Usinagem de rotores

Usinagem de rotores

Um rotor é um corpo giratório suportado por mancais e serve como o principal componente rotativo em máquinas de geração de energia e máquinas operacionais. Objetos sem eixo rotativo próprio também podem ser considerados rotores, desde que sejam rigidamente conectados ou equipados com um eixo adicional. Em equipamentos de grande porte, como turbogeradores, turbinas a gás e turbocompressores, o rotor, como o principal componente rotativo de alta velocidade, assume as responsabilidades críticas de conversão de energia e transmissão de potência. Sua qualidade de usinagem determina diretamente a estabilidade operacional, a eficiência de geração de energia e a vida útil do equipamento. Os rotores forjados para serviço pesado são fabricados predominantemente com aços-liga de alta resistência por meio de forjamento integral, tornando-os adequados para condições operacionais severas envolvendo altas temperaturas, altas pressões e altas velocidades. Eles são componentes essenciais que garantem a operação confiável a longo prazo de equipamentos de grande porte.

A seleção de materiais e a forjagem de tarugos são pré-requisitos essenciais para a usinagem de rotores forjados de alta resistência, exigindo um equilíbrio entre alta resistência mecânica, alta tenacidade e resistência à fadiga. Materiais comuns para rotores forjados de turbogeradores incluem aços-liga de alta resistência, como o 30CrNiMoV e o 26Cr2Ni4MoV. Após a forjagem e o tratamento térmico, esses materiais apresentam excelentes propriedades mecânicas, permitindo que suportem as imensas forças centrífugas e os impactos vibracionais durante a rotação em alta velocidade. Os tarugos são preparados utilizando processos de forjagem em matriz integral, nos quais os lingotes são forjados a quente em prensas hidráulicas. Esse processo quebra a estrutura do metal fundido, refina o tamanho do grão, aumenta a densidade e a uniformidade estrutural do forjado e, simultaneamente, elimina defeitos internos como porosidade e cavidades de contração, estabelecendo uma base estrutural sólida para a usinagem subsequente e a operação do equipamento a longo prazo.

O processo de usinagem para rotores forjados de serviço pesado é complexo e exige altíssima precisão, geralmente seguindo a sequência padronizada de pré-tratamento da peça bruta - usinagem de desbaste - semiacabamento - tratamento térmico - acabamento - ensaios não destrutivos. Na etapa de pré-tratamento da peça bruta, o forjado passa por um processo de normalização para aliviar as tensões de forjamento, homogeneizar a microestrutura e reduzir o risco de deformação durante a usinagem subsequente. A usinagem de desbaste concentra-se na remoção de uma quantidade significativa de material e na conformação inicial, utilizando tornos CNC de grande porte e mandriladoras e fresadoras de piso para criar o perfil básico do rotor, incluindo seções importantes como o munhão, o flange e as ranhuras das pás, deixando uma sobremedida de usinagem adequada para compensar a deformação durante o tratamento térmico subsequente.

O tratamento térmico é um processo crítico para melhorar o desempenho de rotores forjados de alta resistência, exigindo processos compostos em múltiplos estágios, adaptados ao material e às condições de operação. Os rotores forjados de turbogeradores normalmente passam por têmpera e revenido. Esse processo combinado proporciona ao rotor um bom equilíbrio entre resistência e tenacidade, atendendo aos requisitos de suporte de carga sob alta rotação. Para áreas críticas do rotor, tratamentos de superfície como cementação ou nitretação também são necessários para aumentar a dureza superficial e a resistência ao desgaste, mantendo a tenacidade do núcleo, resistindo ao desgaste e à fadiga. Após o tratamento térmico, é necessário um tratamento de envelhecimento para aliviar ainda mais as tensões internas, garantindo a estabilidade dimensional do rotor e prevenindo deformações durante usinagem ou operação subsequentes.

O acabamento é a etapa fundamental para garantir a precisão das peças forjadas de rotores de alta resistência, utilizando equipamentos CNC de alta precisão e tecnologia de medição precisa. Grandes retificadoras cilíndricas CNC e retificadoras de virabrequins são usadas para retificar áreas críticas, como o munhão do rotor e as superfícies de encaixe, controlando as tolerâncias dimensionais em ±0,005 mm e garantindo rigorosamente que as tolerâncias geométricas, como coaxialidade e circularidade, atendam aos padrões para evitar vibrações excêntricas durante a rotação em alta velocidade. Para estruturas complexas, como ranhuras e chavetas das pás do rotor, centros de usinagem de cinco eixos são usados ​​para fresamento preciso, garantindo a precisão dimensional e de montagem para atender aos requisitos de instalação das pás e componentes de conexão.

Os ensaios não destrutivos e o controle de qualidade são partes integrantes de todo o processo de usinagem, servindo como garantias essenciais para a inspeção final qualificada de rotores forjados para serviço pesado. Métodos como ensaios ultrassônicos, ensaios por partículas magnéticas e ensaios por líquidos penetrantes são utilizados durante a usinagem para inspecionar de forma abrangente trincas internas, inclusões, defeitos microestruturais e danos superficiais nas peças forjadas. Equipamentos de precisão, como máquinas de medição por coordenadas (MMC) e medidores de circularidade, são utilizados para a inspeção completa das dimensões de usinagem e tolerâncias geométricas, garantindo a conformidade com os padrões de projeto. Além disso, para produtos de alta tecnologia, como rotores de turbogeradores, os testes de balanceamento dinâmico são essenciais. Esses testes eliminam a massa excêntrica por meio do ajuste de contrapesos, prevenindo falhas mecânicas causadas por ressonância durante a operação em alta velocidade e garantindo a segurança operacional do equipamento. À medida que os equipamentos de serviço pesado evoluem para tamanhos maiores e maior eficiência, a usinagem de rotores forjados está sendo aprimorada em direção a maior precisão, inteligência e manufatura sustentável, fornecendo componentes essenciais mais confiáveis ​​para os setores de energia, geração de energia e outros.