Fabricación de engranajes

Los engranajes se pueden fabricar mediante diversos procesos, como fundición , forja , extrusión , metalurgia de polvos , troquelado , conformado, rectificado y mecanizado por control numérico computarizado (CNC) . Sin embargo, por regla general, el mecanizado se aplica para lograr las dimensiones, la forma y el acabado superficial finales del engranaje. Las operaciones iniciales que producen una pieza semiacabada lista para el mecanizado del engranaje se denominan operaciones de troquelado ; el producto inicial en el mecanizado de engranajes se llama pieza en bruto para engranajes. ^{[ 1 ]} El proceso de fabricación ha evolucionado con la tecnología disponible en la producción, pasando de producir la mayoría de los engranajes a mano a producirlos ahora mediante múltiples métodos.

El origen de los engranajes se remonta al siglo IV en China . También se encontraron referencias a ellos en obras de los antiguos griegos y romanos . El matemático griego Arquímedes impulsó la comprensión y aplicación de los engranajes. Los primeros engranajes se fabricaban típicamente de madera o piedra, y posteriormente se empezaron a usar de bronce. Durante la Edad Media , se comenzaron a fabricar engranajes con diversos metales para satisfacer la necesidad de durabilidad y precisión. Durante la Revolución Industrial , los engranajes se utilizaron para accionar maquinaria y fábricas, lo que propició avances en su fabricación. ^{[ 2 ] [ 3 ]} Esto condujo a la producción en masa de engranajes y otros componentes metálicos.

El material del engranaje debe tener las siguientes propiedades: ^{[ 4 ]}

• Alta resistencia a la tracción para evitar fallos ante cargas estáticas.
• Alta resistencia para soportar cargas dinámicas.
• Bajo coeficiente de fricción
• Buena capacidad de fabricación

Los engranajes tienen muchos usos además de los de ingeniería y construcción. ^{[ 6 ]} Los engranajes cumplen una función en una amplia gama de industrias, tales como:

Automotriz :

• Las marchas son esenciales, ya que forman parte de la mayoría de los sistemas de transmisión. ^{[ 7 ]} Estos sistemas permiten al usuario cambiar de marcha y modificar tanto la potencia como la velocidad del vehículo para adaptarlas a las condiciones de conducción necesarias.
• Además de cambiar la velocidad y la potencia, los engranajes también se utilizan en sistemas de dirección como el volante, que permite cambiar la dirección del movimiento de rotación.

Mecanismo de relojería :

• Los engranajes son el pilar de los mecanismos de relojería tradicionales, ya que utilizan muchos engranajes para transformar pequeñas cantidades de energía o trabajo y así mantener la precisión en las mediciones del tiempo.
• Estos engranajes son más pequeños que otros, pero su intrincado diseño permite una gran durabilidad y precisión en la medición del tiempo.

Robótica :

• Al igual que en los automóviles, los engranajes permiten movimientos precisos y también un mayor control y mecanismos robóticos.
• Gracias a su capacidad para cambiar de velocidad con precisión y transmitir energía, son fundamentales para la fabricación robótica, la atención médica y las misiones de exploración.
• Su eficiencia también propicia muchos avances en robótica, ayudando a realizar tareas más difíciles que los humanos no podrían hacer solos.

Energía renovable :

• Las turbinas eólicas utilizan engranajes como uno de los componentes principales para la generación de energía.
• Los engranajes aumentan su velocidad con el viento, lo que ayuda a generar energía.
• Los generadores hidroeléctricos utilizan engranajes para generar energía ^{[ 8 ].}

Energía nuclear:

• Los reactores nucleares utilizan engranajes en los sistemas de control de flujo para ayudar a regular el flujo del refrigerante, lo que contribuye a garantizar la seguridad de las centrales nucleares.

Existen múltiples formas en que las piezas en bruto para engranajes pueden ser moldeadas a través de los procesos de corte y acabado. ^{[ 9 ]}

En la generación de engranajes, los flancos de los dientes se obtienen como un contorno de las posiciones subsiguientes de la herramienta de corte, que se asemeja en forma al engranaje correspondiente en el par de engranajes. Se emplean dos procesos de mecanizado: conformado y fresado . Existen varias modificaciones de estos procesos para diferentes herramientas de corte utilizadas. ^{[ 16 ]}

Tallado de engranajes: ^{[ 17 ]} El tallado de engranajes es un proceso de mecanizado en el que los dientes de los engranajes se generan progresivamente mediante una serie de cortes con una herramienta de corte helicoidal. Todos los movimientos en el tallado son rotatorios, y la fresa y el núcleo del engranaje giran continuamente como en dos engranajes que engranan hasta que se cortan todos los dientes.

Como resultado de cualquiera de los procesos descritos, el acabado superficial y la precisión dimensional pueden no ser lo suficientemente precisos para ciertas aplicaciones. Existen varias operaciones de acabado disponibles, incluyendo el proceso convencional de afeitado y varias operaciones abrasivas, como el rectificado , el bruñido y el lapeado . ^{[ 18 ]}

El desarrollo tecnológico ha permitido el progreso en la producción de engranajes, desde el prototipado hasta el control de calidad. ^{[ 19 ]} La impresión 3D se ha utilizado desde la década de 1980 para imprimir y fabricar engranajes. Esto permite el prototipado rápido y también la producción a menor escala. Los avances en el diseño de engranajes y la detección de calidad han mejorado con la integración de la Inteligencia Artificial . La Inteligencia Artificial se ha utilizado para refinar los sistemas de control , lo que permite cometer menos errores. El uso de la robótica y la tecnología CNC ha contribuido a impulsar la producción al aumentar la velocidad manteniendo la precisión. El uso de la robótica conlleva menores costos de producción y mayor producción en masa.

• Asociación Estadounidense de Fabricantes de Engranajes , organización de normalización para engranajes
• Organización Internacional de Normalización (ISO), federación mundial de normas para garantizar la calidad, la seguridad y la eficiencia.