Em sistemas de transmissão mecânica, a oscilação radial (requisito ≤0,05 mm) e a oscilação axial (≤0,04 mm) de engrenagens com diâmetro primitivo de Φ300-500 mm determinam diretamente a eficiência da transmissão e a vida útil do equipamento. Um fabricante de engrenagens pesadas que processa peças feitas de material 40CrNiMoA utilizando métodos tradicionais exige três processos: 'torno horizontal para desbaste → fresagem da face em uma fresadora vertical → geração do perfil do dente em uma dentadora'. Múltiplas configurações resultam em oscilação radial excedendo a tolerância em 0,08-0,12 mm, ruído de transmissão superior a 90 dB (valor aceitável ≤85 dB) e um ciclo de processamento por peça de até 10 horas. Além disso, após o revenimento, o material 40CrNiMoA apresenta dureza de 280-320 HB, resultando em alta resistência ao corte, com ferramentas de aço rápido durando apenas 2-3 peças por aresta, e o custo das ferramentas por engrenagem ultrapassando 1500 yuans.
Cenários de uso do cliente
Para superar esse dilema, a empresa introduziu o torno vertical CNC Kunming Machine Tool TK6513 do Grupo Shenyang Machinery para construir um sistema exclusivo de fabricação de engrenagens baseado em "usinagem rígida pesada + torneamento de precisão com fixação única". O equipamento adota um corpo de cama integral em ferro fundido cinzento (com espessura de parede de 120 mm), que passou por alívio duplo de tensões com "envelhecimento natural por 18 meses + envelhecimento por vibração por 96 horas". Combinado com a estrutura de viga portal e cursor tipo caixa, a distribuição de rigidez é otimizada por meio de análise de elementos finitos. A rigidez ao corte radial atinge 40 kN/mm, podendo suportar estavelmente uma força radial de 25 kN durante o corte de 40CrNiMoA; Equipado com sistema CNC Siemens 828D Advanced e controle totalmente em malha fechada com escala linear (resolução de 0,05 μm), alcança precisão de posicionamento de ± 0,008 mm e precisão de repetição de posicionamento de ± 0,005 mm, atendendo com exatidão ao requisito de batimento radial da coroa dentada de ± 0,03 mm. Para materiais ligas de alta resistência, o equipamento possui um fuso de alta potência de 18,5 kW (velocidade máxima de 1000 r/min) e um sistema de refrigeração por emulsão de alta pressão (pressão de refrigeração de 1,2 MPa, vazão de 35 L/min), combinado com ferramentas de corte CBN (nitreto cúbico de boro) (dureza HV3000), suprimindo efetivamente o desgaste da ferramenta e a formação de cavaco.
Fixação da engrenagem
Em termos de inovação tecnológica, o equipamento alcançou um duplo avanço de "integração de processo + pré-controle de precisão" na usinagem de engrenagens: integrando um mandril hidráulico de quatro garras com diâmetro Φ 650mm, uma torreta elétrica de 8 estações (tempo de troca de ferramenta de 2,0 segundos) e uma unidade de furação radial, é capaz de realizar em um único processo a torneação de precisão do diâmetro externo da engrenagem (tolerância IT6), fresagem da face final (planicidade ≤ 0,02mm), alargamento do furo interno (cilindricidade ≤ 0,01mm) e usinagem dos furos de posicionamento (precisão posicional ≤ 0,1mm). Em resposta à dificuldade de controle de precisão do anel de engrenagem, adotamos inovadoramente o "método de usinagem com referência unificada": utilizando o furo interno da peça bruta da engrenagem como referência de posicionamento, dados em tempo real da face final e do diâmetro externo são coletados por meio do sistema de medição em máquina (precisão de medição ± 0,0015mm), e a deformação causada pelo peso da peça é automaticamente compensada (precisão de compensação 0,003mm), mantendo assim a oscilação radial do anel de engrenagem estabilizada dentro de ≤ 0,04mm. Para diferentes engrenagens de módulo (módulo 8-20mm), o equipamento está equipado com 30 conjuntos de modelos de parâmetros de processo, reduzindo o tempo de substituição de 3 horas tradicionais para 30 minutos.
Os resultados da implementação estão totalmente em conformidade com os padrões para engrenagens de máquinas pesadas: o ciclo de processamento de uma única peça foi reduzido de 10 horas para 6 horas, e a capacidade diária de produção aumentou de 8 peças para 14 peças; A oscilação radial da coroa da engrenagem é ≤ 0,04 mm, a oscilação da face final é ≤ 0,03 mm, e a rugosidade superficial atinge Ra0,8 μm, atendendo plenamente aos requisitos da norma GB/T 10095.1-2021 "Sistema de Precisão de Engrenagens Cilíndricas Parte 1: Definição e Valores Admissíveis de Desvios na Superfície do Dente no Mesmo Lado" e à norma ISO 1328-1; O ruído de transmissão diminuiu de 90 dB para 82 dB, e a eficiência de engrenamento aumentou em 8%; A vida útil da ferramenta foi estendida em 200% (até 6-8 peças/lâmina) devido ao adequado casamento de materiais e otimização do resfriamento, e o custo das ferramentas por engrenagem foi reduzido para 500 yuan; O módulo de monitoramento inteligente instalado no equipamento pode coletar em tempo real a carga do fuso (precisão ± 1%) e a temperatura de corte (resolução 0,1 ℃), combinado com algoritmo de previsão de desgaste da ferramenta, elevando a taxa de utilização geral do equipamento de 75% para 93%, e reduzindo o tempo de inatividade anual em 520 horas.
O TK6513 permitiu-nos alcançar um salto de 'usinagem qualificada' para 'manufatura de precisão' de engrenagens. O diretor técnico da empresa afirmou: 'Nossas engrenagens foram aplicadas com sucesso em equipamentos pesados, como máquinas de mineração e equipamentos metalúrgicos. Não apenas passamos na certificação de fornecedor da Liebherr na Alemanha, mas também atendemos aos rigorosos requisitos de operação contínua por 15000 horas sem falhas, o que nos garantiu competitividade no mercado de engrenagens.' Este caso confirma que os tornos verticais CNC se tornaram equipamentos essenciais no setor de fabricação de engrenagens para superar o gargalo de precisão e eficiência por meio da profunda integração de 'arquitetura rígida pesada + controle fechado de precisão + inovação na integração de processos'.
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