Mecanizado de engranajes: comparativa de 4 procesos
Comparativa de tallado por fresa madre, mortajado, rasurado y rectificado: precisión GB 6~7, GB 5~6, DIN 3, sobremedida y secuencia de operaciones.
¿En el mecanizado de engranajes se debe elegir tallado por fresa madre, tallado por mortajadora, rasurado o rectificado? Comparación de precisión, sobremedida y secuencia de operaciones de los cuatro procesos
Respuesta clave: el proceso para el mecanizado de los dientes se deduce a partir del grado de precisión indicado en el plano, no a partir del precio. El tallado por fresa madre convencional está en GB 6~7, el tallado por mortajadora en GB 5~6, el rasurado mejora aproximadamente 1 grado sobre la base del tallado por fresa madre, el rectificado puede alcanzar GB 4~5 y el rectificado de perfil puede alcanzar DIN 3. Los engranajes internos, los engranajes dobles y los engranajes con hombro solo pueden tallarse por mortajadora; los engranajes exteriores de dientes rectos y helicoidales pueden mecanizarse por las cuatro rutas. El tratamiento térmico provoca una deformación de 0.01~0.05 mm, y la precisión antes del tratamiento térmico no puede transferirse directamente a la pieza acabada, por lo que la secuencia de operaciones es fija: desbaste → tratamiento térmico → acabado (rectificado/honeado de engranajes). Para engranajes de cajas de engranajes de uso general con DIN 7~8 indicado en el plano, el tallado por fresa madre más el tratamiento térmico es suficiente; para los indicados como DIN 4~5, con requisitos de bajo juego de retroceso y bajo ruido, debe dejarse suficiente sobremedida de rectificado para realizar rectificado después del tratamiento térmico.
1. Qué etapa cubre cada uno de los cuatro procesos#
El tallado por fresa madre, el tallado por mortajadora, el rasurado y el rectificado no son procesos mutuamente sustitutivos; cada uno resuelve diferentes formas de dientes y distintos rangos de precisión.
| Proceso | Principio de conformación de los dientes | Tipos de dientes mecanizables | Capacidad de precisión (GB/T 10095) | Posición habitual en la secuencia de operaciones |
|---|---|---|---|---|
| Tallado por fresa madre (Hobbing) | Generación entre la fresa madre y la pieza | Engranajes exteriores de dientes rectos y helicoidales, ruedas de tornillo sin fin | GB 6~7 | Desbaste / semiacabado; puede ser mecanizado final para piezas de precisión general |
| Tallado por mortajadora (Shaping) | Movimiento alternativo vertical de la herramienta de mortajar + generación | Engranajes internos, engranajes dobles/triples, engranajes con hombro, estriados | GB 5~6 (el tallado por mortajadora CNC puede alcanzar el grado 5) | Proceso principal para dientes internos y estructuras restringidas |
| Rasurado (Shaving) | Engrane libre entre la herramienta de rasurar y la pieza | Engranajes exteriores de dientes rectos y helicoidales | Mejora aproximadamente 1 grado sobre la base previa al rasurado (grado 6~7 → 5~6) | Acabado de flancos de dientes antes del tratamiento térmico |
| Rectificado (Grinding) | Generación con muela de forma o muela de tornillo sin fin | Engranajes exteriores de dientes rectos y helicoidales | GB 4~5; el rectificado de perfil puede alcanzar DIN 3 | Acabado de flancos de dientes después del tratamiento térmico |
Los límites de capacidad de la mortajadora son bastante claros: la mortajadora CNC YKX5132 mecaniza módulos M1~M8, diámetro exterior Φ320 mm y diámetro interior Φ250 mm; la Y54A hasta M6, diámetro exterior Φ500 mm y diámetro interior Φ400 mm; la YKX5150 hasta M10, con diámetro exterior e interior de Φ500 mm y Φ400 mm respectivamente, y ancho de cara de hasta 120 mm. Piezas como las coronas dentadas internas no pueden realizarse en una talladora por fresa madre; solo pueden hacerse por mortajadora.
El rango de mecanizado de las máquinas de afeitado de engranajes tampoco es reducido: Y4232C y Y4245A hasta M6, YK4232 hasta M8, diámetro máximo de mecanizado Φ320~Φ450 mm, ángulo de hélice mecanizable ±30°~±35°. La rugosidad de la superficie del diente después del afeitado disminuye de Ra≤3.2 μm a Ra≤1.6 μm; con afeitado de precisión puede alcanzar Ra0.8 μm.
El rectificado de dientes se divide en dos vías: el rectificado de forma utiliza una muela de forma aderezada por CNC para rectificar diente a diente, adecuado para módulos grandes y perfiles de diente especiales; el rectificado por generación utiliza una muela de tornillo sinfín para rectificar de forma continua, con mayor eficiencia en producción en serie, y la rugosidad de la superficie del diente puede controlarse en Ra≤0.4 μm. El rectificado de dientes posterior al tratamiento térmico es la operación clave para corregir la deformación causada por la cementación y el temple, y también constituye la principal línea divisoria entre engranajes de baja holgura y bajo ruido y engranajes industriales comunes.
II. Cómo se incrementa la precisión grado a grado#
En engranajes del mismo material y obtenidos en la misma fresadora de engranajes por fresa madre, el añadir o no afeitado y el añadir o no rectificado de dientes en etapas posteriores hace que la precisión final difiera en varios grados:
| Combinación de operaciones | Perfil del diente | Dirección del diente | Paso acumulado | Descentramiento de la corona dentada | Rugosidad superficial Ra |
|---|---|---|---|---|---|
| Fresado por fresa madre (operación final) | Grado 6~7 | Grado 6~7 | Grado 7 | Grado 7 | ≤3.2 μm |
| Fresado por fresa madre → afeitado | Grado 5~6 | Grado 5~6 | Grado 6 | Grado 6 | ≤1.6 μm (afeitado de precisión Ra0.8) |
| Fresado por fresa madre/mortajado → cementación y temple → rectificado de dientes | Grado 4~5 | Grado 4~5 | Grado 4~5 | Grado 4~5 | ≤0.4 μm (rectificado por generación) |
| Fresado por fresa madre → cementación y temple → rectificado de forma | Puede alcanzar grado DIN 3 | Puede alcanzar grado DIN 3 | Puede alcanzar grado DIN 3 | Puede alcanzar grado DIN 3 | A confirmar según el proceso |
Un punto que hay que recordar: el afeitado es una operación previa al tratamiento térmico; después del afeitado todavía hay que realizar el tratamiento térmico, y la deformación por tratamiento térmico consume parte de la precisión ganada con el afeitado. Por lo tanto, la ruta de afeitado es adecuada para casos con requisito final de grado GB 6~7 y en los que no se quiere asumir el coste del rectificado de dientes; si el plano exige grado GB 5 o mejor, normalmente se recurre directamente a “cementación y temple + rectificado de dientes”, que es más controlable que “afeitado + tratamiento térmico + corrección posterior”.
III. En qué paso se inserta el tratamiento térmico: la magnitud de la deformación determina el margen de rectificado#
El tratamiento térmico no es solo un indicador de dureza; es una línea divisoria en la secuencia de operaciones. Los distintos tipos de tratamiento térmico producen diferentes magnitudes de cambio dimensional, lo que determina directamente cuánto margen de mecanizado debe dejarse después:
| Tipo de tratamiento térmico | Materiales aplicables | Rango de dureza | Deformación | Requisitos para procesos posteriores |
|---|---|---|---|---|
| Cementación y temple | 20CrMnTi, 20CrMo, 20CrNiMo | HRC 58~63 | 0.02~0.05 mm | En la zona dentada debe dejarse margen de rectificado; rectificar los dientes después del tratamiento térmico |
| Nitruración | 38CrMoAl, 40Cr | HV 850~1100 | ≤0.01 mm | Deformación pequeña; puede mecanizarse con precisión antes del tratamiento térmico; después de la nitruración, no rectificar o rectificar poco |
| Temple por inducción (alta frecuencia) | 40Cr, 42CrMo, 45# | HRC 50~55 | 0.01~0.03 mm | Endurecimiento localizado; la superficie de los dientes puede acabarse en un proceso posterior |
| Bonificado | 40Cr, 42CrMo, 35CrMo | Definido según el material y la sección transversal | — | Mejora la microestructura para el corte posterior; permite un segundo mecanizado |
Esta tabla es la base para seleccionar materiales y definir procesos; su uso es muy directo: si se requiere alta dureza en la superficie de los dientes y se puede aceptar el costo del rectificado posterior al tratamiento térmico, elíjase cementación y temple; si preocupa la deformación y se desea eliminar el rectificado, elíjase nitruración, pero la capa nitrurada es delgada y su capacidad de carga no está en el mismo orden de magnitud que la capa cementada, por lo que no es adecuada para engranajes con cargas pesadas. Una deformación de 0.02~0.05 mm en la cementación y temple significa que el margen de rectificado debe dejarse al menos en ese orden de magnitud; si se deja poco, no se puede rectificar; si se deja demasiado, la capa cementada se rectifica hasta atravesarla y la profundidad efectiva de la capa endurecida no cumple con el requisito.
IV. Deducir la ruta de proceso según el grado de precisión del plano#
Combinando los dos puntos anteriores, la ruta de proceso puede deducirse básicamente. La siguiente tabla ofrece la ruta correspondiente según las indicaciones de precisión habituales en los planos:
| Grado de precisión del plano | Aplicación típica | Ruta de proceso recomendada para la zona dentada |
|---|---|---|
| Grado DIN 9~12 / GB 9~12 | Baja velocidad y cargas pesadas, maquinaria agrícola | Fresado por generación o mortajado, bonificado o temple por inducción según se requiera |
| Grado DIN 7~8 / GB 7~8 | Cajas de engranajes industriales generales, elevación de mástil | Fresado por generación → cementación y temple / temple por inducción → acabado (según plano) |
| Grado DIN 6 / GB 6 | Engranajes para transmisiones de automóvil, cajas industriales de altos requisitos | Fresado por generación → afeitado de engranajes → cementación y temple (después del tratamiento térmico, se decide si se rectifica según los requisitos) |
| Grado DIN 4~5 / GB 4~5 | Husillos de máquinas herramienta de precisión, transmisiones de alta velocidad y precisión | Fresado por generación → cementación y temple → rectificado de engranajes (por generación o de forma) |
| Grado DIN 3 | Metrología de alta precisión, husillos de precisión | Fresado por generación → cementación y temple → rectificado de forma |
| Engranajes internos / engranajes dobles / estrías | Mecanismos planetarios, mecanismos de cambio de velocidad | Principalmente mortajado (el fresado por generación no puede mecanizarlos) |
Cada vez que se sube un grado de precisión, los costos de proceso y de inspección suben un escalón. En ingeniería, la práctica más habitual es: primero definir, según las condiciones reales de trabajo (velocidad de rotación, carga, ruido admisible, requisitos de juego), un grado “suficiente”, y luego alinear la ruta de proceso con ese grado, en lugar de orientar todos los engranajes a la clase DIN 3.
Las cremalleras son otra línea: las cremalleras de dientes rectos y helicoidales siguen procesos de fresado fino y rectificado, y no utilizan este proceso de engranajes. Las cremalleras de grado rectificado pueden alcanzar DIN 6h25 (error total de paso de dientes 0.036 mm/1000 mm), las de fresado fino están en DIN 8e27 (0.08 mm) y DIN 10e27 (0.13 mm); los materiales habituales son S45C y SCM440, con templado por inducción de alta frecuencia HRC 48~52 en la superficie de los dientes o bonificado HRC 18~20. Por ejemplo, para una cremallera de dientes rectos rectificada M2×1000 mm, el modelo se escribe GY-CSTGH-020-10-S: los cinco campos de material, tipo de diente, forma, mecanizado de dientes y tratamiento térmico se pueden desglosar a simple vista; el último carácter S indica pieza estándar y C indica personalizado según el plano del cliente.
V. Seis puntos clave para plasmar el proceso en los planos y en el pedido#
- Indicar claramente el grado de precisión y especificar qué norma se utiliza: DIN 3962, GB/T 10095.1 y AGMA 2000 tienen sus propios valores admisibles; si solo se escribe “grado 6” sin indicar el sistema, cada parte calculará con el suyo.
- Escribir juntos los tres datos: método de tratamiento térmico + dureza + profundidad de la capa endurecida: en la cementación y temple se debe indicar la profundidad efectiva de la capa endurecida (definida según el módulo); indicar solo “HRC 58~62” no basta para definir la capacidad de carga.
- Indicar si la inspección se realiza antes o después del tratamiento térmico: para un mismo engranaje, medir antes del tratamiento térmico y medir después del tratamiento térmico y rectificado puede dar resultados que difieren en uno o dos grados; el punto de inspección debe escribirse en los requisitos técnicos.
- La sobremedida de rectificado debe ser confirmada por la parte de proceso según la deformación por tratamiento térmico: no fije usted mismo una cifra de sobremedida y se la imponga al mecanizador; una sobremedida de rectificado insuficiente hará que la profundidad efectiva de la capa endurecida no cumpla los requisitos.
- Indicar con antelación las estructuras de dentado interno, engranaje doble y escalonado: el proceso de este tipo de engranajes es el mortajado de engranajes en lugar del tallado por fresa madre; afecta la preparación de herramientas y el tiempo de ciclo, y avisar a tiempo ahorra una ronda de iteraciones.
- Acordar el método de inspección y el informe que acompaña al envío: si se usa centro de medición de engranajes o inspección de engrane, si el informe acompaña al envío o requiere testimonio de terceros, debe escribirse con antelación en el pedido.
VI. Rango de mecanizado de dentado que Geyon Transmission puede aceptar#
Geyon Transmission mecaniza según plano engranajes cilíndricos de dientes rectos y helicoidales con engrane exterior (módulo M0.5~M20, precisión de fresado por generación convencional en grados GB 6~7), engranajes de tornillo sinfín cubren perfiles de dientes Z1~Z6, rueda sinfín de bronce con tornillo sinfín de acero; los engranajes cónicos se fabrican según GB/T 11365 en grados 5~6. Cremalleras de precisión incluyen cinco series: rectificado de dientes helicoidales, rectificado de dientes rectos, fresado de precisión endurecido y fresado de precisión bonificado; grado de rectificado hasta DIN 6h25. Los engranajes internos, engranajes dobles y estriados se mecanizan por mortajado; la mortajadora de engranajes CNC cubre hasta módulo M10 y diámetro exterior Φ500 mm.
El tratamiento térmico incluye cuatro líneas: cementación y temple, nitruración, temple por inducción y bonificado; el acabado de los dientes incluye afeitado y rectificado de engranajes, el rectificado por forma utiliza rectificadoras de engranajes Kapp NILES, el rectificado de dientes alcanza DIN 3 y en producción en serie se mantiene estable en norma nacional 4~5. En el área de inspección hay un centro de medición de engranajes (incertidumbre de medición 0.5 µm), una máquina de medición por coordenadas, un medidor de redondez, un durómetro y un probador de engrane de engranajes; el paso, el perfil, la dirección del diente y la dureza se pueden medir y generar informes—las listas de capacidades de Sistema de inspección y calidad y Centro de ingeniería se pueden consultar.
Envíenos el plano —módulo, número de dientes, grado de precisión, requisitos de tratamiento térmico, condiciones de servicio—; tras la revisión del plano, el equipo de ingeniería responderá con la ruta de proceso, el plan de sobremedidas, el plan de inspección y la cotización. Contacte con Geyon Transmission o visite el sitio web oficial en chino de Geyon Transmission . Solo con la secuencia de operaciones bien definida se puede hablar con claridad del costo.