Forjamento de anéis laminados: processo de anéis sem costura, tolerâncias e verificações de fornecedores

Um anel geralmente falha onde o metal se encontra. Pode ser uma costura de solda ou uma borda cortada que interrompeu o fluxo dos grãos. O forjamento de anéis laminados existe para remover esse ponto fraco. Ao cortar um anel da placa ou soldar um da barra, o processo começa com uma pré-forma perfurada em forma de donut e a rola até que o material tenha sido espremido em um fluxo contínuo de grãos circunferenciais em torno de 360 ​​graus.

A concluir primeiro, porque poupa retrabalho depois. Se um anel carrega torque, pressão interna, carga reversa ou ciclo de fadiga, um anel laminado sem costura é normalmente o caminho correto, mesmo que custe mais do que um anel de placa cortado a plasma. Se uma peça para um espaçador de baixa tensão ou uma tampa plana, a laminação raramente vale a pena a etapa extra. O restante desta página explica como o processo é executado, quais tolerâncias esperar de uma peça forjada e o que verificar antes de liberar um pedido de compra.

Por que um anel laminado sem costura é melhor do que um anel cortado ou soldado

O metal tem uma direção depois de trabalhos. O forjamento alinha as inclusões e os limites dos grãos com a direção do fluxo do material, e a laminação do anel a linha ao redor das características, que é exatamente a direção na qual um anel giratório carrega sua tensão circular. Três consequências são importantes no serviço.

• Nenhuma costura de solda significa nenhuma zona afetada pelo calor e nenhum requisito de inspeção de solda na seção mais tensionada da peça.
• O fluxo contínuo de grãos em arco oferece melhor resistência à fadiga e melhor comportamento de retenção de trincas do que um corte em anel da placa, onde o fluxo corre em linha reta e simplesmente para na borda de corte.
• Através da deformação da espessura durante a laminação fecha a porosidade interna deixada pelo lingote ou bloco original, razão pela qual os anéis laminados são preferidos para retenção de pressão e componentes altamente carregados.

Um anel cortado não é automaticamente uma peça ruim. Para um espaçador não estrutural, um anel de proteção ou uma peça de reparo única, o corte da placa é rápido e barato. O erro é especificar um anel de corte para uma tarefa que precisa de propriedades de fluxo forjado e, em seguida, descobrir a diferença através de uma falha em campo ou de uma inspeção inesperada na inspeção ultrassônica.

A sequência de forjamento de anel laminado, passo a passo

A laminação do anel é a segunda metade de uma sequência de forjamento mais longa, e a primeira metade decide quão boa a segunda metade pode ser. Uma rota típica é a seguinte.

1. Corte o tarugo com um peso calculado e aqueça-o até a temperatura de forjamento em um forno controlado.
2. Vire o tarugo para aumentar a secção transversal e consolidar a estrutura fundida.
3. Perfure o molde virado com um punção para criar uma pré-forma oca, geralmente descrita como uma rosquinha.
4. Coloque a pré-forma entre o rolo principal e o mandril. O rolo principal é acionado, o mandril pressionado para dentro e a parede fica mais fino à medida que o diâmetro aumenta.
5. Traga rolos axiais ou cônicos para controlar a altura e enquadrar as faces enquanto o anel se expande.
6. Role até o tamanho final e, em seguida, controle o resfriamento, o tratamento térmico, a usinagem e a inspeção.

A variável crítica é a taxa de redução, ou seja, quanto a espessura da parede é diminuta durante a laminação em relação à parede da pré-forma. Uma pré-forma perfurada muito fina ou laminada com pouca redução pode resultar em deformação insuficiente no furo e em uma estrutura menos uniforme. Uma pré-forma muito pesada, material perdido e tempo de laminação. É por isso que a laminação do anel é feita para trás a partir da peça acabada, e não para frente a partir de qualquer tarugo que fique na cremalheira.

Os laminadores axiais radiais realizam a maior parte do trabalho industrial, e os laminadores de anéis verticais são comuns para diâmetros maiores, onde o anel precisa de suporte enquanto cresce. A faixa de tamanho é ampla. Anéis de aproximadamente 200 mm até vários metros de diâmetro externo são feitos com o mesmo princípio, com espessura de parede, altura e capacidade da máquina decidindo qual rota se adapta ao trabalho.

Comparando rotas de produção de anéis

Antes de escolher um processo, é útil ver onde cada rota realmente vence. A comparação abaixo usa o fluxo de grãos, a condição de costura e o uso do material como critérios de decisão.

Quando a peça é um flange vazio, um anel de engrenagem, uma pista de rolamento ou um anel de caixa de engrenagens de turbina eólica, a laminação geralmente é o melhor caminho porque as cargas de serviço atuam na direção do arco e as linhas de fluxo terminam onde a tensão ocorre.

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Tolerâncias e condições forjadas para planejar

Os anéis laminados são fornecidos laminados com tolerância de usinagem ou como anéis usinados em desbaste e usinados de prova. Como as dimensões forjadas são um ponto de partida, não uma tolerância final, os valores variam com o diâmetro, espessura da parede, material e número de passes de laminação. A tabela abaixo mostra a faixa geral esperada e confirmada no desenho.

Seguem dois pontos práticos. Sempre especifique a tolerância mínima de usinagem no furo em vez do diâmetro externo, porque a limpeza do furo normalmente é o que decide se um anel pode ser recuperado. E espere que anéis de parede finos e de grande diâmetro sejam os mais difíceis de manter redondos. A ovalidade é onde começa a maioria das divergências entre comprador e fornecedor.

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Escolhas de materiais e tratamento térmico para anéis forjados

A laminação de anéis funciona em aços carbono, aços-liga, aços inoxidáveis, ligas de níquel e ligas de cobre, desde que o material possa ser perfurado e laminado dentro de sua janela de temperatura de forjamento. As preferências típicas incluem:

• Aços carbono e microligados para anéis estruturais e espaçadores em geral.
• Aços-liga temperados e revenidos, como classes do tipo 4140, para anéis de engrenagem, flanges pesadas e cubos de alta carga.
• Aulas de resistência para anéis de engrenagem que serão carburados após forjamento.
• Aços inoxidáveis ​​austeníticos, como 316L, para corrosão e tarefas higiênicas, e graus martensíticos, como 420, para anéis de desgaste.

O tratamento térmico deve ser orientado pela exigência final da propriedade, não pelo hábito. A normalização refina a estrutura antes que a usinagem, a têmpera e o revenido atinjam uma combinação especificada de resistência e tenacidade, e o recozimento em solução é usado para classes austeníticas. Em anéis inoxidáveis, a faixa de temperatura de forjamento e o caminho de resfriamento são importantes, porque uma combinação errada pode deixar sensibilização ou uma estrutura grosseira que nenhuma usina gem subsequentemente corrigirá. Mais informações são abordadas neste artigo sobre como forjar peças forjadas de aço inoxidável .

Onde os anéis laminados são usados em equipamentos pesados

As caixas de engrenagens de turbinas eólicas são o exemplo mais claro de anéis realizados um trabalho sério. As engrenagens de anel, as engrenagens solares e os transportadores planetários na classe de 3 MW a 10 MW são dimensionados na faixa de medição, funcionam sob torque reverso e devem sobreviver a duas décadas de serviço, portanto, a coroa dentada é quase sempre um anel laminado sem costura em um endurecimento de caixa ou liga de aço temperado e revenida.

Turbina eólica 5MW-10MW 1ª/2ª fase forjadas de engrenagem anelar Feitos de liga de aço de alta pureza, como 18CrNiMo7-6, eles passam por processos de conformação por laminação de anéis e têm operação de cimentação. Com dureza superficial atingindo 58-62HRC e... Ver Produto →

Outras funções seguem a mesma lógica, razão pela qual o formato do anel continua aparecendo na indústria pesada:

• Pistas de rolamentos e anéis de rolamentos giratórios para transportes, escavadeiras e equipamentos de entrega portuária.
• Componentes de eixo e leme marítimo, onde o fluxo forjado e a limpeza ultrassônica são especificados antes de mais nada.
• Anéis para vasos de pressão e equipamentos de perfuração, como cabeçotes de revestimento, suportes de mandril e corpos de válvulas.
• Caixas de rolamentos de laminadores e rolos endireitadores, onde o anel deve resistir à carga e ao desgaste ao mesmo tempo.

Os anéis de flange merecem uma menção separada porque são muito comuns. Um flange laminado mantém o fluxo de grãos do aro, o que é importante em flanges expostos à pressão cíclica ou movimento térmico, e evita as fraquezas direcionais que aparecem em um flange cortado da placa.

O que verificar em um fornecedor de forjamento de anéis

Comece com a lista de equipamentos. Um fornecedor de anéis de lâmina internamente deve ser capaz de indicar o tamanho e a capacidade de seus moinhos e de seus martelos ou prensas, porque esses números definem o diâmetro e a faixa de peso que podem ser produzidos como uma peça única. Uma oficina que opera laminadores de anéis verticais na classe de 1 m a 1,5 m juntamente com martelos de forjamento de 3 toneladas, 5 toneladas e 15 toneladas, por exemplo, pode cobrir anéis médios e trabalhos mais pesados ​​em matrizes abertas sem qualquer avanço.

A capacidade de inspeção vem a seguir. sobre testes ultrassônicos, testes de partículas magnéticas ou corantes penetrantes, testes de dureza e mecânicos de acordo com um padrão reconhecido, além de relatórios dimensionais. Em seguida, pergunte quais documentos acompanham a peça, normalmente um certificado de inspeção tipo 3.1 com rastreabilidade de número de calor que liga o anel acabado ao aço de onde veio.

Por fim, pergunte sobre o lado não padronizado do negócio, porque a maioria dos projetos de anéis deixam de ser padronizados no momento em que um passo de furo, uma chaveta, um flange ou um conjunto de furos para parafusos aparece no desenho. Um fornecedor que já cuida forjamento personalizado fora do padrão e a usinagem de acabamento sob o mesmo teto remove toda uma cadeia de etapas de transporte e reinspeção do cronograma.

Principais lições

• O forjamento de anéis laminados produz um anel sem costura com fluxo de grãos circunferencial contínuo, que é a escolha correta para anéis sob carga de torque, pressão ou fadiga.
• O projeto da pré-forma e a taxa de redução decidem a qualidade interna, portanto a laminação deve ser feita de trás para frente a partir da peça acabada.
• As dimensões forjadas são um ponto de partida. Combine a tolerância mínima do furo e a ovalidade aceitável por escrito antes da primeira bateria.
• O material e o tratamento térmico devem ser especificados a partir dos requisitos do serviço, e não cópias de um desenho antigo.
• Verifique a capacidade da fábrica, o escopo da inspeção e a rastreabilidade da certificação antes de fazer um pedido de compra.