Os eixos forjados de grandes dimensões são normalmente endireitados através de correção por prensa com medição, aquecimento controlado, estabilização de tensões e inspeção repetida do desvio axial. O processo deve eliminar a curvatura sem provocar fissuras, alterações na dureza ou novas tensões residuais.
Por que razão os eixos forjados se dobram após o tratamento térmico?
Um eixo forjado pode estar reto após a forja, mas torcer-se durante a normalização, têmpera, revenimento ou alívio de tensões. A expansão e contração desiguais podem libertar tensões internas e deslocar o eixo da sua linha central original.
As causas mais comuns incluem:
- Temperatura irregular do forno
- Espessuras diferentes nas secções
- Suporte inadequado do forno
- Têmpera desequilibrada
- Arrefecimento rápido num dos lados
- Tensão residual de forjamento
- Relação comprimento/diâmetro elevada
- Estrutura irregular do material
Os eixos longos e delgados são, geralmente, mais sensíveis do que os componentes curtos e grossos. No entanto, mesmo os eixos pesados podem deformar-se quando os munhões, flanges, ressaltos ou secções do furo arrefecem a ritmos diferentes.
Etapas-chave no endireitamento de eixos forjados de grandes dimensões
| Etapa de endireitamento | Ponto de controlo principal | Resultado pretendido |
| Mapeamento do desvio do eixo | Medir os pontos mais altos, a direção da curvatura e o comprimento afetado | Identificar a deformação real |
| Selecionar a condição de endireitamento | Analisar o material, a dureza, as dimensões do eixo e o estado de tratamento térmico | Escolha um método de correção seguro |
| Aplique o endireitamento por prensa | Controlar a distância de apoio, a força e a sobrecurvatura | Corrija a curvatura moderada do eixo |
| Utilize o endireitamento a quente | Controle a temperatura de aquecimento e a força de correção | Reduzir a recuperação elástica em secções duras ou pesadas |
| Estabilizar a tensão residual | Controlar o arrefecimento, o tempo de repouso e o temperamento posterior | Evite que a peça volte a curvar-se |
| Verificar a retidão e a integridade | Verifique novamente o excentricidade, a dureza e o estado da superfície | Confirmar se o eixo está pronto para a maquinagem |
1. Identificar o desvio do eixo
O endireitamento deve começar com a medição, em vez de uma correção imediata na prensa. O fornecedor precisa de localizar o ponto mais alto, determinar a direção da curvatura e perceber se a deformação é local ou se se estende ao longo do eixo.
Medir em rolos ou centros
O eixo é normalmente apoiado em rolos de precisão, blocos em V ou centros de maquinagem e rodado lentamente. Os indicadores de quadrante ou os sistemas de medição a laser registam o movimento em várias posições.
Os locais de medição típicos incluem:
- Mancais principais
- Extremidades do eixo
- Áreas dos ombros
- Secções de flange
- Transições de diâmetro
- Trecho central
A medição apenas do centro pode não detetar curvaturas próximas de um ressalto ou de um munhão. Os eixos longos devem ser verificados ao longo de todo o seu comprimento útil.
Assinalar a direção da curvatura
A leitura mais elevada do indicador é marcada diretamente no componente ou registada num quadro de inspeção. Isto identifica onde deve ser aplicada a força corretiva.
Os operadores devem também registar:
- Leitura total do indicador
- Distância entre os apoios
- Posição do ponto mais alto
- Posição do ponto mais baixo
- Comprimento da curvatura
- Temperatura do eixo durante a medição
Um mapa de excentricidade claro reduz os ciclos de correção desnecessários e ajuda a evitar que a força seja aplicada na área errada.
2. Selecionar a condição de endireitamento
O método de correção depende do material do eixo, do diâmetro, da dureza, do nível de curvatura e da margem de usinagem restante. Utilizar o mesmo procedimento para todos os eixos pode causar fissuras ou resultados instáveis.
Adaptar o método ao material
Cada categoria de aço requer uma abordagem de correção diferente, uma vez que a sua resistência à deformação não é a mesma. Um eixo temperado tem, normalmente, menor capacidade de deformação do que um componente recozido ou normalizado.
O fornecedor deve ter em conta:
- Tipo de aço
- Dureza atual
- Condição de tratamento térmico
- Diâmetro do eixo
- Espessura da parede, no caso de eixos ocos
- Localização das alterações de secção
- Retidão final exigida
Na minha opinião, a dureza é frequentemente mais importante do que o peso do eixo na escolha entre a correção a frio e a quente. Um eixo muito duro pode resistir ao movimento e recuperar a sua forma original, mesmo quando a curvatura inicial parece pequena.
Corrigir antes da maquinagem final
O endireitamento é normalmente concluído antes do torneamento de acabamento, retificação ou polimento. Deve permanecer material de superfície suficiente para remover pequenas marcas e restaurar a concentricidade final.
A correção de um eixo acabado acarreta um risco maior, uma vez que o contacto com a prensa pode danificar:
- Mancais
- Superfícies de vedação
- Roscas
- Diâmetros retificados
- Ranhuras para chavetas
- Áreas revestidas
Os compradores devem, por isso, especificar separadamente as dimensões em bruto e as dimensões finais. Isto dá ao fornecedor margem suficiente para a dilatação resultante do tratamento térmico e para a maquinagem final.
3. Aplicar o endireitamento controlado por prensa
O endireitamento por prensa hidráulica é amplamente utilizado para deformações moderadas. O eixo é apoiado em dois pontos, enquanto a força é aplicada perto do ponto mais alto medido.
Utilizar um apoio em três pontos
O espaçamento entre os apoios deve corresponder à localização e ao comprimento da curvatura. Apoios colocados demasiado afastados podem deslocar uma secção desnecessariamente grande do eixo, enquanto um espaçamento reduzido pode criar tensão concentrada.
As áreas de contacto devem ser protegidas com almofadas adequadas ou blocos moldados. Isto evita amolgadelas e distribui a pressão de forma mais uniforme pela superfície.
O operador controla:
- Posição dos apoios
- Localização da pressão
- Carga aplicada
- Tempo de prensagem
- Número de ciclos de correção
- Rotação do eixo entre verificações
Várias pequenas correções são, geralmente, mais seguras do que um único curso de prensagem intenso. A aplicação gradual da carga também torna a resposta do eixo mais fácil de prever.
Compensar a recuperação elástica
O aço regressa parcialmente à sua forma original após a remoção da carga de prensagem. Por conseguinte, o eixo deve ser dobrado ligeiramente para além da posição pretendida.
A sobre-dobra necessária depende:
- Resistência do material
- Dureza
- Diâmetro do eixo
- Comprimento da curvatura
- Condições de tratamento térmico
- Ciclos de correção anteriores
Uma sobrecurvatura insuficiente provoca um desvio excessivo. Uma sobrecurvatura excessiva pode inverter a curvatura ou introduzir tensões locais, pelo que cada ciclo de prensagem deve ser seguido de uma medição.
4. Utilizar o endireitamento a quente para secções duras ou pesadas
O endireitamento a quente pode ser selecionado quando a correção a frio requer força excessiva ou produz forte retorno elástico. É especialmente útil para diâmetros grandes, ligas endurecidas e eixos com secções locais pesadas.
Controlar a temperatura de trabalho
O eixo pode ser aquecido num forno ou corrigido durante uma fase de têmpera adequada. A temperatura deve permanecer dentro de um intervalo aprovado para o aço específico e para as condições de tratamento térmico.
O aquecimento controlado pode:
- Reduzir a força de endireitamento
- Reduzir a recuperação elástica
- Melhorar a capacidade de deformação
- Limitar o risco de fissuração
- Tornar a correção mais estável
Devem ser incluídos registos de temperatura para componentes críticos. O endireitamento a uma temperatura desconhecida pode afetar a dureza, a resistência e a microestrutura.
Evitar o sobreaquecimento local
O aquecimento direto com chama pode criar diferenças acentuadas de temperatura se não for cuidadosamente controlado. Uma pequena zona sobreaquecida pode expandir-se rapidamente e provocar outra deformação após o arrefecimento.
O fornecedor deve controlar:
- Local de aquecimento
- Área de aquecimento
- Temperatura máxima
- Diferença de temperatura
- Tempo de manutenção
- Método de arrefecimento
No caso de eixos sujeitos a cargas elevadas, o aquecimento uniforme no forno é, geralmente, mais previsível do que a correção local não controlada da chama. O aquecimento local só deve ser utilizado seguindo um procedimento documentado.
5. Estabilizar a tensão residual
Um eixo pode parecer reto imediatamente após a prensagem, mas voltar a deslocar-se após várias horas ou durante a maquinagem. Isto acontece quando a tensão residual ainda não se estabilizou totalmente.
Arrefecer e deixar repousar o eixo
Após a correção a quente, o componente deve arrefecer uniformemente enquanto estiver devidamente apoiado. Um fluxo de ar irregular ou o contacto com uma superfície fria podem provocar novamente a distorção.
Deixa-se então o eixo repousar antes da medição final. Este período de espera ajuda a revelar se a correção permanece estável após a remoção da força e da temperatura aplicadas.
O fornecedor deve evitar:
- Arrefecimento rápido num dos lados
- Vãos longos sem apoio
- Superfícies de armazenamento irregulares
- Maquinação de acabamento imediata
- Levantamento a partir de um único ponto
Os componentes de grandes dimensões também devem ser manuseados com posições de elevação adequadas. Um manuseamento inadequado pode deformar um eixo longo, mesmo após um endireitamento bem-sucedido.
Repetir o revenimento quando necessário
Alguns eixos requerem um ciclo adicional de têmpera ou de alívio de tensões após a correção mecânica. Isto reduz as tensões internas, mas também pode causar ligeiras variações dimensionais.
A decisão depende de:
- Especificações do material
- Dureza final
- Grau de correção
- Carga de serviço
- Norma do cliente
- Requisitos de inspeção
Caso seja realizado um tratamento térmico adicional, a retidão deve ser verificada novamente após o mesmo. Uma inspeção realizada antes do ciclo final não confirma o estado em que o produto é entregue.
6. Verificar a retidão e a integridade
O eixo deve passar nas verificações dimensionais e de material antes de entrar na fase de acabamento. A retidão, por si só, não é suficiente se a correção tiver danificado a superfície ou alterado as propriedades exigidas.
Verificar novamente o desvio radial
O eixo é colocado novamente nos rolos, nos centros de alinhamento ou num dispositivo de medição e rodado mais uma vez. Os indicadores são posicionados nos mesmos locais utilizados durante a inspeção inicial.
O relatório final pode incluir:
- Desvio em cada munhão
- Retidão geral
- Desvio da linha central
- Comprimento do eixo
- Posições dos apoios
- Temperatura de medição
- Tolerância do desenho
No caso de eixos maquinados, os compradores devem distinguir entre retidão e excentricidade do munhão. Um eixo reto pode ainda assim apresentar excentricidade se os diâmetros não forem concêntricos.
Confirmar a dureza e a qualidade da superfície
Os eixos críticos podem necessitar de ensaios de dureza e de exames não destrutivos após a correção. Isto ajuda a identificar fissuras superficiais ou alterações nas propriedades causadas pela prensagem e pelo aquecimento.
As inspeções possíveis incluem:
- Inspeção visual
- Ensaio por partículas magnéticas
- Ensaio por ultrassons
- Ensaio por penetração de corante
- Ensaio de dureza
- Inspeção dimensional
O método de inspeção deve ser adequado ao material e à aplicação. Os eixos utilizados em turbinas, laminadores, sistemas marítimos ou transmissões pesadas requerem normalmente uma verificação mais rigorosa do que as peças mecânicas em geral.
O endireitamento estável requer uma verificação final
Uma correção fiável depende de vários controlos interligados:
- Localização precisa da curvatura
- Temperatura de trabalho adequada
- Força de pressão controlada
- Compensação da recuperação elástica
- Estabilização da tensão residual
Um eixo pode cumprir as tolerâncias após a prensagem, mas voltar a deslocar-se durante o arrefecimento ou a maquinagem. A aceitação final deve incluir:
- Tempo de estabilização
- Medição repetida do desvio radial
- Ensaio de dureza, quando necessário
- Inspeção de fissuras superficiais