A Tecnologia de acabamento superficial é muito eficaz em reduzir o atrito e o desgaste em aplicações que experimentam contato com deslizamento e contato rolante combinados. Isso faz da Tecnologia de acabamento superficial uma boa solução para problemas de desgaste de engrenagens.
Existem mecanismos muito diferentes que limitam a capacidade de torque de um conjunto de engrenagens. O formato real dessas curvas dependerá da aplicação específica das engrenagens.
Mas, para todos os regimes de falhas, a Tecnologia de acabamento superficial tem o potencial para reduzir atrito e desgaste enquanto aumenta o desempenho e a vida útil. Na verdade, testes de vida útil mostram que engrenagens tratadas com ES30 exibem um aumento no tempo de fadiga de flexão de mais de 50%.
O dente de uma engrenagem comum suportará o contato no modo de rolagem na linha do ponto de contato dos círculos primitivos próxima a C. O modo de desgaste mais comum nessa região é corrosão.
Entre as linhas do ponto de contato dos círculos primitivos B-C e C-D, a face da engrenagem sofre contato no modo mesclado, com desgaste por rolagem e por deslizamento. Os modos comuns de desgaste nessa região incluem corrosão e esfolamento.
E nas linhas do ponto de contato dos círculos primitivos entre A-B e D-E, o dente enfrenta principalmente o contato no modo de deslizamento, resultando em desgaste e esfolamento.
Dependendo do modo de contato, lubrificação e outros parâmetros da aplicação, usamos um conjunto de matrizes para selecionar o processo adequado de Tecnologia de acabamento superficial necessário para atender aos requisitos do cliente. No caso de engrenagens, o processo ES200 é comumente utilizado.
Nosso sucesso em aplicar a Tecnologia de acabamento superficial em componentes mecânicos está documentado em uma variedade de testes e aplicações do mundo real. Em um teste, uma esfera de bronze foi operada contra uma superfície de aço sem revestimento e contra uma superfície de aço que tinha sido tratada usando o processo ES200. A diferença no desgaste é nitidamente visível.
Operação contra ES200
Operação contra aço
Em uma demonstração mais prática de redução de desgaste, engrenagens helicoidais foram modificadas com um tratamento da Tecnologia de acabamento superficial. As engrenagens foram cementadas e retificadas e posteriormente colocadas em funcionamento em fluido para transmissão automática (ATF) em velocidade constante no ponto de contato dos círculos primitivos (38 m/s, 7.400 fpm). A tensão de contato foi de 1,31 a 1,80 GPa (190 a 261 ksi). A linha de base foi retificada com Ra = 0,3 a 0,5 µm (12 a 20 µpol.).
O torque foi aumentado em etapas até que fosse observado esfolamento, mostrando significativa redução no esfolamento da engrenagem tanto para as engrenagens tratadas com ES220 como com ES320.
Os revestimentos ES220 são atualmente utilizados em engrenagens de diferencial com lubrificante de baixa viscosidade para aplicações automotivas de redução de torque.
Foi observado um aumento no limite da resistência a flexão com a modificação na topografia da face de engrenagens usando os processos ES10 e ES30 para criar acabamentos de superfície melhorados na raiz de dentes de engrenagens. Isso reduziu o início e a propagação de fissuras na superfície, resultando em vida útil mais longa.
As engrenagens tratadas com ES30 tiveram um aumento de 125% na vida útil em testes, com desgaste da chaveta diminuído e temperatura de operação reduzida.
A Tecnologia de acabamento superficial da Timken é especialmente adequada ao aumento da vida útil e do desempenho de engrenagens. Por meio de combinações das modificações topográficas e revestimentos apropriados, a Tecnologia de acabamento superficial pode elevar os mecanismos de limitação de torque, aumentando a densidade de potência e permitindo que o mesmo tamanho de engrenagens transmita mais potência.
Isso proporciona a oportunidade de reduzir o tamanho dos sistemas de engrenagens, reduzir o tamanho do envelope ou o peso do sistema. Os engenheiros que buscam maior rendimento dos sistemas de engrenagens podem alcançar essa meta sem grandes mudanças no projeto. A Tecnologia de acabamento superficial cria pouca ou nenhuma mudança dimensional e, portanto, os projetistas podem manter as dimensões dos componentes existentes.
Os benefícios adicionais incluem a capacidade de diminuir o nível ou a viscosidade do lubrificante, uma vez a Tecnologia de acabamento superficial ajuda a minimizar as perdas de lubrificante por agitação.
Por muitas razões, a Tecnologia de acabamento superficial está onde os engenheiros projetistas recorrem para aumentar o desempenho e a vida útil dos sistemas de engrenagens.