Materiales comunes para engranajes automotrices y sus aplicaciones en sistemas de vehículos

¿Por qué es importante la selección del material de los engranajes en los sistemas automotrices?

La función básica de los engranajes es la transmisión de par motor . El par motor es la fuerza de rotación del vehículo; los engranajes ayudan a transmitir (regular) el par motor durante la aceleración. Una marcha más baja (con una relación numérica mayor) transmite más par motor para subir cuestas y remolcar cargas pesadas.

El engranaje transmite el movimiento del cigüeñal al eje de transmisión, que finalmente llega a las ruedas. En los vehículos, los engranajes también pueden realizar una acción inversa durante los giros.

La función principal de la caja de cambios en un vehículo es mantener la velocidad de rotación del sistema de propulsión. Las marchas más bajas ayudan a mantener un régimen de revoluciones por minuto (RPM) más alto, y viceversa.

En un vehículo se pueden usar dos tipos de engranajes. Conocer las diferencias entre los engranajes de transmisión de alta carga y los engranajes de motores pequeños te ayudará a comprender el concepto.

• Los engranajes de transmisión de alta carga transmiten potencia y par en maquinaria pesada. Estos engranajes son más grandes, con conjuntos helicoidales más numerosos o relaciones de transmisión múltiples.
• Los dispositivos de baja potencia utilizan pequeños engranajes de motor para la transmisión de potencia y par. Estos engranajes son más pequeños y tienen engranajes rectos simples.

La selección del material adecuado es crucial, ya que una elección incorrecta puede desencadenar una serie de problemas mecánicos, de seguridad, de rendimiento y económicos en los sistemas automotrices. Las consecuencias suelen ser graves, costosas y, en ocasiones, peligrosas. Al seleccionar el material para los engranajes, es fundamental equilibrar la facilidad de fabricación, el costo y las propiedades mecánicas.

La transmisión del vehículo debe ser lo suficientemente fiable como para soportar millones de ciclos sin sufrir daños, evitando así costes de reparación y sustitución. La reducción del ruido se consigue mediante el uso de engranajes helicoidales en lugar de engranajes rectos, lo que contribuye a mantener un ambiente silencioso en el habitáculo. Además, la transmisión debe tener una alta resistencia al desgaste para prolongar su vida útil y reducir los costes de mantenimiento.

Materiales de engranajes en la industria automotriz

Para la fabricación de engranajes de vehículos se pueden utilizar diversos materiales. A continuación se detallan las características de todos estos materiales:

• Engranajes de aleación de acero: resistencia y durabilidad

El material de fabricación más común para engranajes es el acero y sus aleaciones. Proporciona alta resistencia, fuerza, tenacidad y resistencia al calor.

• El contenido de carbono del acero determina su resistencia. La concentración de carbono ronda el 0,3-0,6%. El acero al carbono es la solución rentable para lograr durabilidad, resistencia y resistencia al calor.
• La aleación 20CrMnTi contiene cromo, titanio y manganeso. Esta aleación ofrece una alta templabilidad, resistencia a la fatiga y al desgaste.
• La aleación 18CrNiMo7-6 está diseñada para soportar cargas pesadas y ofrecer un alto rendimiento.

Ventajas

• Esta aleación de acero tiene una alta resistencia a la tracción, lo que significa que puede soportar presiones superiores a 1080 MPa.
• Las aleaciones de acero al carbono 18CrNiMo7-6, 20CrMnTi y otras aleaciones presentan una alta durabilidad y una mayor resistencia al calor.

Aplicaciones

• El uso más común de los engranajes de aleación de acero es en los ejes de entrada y salida.
• Los conjuntos de piñón y corona en los diferenciales de los automóviles están fabricados con aleaciones de acero.
• Los dispositivos de alto par, como las turbinas, las cajas de engranajes aeroespaciales y los equipos de minería, utilizan estos engranajes.

proceso de fabricación

• Para la producción precisa de engranajes rectos, dientes y formas, se utiliza el mecanizado CNC.
• La dureza y la tenacidad del material se mantienen mediante tratamientos térmicos como el temple y la carburación.

• Engranajes de aleación de acero inoxidable: resistencia a la corrosión y larga vida útil.

Los engranajes de los automóviles requieren aleaciones de acero inoxidable que ofrezcan resistencia a la corrosión, durabilidad y una larga vida útil. El contenido de cromo crea una capa protectora de óxidos, lo que significa que resisten la corrosión, la oxidación y los daños químicos. Por lo tanto, estas aleaciones son ideales para sistemas de automóviles expuestos a la humedad y a la intemperie. Los grados disponibles con tratamiento térmico son de alta resistencia, resistentes a la fatiga y con buena durabilidad.

Ventajas

• Alto nivel de resistencia a la corrosión y al óxido.
• Gran resistencia a la fatiga y vida.
• Larga vida útil y bajo mantenimiento.

Aplicaciones

• Mecanismos del techo corredizo y de los elevalunas
• Mecanismos de plegado de espejos
• Sistemas de actuadores de climatización
• Sistemas de propulsión auxiliar para vehículos eléctricos

Fabricación

La resistencia, la precisión y el engranaje suave están garantizados mediante el mecanizado CNC, el tratamiento térmico, el acabado superficial y el rectificado de precisión.

• Engranajes de plástico de ingeniería: reducción de ruido y rentabilidad.

El uso de la ingeniería es muy común en la industria automotriz. Los engranajes para los sistemas de ajuste se fabrican con estos materiales. La ingeniería común que se puede utilizar en la fabricación de engranajes es la siguiente:

• Se trata de un termoplástico de ingeniería cristalino que puede utilizarse en la fabricación de engranajes en la industria del moldeo. Presenta baja fricción (0,2-0,3) y propiedades autolubricantes.POM tiene una tasa de contracción del (2-3,5%) y una absorción de humedad muy baja (0,2-0,5%).
• Es un termoplástico semicristalino que posee una alta resistencia al desgaste. El nailon tiene una mayor capacidad de absorción de humedad, que ronda el (hasta un 3% o más).
• La adición de fibra de vidrio y otros materiales aumenta la resistencia del material.

Ventajas

• Las principales características de los plásticos de ingeniería son su ligereza, a la vez que poseen una alta resistencia y durabilidad.
• Estos plásticos tienen una excelente resistencia a la amortiguación, lo que reduce el ruido.
• Este material no se ve afectado por productos químicos agresivos ni por la humedad.

Solicitud

• Los engranajes de POM y nailon son habituales en los retrovisores laterales plegables eléctricamente debido a su montaje silencioso.
• El mecanismo de reclinación del asiento en el vehículo suele utilizar engranajes fabricados con plásticos de ingeniería.
• Los auriculares y los elevalunas eléctricos también tienen estos engranajes.

Fabricación

• El método para la producción en masa de engranajes de POM y nailon es el moldeo por inyección, que proporciona resultados precisos.
• Para lotes pequeños con personalización, la fabricación CNC se realiza utilizando prototipos.

• Engranajes de aleación de aluminio: Ligeros y eficientes.

Las aleaciones de aluminio se han utilizado ampliamente en engranajes automotrices, donde se requiere ligereza, resistencia a la corrosión y una apariencia estética. Su recubrimiento de óxido natural proporciona una gran resistencia a la corrosión, lo que permite su uso prolongado en sistemas de vehículos. Los engranajes de aluminio también son económicos en peso, debido a su baja densidad, y son adecuados para vehículos eléctricos (VE) y sistemas de confort de carga baja a media. Su maquinabilidad es excelente, lo que permite una producción precisa y eficiente.

Ventajas

• Construcción ligera e innovadora
• Alta resistencia a la corrosión
• Excelente maquinabilidad
• Buena conductividad térmica
• Acabado superficial estético

Aplicaciones

• Mecanismos de ajuste del asiento
• Reguladores de ventanas
• Sistemas de confort y auxiliares de los vehículos eléctricos
• Conjuntos de actuadores montados internamente
• Sistemas de engranajes de motor de baja carga

Fabricación

Los engranajes de alta precisión se fabrican mediante fresado y torneado CNC. El acabado superficial y el anodizado mejoran la durabilidad y la resistencia a la corrosión, y el mecanizado de precisión garantiza un engranaje suave y un funcionamiento silencioso.

• Engranajes de aleación de latón: movimiento suave y control del desgaste.

Los engranajes de los automóviles fabricados con aleaciones de latón se utilizan ampliamente por su alta resistencia al desgaste, fricción estable y resistencia a la corrosión. La resistencia mecánica y la resistencia al calor aumentan con la adición de zinc, cobre, magnesio y aluminio. El latón ofrece una fricción controlada y suave, por lo que resulta ideal para los anillos sincronizadores que permiten un cambio de marchas fluido.

Ventajas

• Presenta una alta resistencia al desgaste y a la fricción.
• Muy buena resistencia a la corrosión.
• Mayor conductividad térmica y eléctrica.
• Cambio de marchas y transmisión suaves.
• Las piezas complejas son altamente mecanizables.

Aplicaciones

• Anillos sincronizadores de sistemas de transmisión.
• Válvulas, racores de cementación y conectores del sistema de combustible.
• Mecanismos de control de HVAC
• Interfaces y conectores de alta tensión para la carga de vehículos eléctricos.
• Componentes de sistemas eléctricos y de iluminación.

Fabricación

El mecanizado CNC de engranajes de latón se realiza para lograr una alta precisión dimensional y geométrica. Los procesos de torneado, fresado y acabado de precisión garantizan superficies lisas, tolerancias ajustadas y un rendimiento estable a largo plazo.

Aplicaciones en sistemas de vehículos

Los engranajes automotrices fabricados con diferentes materiales se utilizan en diversas áreas. Algunos de ellos son los siguientes:

• Engranajes de ajuste del motor del asiento

El mecanismo de ajuste del asiento permite una regulación multidireccional. Soporta un peso de hasta 136 kg (300 libras). El mecanismo integrado en el asiento permite una reclinación suave y controlada.

El material utilizado para fabricar los engranajes de ajuste del motor en el asiento suele ser acero o plástico reforzado autolubricante. Estos engranajes se fabrican mediante moldeo por inyección, lo que reduce la fricción y el ruido. Además, resultan económicos.

Se requiere precisión en el mecanizado para reemplazar las piezas de engranajes dañadas si se desgastan fácilmente. El mecanizado de alta precisión puede reducir el ruido y aumentar la durabilidad de los componentes.

Por lo general, los engranajes de los motores de los asientos están hechos de plástico de ingeniería y presentan algún tipo de síntoma de fallo:

• Atascado en la posición de reclinación más baja y más alta.
• Sonido de clic
• El motor funciona, pero el asiento no se mueve.

Honscn fabrica engranajes de acero y latón que soportan ciclos repetidos de reclinación y manipulación de peso. Su producto no sufre desgaste y produce ruido tras algunos ciclos. Estos engranajes de latón y acero pueden utilizarse en SUV y camiones. La vida útil del motor se prolonga, ofreciendo una gran durabilidad.

· Engranajes del motor del elevalunas

Los engranajes utilizados en los elevalunas eléctricos requieren ciertas especificaciones de funcionamiento. Deben soportar miles de ciclos de subida y bajada, resistir cargas intermitentes, ser resistentes a la corrosión y mantener la precisión. Además, deben contar con un sistema de control de ruido durante su funcionamiento.

El uso de engranajes de POM en los motores de elevalunas es ideal debido a su bajo costo y autolubricación. El requisito de reducción de ruido en el conjunto del motor del elevalunas convierte al POM en un material idóneo. La alternativa más costosa y duradera son los engranajes de aleación de acero, que ofrecen mayor resistencia y soportan cargas pesadas.

· Engranajes del motor del techo corredizo

Antes de instalar el mecanismo del techo solar, es importante evaluar los requisitos que debe cumplir el material durante el proceso. El techo solar está expuesto a la humedad y al polvo. Por lo tanto, el material del mecanismo debe ser resistente a la corrosión y al desgaste.

El material utilizado en el mecanismo debe ser plástico de ingeniería o acero inoxidable. Estos materiales poseen alta resistencia a la corrosión y gran resistencia mecánica. Se utiliza nailon para el mecanismo de inclinación y plegado silencioso del techo solar. La alta resistencia y ductilidad del acero también son requisitos indispensables para el mecanismo del motor del techo solar.

· Espejos plegables

La frecuencia de uso es bastante alta, por lo que el material del engranaje debe ser ligero y soportar millones de ciclos. El nailon y el POM son materiales ideales, ya que ofrecen un par mínimo y una estructura compacta. El uso de engranajes de acero, latón y aluminio es común en camiones y SUV por su resistencia a la fatiga y al desgaste.

• Engranajes del motor del portón trasero/maletero

El material de los engranajes del maletero debe tener una resistencia y un peso muy elevados. Generalmente, se utilizan engranajes de aleación de acero capaces de soportar cargas de hasta varias toneladas. El contenido de carbono en el acero determina la resistencia y durabilidad de los engranajes. Las aleaciones de acero con alto contenido de carbono ofrecen una mejor gestión de la carga en el mecanismo del maletero. La combinación de engranajes de acero y plástico podría lograr los mismos resultados a un menor coste. Se requiere precisión en el mecanizado para garantizar la durabilidad y evitar fugas.

Selección de los materiales y procesos de fabricación adecuados

Al seleccionar el material del engranaje que se utilizará en los diferentes sistemas de motor de un vehículo, hay ciertos factores que deben tenerse en cuenta antes de tomar cualquier decisión:

La selección de materiales depende de su capacidad para controlar el par, gestionar la carga y soportar las condiciones ambientales externas. Para cargas elevadas, se debe utilizar aleación de acero, y para el control del ruido (NVH), los engranajes de nailon son ideales.

El mecanizado CNC se utiliza para fabricar engranajes personalizados, mientras que los engranajes de plástico se fabrican mediante moldeo por inyección para pedidos al por mayor. La metalurgia de polvos se emplea para producir aleaciones metálicas sinterizadas que permiten una mayor precisión.

Elegir un proveedor de engranajes CNC puede resultar complicado. En el mercado de repuestos, es común sustituir engranajes de nailon por engranajes de aleación de acero. Incluso pequeñas variaciones en el diámetro del diente, el orificio y el diámetro de los dientes no implican que el proveedor de mecanizado CNC ofrezca un producto diferente. El comprador debe elegir un proveedor de engranajes de alta precisión con un excelente servicio al cliente.

Ofreciendo componentes automotrices superiores: Honscn

Tenemos 20 años de experiencia y ofrecemos asesoramiento gratuito en la selección de materiales a nuestros clientes. Podrán elegir los materiales según el par motor, la carga, el nivel de ruido y el coste. Ofrecemos prototipado de alta calidad para diseños de engranajes personalizados.

Nuestro mecanizado de engranajes de alta tecnología incluye fresado/torneado CNC de 3 y 5 ejes con tolerancias muy ajustadas (+0,005-0,01 mm). Garantizamos un perfil de diente ideal, un engranaje suave y una mínima holgura.

Nuestro control de calidad es riguroso: utilizamos instalaciones de prueba propias, realizamos inspecciones al 100 % y contamos con certificaciones (ISO, IATF 16949, RoHS). Garantizamos alta durabilidad y fiabilidad. Nuestra cadena de suministro de materiales, consistente, nos permite evitar retrasos.

Conclusión

En la industria automotriz, los engranajes son esenciales para la transmisión de potencia, la regulación de la velocidad y el funcionamiento suave y fiable de los vehículos. Este artículo destaca la influencia directa que la elección del material (aleaciones de acero de alta resistencia, latón, aluminio ligero y plásticos de ingeniería) tiene en el rendimiento, la durabilidad, el control del ruido y el coste. El equilibrio entre la capacidad de carga, la resistencia al desgaste y la tolerancia ambiental requerida por cada sistema del vehículo se personaliza. El proceso de fabricación del engranaje es de alta calidad e incluye mecanizado CNC, moldeo por inyección y tratamiento térmico, lo que contribuye a su fiabilidad. Para los fabricantes de equipos originales (OEM) y los clientes del mercado de repuestos, seleccionar soluciones de engranajes precisas, personalizables y probadas es clave para garantizar una larga vida útil, eficiencia y un rendimiento óptimo del vehículo. Visítenos en https://www.cnchonscn.com/.