En condiciones de funcionamiento de alta carga e intensidad, la resistencia superficial y la resistencia a la fatiga de los componentes de los engranajes son cruciales para la fiabilidad de todo el sistema.Además de los métodos convencionales de tratamiento térmico, el refuerzo del rodillo de engranajes (Roller Burnishing /Cold Rolling), como un proceso de formación de plástico sin corte, sin eliminación de material, se aplica ampliamente en áreas como el tránsito ferroviario, las transmisiones automotrices,y maquinaria de construcción.

Este documento interpreta sistemáticamente el principio, la trayectoria del proceso, el mecanismo de mejora del rendimiento y la aplicación típica del refuerzo del rodamiento de engranajes en el campo del tránsito ferroviario.

Resumen del proceso de refuerzo del laminado

Gear rolling is a process in which high hardness rollers (usually made of hard alloy or carburized steel) are applied to the tooth surface or root to cause plastic deformation of the tooth surface layer, introduciendo así una tensión de compresión residual y aumentando la dureza de la superficie.

La función principal del refuerzo del laminado

1Mejora la dureza de la superficie

Después de la laminación, la microestructura de la superficie del diente se endurece y la dureza se incrementa en un 10~30%.

2. Introducir la tensión de compresión residual

La tensión de compresión puede inhibir eficazmente la propagación de las grietas y es la clave para mejorar la vida de fatiga de contacto y la vida de fatiga de flexión.

3Mejorar la calidad de la superficie

Después del laminado, la rugosidad de la superficie del diente se reduce, y el valor típico se puede reducir de Ra1,6μm a Ra0,4μm, y la superficie del diente es más estable.

4. Corregir errores menores de procesamiento

Tiene una cierta función de recorte adaptativo para la deformación del tratamiento térmico y el pequeño error de la raíz.

Alcance del proceso de laminación

Parámetros clave del laminado de engranajes

1. Presión del rodillo (F)

La presión aplicada a la superficie del diente debe ser mayor que la resistencia de rendimiento del material, generalmente de 200 a 800 MPa, según el material y la forma de la superficie del diente.

2Velocidad de alimentación y velocidad

La velocidad de alimentación del rodillo debe controlarse en 1 a 3 mm/s.

La velocidad del engranaje no debe ser demasiado rápida, por lo general inferior a 200 rpm, para evitar el aumento del calor y la sobrepresión de la superficie.

3Material y perfil de los rodillos

Materiales comunes: carburo cementado, acero carburizado;

El perfil del rodillo debe coincidir con la zona del filete de raíces para evitar la "concentración de tensión".

Mecanismo de refuerzo del rodamiento del engranaje

La capa endurecida formada por la laminación es de aproximadamente 0,2 a 0,5 mm de profundidad, y la microestructura en esta área está compactada, con líneas de deslizamiento densas y tensión de compresión residual como se muestra en la figura:

El engranaje reforzado tiene las siguientes características:

La duración de la fatiga por contacto aumentó en un 30%~80%;

La resistencia a la fatiga por flexión se incrementa en un 20%~50%;

La declaración de ruido se reduce significativamente y se mejora la estabilidad de enganche.

Se mejora la resistencia a la oxidación a altas temperaturas y se prolonga el tiempo de retención del aceite lubricante.

Aplicación del refuerzo de rodadura en engranajes de tránsito ferroviario

En la caja de cambios del tránsito ferroviario, porque está en un estado de alta velocidad, gran par y carga de impacto durante mucho tiempo, aunque el tratamiento térmico tradicional puede cumplir con los requisitos básicos de resistencia,el daño por fatiga en la raíz del diente sigue siendo la principal causa de fallo.

Prácticas típicas:

El laminado y el refuerzo de la raíz de los engranajes pequeños después de la carburación y el apagado.

La estrategia de moldeado correspondiente (campo superior del diente + rodadura de la raíz del diente) forma un par de engranajes de alta durabilidad.

Se utiliza en la caja de cambios de la locomotora y en el sistema de potencia de los trenes de alta velocidad.

Sugerencias prácticas para el proceso

✔ equipos de apoyo:

Máquina especial para rodar las raíces de los dientes (se puede controlar numéricamente para ajustar la trayectoria de los rodillos);

Tiene un husillo de rodadura de alta rigidez y un módulo de presión ajustable.

✔ modo de detección:

Detección de esfuerzos de compresión residual en la superficie: difracción de rayos X.

Dureza de la superficie: ensayo HRc;

ensayo de ruido de malla de engranajes;

Prueba de resistencia a la fatiga (doblaje/contacto).Tecnología de refuerzo del rodamiento de engranajes, como un medio importante para mejorar las propiedades superficiales de los engranajes,Se ha convertido en uno de los procesos centrales en campos de alta fiabilidad como el transporte ferroviario.Esta tecnología, mediante la introducción de la tensión de compresión residual y la mejora del acabado y de la dureza de la superficie, retrasa eficazmente el fallo de la fatiga de los engranajes.que sirve como otra barrera de seguridad más allá del tratamiento térmico.