Endurecimiento diente a diente de alta calidad de grandes engranajes con calentamiento por inducción
En la industria manufacturera, los engranajes de gran tamaño desempeñan un papel fundamental en diversas aplicaciones, como maquinaria pesada, turbinas eólicas y equipos industriales. Para garantizar su durabilidad y rendimiento, es esencial aplicar un proceso de endurecimiento a los dientes de los engranajes. Uno de los métodos más eficaces para conseguir el endurecimiento diente a diente en engranajes grandes es el calentamiento por inducción.
Calentamiento por inducción es un proceso que utiliza la inducción electromagnética para calentar rápidamente la superficie de los dientes del engranaje. Aplicando una corriente alterna de alta frecuencia a una bobina, se genera un campo magnético que induce corrientes de Foucault en la superficie del diente del engranaje. Estas corrientes de Foucault generan un calentamiento localizado que permite un endurecimiento preciso y controlado de cada diente.
El endurecimiento diente a diente mediante calentamiento por inducción ofrece varias ventajas sobre otros métodos de endurecimiento. En primer lugar, garantiza una distribución uniforme de la dureza entre los dientes del engranaje, lo que mejora la resistencia al desgaste y la capacidad de carga. Esto es especialmente importante en engranajes grandes sometidos a cargas pesadas y condiciones de funcionamiento difíciles.
En segundo lugar, el calentamiento por inducción permite un endurecimiento selectivo, lo que significa que sólo se calientan los dientes del engranaje, mientras que el resto del engranaje permanece relativamente inalterado. Esto minimiza el riesgo de distorsión o alabeo, que puede producirse con otros métodos de tratamiento térmico que implican el calentamiento de todo el engranaje. El control preciso del proceso de calentamiento permite un endurecimiento específico, lo que da como resultado un engranaje de alta calidad y dimensionalmente estable.
Endurecimiento por inducción de engranajes de tamaño pequeño, mediano y grande se realiza mediante una técnica diente a diente o método de envolvente. Dependiendo del tamaño del engranaje, el patrón de dureza requerido y la geometría, los engranajes se endurecen por inducción rodeando todo el engranaje con una bobina (el llamado "endurecimiento por giro de engranajes"), o para engranajes más grandes, calentándolos "diente a diente", donde se puede conseguir un resultado de endurecimiento más preciso, aunque el proceso es mucho más lento.
Endurecimiento diente a diente de grandes engranajes
El método diente a diente puede realizarse mediante dos técnicas alternativas:
"punta por punta" aplica un modo de calentamiento de un solo disparo o modo de barrido, un inductor rodea el cuerpo de un solo diente. Este método se utiliza poco porque no proporciona la resistencia a la fatiga y al impacto requerida.
Una técnica más popular de endurecimiento "hueco a hueco" aplica sólo un modo de barrido. Requiere que el inductor esté situado simétricamente entre dos flancos de dientes adyacentes. Las velocidades de exploración del inductor suelen oscilar entre 6 mm/s y 9 mm/s.
Se utilizan dos técnicas de escaneado:
- el inductor es fijo y el engranaje móvil
- el engranaje es fijo y el inductor móvil (más popular cuando se endurecen engranajes de gran tamaño)
El endurecimiento por inducción Inductor
La geometría del inductor depende de la forma de los dientes y del patrón de dureza requerido. Los inductores pueden diseñarse para calentar únicamente la raíz y/o el flanco del diente, dejando la punta y el núcleo del diente blandos, resistentes y dúctiles.
La simulación ayuda a evitar el sobrecalentamiento
Al desarrollar procesos de endurecimiento de engranajes diente a diente, debe prestarse especial atención a los efectos electromagnéticos de los extremos/borde y a la capacidad de proporcionar el patrón requerido en las zonas de los extremos de los engranajes.
Al explorar un diente de engranaje, la temperatura se distribuye dentro de las raíces y los flancos del engranaje de forma bastante uniforme. Al mismo tiempo, dado que la corriente parásita realiza un camino de retorno a través del flanco y, en particular, a través de la punta del diente, debe prestarse la debida atención para evitar el sobrecalentamiento de las regiones de la punta del diente, en particular al principio y al final del endurecimiento por escaneado. Una simulación puede ayudar a prevenir estos efectos no deseados antes de desarrollar el proceso.
Ejemplo de simulación
Escaneado diente a diente del caso de endurecimiento del engranaje a 12 kHz.
También se simula la refrigeración por pulverización, pero no es visible en las imágenes resultantes. Se aplica un efecto de refrigeración a las caras superior y lateral de los dos dientes, además de desplazar la zona de refrigeración siguiendo al inductor.
Perfil endurecido 3D en color gris:
2D Corte vertical del perfil endurecido: CENOS permite visualizar fácilmente cómo el perfil endurecido se vuelve más profundo si la potencia no disminuye o se desconecta cerca del final de la marcha. 
Densidad de corriente en el engranaje:
Además, el calentamiento por inducción ofrece velocidades de calentamiento y enfriamiento rápidas, lo que reduce el tiempo total de procesamiento en comparación con los métodos convencionales. Esto es especialmente ventajoso para engranajes grandes, ya que ayuda a mejorar la eficiencia de la producción y a reducir costes.
Para conseguir el endurecimiento diente a diente de grandes engranajes mediante calentamiento por inducción, se necesita un equipo especializado. El sistema de calentamiento por inducción suele constar de una fuente de alimentación, una bobina o inductor y un sistema de refrigeración. El engranaje se coloca en la bobina y la fuente de alimentación se activa para generar el calor necesario. Los parámetros del proceso, como la potencia, la frecuencia y el tiempo de calentamiento, se controlan cuidadosamente para conseguir el perfil de dureza deseado.
En conclusión, el endurecimiento diente a diente de engranajes grandes mediante calentamiento por inducción es un método muy eficaz y eficiente. Garantiza una distribución uniforme de la dureza, un endurecimiento selectivo y tiempos de procesamiento rápidos, lo que da como resultado engranajes duraderos y de alta calidad. Si se dedica a la fabricación de engranajes grandes, considerar la implantación del calentamiento por inducción para el endurecimiento diente a diente puede mejorar significativamente el rendimiento y la longevidad de sus productos.
