Processamento de alojamento de rolamentos

Como componente essencial de equipamentos mecânicos, a principal função de um alojamento de rolamento é abrigar o próprio rolamento, posicionar com precisão os componentes rotativos, restringir seu deslocamento radial e axial e transmitir cargas e vibrações operacionais, garantindo assim a estabilidade dos sistemas rotativos. Este componente encontra aplicações em uma ampla gama de cenários, incluindo máquinas em geral, equipamentos de máquinas-ferramenta, instalações de energia eólica e equipamentos de alta potência, como turbinas a vapor. Sua precisão de usinagem determina diretamente a estabilidade operacional, a eficiência de transmissão e a vida útil de toda a máquina. Os alojamentos de rolamento projetados especificamente para turbinas a vapor, que devem suportar ambientes de alta temperatura e pressão, além de cargas flutuantes de longo prazo, enfrentam requisitos mais rigorosos em termos de complexidade do projeto estrutural, especificações dimensionais e tolerância às condições operacionais. Esta categoria representa um segmento especializado de alta qualidade dentro da fabricação de alojamentos de rolamento.

A seleção de materiais para caixas de mancais exige um equilíbrio multidimensional, considerando a adequação à aplicação, as propriedades mecânicas e o custo de fabricação. Para aplicações em máquinas em geral, o ferro fundido cinzento de alta resistência é a escolha predominante devido à sua excelente capacidade de amortecimento de vibrações, redução de ruído e usinabilidade. Para aplicações de média a alta pressão e requisitos de turbinas a vapor, o ferro fundido nodular ou o aço-liga são mais adequados. O ferro fundido nodular aumenta a resistência ao impacto estrutural, enquanto as peças fundidas ou forjadas em aço-liga, após tratamentos específicos, podem resistir eficazmente a danos sob condições operacionais extremas. A fundição em areia é o método convencional para a preparação de blanks. Para peças críticas de caixas de mancais de turbinas a vapor, utiliza-se a tecnologia de forjamento em matriz integral. Controlando com precisão parâmetros como temperatura de vazamento e pressão de forjamento, defeitos internos como porosidade e inclusões são eliminados, e o alinhamento dos grãos metálicos é otimizado, proporcionando uma base estrutural estável para a usinagem subsequente.

A usinagem de alojamentos de rolamentos segue um sistema de processo padronizado composto por seis etapas sequenciais: pré-tratamento da peça bruta, usinagem de desbaste para conformação, semiacabamento para refinamento, tratamento térmico para reforço, acabamento para dimensões finais e inspeção do produto acabado. O controle do processo em cada etapa impacta diretamente a qualidade do produto final. Durante a etapa de pré-tratamento da peça bruta, com base nas características de fundição ou forjamento, aplica-se um tratamento de envelhecimento ou normalização para aliviar completamente as tensões internas, prevenindo problemas de deformação e trincas durante a usinagem e o uso subsequentes. O tratamento de superfície também é realizado para remover carepa, rebarbas e resíduos de usinagem. A etapa de usinagem de desbaste utiliza grandes equipamentos CNC para remover rapidamente o excesso de material, formando o formato básico do componente, as superfícies de montagem e as localizações preliminares dos furos, deixando uma sobremedida de usinagem adequada com base nas propriedades do material e nos requisitos de tratamento térmico.

A etapa de tratamento térmico é adaptada ao material da caixa de rolamentos e ao cenário de aplicação, servindo como etapa fundamental para aprimorar as propriedades mecânicas e a estabilidade dimensional do componente. Materiais de ferro fundido em geral passam por recozimento para otimizar a estrutura interna e reduzir a tensão residual. Aços-liga e caixas de rolamentos para turbinas a vapor requerem têmpera e revenido. Esse processo combinado alcança um equilíbrio ideal entre resistência e tenacidade, aumentando a resistência à fadiga do componente. Um tratamento de envelhecimento secundário geralmente é necessário após o tratamento térmico. Controlando com precisão a temperatura e o tempo de permanência, as tensões induzidas durante o tratamento térmico são minimizadas, garantindo que a caixa de rolamentos mantenha a precisão dimensional sob operação prolongada e flutuações de temperatura, prevenindo deformações estruturais.

O acabamento concentra-se no controle preciso das principais superfícies de contato, o que é crucial para garantir a compatibilidade da caixa do rolamento com outros componentes. Equipamentos especializados, como mandriladoras CNC de alta precisão e retificadoras planas, são utilizados para o usinagem fina de áreas centrais, como o furo do rolamento, rebaixos de localização e planos de referência. O furo do rolamento, como estrutura central de contato, exige um controle rigoroso das tolerâncias dimensionais e geométricas. Para caixas específicas de turbinas a vapor, as tolerâncias do furo devem ser controladas em nível micrométrico, garantindo também que a circularidade e a coaxialidade atendam aos padrões para minimizar a vibração excêntrica durante a rotação. Para estruturas internas complexas, como passagens de óleo e canais de refrigeração, equipamentos de usinagem de cinco eixos garantem a conformação precisa, assegurando a suavidade das passagens e a precisão posicional para atender às necessidades de lubrificação e refrigeração durante a operação do equipamento.

O tratamento final e a inspeção são as etapas conclusivas da usinagem de caixas de rolamentos, determinando diretamente se o produto atende às especificações para envio. Após a usinagem, os cavacos internos e os contaminantes da superfície são cuidadosamente removidos. As superfícies de contato são retificadas e polidas para melhorar o acabamento superficial e o contato. Durante a montagem, as folgas dos rolamentos e vedações são ajustadas com precisão para garantir uma rotação suave, sem travamentos, e para atingir os padrões de desempenho de vedação. Por fim, verificações abrangentes das dimensões críticas, tolerâncias geométricas e qualidade da superfície são realizadas utilizando equipamentos de medição de precisão. Produtos para aplicações de alta tecnologia, como turbinas a vapor, exigem testes não destrutivos adicionais para identificar defeitos internos ocultos. Atualmente, a usinagem de caixas de rolamentos está avançando rumo à digitalização e à inteligência. Utilizando equipamentos de manufatura inteligente e tecnologia de simulação, busca-se equilibrar a eficiência da produção de produtos em geral com os rigorosos padrões para componentes especializados de alta resistência, possibilitando, assim, aprimoramentos na indústria de fabricação de equipamentos.