15 de junio de 2009
Las tolerancias en un dibujo de engranaje son tolerancias del estado terminado: perfil, avance, cilindricidad del orificio, descentramiento de la cara. Lo que decide si se pueden cumplir es cuánto material queda para moler después del tratamiento térmico, y la distorsión es invisible ante el horno.
Las tolerancias en los engranajes y los asientos de los cojinetes se especifican en el estado final: tolerancia del perfil, tolerancia del avance, cilindricidad del orificio y descentramiento de la cara. Lo que realmente decide si se pueden conservar es cuánto sobrevive al tratamiento térmico para la molienda. Durante la cementación y el enfriamiento, una pieza sufre transformación estructural y estrés térmico al mismo tiempo: las paredes delgadas crecen, las secciones gruesas se contraen y las piezas asimétricas se doblan. Nada de esto es visible ante el horno.
Una amoladora mejor no produce un orificio de alta tolerancia; se produce mediante un proceso que sabía hasta dónde se movería el orificio antes de ser rectificado. Por lo tanto, el diseño de procesos para engranajes es una predicción de la distorsión más una asignación de derechos. Talleres experimentados construyen una base de datos de distorsión por material, relación de espesor de pared y patrón de carga, luego compensan las dimensiones del tratamiento previo al calor a la inversa. Los talleres sin esos datos sólo pueden dejar más mesada y realizar pases de molienda adicionales. El costo aumenta y demasiada tolerancia muele la carcasa carburada y reduce la dureza.
El primero es material. Dos hornadas del mismo grado 20CrMnTi pueden diferir en el ancho de la banda de templabilidad lo suficiente como para cambiar la distorsión en un treinta por ciento. Una buena práctica es solicitar un informe de banda de templabilidad del molino y seleccionar hacia la parte media inferior de la banda.
El segundo es la geometría: el espesor de pared desigual, un chavetero desplazado y los orificios asimétricos en la red producen un enfriamiento desigual durante el enfriamiento. Estos deben plantearse en la etapa de dibujo: el diseño para la revisión de fabricación a menudo puede convertir una característica asimétrica en una simétrica o agregar una costilla de proceso. El tercero es la carga: el dispositivo determina el campo de flujo de enfriamiento, la velocidad de enfriamiento difiere entre el centro y el borde de la canasta, y las piezas en la misma carga pueden distorsionarse en direcciones opuestas.
Muy poco margen y distorsión no se pueden limpiar, dejando una piel negra después del pulido. Demasiado y el tiempo de pulido y los costos aumentan, mientras que la carcasa carburada corre el riesgo de ser cortada. El margen correcto equivale a la distorsión esperada más la remoción de material más un factor de seguridad, y la distorsión esperada debe provenir de una medición, no de un manual.
La ruta práctica es una ejecución de validación del proceso: cargar diez piezas en un ciclo, medir la distribución de tamaño antes y después, derivar el desplazamiento medio y la desviación estándar, luego establecer la tolerancia. En producción, tomar muestras por lote y trazar la distribución en un gráfico de control; un cambio en la media significa que el horno o el material ha cambiado. Nada de esto es nuevo, pero pocos talleres lo hacen correctamente, que es exactamente la parte de un servicio de mecanizado personalizado que es más difícil de reemplazar.
La falla característica en los engranajes no es una sola pieza fuera de tolerancia sino la dispersión del lote. Una pieza mide con una tolerancia media, pero a lo largo de un lote un extremo se sale, generalmente la suma del crecimiento térmico, el desgaste de la herramienta y el desgaste de los accesorios. Después de cuatro horas de mecanizado continuo, el crecimiento térmico del husillo puede alcanzar decenas de micras, suficiente para consumir toda la banda de tolerancia.
El control tiene tres niveles: confirmación del primer artículo, muestreo en proceso, verificación del último artículo; además de calentamiento térmico antes de la producción y gestión de la vida útil de la herramienta mediante la longitud de corte en lugar de por rotura. Para los asientos de rodamientos sujetos a IT6, se debe tener en cuenta la incertidumbre de la medición: una diferencia de dos grados entre el calibre y la pieza de trabajo es suficiente para leer un error de una micra en un orificio de cincuenta milímetros.
El ajuste entre el eje de un engranaje y su rodamiento se decide conjuntamente: la tolerancia del eje, la tolerancia del aro interior del rodamiento y la redondez de ambas. El error común es observar únicamente la dimensión del eje e ignorar la redondez y la rugosidad de la superficie. En la misma interferencia, un eje con mala redondez deforma el aro interior en una elipse, lo que provoca cambios en el juego del rodamiento, lo que provoca un aumento de ruido y temperatura.
Por lo tanto, es mejor que piezas como estas sean mecanizadas por un solo proveedor, o al menos dentro de un sistema de referencia. Dividido entre dos talleres, es muy común que cada uno pase la inspección y que el ensamblaje falle. Una pregunta directa funciona bien en la evaluación de proveedores: ¿el engranaje y el asiento del rodamiento están mecanizados con la misma sujeción en la misma máquina?
La precisión del engranaje no puede lograrse únicamente con una MMC. Una CMM mide el tamaño del orificio, la desviación de la cara y la posición del chavetero, pero las tolerancias del perfil y del avance requieren un sondeo continuo a lo largo de la involuta, lo que significa un centro de medición de engranajes o un probador de involutas dedicado. Muchas ofertas prometen una inspección completa de la CMM cuando en realidad nunca se ha verificado la forma del diente.
Ésa es una fuente familiar de disputas de aceptación: la pieza pasa datos de la CMM y todavía gime cuando entra en la carcasa. La causa puede ser una coronación del perfil, una desviación del ángulo de la hélice o un error de paso acumulado, y ninguno de ellos se encuentra en una rutina estándar de CMM.
Un plan de aceptación viable está en capas. El primer artículo obtiene un informe completo del centro de medición de engranajes que cubre el perfil, el avance, el paso y el descentramiento radial. Las series de producción utilizan la inspección compuesta de doble flanco como una pantalla rápida, con muestreo periódico en el centro de medición. Las máquinas de doble flanco son lo suficientemente baratas y rápidas para una inspección al cien por cien, pero sólo muestran un error compuesto y no pueden decir qué elemento está fuera, por lo que los dos métodos tienen que funcionar juntos.
Una advertencia sobre la medición en sí: un centro de medición de engranajes es más sensible a la calibración y la temperatura que una MMC, y veinte grados más o menos uno es la línea de base. Mirar el registro de temperatura de la sala de metrología durante una auditoría le dice más que la placa de identificación de la máquina.
En primer lugar, ¿la carburación y el enfriamiento se realizan internamente o se subcontratan y, si se subcontrata, el tratador térmico contiene CQI-9? En segundo lugar, ¿se pueden proporcionar datos de distorsión medidos, con la media y la desviación estándar agrupadas por material y espesor de pared? En tercer lugar, ¿cómo se establece el margen de molienda? ¿Se ha realizado una ejecución de validación? En cuarto lugar, ¿cómo se garantiza la coherencia de los lotes? ¿Existe SPC y gestión de la vida útil de las herramientas?
Pocos proveedores responden claramente a las cuatro preguntas, pero los que sí lo hacen suelen cotizar de manera realista, porque saben que no perderán el dinero con la chatarra. Al seleccionar una fábrica de mecanizado de precisión de China o un fabricante chino de piezas CNC, utilice la capacidad de tratamiento térmico como primer filtro; le dice mucho más que una lista de equipos.
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