidad del producto y reforzar la competitividad en el mercado.
En el mundo de la transmisión, pequeños engranajes impulsan grandes innovaciones, y el chaflanado minucioso es la piedra angular de esa precisión.