Análisis del efecto de shot-peening y el cementado en la vida a fatiga de los engranajes

Abstract

Debido a sus condiciones de trabajo, la fatiga es uno de los modos de fallo más comunes en los engranajes. A pesar de que habitualmente se emplean diversos tratamientos para mejorar las propiedades mecánicas de los mismos, su contribución se suele tener en cuenta en base a normativas de forma muy conservadora, por lo que su efectividad y potencial no están totalmente contrastados. El objetivo de este trabajo es evaluar numéricamente la contribución del shot peening (SP) y del 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 6, fabricado en acero 16MnCr5. Se han analizado cuatro condiciones: i) sin tratamiento, ii) cementado, iii) SP, y iv) cementado y SP. Se han modelado los tratamientos de SP y cementado para posteriormente estimar numéricamente la resistencia a fatiga de los cuatro casos, considerando las tensiones residuales de cada caso, para diferentes casos de carga y empleando los parámetros de fatiga multiaxial. Los resultados han mostrado la mejora proporcionada por cada tratamiento, siendo el cementado el que más contribuye de forma individual.

Due to their working conditions, fatigue is one of the most common failure modes in gears. Although several treatments are commonly used to improve the mechanical properties, their contribution is usually considered in a very conservative way based on standards, so their effectiveness and potential are not fully known yet. The aim of this work is to numerically evaluate the contribution of shot peening (SP) and case-hardening on the fatigue strength of gears under single tooth bending fatigue (STBF) conditions. This is the first part of a larger study, which will be completed with the experimental validation. The case study chosen is a gear of module 6, made of 16MnCr5 steel. Four conditions have been analysed: i) raw, ii) case-hardened, iii) SP, and iv) case hardened and SP. The SP and case-hardening treatments have been modelled in order to numerically estimate the fatigue strength of the four cases, considering the residual stresses of each case, in different load cases and using the multi-axial fatigue parameters.