Un análisis completo del proceso de forjado de precisión de cadenas de rodillos

Un análisis completo del proceso de forjado de precisión de cadenas de rodillos: el secreto de la calidad desde las materias primas hasta el producto terminado

En la industria de transmisión industrial, la confiabilidad decadenas de rodillosDetermina directamente la eficiencia operativa y la vida útil de los equipos de la línea de producción. Como tecnología clave para la fabricación de componentes básicos de cadenas de rodillos, la forja de precisión, con su ventaja de forma casi final, logra un equilibrio perfecto entre la precisión dimensional del componente, las propiedades mecánicas y la eficiencia de producción. Este artículo profundizará en todo el proceso de forja de precisión de cadenas de rodillos, revelando los secretos de las cadenas de rodillos de alta calidad.

1. Preprocesamiento: Selección de materia prima y pretratamiento: control de calidad en origen

La base de la calidad en la forja de precisión reside en una rigurosa selección de las materias primas y un pretratamiento científico. Los componentes principales de las cadenas de rodillos (rodillos, bujes, placas de cadena, etc.) que soportan cargas alternas, impactos y desgaste. Por lo tanto, la elección y el tratamiento de las materias primas influyen directamente en el rendimiento del producto final.

1. Selección de materia prima: selección del acero que cumpla con los requisitos de rendimiento
Dependiendo de la aplicación de la cadena de rodillos (como maquinaria de construcción, transmisiones automotrices y máquinas herramienta de precisión), las materias primas que se suelen utilizar son acero estructural al carbono o acero estructural aleado de alta calidad. Por ejemplo, los rodillos y bujes requieren alta resistencia al desgaste y tenacidad, y a menudo se utilizan aceros de carburación aleado como el 20CrMnTi. Las placas de la cadena requieren un equilibrio entre resistencia y resistencia a la fatiga, y a menudo se utilizan aceros estructurales con contenido medio de carbono como el 40Mn y el 50Mn. Durante la selección del material, se analiza la composición química del acero mediante análisis espectral para garantizar que el contenido de elementos como carbono, manganeso y cromo cumpla con las normas nacionales, como la GB/T 3077, evitando así el agrietamiento por forjado o las deficiencias de rendimiento causadas por desviaciones en la composición.

2. Proceso de pretratamiento: “calentamiento” para la forja

Después de ingresar a la fábrica, las materias primas pasan por tres pasos clave de pretratamiento:

Limpieza de superficies: El granallado elimina las incrustaciones, el óxido y el aceite de la superficie del acero para evitar que las impurezas se introduzcan en la pieza de trabajo durante el forjado y provoquen defectos.

Corte: Se utilizan sierras de precisión o cizallas CNC para cortar el acero en tochos de peso fijo, con un error de precisión de corte controlado dentro de ±0,5% para garantizar dimensiones consistentes de la pieza de trabajo después del forjado.

Calentamiento: La palanquilla se introduce en un horno de inducción de media frecuencia. La velocidad de calentamiento y la temperatura final de forja se controlan según el tipo de acero (por ejemplo, el acero al carbono se suele calentar a 1100-1250 °C) para lograr el estado de forja ideal con buena plasticidad y baja resistencia a la deformación, evitando al mismo tiempo el sobrecalentamiento o la sobrequema que podrían degradar las propiedades del material.

II. Forjado de núcleos: Conformado de precisión para una forma casi neta

El proceso de forjado de núcleos es clave para lograr una producción de componentes de cadenas de rodillos con corte bajo o sin corte. Dependiendo de la estructura del componente, se emplean principalmente la forja en matriz y la forja recalcada, utilizando moldes de precisión y equipos inteligentes para completar el proceso de conformado.

1. Preparación del molde: el “medio clave” para la transmisión de precisión

Los moldes de forja de precisión se fabrican con acero para matrices de trabajo en caliente H13. Mediante fresado CNC, mecanizado por electroerosión y pulido, la cavidad del molde alcanza una precisión dimensional de IT7 y una rugosidad superficial de Ra ≤ 1,6 μm. El molde debe precalentarse a 200-300 °C y rociarse con lubricante de grafito. Esto no solo reduce la fricción y el desgaste entre la pieza bruta y el molde, sino que también facilita un desmoldeo rápido y previene defectos de adherencia. Para componentes simétricos, como rodillos, el molde también debe diseñarse con ranuras de desvío y respiraderos para garantizar que el metal fundido (pieza bruta caliente) llene uniformemente la cavidad y elimine el aire y las impurezas.

2. Forja: procesamiento personalizado según las características del componente

Forja con rodillos: Se utiliza un proceso de dos pasos: recalcado y forjado final. El tocho calentado se recalca primero en una matriz de preforja, deformando inicialmente el material y llenando la cavidad de preforja. A continuación, el tocho se transfiere rápidamente a la matriz de forja final. Bajo la alta presión de una prensa (normalmente una prensa de forja en caliente con una fuerza de 1000-3000 kN), el tocho se encaja completamente en la cavidad de forja final, formando la superficie esférica del rodillo, el orificio interior y otras estructuras. La velocidad y la presión de forja deben controlarse durante todo el proceso para evitar el agrietamiento de la pieza debido a una deformación excesiva.

Forjado de manguitos: Se utiliza un proceso compuesto de punzonado y expansión. Primero se perfora un agujero ciego en el centro del tocho con un punzón. Posteriormente, el agujero se expande hasta las dimensiones diseñadas con una matriz de expansión, manteniendo una tolerancia uniforme en el espesor de la pared del manguito de ≤0,1 mm.

Forjado de placas de cadena: Debido a la estructura plana y delgada de las placas de cadena, se utiliza un proceso de forjado continuo en múltiples estaciones. Tras el calentamiento, la pieza en bruto pasa por las estaciones de preformado, conformado final y recorte, completando el perfilado y el procesamiento de orificios de la placa de cadena en una sola operación, con una velocidad de producción de 80 a 120 piezas por minuto.

3. Procesamiento posterior a la forja: estabilización del rendimiento y la apariencia

La pieza forjada se somete inmediatamente a un temple por calor residual o a un normalizado isotérmico. Controlando la velocidad de enfriamiento (p. ej., mediante enfriamiento por aspersión de agua o un baño de nitrato), se ajusta la estructura metalográfica de la pieza para lograr una estructura uniforme de sorbita o perlita en componentes como rodillos y bujes, lo que mejora la dureza (la dureza de los rodillos suele requerir HRC 58-62) y la resistencia a la fatiga. Simultáneamente, se utiliza una máquina de recorte de alta velocidad para eliminar las rebabas y las rebabas de los bordes de la pieza forjada, garantizando así que la apariencia del componente cumpla con los requisitos de diseño.

3. Acabado y refuerzo: mejora de la calidad en detalle

Después del forjado del núcleo, la pieza de trabajo ya tiene una apariencia básica, pero se requieren procesos de acabado y fortalecimiento para mejorar aún más su precisión y rendimiento para cumplir con los estrictos requisitos de la transmisión de cadena de rodillos de alta velocidad.

1. Corrección de precisión: Corrección de deformaciones menores

Debido a la contracción y la liberación de tensiones tras el forjado, las piezas pueden presentar pequeñas desviaciones dimensionales. Durante el proceso de acabado, se utiliza una matriz de corrección de precisión para aplicar presión a la pieza fría y corregir las desviaciones dimensionales dentro de IT8. Por ejemplo, el error de redondez del diámetro exterior del rodillo debe controlarse por debajo de 0,02 mm, y el error de cilindricidad del diámetro interior del manguito no debe superar los 0,015 mm para garantizar una transmisión fluida de la cadena tras el montaje.
2. Endurecimiento de superficies: mejora de la resistencia al desgaste y a la corrosión

Dependiendo del entorno de aplicación, las piezas de trabajo requieren un tratamiento de superficie específico:

Cementación y temple: Los rodillos y bujes se cementan en un horno de cementación a 900-950 °C durante 4-6 horas para alcanzar un contenido de carbono superficial del 0,8 % al 1,2 %. Posteriormente, se templan y revenen a bajas temperaturas para crear una microestructura en gradiente caracterizada por una alta dureza superficial y una alta tenacidad del núcleo. La dureza superficial puede superar HRC60 y la tenacidad al impacto del núcleo es ≥50 J/cm².

Fosfatado: Los componentes como las placas de cadena se fosfatan para formar una película de fosfato porosa en la superficie, lo que mejora la adhesión posterior de la grasa y mejora la resistencia a la corrosión.

Granallado: El granallado de la superficie de la placa de la cadena crea una tensión de compresión residual a través del impacto de granalla de acero de alta velocidad, lo que reduce la iniciación de grietas por fatiga y extiende la vida útil por fatiga de la cadena.

IV. Inspección de proceso completo: una defensa de calidad para eliminar defectos

Cada proceso de forjado de precisión se inspecciona rigurosamente, formando un sistema de control de calidad integral desde las materias primas hasta el producto terminado, asegurando un 100% de garantía de calidad para todos los componentes de la cadena de rodillos que salen de la fábrica.

1. Inspección de procesos: Monitoreo en tiempo real de parámetros clave

Inspección de calentamiento: se utilizan termómetros infrarrojos para monitorear la temperatura de calentamiento de la palanquilla en tiempo real, con un error controlado dentro de ±10 °C.

Inspección del molde: Se inspecciona la cavidad del molde para detectar desgaste cada 500 piezas producidas. Se realizan reparaciones de pulido de inmediato si la rugosidad de la superficie supera Ra3,2 μm.

Inspección dimensional: Se utiliza una máquina de medición de coordenadas tridimensional para muestrear e inspeccionar piezas forjadas, centrándose en dimensiones clave como el diámetro exterior, el diámetro interior y el espesor de pared. La tasa de muestreo no es inferior al 5 %.

2. Inspección del producto terminado: verificación integral de los indicadores de rendimiento

Pruebas de rendimiento mecánico: Tomar muestras aleatorias de productos terminados para realizar pruebas de dureza (probador de dureza Rockwell), pruebas de tenacidad al impacto (probador de impacto de péndulo) y pruebas de resistencia a la tracción para garantizar el cumplimiento de los estándares del producto.

Pruebas no destructivas: Las pruebas ultrasónicas se utilizan para detectar defectos internos como poros y grietas, mientras que las pruebas de partículas magnéticas se utilizan para detectar defectos superficiales y subterráneos.

Pruebas de ensamblaje: Los componentes calificados se ensamblan en una cadena de rodillos y se someten a pruebas de rendimiento dinámico, que incluyen la precisión de la transmisión, el nivel de ruido y la resistencia a la fatiga. Por ejemplo, un componente se considera calificado solo si ha funcionado continuamente a 1500 r/min durante 1000 horas sin problemas.

V. Ventajas del proceso y valor de la aplicación: ¿Por qué la forja de precisión es la primera opción de la industria?
En comparación con el proceso tradicional de “forjado + corte extensivo”, el forjado de precisión ofrece tres ventajas fundamentales para la fabricación de cadenas de rodillos:

Alta utilización de material: La utilización de material ha aumentado del 60%-70% en los procesos tradicionales a más del 90%, reduciendo significativamente el desperdicio de materia prima;

Alta eficiencia de producción: al utilizar forjado continuo de múltiples estaciones y equipos automatizados, la eficiencia de producción es de 3 a 5 veces mayor que la de los procesos tradicionales;

Excelente rendimiento del producto: la forja distribuye la estructura de fibra del metal a lo largo del contorno de la pieza de trabajo, creando una estructura aerodinámica, lo que da como resultado un aumento del 20% al 30% en la vida útil por fatiga en comparación con las piezas mecanizadas.

Estas ventajas han propiciado el uso generalizado de cadenas de rodillos forjadas con precisión en la fabricación de equipos de alta gama, como transmisiones de orugas para maquinaria de construcción, sistemas de sincronización para motores de automóviles y transmisiones de husillo para máquinas herramienta de precisión. Se han convertido en los componentes de potencia esenciales que garantizan el funcionamiento estable de los equipos industriales.

Conclusión
El proceso de forjado de precisión para cadenas de rodillos es la culminación de un enfoque integral que combina la ciencia de los materiales, la tecnología de moldes, el control automatizado y la inspección de calidad. Desde los rigurosos estándares en la selección de materias primas hasta el control de precisión milimétrica en el forjado de núcleos y la verificación exhaustiva en las pruebas del producto terminado, cada proceso encarna el ingenio y la solidez técnica de la fabricación industrial.