Obtenção de endurecimento dente a dente de alta qualidade de engrenagens grandes com aquecimento por indução
Na indústria transformadora, as engrenagens de grandes dimensões desempenham um papel fundamental em várias aplicações, tais como maquinaria pesada, turbinas eólicas e equipamento industrial. Para garantir a sua durabilidade e desempenho, é essencial aplicar um processo de endurecimento aos dentes das engrenagens. Um dos métodos mais eficazes para obter o endurecimento dente a dente em engrenagens de grande porte é através do aquecimento indutivo.
Aquecimento por indução é um processo que utiliza a indução electromagnética para aquecer rapidamente a superfície dos dentes da engrenagem. Ao aplicar uma corrente alternada de alta frequência a uma bobina, é gerado um campo magnético que induz correntes de Foucault na superfície do dente da engrenagem. Estas correntes de Foucault criam um aquecimento localizado, permitindo um endurecimento preciso e controlado de cada dente individual.
O endurecimento dente a dente por meio de aquecimento indutivo oferece várias vantagens em relação a outros métodos de endurecimento. Em primeiro lugar, assegura uma distribuição uniforme da dureza pelos dentes da engrenagem, resultando numa melhor resistência ao desgaste e capacidade de carga. Isto é particularmente crucial para engrenagens grandes que estão sujeitas a cargas pesadas e condições de funcionamento difíceis.
Em segundo lugar, o aquecimento por indução permite um endurecimento seletivo, o que significa que apenas os dentes da engrenagem são aquecidos, enquanto o resto da engrenagem permanece relativamente inalterado. Isto minimiza o risco de distorção ou deformação, que pode ocorrer com outros métodos de tratamento térmico que envolvem o aquecimento de toda a engrenagem. O controlo preciso do processo de aquecimento permite um endurecimento direcionado, resultando numa engrenagem de alta qualidade e dimensionalmente estável.
Endurecimento por indução O endurecimento por indução de engrenagens de pequena, média e grande dimensão é efectuado utilizando a técnica de dente a dente ou o método de cerco. Dependendo do tamanho da engrenagem, do padrão de dureza requerido e da geometria, as engrenagens são endurecidas por indução envolvendo toda a engrenagem com uma bobina (o chamado "endurecimento por rotação de engrenagens") ou, no caso de engrenagens maiores, aquecendo-as "dente a dente", onde é possível obter um resultado de endurecimento mais preciso, embora o processo seja muito mais lento.
Endurecimento dente a dente de grandes engrenagens
O método dente a dente pode ser efectuado através de duas técnicas alternativas:
"ponta a ponta" aplica um modo de aquecimento de disparo único ou modo de varrimento, um indutor circunda um corpo de um único dente. Este método é raramente utilizado porque não fornece a resistência à fadiga e ao impacto necessária.
Uma técnica mais popular de endurecimento "gap-by-gap" aplica apenas um modo de varrimento. Requer que o indutor esteja simetricamente localizado entre dois flancos de dentes adjacentes. As taxas de varrimento do indutor são tipicamente de 6mm/seg. a 9mm/seg.
São utilizadas duas técnicas de digitalização:
- o indutor está parado e a engrenagem é móvel
- a engrenagem é estacionária e o indutor é móvel (mais comum no endurecimento de engrenagens de grandes dimensões)
O indutor de endurecimento por indução
A geometria do indutor depende da forma dos dentes e do padrão de dureza necessário. Os indutores podem ser concebidos para aquecer apenas a raiz e/ou o flanco do dente, deixando a ponta e o núcleo do dente macios, resistentes e dúcteis.
A simulação ajuda a evitar o sobreaquecimento
Ao desenvolver processos de endurecimento de engrenagens dente a dente, deve ser dada especial atenção aos efeitos electromagnéticos de extremidade/borda e à capacidade de fornecer o padrão necessário nas áreas de extremidade da engrenagem.
Durante a varredura de um dente de engrenagem, a temperatura é distribuída nas raízes e nos flancos da engrenagem de forma bastante uniforme. Ao mesmo tempo, uma vez que as correntes de Foucault fazem um caminho de retorno através do flanco e, em particular, através da ponta do dente, devem ser tomadas as devidas precauções para evitar o sobreaquecimento das regiões da ponta do dente, em particular no início e no final do endurecimento por varrimento. Uma simulação pode ajudar a prevenir estes efeitos indesejáveis antes de desenvolver o processo.
Exemplo de simulação
Varrimento dente a dente da caixa de endurecimento da engrenagem a 12 kHz.
O arrefecimento por pulverização também é simulado, mas não é visível nas imagens resultantes. É aplicado um efeito de arrefecimento nas faces superior e lateral dos dois dentes, bem como a deslocação da zona de arrefecimento a seguir ao indutor.
Perfil endurecido em 3D na cor cinzenta:
Corte vertical do perfil endurecido 2D: O CENOS permite-lhe visualizar facilmente como o perfil endurecido se torna mais profundo se a potência não for diminuída ou desligada perto do fim da engrenagem. 
Densidade de corrente na engrenagem:
Além disso, o aquecimento indutivo oferece taxas de aquecimento e arrefecimento rápidas, reduzindo o tempo total de processamento em comparação com os métodos convencionais. Isto é particularmente vantajoso para engrenagens de grandes dimensões, uma vez que ajuda a melhorar a eficiência da produção e a reduzir os custos.
Para conseguir o endurecimento dente a dente de engrenagens de grandes dimensões utilizando o aquecimento por indução, é necessário equipamento especializado. O sistema de aquecimento por indução é normalmente constituído por uma fonte de alimentação, uma bobina ou indutor e um sistema de arrefecimento. A engrenagem é posicionada na bobina e a fonte de alimentação é activada para gerar o calor necessário. Os parâmetros do processo, como a potência, a frequência e o tempo de aquecimento, são cuidadosamente controlados para atingir o perfil de dureza desejado.
Em conclusão, o endurecimento dente a dente de engrenagens grandes usando aquecimento por indução é um método altamente eficaz e eficiente. Ele garante uma distribuição uniforme da dureza, endurecimento seletivo e tempos de processamento rápidos, resultando em engrenagens duráveis e de alta qualidade. Se você estiver envolvido na fabricação de engrenagens grandes, considerar a implementação do aquecimento indutivo para o endurecimento dente a dente pode melhorar significativamente o desempenho e a longevidade de seus produtos.
