Contribución del tratamiento de shot-peening y el tratamiento térmico en la vida a fatiga de los engranajes

Abstract

Los engranajes son empleados en los sistemas de transmisión de muchos sectores diferentes, como la industria automovilística o aeroespacial, la elevación o la generación de energía. Debido a sus condiciones de trabajo, la fatiga por flexión de los dientes es uno de los modos de fallo más comunes en los engranajes. En este sentido, se suelen aplicar tratamientos de cementado y shot peening para mejorar las propiedades mecánicas de la superficie y, por tanto, la resistencia a la fatiga mecánica de estos componentes. No obstante, la contribución de estos tratamientos se suele tener en cuenta en base a normativas de forma muy conservadora, por lo que su efectividad y potencial no están totalmente contrastados. En este trabajo se evalúa numéricamente la contribución del shot peening y del tratamiento térmico (cementado) en la resistencia a la fatiga de los engranajes, en condiciones de fatiga por flexión de un solo diente (STBF). Se trata de la primera parte de un trabajo más amplio en el que posteriormente se realizará la validación experimental. El caso de estudio elegido es un engranaje de módulo normal 6, fabricado en acero 16MnCr5. Se han analizado cuatro condiciones diferentes: i) sin tratamiento, ii) cementado, iii) sólo con shot peening, y iv) cementado y shot peening. En primer lugar, se ha modelado la aplicación de shot peening en el pie del diente para estimar la evolución del patrón de tensiones residuales generado. De la misma manera se ha procedido con el tratamiento de cementado en la capa superficial del engranaje. Posteriormente, se ha predicho numéricamente la resistencia a la fatiga de los cuatro engranajes considerando las tensiones residuales de cada caso, para diferentes casos de carga y considerando los parámetros de fatiga multiaxial. Finalmente, se ha evaluado la contribución de cada tratamiento a la resistencia del engranaje.