Endurecimento por indução de dente de engrenagem: Padrão de dureza e profundidade da caixa

Como a geometria das engrenagens, Requisitos de carga e seleção de processos definem a zona protegida

Endurecimento por indução do dente da engrenagem não é simplesmente uma questão de endurecer a superfície do dente. O resultado requerido depende de onde a zona endurecida é necessária, quão profundo deve se estender, e como o equipamento será carregado em serviço. Esses requisitos devem ser definidos antes que o processo de indução seja selecionado.

1. O que significa o padrão de dureza em uma engrenagem endurecida por indução?

O padrão de dureza descreve a localização e o formato da região endurecida ao redor de um dente de engrenagem. Dependendo do projeto, pode cobrir principalmente o flanco do dente, estender-se até a raiz do dente e filete de raiz, ou siga uma porção maior do contorno do dente.

Isto é diferente de um o perfil de dureza. Um padrão de dureza responde à questão de onde a região endurecida está localizada. Um perfil de dureza descreve como a dureza muda ao longo de uma seção ou com a profundidade abaixo da superfície.

Duas engrenagens podem, portanto, ter leituras de dureza superficial semelhantes, embora tenham padrões de endurecimento bastante diferentes abaixo da superfície..

2. Onde o dente da engrenagem deve ser endurecido?

A área endurecida necessária deve seguir a forma como o dente suporta a carga, em vez de uma regra fixa aplicada a cada engrenagem.

Flanco do dente. O flanco é a superfície de trabalho que entra em contato repetido com a engrenagem ou pinhão correspondente. O endurecimento do flanco do dente geralmente está relacionado com a resistência ao desgaste e à fadiga de contato.. A corrosão por corrosão é uma possível forma de dano por fadiga de contato nesta região.

Raiz de Dente e Filé de Raiz. A tensão de flexão está concentrada ao redor da raiz do dente e na transição para o filete da raiz. Para engrenagens onde a resistência da raiz é uma grande preocupação de projeto, o padrão de dureza especificado pode se estender ainda mais nesta área. Isso não significa que toda engrenagem exija que a raiz seja endurecida da mesma maneira; a cobertura necessária depende do projeto e da função.

Ponta do dente. A ponta pode ou não estar incluída no padrão exigido. Seu tratamento depende da geometria do dente, o método de endurecimento selecionado e a especificação de engenharia.

Flanco do dente, zonas de endurecimento de raiz e filete de raiz em um dente de engrenagem.

O ponto importante é que um padrão de dureza do dente da engrenagem deve ser definido em torno da condição de carga pretendida., não simplesmente tentando endurecer a maior área possível.

3. O que determina o padrão de dureza necessário?

A carga de serviço é o ponto de partida. Uma engrenagem sujeita principalmente a cargas de contato repetidas pode colocar mais ênfase no flanco, enquanto outra aplicação pode exigir atenção adicional à raiz e ao filete de raiz devido à tensão de flexão.

A geometria do dente também é importante. Módulo de engrenagem, o tamanho do dente e a forma do espaço dentário influenciam tanto a zona endurecida necessária como a forma como a energia de indução pode ser aplicada a ela.

O material e a microestrutura anterior também devem ser considerados. O endurecimento por indução altera a região da superfície de um componente já fabricado, portanto, a resposta do aço ao aquecimento e à têmpera afeta a dureza e a profundidade resultantes.

A especificação então deve conectar esses fatores com a dureza superficial necessária e a profundidade da caixa, ou profundidade endurecida efetiva onde essa terminologia é usada.

Não existe um “melhor” universal” padrão de endurecimento de engrenagem. Mais profundo não é automaticamente melhor, e estender a zona endurecida mais em direção à raiz não é automaticamente uma melhoria. A ênfase excessiva apenas na dureza pode ignorar outros requisitos, como a tenacidade do núcleo.

A durabilidade das engrenagens também depende de condições fora do processo de tratamento térmico, incluindo geometria do dente, malha, lubrificação, alinhamento e a condição da engrenagem ou pinhão correspondente.

4. Como o padrão necessário afeta o método de endurecimento por indução

O padrão de dureza desejado influencia como a engrenagem é aquecida.

Com endurecimento por rotação, a engrenagem é girada enquanto a região necessária é aquecida em torno de sua circunferência. Esta abordagem pode ser adequada onde a geometria da engrenagem e o padrão necessário permitem que a região do dente seja tratada desta maneira.

Para engrenagens maiores ou aplicações que exigem controle mais localizado, endurecimento por indução dente a dente pode ser usado. O processamento pode ser concentrado em espaços dentais individuais ou em partes selecionadas da geometria do dente.

Processamento lacuna por lacuna é uma forma de tratamento localizado em que o indutor atua através de espaços dentários sucessivos.

Endurecimento de contorno refere-se à produção de uma região endurecida que segue mais de perto o contorno do dente. Não deve ser tratado como uma escolha automática para todas as marchas; o padrão exigido e a capacidade prática do processo ainda determinam se é apropriado.

O método é, portanto, selecionado para reproduzir o padrão de dureza especificado da forma mais confiável possível., em vez de selecionar primeiro um processo e aceitar qualquer padrão que ele produza.

5. A profundidade do caso é mais do que um único número

A dureza superficial por si só não descreve completamente a condição de um dente de engrenagem endurecido por indução.

A camada dura também deve se estender até uma profundidade apropriada. Na comunicação no chão de fábrica, isso é muitas vezes referido como profundidade de camada, enquanto especificações de equipamentos mais específicas podem usar termos como profundidade endurecida efetiva.

O local de medição é importante. Uma profundidade medida no flanco não descreve automaticamente o que foi alcançado no filete da raiz. Se ambas as áreas forem importantes para o design, a especificação e o plano de inspeção devem deixar esses locais claros.

Esta é uma das razões pelas quais um desenho que indica apenas um valor de dureza superficial pode deixar muito espaço para interpretação.. A região endurecida necessária e a profundidade nos locais relevantes dos dentes devem ser definidas em conjunto.

6. Como o padrão de dureza finalizado é verificado?

A engrenagem acabada não pode ser totalmente avaliada olhando para sua superfície.

Perfil de dureza e profundidade efetiva de endurecimento na seção transversal do dente da engrenagem.

Uma abordagem de verificação comum é examinar uma seção transversal do dente endurecido. A amostra pode ser cortada, preparado e polido para que a região endurecida possa ser avaliada. A macrogravação pode ajudar a revelar a forma geral da zona transformada.

As medições de dureza em toda a seção fornecem informações adicionais. Uma travessia de dureza ou perfil de dureza pode mostrar como a dureza muda da superfície em direção ao núcleo e pode ser usada para determinar a profundidade efetiva de endurecimento de acordo com a especificação aplicável.

Esses métodos respondem a diferentes perguntas. Um padrão gravado visível mostra a forma geral da região endurecida, enquanto as medições de dureza estabelecem se aquela região realmente atende ao critério de dureza exigido.

7. Por que o padrão real pode ser diferente da especificação

Mesmo quando o padrão alvo está claramente definido, o resultado da produção ainda depende do controle do processo.

A posição e o alinhamento do indutor afetam o acoplamento com o dente. Frequência, a potência e o tempo de aquecimento influenciam a forma como a energia é distribuída e a profundidade da penetração do calor. Em digitalização ou processos localizados, as condições de movimento podem alterar o resultado de uma área do dente para outra.

A extinção também é importante. A posição e a cobertura da têmpera podem afetar a transformação final, enquanto o calor remanescente em regiões adjacentes pode contribuir para o revenimento sob algumas condições do processo.

Por esta razão, o padrão de dureza alvo deve ser confirmado no processo real, em vez de ser assumido apenas pelas configurações da máquina.

8. O que deve ser especificado antes do endurecimento por indução de engrenagens?

Uma especificação útil de endurecimento por indução do dente da engrenagem deve fornecer mais do que um único número de dureza.

A informação normalmente começa com o desenho da engrenagem, material, módulo de engrenagem e geometria do dente. Deve então identificar a área endurecida necessária, dureza da superfície, profundidade do case ou profundidade endurecida efetiva, e se o flanco, raiz ou filé de raiz requer cobertura específica.

Os requisitos de produção também são importantes porque podem afetar o método prático de endurecimento usado para reproduzir o padrão especificado.

A questão chave da engenharia não é, portanto, simplesmente, “Quão duro deve ser o dente da engrenagem?” É:

Onde deveria ser endurecido, quão profunda essa região endurecida deve se estender, e como o resultado será verificado?

Para grandes engrenagens giratórias internas ou externas, os mesmos princípios também orientam a configuração de um máquina de endurecimento por indução de engrenagem de rolamento giratório. O equipamento deverá seguir o desenho e especificação de endurecimento, não os substitua.

Principal vantagem

Endurecimento por indução do dente da engrenagem é definido por três questões - onde está localizada a região endurecida, quão profundo deve se estender, e como o resultado será verificado. A dureza superficial por si só não é suficiente, e o padrão deve seguir a condição de carga real, em vez de uma regra fixa aplicada a cada marcha.

Perguntas frequentes

Clique em uma pergunta para expandir a resposta.

Qual é a diferença entre um padrão de dureza e um perfil de dureza?

Um padrão de dureza descreve onde a região endurecida está localizada ao redor de um dente, enquanto um perfil de dureza descreve como a dureza muda ao longo de uma seção ou com a profundidade abaixo da superfície. Duas engrenagens podem ter dureza superficial semelhante, mas diferentes padrões de endurecimento abaixo da superfície.

Toda engrenagem precisa da raiz do dente endurecida?

Não necessariamente. A tensão de flexão concentra-se ao redor da raiz e do filete de raiz, portanto, o endurecimento da raiz é importante onde a resistência da raiz é uma preocupação de projeto. A cobertura necessária depende do projeto e da função, e não de uma regra fixa aplicada a cada arte.

Um caso mais profundo é sempre melhor?

Não. Mais profundo não é automaticamente melhor, e estender a zona endurecida mais em direção à raiz não é automaticamente uma melhoria. A ênfase excessiva apenas na dureza pode ignorar outros requisitos, como a tenacidade do núcleo.

Como o padrão de dureza finalizado é verificado?

Uma seção transversal é cortada, preparado e polido, em seguida, macrogravado para revelar a zona transformada. Um percurso de dureza mostra como a dureza muda da superfície em direção ao núcleo e determina a profundidade efetiva de endurecimento.

Por que o padrão real pode diferir da especificação?

Posição do indutor, frequência, potência, tempo de aquecimento, movimento e cobertura de têmpera afetam o resultado. O padrão de dureza alvo deve ser confirmado no processo real, em vez de ser assumido apenas pelas configurações da máquina.