Métodos eficazes para prevenir a deformação de componentes de tubos de paredes finas na fabricação

 

Na produção real, é comum encontrar o processamento de acessórios para tubos de paredes finas de vários formatos e tamanhos, que são propensos a deformações durante o processamento. Explorar métodos para evitar deformações, garantindo que as peças atendam aos requisitos dimensionais e de estabilidade, é crucial. Componentes de paredes finas representam um desafio nos processos de torneamento e fresamento, principalmente devido à sua baixa rigidez e resistência. Durante o processamento, eles são altamente suscetíveis à deformação, o que aumenta os erros de forma e dimensionais, dificultando a garantia de qualidade consistente da peça.

 

 

I Principais fatores que afetam a precisão de peças de tubos de paredes finas

 

1. Suscetibilidade à Deformação Devido à Força

Peças de parede fina são altamente propensas à deformação sob forças de fixação, o que afeta sua precisão dimensional e de formato. Por exemplo, ao usar um mandril de três mandíbulas para fixar o diâmetro externo enquanto processa o diâmetro interno, o diâmetro externo pode deformar-se ligeiramente em uma forma triangular devido à força de fixação. Embora seja produzido um furo cilíndrico, ao liberar o mandril, o diâmetro externo recupera sua forma cilíndrica, enquanto o furo interno torna-se em forma de arco ou triangular.

 

2. Deformação induzida pelo calor

O calor de corte pode causar deformação térmica da peça, dificultando o controle de suas dimensões. Componentes metálicos de paredes finas, especialmente aqueles com altos coeficientes de expansão linear, são particularmente suscetíveis à deformação térmica induzida pelo calor de corte, o que afeta significativamente sua precisão dimensional.

 

3. Deformação induzida por vibração

Sob forças de corte, os componentes radiais podem fazer com que a peça se dobre. Se a superfície externa da peça de trabalho tiver características como ranhuras ou entalhes, a ferramenta de corte poderá sofrer forças desiguais, causando vibração. Essa vibração pode impactar negativamente a precisão dimensional, de formato e de posicionamento da peça de trabalho, bem como a rugosidade de sua superfície.

 

 

II Métodos para reduzir e prevenir a deformação de peças de paredes finas

 

1. Uso de acessórios de fixação axial

Ao tornear e fresar peças de paredes finas, é aconselhável usar fixação axial em vez de fixação radial. O método de fixação axial, que utiliza uma bucha de fixação axial (bucha roscada), garante que as forças de fixação sejam distribuídas ao longo do eixo da peça de trabalho. Como a rigidez axial da peça é maior, este método reduz o risco de deformação.

 

2. Aumentando a área de contato de fixação

O uso de luvas fendidas ou mandíbulas macias especialmente projetadas aumenta a área de superfície de contato, o que ajuda a distribuir a força de fixação uniformemente sobre a peça de trabalho. Isto reduz a probabilidade de deformação localizada durante a fixação.

 

3. Otimizando a geometria da ferramenta de corte e os parâmetros de corte

Para minimizar as forças de corte e o calor, é essencial selecionar cuidadosamente a geometria das ferramentas de corte e os parâmetros de corte. Forças de corte e calor mais baixos reduzirão a probabilidade de deformação.

 

4. Aplicação adequada de fluidos de corte

O corte gera calor, que se concentra principalmente nos cavacos e na ferramenta de corte. Os fluidos de corte desempenham um papel crucial no resfriamento, na lubrificação, na remoção de cavacos e na prevenção de ferrugem. Ao aplicar adequadamente fluidos de corte, a temperatura de corte pode ser reduzida, evitando a deformação térmica da peça.

 

5. Adicionando nervuras de processo

Algumas peças de parede fina apresentam nervuras de processo especialmente projetadas nos pontos de fixação para aumentar a rigidez. A força de fixação é aplicada a estas nervuras, reduzindo a deformação. Após a usinagem, as nervuras do processo podem ser removidas.

 

 

III Estudo de Caso: Aplicação de Força Axial para Torneamento e Fresamento de Peças de Paredes Finas

 

1. Análise da dificuldade da peça de parede fina

O material escolhido é o alumínio duro 2A12T4 e é usado um material áspero cilíndrico oco. A cavidade interna requer fresamento em quatro lados, e a parede externa tem quatro furos grandes (Φ26mm), bem como alguns furos para parafusos e furos roscados relacionados à montagem. O diâmetro externo máximo é 180mm ±00,05mm e a espessura mínima da parede é 3mm. A deformação da circularidade não deve exceder 0,15 mm. Além dos desafios de deformação inerentes às peças de paredes finas, esta peça também requer o processamento de quatro lados internos e furos no diâmetro externo, levando a espessuras de parede irregulares e assimétricas que aumentam a deformação. O posicionamento preciso é necessário para garantir a precisão dos recursos internos e externos.

 

▲ paredes finas peças

 

2. Rota do Processo de Pré-Melhoria

1). Gire o diâmetro interno, gire o diâmetro externo usando um mandril de três mandíbulas e deixe uma margem de 1 mm em ambos os lados para os diâmetros interno e externo.

2). Use um centro de usinagem para fresar aproximadamente a cavidade interna com uma margem de 1 mm em cada lado e alinhe as faces internas para fresar quatro furos grandes de Φ26 com uma margem de 2 mm.

3). Tratamento para aliviar o estresse.

4). No torno, execute o desbaste secundário do degrau interno com uma tolerância de 0,5 mm em cada lado, e o diâmetro externo com uma tolerância de 0,5 mm.

5). Use o centro de usinagem para desbaste secundário da cavidade interna com uma margem de 0,5 mm.

6). Tratamento para aliviar o estresse.

7). No torno, alise as duas faces finais no tamanho certo, execute o torneamento de semiacabamento do diâmetro interno e finalize o torneamento até o tamanho final.

8). Use o centro de usinagem para fresar a cavidade interna no tamanho desejado.

9). No torno, termine de girar o diâmetro externo no tamanho certo.

10). Faça o acabamento de todos os furos externos e recursos no centro de usinagem.

 

3. Questões do processo de pré-melhoria

1). O acessório usado para fresamento de desbaste e acabamento da cavidade interna foi um acessório de luva ranhurada preso com um mandril de três mandíbulas. Esta configuração causa força radial na peça, resultando em deformação devido à baixa rigidez dos componentes de paredes finas. A peça, durante a usinagem, tende a se deformar em um formato triangular. A força de fixação foi ajustada durante o fresamento em desbaste para aliviar a tensão, mas isso fez com que a peça se tornasse instável, causando movimento ou inclinação durante a usinagem. O percurso da ferramenta teve que ser desacelerado, ampliando os ciclos de produção.

 

2). Para torneamento interno, mandíbulas macias de latão especializadas foram usadas para fixar o diâmetro externo para girar o diâmetro interno, mas a deformação ainda ocorria durante a fixação e liberação da peça, devido à tendência da peça de absorver o calor de corte e liberar tensão interna. Os diâmetros interno e externo mudariam quando a peça fosse removida, dificultando o controle da deformação.

 

3). Para o acabamento dos furos e ranhuras externas foi utilizado suporte de dois pontos, com força de fixação fornecida por parafusos. Porém, a parede fina e a baixa rigidez causavam vibração, principalmente na perfuração, afetando a precisão.

 

4. Análise do Fluxo do Processo Pós-Melhoria

1) Use um mandril de três mandíbulas no torno para fixar reversamente o diâmetro interno, realizar o torneamento grosseiro no diâmetro externo e, em seguida, fixar novamente o diâmetro externo para tornear grosseiramente o diâmetro interno.

2) Use um centro de usinagem para fresar o quadrado da cavidade interna e fresar quatro furos grandes com uma margem de 1 mm em cada lado.

3) Realize um tratamento para aliviar o estresse.

4) Use o torno para nivelar ambas as faces finais, deixe uma margem de 0,5 mm no diâmetro externo e faça o semiacabamento do diâmetro interno.

5) Realize um tratamento para aliviar o estresse.

6). Use o torno para fazer o acabamento de ambas as faces finais e o diâmetro interno no tamanho final.

7) Use o centro de usinagem para fresar com precisão o formato da cavidade interna.

8) No torno, gire o diâmetro externo para atender aos requisitos dimensionais e de circularidade.

9) Use o centro de usinagem para fresar com precisão todos os recursos externos.

 

5. Principais Métodos de Processamento e Resultados Alcançados Pós-Melhoria

 

1) Fresamento Desbaste da Cavidade Interna

O processo de desbaste da cavidade interna não difere do método de pré-melhoramento. Um acessório de luva ranhurada é usado para fixar o diâmetro externo, enquanto um mandril de três mandíbulas segura o acessório para fresar os recursos quadrados internos. Para fresamento em desbaste dos furos externos, uma mandíbula especial grande e macia é usada para fixar a extremidade direita do diâmetro externo da peça, alinhando-a com o formato quadrado interno à esquerda. Durante o fresamento de precisão da cavidade interna, é utilizado o seguinte projeto de fixação (Figura 2 e Figura 3):

 

▲ fresamento de precisão do dispositivo elétrico

 

▲ fresamento de precisão

 

Observação:

1. Tampa espiral– A tampa espiral é rosqueada na parte azul clara na extremidade superior do acessório, fixando e comprimindo a parte superior da peça de trabalho. O diâmetro do furo passante da tampa espiral é 2 mm maior que o diâmetro interno da peça de trabalho, com uma espessura de parede da peça de 3 mm, criando uma superfície de contato de compressão de 2 mm de largura. Este design não interfere na capacidade da ferramenta de corte de moldar a cavidade interna da peça de trabalho.

 

2. Anel de suporte superior– A parede azul externa do anel de suporte se alinha com a seção azul superior do acessório, enquanto a parede interna se ajusta ao diâmetro externo da peça de trabalho. Isto evita o movimento em todas as direções (esquerda, direita, frente, trás) da extremidade superior da peça e garante um posicionamento preciso, garantindo que o centro de rotação da peça permaneça consistente com cada configuração.

 

3. Peça de trabalho– A peça a ser processada.

 

4. Corpo do acessório(Figura 3) – A extremidade interna inferior do corpo do acessório apresenta uma ranhura circular escalonada de 15 mm de profundidade que se ajusta ao diâmetro externo inferior da peça de trabalho. A seção central roxa é feita de borracha preta que se ajusta ao espaço entre o acessório e a parede externa da peça para evitar vibrações e trepidações durante a usinagem.

 

5. Pequeno bloco de parada– Esta parte é a principal característica do aparelho. Ele engata nos furos externos do corpo do acessório, com a parte saliente tocando a parede interna do círculo Φ26 da peça de trabalho. Isto bloqueia a peça de trabalho e limita a sua rotação no sentido horário. O bloco de parada também desempenha um papel crucial no alinhamento. Como a ferramenta gira no sentido horário, a peça de trabalho é submetida a uma força no sentido horário, que o bloco de parada neutraliza. O orifício do parafuso e o orifício roscado do corpo do acessório fixam firmemente o bloco de batente, evitando vibração ou deslocamento durante o processamento. A interação entre o pequeno bloco de parada e a parede interna do círculo Φ26 da peça é mostrada na Figura 4.

 

▲ interação

 

Efeito alcançado:

 

Este acessório requer apenas uma força de fixação axial mínima da tampa espiral para restringir totalmente todos os seis graus de liberdade da peça de trabalho. Isto garante que a peça não seja deformada por forças radiais. Além disso, o próprio pequeno bloco de parada ajuda no posicionamento e alinhamento, desempenhando um papel crítico na prevenção da rotação da peça de trabalho. A peça de trabalho é posicionada com segurança dentro do acessório, com um anel de suporte no lugar para estabilidade, material de borracha no meio para amortecimento de vibrações e uma ranhura circular escalonada de 15 mm de profundidade na parte inferior para posicionamento. A rigidez do sistema é aprimorada, o que permite parâmetros de corte significativamente mais elevados, melhorando a eficiência geral da produção. Antes da melhoria, esse processo demorava 30 minutos; após a melhoria, o tempo de processamento foi reduzido para 15 minutos. Além disso, este acessório também pode ser utilizado durante o torneamento de precisão da cavidade interna, reduzindo os custos gerais de produção.

 

2) Torneamento de desbaste e acabamento da cavidade interna

A fixação projetada para torneamento de desbaste e acabamento da cavidade interna segue o mesmo princípio do fresamento de precisão da cavidade interna. Porém, o pequeno bloco de parada serve apenas para limitar a rotação da peça, conforme mostra a figura 5.

 

▲ Torneamento de desbaste e acabamento da cavidade interna

 

A peça de trabalho é fixada axialmente pela tampa espiral, evitando deformações devido a forças de fixação. Ao girar o furo interno, a peça fica quase totalmente livre, garantindo que o furo usinado atenda às especificações técnicas exigidas. Antes da melhoria, para reduzir a força de fixação radial e evitar deformações, a força de fixação tinha que ser minimizada, o que também reduzia os parâmetros de corte. Após a melhoria, não há necessidade de se preocupar com a deformação da fixação, permitindo parâmetros de corte mais elevados e maior eficiência de produção. O tempo do processo foi reduzido de 35 minutos para 25 minutos.

 

3) Fresamento de precisão de furos de parede externa

 

▲ Fresamento de precisão

 

O acessório para fresamento de precisão dos furos da parede externa é mostrado na Figura 6. O design do acessório concentra-se no corpo principal do acessório na extremidade direita:

 

Projeto do acessório: O corpo do acessório é fixo e alinhado à mesa rotativa de quatro eixos. Furos de base pré-usinados e ranhuras de entrada evitam interferência da ferramenta durante a usinagem. A seção roxa clara do acessório se alinha com o furo interno da extremidade direita da peça de trabalho, enquanto o lado esquerdo se ajusta ao formato quadrado interno da peça de trabalho, proporcionando alinhamento e evitando rotação. Depois de instalar as tampas superior e espiral, o acessório posiciona a peça de trabalho de forma segura, eliminando a necessidade de reposicionamento. O acessório permite um ajuste de folga de cerca de 00,03 mm entre o acessório e a peça de trabalho para compensar a leve deformação da peça de trabalho e garantir fácil remoção.

 

Efeito: Durante a usinagem, a peça permanece estável e não há vibrações indesejadas, permitindo parâmetros de corte mais elevados e maior precisão. Comparado com o acessório anterior, este design reduz significativamente o tempo de configuração, melhorando a rigidez do sistema e garantindo que a peça permaneça estável durante o processamento. Como resultado, o tempo total de usinagem foi reduzido de 55 para 35 minutos.