En los sistemas de transmisión mecánica, el desalineamiento radial (requisito ≤0,05 mm) y el desalineamiento axial (≤0,04 mm) de engranajes con un diámetro primitivo de Φ300-500 mm determinan directamente la eficiencia de la transmisión y la vida útil del equipo. Un fabricante de engranajes pesados que procesa engranajes hechos de material 40CrNiMoA mediante métodos tradicionales requiere tres procesos: 'torneado en bruto en torno horizontal → fresado de la cara en una fresadora vertical → perfilado del diente en una cepilladora de engranajes'. Las múltiples fijaciones provocan un desalineamiento radial que supera la tolerancia en 0,08-0,12 mm, un ruido de transmisión superior a 90 dB (valor aceptable ≤85 dB) y un ciclo de procesamiento por pieza de hasta 10 horas. Además, tras el temple, el material 40CrNiMoA tiene una dureza de 280-320 HB, lo que genera una alta resistencia al corte; las herramientas de acero rápido duran solo 2-3 piezas por filo, y el costo de las herramientas por engranaje supera los 1500 yuanes.
Escenarios de uso del cliente
Para superar este dilema, la empresa ha incorporado el torno vertical CNC Kunming Machine Tool TK6513 del Grupo Shenyang Machinery para construir un sistema exclusivo de fabricación de engranajes basado en "mecanizado rígido pesado + torneado de precisión en un solo amarre". El equipo adopta un bastidor integral de hierro fundido gris (con un espesor de pared de fundición de 120 mm), que ha sido sometido a un doble alivio de tensiones mediante "envejecimiento natural durante 18 meses + envejecimiento por vibración durante 96 horas". Combinado con la estructura de viga portal y deslizador de tipo caja, la distribución de rigidez se optimiza mediante análisis por elementos finitos. La rigidez radial al corte alcanza los 40 kN/mm, pudiendo soportar establemente una fuerza radial de 25 kN durante el mecanizado de 40CrNiMoA; equipado con el sistema CNC Siemens 828D Advanced y control totalmente en bucle cerrado mediante regla de escala (resolución de 0,05 μm), logra una precisión de posicionamiento de ±0,008 mm y una precisión de repetición de ±0,005 mm, cumpliendo exactamente con el requisito de oscilación radial del engranaje anular de ±0,03 mm. Para materiales de aleación de alta resistencia, el equipo está provisto de un husillo de alta potencia de 18,5 kW (velocidad máxima de 1000 r/min) y un sistema de refrigeración por emulsión de alta presión (presión de enfriamiento de 1,2 MPa, caudal de 35 L/min), combinado con herramientas de corte CBN (nitruro cúbico de boro) (dureza HV3000), suprimiendo eficazmente el desgaste de la herramienta y la formación de virutas.
Sujeción de engranaje
En cuanto a innovación tecnológica, el equipo ha logrado un doble avance de "integración de procesos + control preciso previo" en el mecanizado de engranajes: al integrar un mandril hidráulico de cuatro mordazas de Φ 650 mm, una torreta eléctrica de 8 estaciones (tiempo de cambio de herramienta de 2,0 segundos) y una unidad de perforación radial, puede completar en una sola operación el torneado de precisión del diámetro exterior del engranaje (tolerancia IT6), el fresado de la cara frontal (planicidad ≤ 0,02 mm), el barrenado del agujero interior (cilindricidad ≤ 0,01 mm) y el mecanizado de los agujeros de posicionamiento (precisión posicional ≤ 0,1 mm). Ante la dificultad de controlar con precisión el anillo dentado, adoptamos innovadoramente el "método de mecanizado con referencia unificada": utilizando el agujero interior del material bruto del engranaje como referencia de posicionamiento, se recopilan datos en tiempo real de la cara frontal y del diámetro exterior mediante un sistema de medición en máquina (precisión de medición ± 0,0015 mm), y se compensa automáticamente la deformación causada por el peso de la pieza (precisión de compensación 0,003 mm), logrando así que la oscilación radial del anillo dentado se controle establemente dentro de ≤ 0,04 mm. Para engranajes de diferentes módulos (módulo 8-20 mm), el equipo está equipado con 30 conjuntos de plantillas de parámetros de proceso, reduciendo el tiempo de cambio de 3 horas tradicionales a 30 minutos.
Los resultados de la implementación cumplen plenamente con los estándares para engranajes de maquinaria pesada: el ciclo de procesamiento por pieza se ha reducido de 10 horas a 6 horas, y la capacidad diaria de producción ha aumentado de 8 piezas a 14 piezas; La oscilación radial del engranaje anular es ≤ 0,04 mm, la oscilación de la cara frontal es ≤ 0,03 mm, y la rugosidad superficial alcanza Ra0,8 μm, cumpliendo completamente con los requisitos de la norma GB/T 10095.1-2021 "Sistema de precisión para engranajes cilíndricos Parte 1: Definición y valores admisibles de las desviaciones de la superficie del diente en el mismo lado" y la norma ISO 1328-1; El ruido de transmisión disminuyó de 90 dB a 82 dB, y la eficiencia de engrane de los engranajes aumentó en un 8 %; La vida útil de la herramienta se ha extendido en un 200 % (hasta 6-8 piezas/hoja) gracias a la compatibilidad de materiales y la optimización del enfriamiento, y el costo de las herramientas por engranaje se ha reducido a 500 yuanes; El módulo de monitoreo inteligente instalado en el equipo puede recopilar en tiempo real la carga del husillo (precisión ± 1 %) y la temperatura de corte (resolución 0,1 ℃), combinado con un algoritmo de predicción de desgaste de herramienta, lo que ha incrementado la tasa de utilización integral del equipo del 75 % al 93 %, y reducido el tiempo de inactividad anual en 520 horas.
El TK6513 nos ha permitido dar un salto de la 'mecanización calificada' a la 'fabricación de precisión' de engranajes. El director técnico de la empresa declaró: 'Nuestros engranajes se han aplicado con éxito en equipos pesados como maquinaria minera y equipos metalúrgicos. No solo han superado la certificación de proveedor de Liebherr en Alemania, sino que también cumplen con los estrictos requisitos de funcionamiento continuo durante 15000 horas sin fallos, lo cual nos ha otorgado una competitividad clave en el mercado de engranajes'. Este caso confirma que los tornos verticales CNC se han convertido en un equipo fundamental en el campo de fabricación de engranajes para superar el cuello de botella en precisión y eficiencia mediante la profunda integración de 'arquitectura rígida de alta resistencia + control cerrado de precisión + innovación en integración de procesos'.
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