Uma análise completa do processo de forjamento de precisão de correntes de rolos

Uma análise completa do processo de forjamento de precisão de correntes de rolos: o segredo da qualidade, da matéria-prima ao produto final.

Na indústria de transmissão industrial, a confiabilidade decorrentes de rolosA forja de precisão determina diretamente a eficiência operacional e a vida útil dos equipamentos da linha de produção. Como tecnologia central de fabricação de componentes essenciais para correntes de rolos, a forja de precisão, com sua vantagem de formato próximo ao final, alcança um equilíbrio perfeito entre precisão dimensional do componente, propriedades mecânicas e eficiência de produção. Este artigo irá explorar todo o processo de forja de precisão para correntes de rolos, revelando os segredos por trás de correntes de rolos de alta qualidade.

1. Pré-processamento: Seleção e pré-tratamento da matéria-prima – Controle de qualidade na origem

A base da qualidade na forjaria de precisão começa com a seleção rigorosa da matéria-prima e o pré-tratamento científico. Os principais componentes de sustentação de carga das correntes de rolos (rolos, buchas, placas da corrente, etc.) devem suportar cargas alternadas, impactos e desgaste. Portanto, a escolha e o tratamento da matéria-prima impactam diretamente o desempenho do produto final.

1. Seleção de matéria-prima: Selecionando o aço que atenda aos requisitos de desempenho
Dependendo da aplicação da corrente de rolos (como em máquinas de construção, transmissões automotivas e máquinas-ferramenta de precisão), as matérias-primas normalmente utilizadas são aços estruturais de carbono de alta qualidade ou aços estruturais de liga. Por exemplo, rolos e buchas exigem alta resistência ao desgaste e tenacidade, sendo frequentemente utilizados aços de liga cementada, como o 20CrMnTi. As placas da corrente exigem um equilíbrio entre resistência mecânica e resistência à fadiga, sendo frequentemente utilizados aços estruturais de médio carbono, como o 40Mn e o 50Mn. Durante a seleção do material, a composição química do aço é testada por meio de análise espectral para garantir que o teor de elementos como carbono, manganês e cromo esteja em conformidade com as normas nacionais, como a GB/T 3077, evitando assim trincas de forjamento ou deficiências de desempenho causadas por desvios na composição.

2. Processo de pré-tratamento: “Aquecimento” para forjamento

Após entrarem na fábrica, as matérias-primas passam por três etapas principais de pré-tratamento:

Limpeza da superfície: A jateamento remove carepa, ferrugem e óleo da superfície do aço, evitando que impurezas sejam prensadas na peça durante o forjamento e causem defeitos.

Corte: Serras de precisão ou guilhotinas CNC são usadas para cortar o aço em tarugos de peso fixo, com um erro de precisão de corte controlado dentro de ±0,5% para garantir dimensões consistentes da peça após a forjagem.

Aquecimento: O tarugo é alimentado em um forno de indução de média frequência. A taxa de aquecimento e a temperatura final de forjamento são controladas de acordo com o tipo de aço (por exemplo, o aço carbono é normalmente aquecido a 1100-1250 °C) para atingir o estado ideal de forjamento de “boa plasticidade e baixa resistência à deformação”, evitando o superaquecimento ou a queima excessiva que possam degradar as propriedades do material.

II. Forjamento de Núcleos: Conformação de Precisão para Formatos Próximos ao Final

O processo de forjamento do núcleo é fundamental para alcançar a produção de componentes de correntes de rolos com "pouco ou nenhum corte". Dependendo da estrutura do componente, o forjamento em matriz e o forjamento por recalque são empregados principalmente, utilizando moldes de precisão e equipamentos inteligentes para completar o processo de conformação.

1. Preparação do molde: o "meio fundamental" para a transmissão de precisão

Os moldes de forjamento de precisão são fabricados em aço para matrizes de trabalho a quente H13. Através de fresagem CNC, usinagem por eletroerosão e polimento, a cavidade do molde atinge uma precisão dimensional de IT7 e uma rugosidade superficial de Ra ≤ 1,6 μm. O molde deve ser pré-aquecido a 200-300 °C e lubrificado com grafite. Isso não só reduz o atrito e o desgaste entre a peça bruta e o molde, como também facilita a desmoldagem rápida e previne defeitos de aderência. Para componentes simétricos, como rolos, o molde também deve ser projetado com ranhuras desviadoras e aberturas de ventilação para garantir que o metal fundido (peça bruta quente) preencha uniformemente a cavidade e remova o ar e as impurezas.

2. Forjamento: Processamento personalizado com base nas características do componente

Forjamento por rolos: Utiliza-se um processo de duas etapas, denominado "recalque e forjamento final". O tarugo aquecido é inicialmente recalcado em uma matriz de pré-forjamento, deformando-se o material e preenchendo a cavidade de pré-forjamento. Em seguida, o tarugo é rapidamente transferido para a matriz de forjamento final. Sob a alta pressão de uma prensa (tipicamente uma prensa de forjamento a quente com força de 1000 a 3000 kN), o tarugo é completamente inserido na cavidade de forjamento final, formando a superfície esférica do rolo, o furo interno e outras estruturas. A velocidade e a pressão de forjamento devem ser controladas durante todo o processo para evitar trincas na peça devido à deformação excessiva.

Forjamento de Camisa: Utiliza-se um processo composto de "puncionamento e expansão". Inicialmente, um furo cego é feito no centro do tarugo com um punção. Em seguida, o furo é expandido até as dimensões projetadas por meio de uma matriz de expansão, mantendo uma tolerância uniforme na espessura da parede da camisa de ≤0,1 mm.

Forjamento de Placas de Corrente: Devido à estrutura plana e fina das placas de corrente, utiliza-se um processo de "forjamento contínuo em matriz multiestação". Após o aquecimento, a peça bruta passa pelas estações de pré-conformação, conformação final e corte, completando o perfil e o processamento dos furos da placa de corrente em uma única operação, com uma taxa de produção de 80 a 120 peças por minuto.

3. Processamento pós-forjamento: estabilização do desempenho e da aparência

A peça forjada é imediatamente submetida a têmpera residual ou normalização isotérmica. Controlando-se a taxa de resfriamento (por exemplo, utilizando resfriamento por aspersão de água ou banho de nitrato), a estrutura metalográfica da peça é ajustada para obter uma estrutura uniforme de sorbita ou perlita em componentes como rolos e buchas, melhorando a dureza (a dureza dos rolos normalmente requer HRC 58-62) e a resistência à fadiga. Simultaneamente, uma máquina de corte de alta velocidade é utilizada para remover rebarbas e excessos das bordas da peça forjada, garantindo que a aparência do componente atenda aos requisitos do projeto.

3. Acabamento e Reforço: Aprimorando a Qualidade nos Detalhes

Após a forjagem do núcleo, a peça já apresenta uma aparência básica, mas são necessários processos de acabamento e reforço para aprimorar ainda mais sua precisão e desempenho, de modo a atender aos rigorosos requisitos da transmissão por corrente de rolos de alta velocidade.

1. Correção de Precisão: Correção de Pequenas Deformações

Devido à contração e ao alívio de tensões após a forjagem, as peças podem apresentar pequenas variações dimensionais. Durante o processo de acabamento, utiliza-se uma matriz de correção de precisão para aplicar pressão à peça fria e corrigir essas variações dimensionais para um valor dentro do limite IT8. Por exemplo, o erro de circularidade do diâmetro externo do rolo deve ser controlado abaixo de 0,02 mm, e o erro de cilindricidade do diâmetro interno da bucha não deve exceder 0,015 mm para garantir uma transmissão suave da corrente após a montagem.
2. Endurecimento superficial: melhorando a resistência ao desgaste e à corrosão.

Dependendo do ambiente de aplicação, as peças requerem tratamento de superfície específico:

Cementação e têmpera: Rolos e buchas são cementados em um forno de cementação a 900-950°C por 4-6 horas para atingir um teor de carbono superficial de 0,8%-1,2%. Em seguida, são temperados e revenidos a baixas temperaturas para criar uma microestrutura gradiente caracterizada por alta dureza superficial e alta tenacidade do núcleo. A dureza superficial pode atingir valores superiores a HRC60 e a tenacidade ao impacto do núcleo ≥50J/cm².

Fosfatização: Componentes como as placas da corrente são fosfatizados para formar uma película de fosfato porosa na superfície, melhorando a adesão subsequente da graxa e a resistência à corrosão.

Jateamento com esferas: O jateamento com esferas na superfície da placa da corrente cria tensão residual de compressão através do impacto de esferas de aço rápido, reduzindo o início de trincas por fadiga e prolongando a vida útil da corrente.

IV. Inspeção de Processo Completo: Uma Defesa de Qualidade para Eliminar Defeitos

Cada processo de forjamento de precisão é rigorosamente inspecionado, formando um sistema abrangente de controle de qualidade desde as matérias-primas até o produto acabado, garantindo 100% de qualidade para todos os componentes de correntes de rolos que saem da fábrica.

1. Inspeção de Processos: Monitoramento em Tempo Real de Parâmetros Chave

Inspeção de aquecimento: Termômetros infravermelhos são usados ​​para monitorar a temperatura de aquecimento do tarugo em tempo real, com um erro controlado dentro de ±10°C.

Inspeção do molde: A cavidade do molde é inspecionada quanto ao desgaste a cada 500 peças produzidas. Reparos de polimento são realizados imediatamente se a rugosidade da superfície exceder Ra3,2μm.

Inspeção Dimensional: Uma máquina de medição por coordenadas tridimensional é utilizada para amostrar e inspecionar peças forjadas, com foco em dimensões-chave como diâmetro externo, diâmetro interno e espessura da parede. A taxa de amostragem é de no mínimo 5%.

2. Inspeção do Produto Acabado: Verificação Abrangente dos Indicadores de Desempenho

Testes de desempenho mecânico: Amostras aleatórias de produtos acabados são selecionadas para testes de dureza (durômetro Rockwell), resistência ao impacto (pêndulo de impacto) e resistência à tração, a fim de garantir a conformidade com os padrões do produto.

Ensaios não destrutivos: O ensaio ultrassônico é utilizado para detectar defeitos internos, como poros e fissuras, enquanto o ensaio por partículas magnéticas é utilizado para detectar defeitos superficiais e subsuperficiais.

Testes de Montagem: Os componentes qualificados são montados em uma corrente de rolos e submetidos a testes de desempenho dinâmico, incluindo precisão de transmissão, nível de ruído e vida útil à fadiga. Por exemplo, um componente é considerado qualificado somente se tiver funcionado continuamente a 1500 rpm durante 1000 horas sem apresentar problemas.

V. Vantagens do Processo e Valor da Aplicação: Por que a Forjagem de Precisão é a Primeira Escolha da Indústria?
Em comparação com o processo tradicional de “forjamento + usinagem extensiva”, o forjamento de precisão oferece três vantagens principais para a fabricação de correntes de rolos:

Alto aproveitamento de materiais: O aproveitamento de materiais aumentou de 60% a 70% nos processos tradicionais para mais de 90%, reduzindo significativamente o desperdício de matéria-prima;

Alta eficiência de produção: Utilizando forjamento contínuo multiestação e equipamentos automatizados, a eficiência de produção é de 3 a 5 vezes maior do que os processos tradicionais;

Excelente desempenho do produto: O forjamento distribui a estrutura fibrosa do metal ao longo do contorno da peça, criando uma estrutura otimizada, o que resulta em um aumento de 20% a 30% na vida útil à fadiga em comparação com peças usinadas.

Essas vantagens levaram ao uso generalizado de correntes de rolos forjadas com precisão na fabricação de equipamentos de alta tecnologia, como acionamentos de esteira para máquinas de construção, sistemas de sincronização para motores automotivos e acionamentos de fusos para máquinas-ferramenta de precisão. Elas se tornaram os principais componentes de potência que garantem a operação estável de equipamentos industriais.

Conclusão
O processo de forjamento de precisão para correntes de rolos é o resultado de uma abordagem abrangente que combina ciência dos materiais, tecnologia de moldes, controle automatizado e inspeção de qualidade. Desde os rigorosos padrões na seleção de matérias-primas, passando pelo controle de precisão em nível milimétrico no forjamento do núcleo, até a verificação completa nos testes do produto acabado, cada processo incorpora a engenhosidade e a força técnica da manufatura industrial.