Processo de Fabricação de Anéis de Retenção Forjados para Motores de Alta Velocidade

Processo de Fabricação de Anéis de Retenção Forjados para Motores de Alta Velocidade

Os anéis de retenção forjados são componentes rotativos críticos usados ​​para fixar os enrolamentos finais dos rotores de motores elétricos de alta velocidade. Durante a operação, um anel de retenção deve suportar uma força centrífuga substancial enquanto mantém a estabilidade dimensional, baixa resposta magnética e desempenho mecânico confiável. Esses requisitos tornam a seleção do material, o controle do forjamento, a deformação a frio e a inspeção especialmente importantes.

Uma aplicação representativa de motor de alta velocidade

Um anel de retenção representativo de motor de alta velocidade de 20 MW opera com uma velocidade de rotor de aproximadamente 5.200 r/min. Neste tipo de aplicação, o anel deve resistir à carga centrífuga gerada na extremidade do rotor e ajudar a proteger o conjunto do enrolamento final. Uma liga austenítica não magnética de alta resistência, como 1Mn18Cr18N, pode ser especificada quando o projeto exigir alto limite de escoamento e baixa permeabilidade magnética.

Os requisitos técnicos finais devem sempre seguir o desenho do cliente, especificação de material e acordo de inspeção. Em um caso de engenharia publicado, o anel de retenção exigia um limite de escoamento acima de 1.070 MPa, permeabilidade magnética controlada, baixa tensão residual e inspeção ultrassônica do componente acabado.

Por que o tratamento térmico convencional não é suficiente

À temperatura ambiente, 1Mn18Cr18N é um material austenítico sem a transformação de fase normalmente usada para fortalecer muitos aços-liga. O tratamento térmico convencional por si só não pode, portanto, proporcionar o aumento necessário na resistência mecânica. A rota de fabricação combina forjamento a quente, tratamento de solução e reforço hidráulico por expansão a frio.

Rota típica de fabricação

Uma rota de processo típica inclui:

Derretimento e preparação de lingotes

Aquecimento e forjamento a quente

Usinagem desbaste

Tratamento térmico de solução

Usinagem de precisão antes do reforço

Reforço hidráulico por expansão a frio

Tratamento térmico de alívio de estresse

Ensaios mecânicos e metalúrgicos

Usinagem final e testes não destrutivos

Embalagem e entrega

Cada projeto requer seus próprios parâmetros de processo. As dimensões do forjamento, a margem de usinagem, a taxa de deformação e a curva de tratamento térmico devem ser estabelecidas de acordo com o material, tamanho final e meta de desempenho.

Controle de Forjamento a Quente

O alto teor de manganês, cromo e nitrogênio de 1Mn18Cr18N pode tornar o material sensível a rachaduras na superfície durante o forjamento a quente. Os engenheiros de forjamento devem gerenciar cuidadosamente a temperatura, a redução por passagem e a alimentação. Etapas de deformação controladas e relativamente leves ajudam a reduzir os danos à superfície enquanto desenvolvem um anel em branco sólido.

O material de partida pode ser preparado através de refusão por eletroescória quando a especificação do projeto exigir maior limpeza e qualidade interna. A peça forjada é então usinada em desbaste nas dimensões necessárias para posterior tratamento térmico e expansão a frio.

Tratamento térmico de solução

O tratamento em solução aquece a liga em uma região monofásica de alta temperatura para que os carbonetos se dissolvam na matriz austenítica. O resfriamento rápido ajuda a obter uma estrutura austenítica mais uniforme e estável. Este tratamento suporta a tenacidade, a resistência à corrosão e a resposta do material ao posterior fortalecimento por deformação a frio.

Reforço Hidráulico por Expansão a Frio

A expansão hidráulica é o principal estágio de fortalecimento. O anel usinado é colocado com a ferramenta de conformação para criar um espaço fechado. Água de alta pressão é introduzida para que o anel se expanda plasticamente de maneira controlada.

O processo deve controlar a taxa de deformação, pressão e uniformidade dimensional. Um anel longo com uma alta relação altura/diâmetro pode desenvolver um perfil irregular ou formato de boca de sino durante a expansão. Dispositivos de posicionamento e limitação podem ajudar a estabilizar o anel enquanto os parâmetros de pressão são ajustados para manter a geometria necessária.

No caso referenciado, o diâmetro do anel foi ampliado de aproximadamente 660 mm para 810 mm, com controle dimensional mantido dentro de uma tolerância estreita. Esses valores descrevem esse caso específico e não devem ser usados ​​como parâmetros universais de produção.

Alívio de estresse e inspeção final

A expansão a frio introduz tensão residual. Um ciclo subsequente de alívio de tensão ajuda a estabilizar a microestrutura e a reduzir a tensão residual, preservando ao mesmo tempo a resistência obtida através da deformação.

A verificação final da qualidade pode incluir testes de tração, testes de impacto, exame metalográfico, medição de permeabilidade magnética, inspeção dimensional e testes ultrassônicos. Os locais de amostragem, valores de aceitação e critérios de ensaios não destrutivos devem seguir o acordo técnico do cliente e a norma aplicável especificada para o projeto.

Valor de Engenharia do Processo

O desafio da fabricação não é uma única operação de forjamento. É a integração controlada da qualidade do material, forjamento a quente, usinagem, tratamento de solução, expansão hidráulica, alívio de tensões e inspeção. Quando esses estágios são desenvolvidos de acordo com as especificações do cliente, os anéis de retenção forjados podem atingir a resistência, a precisão dimensional e a qualidade interna exigidas para equipamentos rotativos de alta velocidade.

fornece anéis forjados personalizados, grandes forjados, forjados de eixo e outras soluções de forjamento de metal com base em desenhos do cliente e requisitos técnicos. Para um anel de retenção de motor ou outro componente rotativo crítico, os compradores podem fornecer o grau do material, dimensões, metas de propriedades mecânicas, requisitos de inspeção e quantidade do pedido para revisão técnica e cotação.