Diseño por elementos finitos de la matriz de forja de un engranaje cónico

Abstract

Los engranajes son los encargados de trasmitir potencia de un elemento a otro dentro de un sistema. Los engranajes cónicos trasmiten dicha potencia con una fuerza axial sobre el otro engranaje y existen disímiles formas de sus dientes con respecto al plano que la trasmiten. Existen varios procesos para la fabricación de engranajes cónicos entre ellos la forja en frío provee al material de excelentes propiedades mecánicas, geometrías complejas, calidad y precisión dimensional. Para realizar la forja en frío de engranajes cónicos de doce dientes se diseñó la geometría del conjunto de herramientas para realizar el forjado, la geometría ideal (21,6 mm altura, 15,0 mm diámetro y 15268 mm3 volumen) y materiales (AA 5083) de la preforma a utilizar, se analizó por elementos finitos y se obtuvo como resultado que: la máxima deformación plástica sufrida es en la cara lateral de los dientes del engranaje, el aluminio sufre daños por debajo de 0,5 por lo que no se corre el riesgo de que sufra grietas durante el forjado, las partículas del material fluyen del centro hacia afuera de la preforma llenando todos los huecos de la matriz con lo que no existe entrecruzamiento de las líneas de flujo y no existen defectos internos, la prensa necesaria para la forja debe ejercer al menos 2415 kN y el mejor material utilizado en las matrices (F 522) no soporta las máximas tensiones del proceso de forja por lo que se deben aplicar variantes para poder realizar la forja de los engranajes.

Gears are responsible for transmitting power from one element to another within a system. Bevel gears transmit that power with an axial force on the other gear and there are several shapes of their teeth respect to the power transmission plane. There are many processes for the manufacture of bevel gears, including cold forging, which provides the material with excellent mechanical properties, complex geometries, quality and dimensional precision. To carry out the cold forging of twelve-tooth bevel gears, the geometry of the set of tools was designed to carry out the forging, the ideal geometry (height 21.6 mm, diameter 15.0 mm and volume 15268 mm3) and materials (AA 5083 ) of the preform to be used, it was analyzed by finite elements and the main results were: the maximum plastic suffered deformation was on the lateral face of the gear teeth, the aluminum suffered damage below 0.5, so there was not the risk of cracking during forging, the material particles flowed from the center out of the preform filling all the voids in the matrix; so there was not crossover of the flow lines or internal defects. The required press for forging should exert at least 2415 kN and the best material used in the matrix (F 522) does not support the maximum pressure of the forging process, so variants must be applied to be able to forge the gears.