MANUFACTURA DE ENGRANAJESSe utilizan varios mtodos para fabricar engranes, los cuales se dividen en dos categoras: formado y maquinado. El maquinado se divide adems en recticado y acabado. El formado se reere a las operaciones directas de vaciado, moldeado, rolado o extrusin de los perles de dientes con materiales fundidos, en polvo o ligeramente calentados. El recticado y el acabado son tcnicas de remocin de material que sirven para cortar o esmerilar el perl del diente sobre un bloque slido a temperatura ambiente. Los mtodos de recticado se realizan con frecuencia, sin aplicar ninguna operacin de acabado posterior en engranes que no requieren mucha precisin. A pesar de su nombre, los procesos de recticado (esmerilado) realmente crean un diente liso y preciso. Slo cuando se requieren alta precisin y funcionamiento suave, se justica el costo adicional de las operaciones de un acabado secundario.

Formado de dientes de engraneEn todas las operaciones de formado de dientes, todos los dientes del engrane se producen simultneamente con un molde o dado, donde se maquinaron las formas de los dientes. La precisin de los dientes es totalmente dependiente de la calidad del dado o el molde; en general, es mucho menor de la que se obtendra aplicando los mtodos de recticado o acabado. Las herramientas que se utilizan en la mayora de estos mtodos son de alto costo, por lo cual slo se justican en producciones masivas.

FUNDICIN Los dientes se vierten al metal fundido en moldes de arena o dados, donde se maquinaron las formas deseadas. Su ventaja es el bajo costo, ya que la forma del diente se construye en el molde. Generalmente no se aplican operaciones de acabado sobre los dientes despus de la fundicin, aunque se podra hacer. Los dientes que se obtienen son de baja precisin y se utilizan slo en aplicaciones que no son crticas, como juguetes, aparatos electrodomsticos pequeos o en mezcladoras de cemento, es decir, donde el ruido y la holgura excesivos de las partes no afectan la operacin. La fundicin en arena es un mtodo econmico para obtener pequeas cantidades de engranes de baja calidad, pues los costos de las herramientas son razonables; no obstante, el acabado supercial y la exactitud dimensional son muy decientes. La fundicin en moldes de presin brinda mejores precisin y acabado supercial, aunque las herramientas tienen costos altos, por lo cual se requieren grandes volmenes de produccin para justica su uso.

FUNDICIN POR INVESTIMENTA

Tambin conocida como fundicin en cera, da como resultado engranes razonablemente precisos para una diversidad de materiales. El molde se hace con un material refractario que permite la fundicin de materiales a alta temperatura. La precisin depende del patrn original utilizado para elaborar el molde.SINTERIZADO En l, se presionan los metales en polvo (PM) en las cavidades del modelo metlico en forma de engrane, luego se remueven y se les da tratamiento trmico (se sinterizan) para incrementar su resistencia. Tales engranes, hechos con metales en polvo, tienen una precisin similar a la de los engranes fundidos a presin; sin embargo, sus propiedades se controlan mezclando varios polvos metlicos. La tcnica se utiliza normalmente en engranes pequeos. MOLDEO POR INYECCIN Sirve para hacer engranes no metlicos con varios termoplsticos, como el nylon y el acetal. Se trata de engranes con poca precisin en tamaos pequeos, cuya ventaja es un bajo costo y la capacidad de funcionar sin lubricante con cargas ligeras.EXTRUSIN Se utiliza para formar dientes sobre varillas largas, las cuales se cortan en longitudes adecuadas y se maquinan para aplicarse en barrenos centrales y cueros, entre otros. Los materiales no ferrosos como las aleaciones de cobre y aluminio se usan generalmente para la extrusin en lugar de los aceros.ESTIRADO EN FRO Forma dientes sobre varillas de acero moldendolos a travs de dados endurecidos. El trabajo en fro incrementa la resistencia y reduce la ductilidad. Las varillas se cortan despus en longitudes adecuadas; adems, se maquinan para alojarse en barrenos centrales y cueros, etctera. ESTAMPADO Las hojas metlicas se estampan con formas de dientes para crear engranes de baja precisin, en grandes cantidades, a bajo costo. El acabado supercial y la precisin son decientes.

MaquinadoLa mayora de los engranes metlicos que se emplean para transmitir potencia en las mquinas se obtienen a travs de un proceso de maquinado, a partir de bloques vrgenes vaciados, forjados o rolados en caliente. Los procesos de recticado incluyen la elaboracin de la forma del diente con cortadores formados o generadores con un cortador de cremallera,un cortador formador o una fresadora de engranes. Los procesos de acabado incluyen el cepillado, bruido, recticado, recticado, esmerilado. Cada uno de estos mtodos se describir brevemente.

Procesos de rectificado

FRESADO DE FORMA

Requiere un cortador con cierta forma, como el mostrado en la gura 8-17 (el nmero1). El cortador debe tener la forma del espacio del diente del engrane,con la geometra y el nmero de dientes para cada engrane especco.El cortador giratorio se clava en el bloque para cortar un diente a la vez. Luego, el bloque gira a travs de un crculo de paso y se corta el siguiente diente. Como se necesita un cortador de forma diferente para cada tamao de engrane, el costo de las herramientas es alto. Para reducir costos, a menudo se utiliza el mismo cortador para engranes de diferentes tamaos, lo que da como resultado errores de perl en todos los dientes, menos en uno. Este mtodo es el menos preciso de todos los mtodos de recticado. GENERACIN POR CREMALLERA

Un cortador de cremallera con paso de involuta se puede hacer fcilmente, ya que la forma de sus dientes es trapezoidal (vase la gura 8-6 en la pgina 549). La cremallera a lada y endurecida (vase el nmero 2 en la gura 8-17) oscila a lo largo del eje del bloque del engrane y se alimenta hacia l, mientras gira alrededor del bloque del engrane, de modo que genera el diente de involuta sobre el engrane. La cremallera y el bloque se deben reposicionar peridicamente para completar la circunferencia. Este reposicionamiento puede generar errores en la geometra del diente, haciendo a este mtodo menos preciso que otros que se estudiarn.

FORMADO DE ENGRANES Utiliza una herramienta de corte en forma de engrane (vase el nmero 3 en la gura 8-17), la cual se hace oscilar axialmente a travs del bloque del engrane para cortar los dientes, en tanto que el bloque gira alrededor del cortador,como se ilustra en la gura 8-18. Se trata de un proceso de generacin de forma real,donde la herramienta en forma de engrane corta a su imagen al engranarse con el bloque del engrane. La precisin es buena, aunque cualquier error en alguno de los dientes del cortador se transere directamente al engrane.Tambin los engranes internos se suelen cortar con este mtodo. FRESADO Una fresa, identicada con el nmero 4 en la gura 8-17, es similar a una rosca de machuelo. Sus dientes estn formados para ajustarse al espacio del diente y se interrumpen con ranuras para proporcionar super cies de corte. Gira alrededor de un eje perpendicular al del bloque del engrane, cortando as el interior del bloque giratorio para producir el diente. Es el ms preciso de los procesos de corte, ya que no se requiere el reposicionamiento de la herramienta o del bloque, por lo que cada diente se corta con mltiples fresas, promediando los errores de la herramienta. Se puede obtener un excelente acabado supercial con esta tcnica, que es una de los ms utilizadas en la produccin de engranes.

Procesos de acabado

Cuando se requiere precisin, se realizan ms operaciones con los engranes obtenidos por los mtodos anteriores. Las operaciones de acabado generalmente remueven poco o ningn material; pero mejoran la precisin dimensional, el acabado supercial y/o la dureza.

CEPILLADO Es similar al formado de engranes, aunque maneja herramientas de cepillado de precisin para remover pequeas cantidades de material de un engrane recticado, con la nalidad de corregir los errores del per l y mejorar el acabado.

ESMERILADO Emplea un esmeril contorneado que se pasa sobre la supercie maquinada de los dientes del engrane, generalmente controlado por computadora, para eliminar pequeas cantidades de material y mejorar el acabado supercial. Se puede usar en engranes que han sido endurecidos despus del recticado,para corregir las distorsiones del tratamiento trmico, as como para obtener las ventajas sealadas.

BRUIDO Corre el engrane maquinado burdamente contra un engrane especialmente endurecido. Las grandes fuerzas en el punto de contacto del diente provocan la uencia plstica de la supercie del diente del engrane, lo cual mejora tanto el acabado como el trabajo de endurecimiento de la supercie,creando as esfuerzos residuales compresivos bencos.

PULIDO Y AFILADO

Utilizan un engrane impregnado de abrasivo o una herramienta en forma de engrane que se corre contra el engrane para desbastar la supercie. En ambos casos, la herramienta abrasiva impulsa el engrane en cantidades sucientes para acelerar y controlar la corrida para mejorar tanto el acabado supercial como la precisin.

Calidad del engrane

El estndar AGMA 2000-A88 dene las tolerancias dimensionales para los dientes de engrane y un ndice de calidad Q que va desde la peor calidad (3) hasta la mayor precisin (16). Es el mtodo de manufactura lo que determina fundamentalmente el ndice de calidad Qv del engrane. Los engranes formados normalmente tienen ndices de calidad de 3 a 4. Los engranes fabricados por los mtodos de recticado listados, por lo general, tienen un intervalo de calidad Qv entre 5 y 7. Si los engranes tienen acabado de cepillado o esmerilado, Qv estara dentro del intervalo 8 a 11. El pulido y el a lado pueden alcanzar ndices de calidad ms altos. Evidentemente, el costo del engrane est en funcin de Qv.

La tabla 8-6 presenta los ndices de calidad recomendados por la AGMA para varias aplicaciones comunes de engranes. Otra forma de seleccionar un ndice de calidad adecuado se basa en la velocidad lineal de los dientes del engrane en el punto de paso,llamada velocidad en la lnea de paso. Las imprecisiones en el espaciado del diente originarn impactos entre los dientes, en tanto que las fuerzas de impacto se incrementan a mayores velocidades. La tabla 8-7 muestra los ndices recomendados de calidad Qv del engrane, en funcin de la velocidad en la lnea de paso del engrane acoplado. Los engranes rectos raras veces se utilizan con velocidades en la lnea de paso mayores a 10 000 ft/min (50 m/s), debido al exceso de ruido y a las vibraciones. En dichas aplicaciones se preeren los engranes helicoidales (que son analizados en el captulo siguiente).

La calidad del engrane ejerce un efecto signicativo en la participacin de los dientes para compartir la carga.Si los espaciamientos de los dientes no son precisos ni uniformes, no todos los dientes engranados estarn en contacto simultneamente. Lo anterior hace innecesaria la ventaja de una razn de contacto grande. La gura 8-19 presenta dos engranes con una razn de contacto grande, aunque con precisin escasa. Slo un par de dientes estn en contacto y comparten la carga en la misma direccin. Los otros dientes del engranaje no tienen carga. A pesar de la razn de contacto aparente de aproximadamente 5, la razn de contacto real en este punto del engranaje es slo de 1.