Como controlar efetivamente a deformação secundária causada pela liberação de tensão residual durante a usinagem de precisão de peças fundidas hidráulicas- Ningbo Etdz Andrew Precision Cast Co., Ltd.

Fundições hidráulicas são componentes essenciais em sistemas de controle de fluidos de alta precisão, exigindo níveis exigentes de precisão em processos de fresamento, mandrilamento e brunimento. Durante essas operações, a tensão residual inerente à peça fundida é redistribuída e liberada à medida que o material é removido. Este fenômeno causa Deformação Secundária, que compromete diretamente a precisão posicional, as tolerâncias geométricas e o desempenho final de vedação das passagens internas de óleo e dos furos das válvulas. Controlar esta deformação é um dos desafios técnicos mais significativos na fabricação de componentes hidráulicos.

Analisando as fontes de tensão residual em peças fundidas

Compreender como a tensão residual se forma é o passo principal no controle da deformação secundária. A tensão residual em peças fundidas hidráulicas origina-se principalmente de três fases:

Solidificação da fundição: A taxa de resfriamento inconsistente entre seções transversais grossas e finas leva a taxas de contração e tempos de transformação de fase variados em diferentes áreas. Esta tensão térmica diferencial é a fonte dominante de tensão residual.
Restrição de núcleo e molde: As complexas passagens internas de óleo geralmente necessitam de estruturas de núcleo complexas. A restrição rígida exercida pelo núcleo sobre o metal à medida que ele solidifica impede a contração livre da peça fundida, estabelecendo um sistema autoequilibrado de tensões de tração e compressão dentro do componente.
Pós-processamento: Operações como agitação, remoção de areia, retificação inadequada e tratamento térmico inadequado também podem introduzir tensão adicional na estrutura da peça fundida.

Pré-tratamento: chave para eliminar ou estabilizar o estresse residual

Antes de qualquer usinagem de precisão começar, é imperativo maximizar a eliminação ou estabilização da tensão residual interna através de métodos como tratamento térmico ou envelhecimento natural.

1. Recozimento para alívio de tensão

O recozimento para alívio de tensões é o método mais eficaz e amplamente aplicado para mitigar as tensões residuais da peça fundida.

Mecanismo de Ação: A esta temperatura elevada, a resistência ao escoamento do material diminui significativamente e a difusão atômica acelera. Isso permite que as tensões internas relaxem através da deformação plástica microscópica.
Taxa de resfriamento: Um processo de resfriamento do forno extremamente lento e controlado deve ser aplicado. O resfriamento rápido pode reintroduzir novas tensões térmicas, diminuindo drasticamente ou até anulando o efeito de alívio de tensões.

2. Envelhecimento Natural e Vibratório

Envelhecimento Natural: Envolve armazenar a peça fundida em temperatura ambiente por um período prolongado (vários meses ou até um ano). Este método depende da instabilidade termodinâmica e da fluência do material para liberar lentamente a tensão. Embora o resultado seja estável, a duração é impraticável para a fabricação moderna de alta eficiência.
Alívio Vibratório do Estresse (VSR): Uma técnica que utiliza energia vibracional para auxiliar no relaxamento do estresse. Ao submeter a peça fundida a vibrações de frequência e energia específicas, as tensões internas são ajudadas a atingir um novo estado de equilíbrio. Este método é eficiente, mas exige uma correspondência precisa dos parâmetros de vibração com a geometria da peça fundida.

Estratégias de controle de tensão durante usinagem de precisão

Mesmo após o pré-tratamento, pode permanecer alguma tensão residual. Estratégias específicas devem ser empregadas durante as operações de corte para controlar a liberação de tensões.

1. Segmentação de Usinagem de Desbaste e Acabamento

Usinagem em fases: Divida estritamente o processo em fases de usinagem de desbaste e acabamento. O objetivo principal da usinagem de desbaste é a remoção rápida da maior parte da sobra de material, expondo e permitindo que as tensões internas sejam parcialmente liberadas.
Alívio de tensão intermediário: Para peças fundidas hidráulicas críticas com requisitos de deformação extremamente rígidos, como corpos de válvulas de vários estágios, um recozimento intermediário de alívio de tensão de baixa temperatura pode ser inserido após a usinagem de desbaste remover 80% do material. Isso garante que o campo de tensão seja balanceado ao máximo antes do início da usinagem de acabamento.

2. Corte Simétrico e Remoção de Camadas

Corte Simétrico: Empregue caminhos de corte simétricos ou equilibrados sempre que possível. Evite a remoção excessiva ou localizada de material em um dos lados, o que perturba drasticamente o equilíbrio de tensões e pode fazer com que a peça fundida dobre ou torça.
Pequena Profundidade, Múltiplos Passes: Durante a fase de usinagem de acabamento, adote uma pequena profundidade de corte e avanço, removendo o material restante em múltiplos passes. Isso permite que a tensão residual seja liberada em um incremento menor e mais suave, evitando saltos dimensionais repentinos associados à liberação abrupta de tensão.

3. Projeto de fixação e controle de fixação

Dispositivos flexíveis: O projeto do dispositivo deve aderir ao princípio da deformação mínima. Utilize fixações flexíveis com suporte multiponto e grandes áreas de contato, evitando a criação de novas tensões de fixação na peça fundida.
Monitoramento da força de fixação: A força de fixação para componentes hidráulicos de precisão deve ser controlada com precisão usando torquímetros ou sensores de força. Isto garante que a força de fixação seja suficiente para fixar a peça de trabalho, mas não forte o suficiente para induzir nova deformação elástica.

Medição de Deformação e Técnicas de Compensação

Durante todo o processo de usinagem, equipamentos de medição de alta precisão são cruciais para o monitoramento intermitente ou em tempo real da deformação.

Ferramentas de medição: Os instrumentos comumente usados incluem máquinas de medição por coordenadas (CMMs), scanners a laser e medidores com mostrador de alta precisão. Eles são usados para avaliar com precisão alterações nas tolerâncias geométricas, como locais críticos de furo, planicidade e paralelismo.
Feedback de dados: Se for detectada deformação que exceda o limite de tolerância especificado, os dados deverão ser imediatamente retornados à máquina-ferramenta ou ao engenheiro de processo para implementar compensação dinâmica ou ajuste de parâmetros de corte subsequentes (por exemplo, caminhos da ferramenta, profundidade de corte). Isso cria um sistema de controle de circuito fechado que garante estabilidade na produção em lote.