Componentes de engrenagens personalizados de alta precisão para um fabricante canadiano de motores
- Um fabricante canadiano de equipamentos de transmissão de precisão, com uma sólida reputação, necessitava de componentes de engrenagens personalizados e de alta precisão para os seus motores e sistemas de produção automatizados.
- Com o aumento da procura por componentes de engrenagens fiáveis, o cliente procurava um novo parceiro de fabrico capaz de dar resposta a volumes de produção mais elevados, mantendo simultaneamente uma precisão consistente nas dimensões e no perfil dos dentes.
Visão geral do projeto
O cliente é um fabricante canadiano especializado em equipamentos de transmissão de precisão e soluções personalizadas de motores para linhas de produção automatizadas.
O projeto exigiu vários componentes de engrenagens pequenos e de alta precisão, com diâmetros até 114 mm, incluindo eixos planetários, engrenagens laterais e engrenagens planetárias. A geometria dos dentes e a precisão da superfície também tinham de cumprir as rigorosas especificações GE do cliente.
Os requisitos do projeto incluíam:
- Aplicação: Sistemas de motores e de transmissão de precisão
- Diâmetro máximo da engrenagem: 114 mm
- Produtos: Eixos planetários, engrenagens laterais e engrenagens planetárias
- Processo de fabrico: Forja + Maquinação CNC + Tratamento térmico
- Tratamento térmico: carbonização e endurecimento controlados
- Perfil do dente: Perfil de engrenagem involuta
- Inspeção: digitalização 3D + verificação dimensional
- Requisito fundamental: elevada precisão dos dentes e estabilidade dimensional
- Requisito de produção: Qualidade estável para o fornecimento por lotes
O desafio do projeto:
Um dos principais desafios consistiu em manter a geometria da engrenagem ao longo de todo o processo de maquinagem e tratamento térmico, reproduzindo simultaneamente o perfil de uma engrenagem existente sem dispor de todos os dados originais do projeto.
Desafio do projeto
Desafio 1: Controlo da deformação das engrenagens durante o processamento
As engrenagens pequenas de precisão podem deformar-se durante a maquinagem, o tratamento térmico, o arrefecimento ou a manuseamento. A cementação e o endurecimento são processos particularmente sensíveis, uma vez que as tensões térmicas podem alterar a geometria dos dentes e as dimensões críticas.
Para este projeto, o cliente exigiu uma precisão consistente dos dentes e dimensões estáveis em vários componentes das engrenagens, tornando o controlo da deformação uma parte importante do processo de fabrico.
A nossa solução: Carburação controlada e compensação de deformação
Foi utilizado um processo controlado de cementação a gás por CNC para obter a dureza superficial e a resistência ao desgaste necessárias, mantendo simultaneamente as propriedades adequadas do núcleo.
- O processo de fabrico centrou-se em:
- Temperatura e tempo de carbonetação controlados
- Aquecimento e arrefecimento uniformes
- Tratamento de endurecimento adequado
- Controlo da margem de usinagem
- Compensação da deformação causada pelo tratamento térmico
- Verificação dimensional do perfil dos dentes
- Acabamento controlado após o tratamento térmico
As margens de usinagem foram cuidadosamente planeadas de acordo com a deformação prevista resultante do tratamento térmico, garantindo material suficiente para o acabamento subsequente e a correção dimensional.
Desafio 2: Reconstrução do perfil da engrenagem sem os dados de conceção originais
Outra grande dificuldade foi a falta de desenhos originais completos da engrenagem e de parâmetros de conceção.
A geometria dos dentes involutos necessária teve de ser reconstruída a partir de um anel dentado existente. Basear-se apenas em medições manuais convencionais tornaria difícil captar a geometria completa necessária para uma reprodução precisa.
A nossa solução: digitalização 3D no local e reconstrução do perfil das engrenagens
Engenheiros experientes deslocaram-se às instalações do cliente no Canadá com equipamento de digitalização a laser 3D de alta precisão para recolher dados dimensionais do componente de engrenagem existente.
- O processo de engenharia inversa incluiu:
- Digitalização a laser 3D no local
- Recolha de dados geométricos em múltiplos ângulos
- Medição do perfil das engrenagens existentes
- Processamento de dados de nuvem de pontos
- Reconstrução de modelos 3D
- Análise do perfil involuto dos dentes
- Otimização da geometria dos dentes
- Verificação dimensional final
Com base nos dados recolhidos, foi reconstruído um modelo 3D completo e os parâmetros críticos da engrenagem foram otimizados para a produção.
Dado que os requisitos de precisão finais dos dentes eram particularmente exigentes, foi mantida uma margem de usinagem acordada em superfícies críticas selecionadas, permitindo ao cliente realizar a operação de acabamento final de acordo com os seus requisitos de montagem.
Resultados do projeto
O resultado: componentes de engrenagens de alta precisão para um abastecimento a longo prazo
Os componentes da engrenagem concluídos atingiram a estabilidade dimensional, a precisão do perfil dos dentes, a dureza superficial e a compatibilidade exigidas com o sistema de transmissão existente do cliente.
Através de um tratamento térmico controlado, compensação de deformações, maquinagem de precisão e engenharia reversa 3D no local, o projeto conseguiu reproduzir com sucesso a geometria necessária da engrenagem, apesar da ausência de dados completos do projeto original.
Após a verificação do produto, a empresa foi aprovada no processo de qualificação de fornecedores do cliente canadiano e estabeleceu uma relação de fornecimento a longo prazo de componentes para motores e caixas de velocidades.