Em condições de funcionamento de alta carga e alta intensidade, a resistência da superfície e a resistência à fadiga dos componentes das engrenagens são cruciais para a fiabilidade de todo o sistema.Para além dos métodos de tratamento térmico convencionais, o reforço de rolamentos de engrenagem (Roller Burnishing / Cold Rolling), como um processo de formação de plástico sem corte e sem remoção de material, é amplamente aplicado em áreas como o trânsito ferroviário, transmissões automotivas,e máquinas de construção.

Este documento interpreta sistematicamente o princípio, o caminho do processo, o mecanismo de melhoria do desempenho e a aplicação típica do reforço do rolamento das engrenagens no campo do trânsito ferroviário.

Visão geral do processo de reforço por rolamento

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, introduzindo assim uma tensão de compressão residual e aumentando a dureza da superfície.

A principal função do reforço de rolamento

1. Melhorar a dureza da superfície

Após a laminação, a microestrutura da superfície do dente é endurecida e a dureza é aumentada em 10 a 30%.

2Introduzir tensão de compressão residual

A tensão de compressão pode inibir efetivamente a propagação da rachadura e é a chave para melhorar a vida útil da fadiga de contato e a vida útil da fadiga de dobra.

3. Melhorar a qualidade da superfície

Após a rolagem, a rugosidade da superfície do dente é reduzida, e o valor típico pode ser reduzido de Ra1,6μm para Ra0,4μm, e a superfície do dente é mais estável.

4. Corrigir erros menores de processamento

Tem uma certa função de aparamento adaptativo para deformação de tratamento térmico e pequeno erro da raiz.

Área de aplicação do processo de laminação

Parâmetros-chave do rolamento das engrenagens

1. Pressão dos rolos (F)

A pressão aplicada à superfície do dente deve ser superior à resistência de rendimento do material, geralmente de 200 a 800 MPa, dependendo do material e da forma da superfície do dente.

2Velocidade de alimentação e velocidade

A velocidade de alimentação do rolo deve ser controlada a 1 a 3 mm/s;

A velocidade da engrenagem não deve ser demasiado rápida, geralmente inferior a 200 rpm, para evitar o aumento do calor e a sobrepressão da superfície.

3Material e perfil dos rolos

Materiais comuns: carburo cimentado, aço carburizado;

O perfil do rolo deve ser ajustado com precisão à área do filete de raízes para evitar a "concentração de tensão".

Mecanismo de reforço da rolagem de engrenagem

A camada endurecida formada pela laminação tem cerca de 0,2 a 0,5 mm de profundidade e a microestrutura nesta área é compactada, com linhas de deslizamento densas e tensão de compressão residual, como mostrado na figura:

O equipamento reforçado tem as seguintes características:

A duração da fadiga por contacto aumentada em 30% a 80%;

A resistência à fadiga de dobra é aumentada em 20% a 50%;

A declaração de ruído é significativamente reduzida e a estabilidade de engate é reforçada;

A resistência à oxidação a altas temperaturas é melhorada e o tempo de retenção do óleo lubrificante é prolongado.

Aplicação do reforço de rolamento em engrenagens de trânsito ferroviário

Na caixa de engrenagens do trânsito ferroviário, porque está em um estado de alta velocidade, grande binário e carga de impacto por um longo tempo, embora o tratamento térmico tradicional pode atender aos requisitos básicos de resistência,O dano causado pela fadiga na raiz do dente continua a ser a principal causa de falha.

Práticas típicas:

Reciclagem e reforço da raiz de engrenagens de pequena dimensão após carburar e apagar;

A estratégia de modelagem correspondente (campo superior do dente + rolagem da raiz do dente) forma um par de engrenagens de alta durabilidade;

É utilizado na caixa de engrenagens de locomotivas e no sistema de potência de trens de alta velocidade.

Sugestões práticas para o processo

✔ equipamento corolário:

Máquina especial de rolamento das raízes dos dentes (podendo ser controlada numericamente para ajustar o percurso dos rolos);

Possui um eixo de rolamento de elevada rigidez e um módulo de pressão ajustável.

✔ modo de detecção:

Detecção de tensões de compressão residuais de superfície: difração por raios-X;

Dureza da superfície: ensaio HRc;

Ensaio de ruído de malha de engrenagem;

Teste de resistência à fadiga (dobragem/contacto). Tecnologia de reforço de rolamento de engrenagens, como um meio importante de melhorar as propriedades superficiais das engrenagens,tornou-se um dos processos essenciais em domínios de alta fiabilidade, como o transporte ferroviárioEsta tecnologia, através da introdução de tensão de compressão residual e da melhoria do acabamento e da dureza da superfície, retarda eficazmente a falha da fadiga dos engrenagens,que serve como outra barreira de segurança para além do tratamento térmico.