Planejamento do processo de usinagem do virabrequim: princípios e seleção de pontos de referência

Princípios de planejamento do processo de fabricação do virabrequim e seleção do ponto de referência

Princípios de projeto de rotas de processo

1. Defina primeiro os pontos de referência: No planejamento do processo, a primeira ou a segunda operação devem, sempre que possível, usinar os pontos de referência de precisão do virabrequim. As operações subsequentes podem então utilizar esses pontos de referência para posicionar a peça, facilitando a garantia da precisão das demais superfícies.
2. Acabamento das superfícies da máquina antes da perfuração: Quando for necessário fazer furos nos munhões do virabrequim ou nas faces dos flanges, usine primeiro os munhões e as faces dos flanges e, em seguida, faça os furos nessas superfícies. Isso facilita garantir a precisão dos furos.
3. Usine as superfícies principais antes das secundárias: O planejamento do processo deve se concentrar nas superfícies importantes dos munhões principais e dos munhões do virabrequim. As superfícies secundárias podem ser incluídas entre essas operações.
4. Desbaste antes do acabamento, com desbaste e acabamento separados: Os objetivos da separação entre usinagem de desbaste e de acabamento são os seguintes.
   1. Garantir a qualidade da usinagem: Durante a usinagem de desbaste, a grande margem de usinagem gera altas forças de corte e calor de corte. O sistema de usinagem sofre, portanto, deformação elástica, deformação térmica e alta tensão residual na peça. A usinagem de desbaste não permite alcançar alta precisão nem baixa rugosidade superficial. As operações subsequentes devem reduzir gradualmente os parâmetros de corte e os erros de usinagem para atender aos requisitos de qualidade da peça. Para peças em bruto com tensão residual interna, a usinagem de desbaste pode redistribuir essa tensão e causar deformação ao longo do tempo. Separar o desbaste do acabamento evita o efeito da deformação relacionada à tensão na usinagem de acabamento; a deformação remanescente também pode ser eliminada em etapas posteriores de usinagem de acabamento.
   2. Detectar precocemente defeitos em espaços em branco: A usinagem de desbaste remove uma grande margem de material e pode revelar defeitos na peça bruta logo no início, permitindo o descarte ou reparo oportuno e evitando o desperdício resultante da continuação da usinagem.
   3. Utilize as máquinas-ferramentas de maneira adequada: A usinagem de desbaste pode utilizar máquinas com alta potência e rigidez, mas precisão moderada, enquanto a usinagem de acabamento utiliza máquinas de alta precisão. Isso permite aproveitar ao máximo a capacidade de cada máquina. A separação entre desbaste e acabamento se aplica tanto ao processo de uma única superfície quanto ao processo da peça como um todo. À medida que a precisão das peças fundidas e forjadas para as peças brutas automotivas modernas continua a melhorar e a margem total de material diminui, a distinção entre as etapas de desbaste e acabamento está se tornando menos pronunciada.
5. Organize de forma racional as operações de tratamento térmico e os processos de reforço de superfície.
6. Os virabrequins são peças delgadas; portanto, a deformação causada pela usinagem deve ser minimizada. O planejamento do processo de usinagem do virabrequim geralmente segue estes princípios: usinagem de desbaste antes da usinagem de acabamento; ponto de referência antes de outras características; superfícies antes de furos; superfícies principais antes das secundárias; e munhões principais antes dos munhões dos pinos de manivela.

Ao elaborar um plano de processo, devem ser levados em consideração outros princípios: a compatibilidade com o programa de produção, o melhor resultado econômico e a adoção ativa de novos processos e tecnologias adequados ao programa de produção.

Um plano de processo é avaliado principalmente com base em três critérios: qualidade, custo e prazo de entrega.

Desenvolvimento geral do processo e da rota

No caso de um virabrequim integral, os principais materiais de partida são o aço forjado e o ferro fundido nodular. Os processos comuns são os seguintes:

• Virabrequim de aço forjado: preparação da peça em bruto, forjamento, normalização, usinagem de desbaste, têmpera e revenimento de superfície e usinagem de acabamento.
• Virabrequim de ferro fundido nodular: fundição, normalização, revenimento, usinagem de desbaste, têmpera e revenimento de superfície e usinagem de acabamento.

Desenvolvimento do processo de usinagem de desbaste

Os métodos comuns de usinagem de desbaste do virabrequim incluem torneamento, fresamento interno, torneamento com brocha e torneamento seguido de torneamento com brocha. Atualmente, os quatro métodos são utilizados. O método escolhido depende do produto, do volume de produção, do tempo de ciclo, dos requisitos do processo e do investimento.

Virando: oferece a maior versatilidade. Fresagem interna: é adequado para a usinagem de munhões de virabrequim e laterais da alavanca do virabrequim, especialmente quando a peça em bruto possui uma grande margem de usinagem. Brochagem por torneamento: exige muito da peça em bruto e se adapta mal às mudanças no produto; por isso, é adequado para a produção em grande volume de um único produto. Brochagem por rotação: combina torneamento e brocagem por torneamento; sua precisão atinge o nível da brocagem por torneamento, sua eficiência é menor do que a da fresagem interna e sua flexibilidade é maior do que a da brocagem por torneamento e da fresagem interna.

O virabrequim 4H utiliza uma combinação de torneamento e fresamento interno para a usinagem de desbaste.

Desenvolvimento do processo de retificação

Sequência de retificação e qualidade da usinagem: Não há uma resposta definitiva sobre se se deve retificar primeiro os munhões principais ou os munhões do pino do virabrequim.

1. Retificação dos munhões principais, seguida pela retificação dos munhões do virabrequim: A liberação de tensão causada pela retificação do pino do virabrequim pode fazer com que o desvio do munhão principal exceda a tolerância, o que é difícil de controlar.
2. Retificação do pino de manivela seguida de retificação do munhão principal: A conversão do ponto de referência pode fazer com que o erro do raio da manivela ultrapasse a tolerância; além disso, é difícil de controlar e requer equipamentos adicionais.

À medida que as tecnologias de usinagem de desbaste e têmpera dos munhões do virabrequim se desenvolvem, a margem de retificação tem sido significativamente reduzida. A deformação e a tensão causadas pela retificação são menores, e a retificação de precisão dos munhões pode ser concluída em uma única passagem, eliminando a retificação de semi-acabamento e simplificando o processo.

Fissuras e queimaduras causadas pelo retificado, especialmente em faces de empuxo largas, o desvio do munhão principal e a precisão posicional dos munhões do pino de manivela em relação aos munhões principais — incluindo o desvio radial, o raio da manivela e o paralelismo — são fatores fundamentais a serem considerados no projeto do processo de retificado.

Do ponto de vista do processo de fabricação, se for possível controlar o efeito da força de retificação dos pinos de manivela sobre a deformação do virabrequim dentro do desvio admissível do munhão principal, a retificação dos munhões principais antes dos pinos de manivela constitui um processo otimizado, com um fluxo simples e baixo investimento. Operações utilizadas exclusivamente para estabelecer a localização do processo são atividades sem valor agregado e devem ser reduzidas ou eliminadas.

Posicionamento do virabrequim — Seleção do ponto de referência

Tomando como exemplo o virabrequim de um motor 4H, ele possui quatro munhões de manivela e cinco munhões principais. Para a seleção de referências radiais em um virabrequim de motor em linha, os furos centrais em ambas as extremidades ou nos munhões principais — como a linha que une os centros do primeiro e do quinto munhões principais ou a linha que une os dois furos centrais — podem ser usados como referências radiais.

Estão disponíveis vários planos de referência axiais. Para limitar o movimento axial e evitar o desvio axial causado por forças axiais, o ressalto — ou face de empuxo — do quarto munhão principal e a face terminal do munhão da flange são utilizados como planos de referência axiais.

Como o virabrequim é uma peça complexa, ele também possui vários pontos de referência angulares, tais como a saliência angular no contrapeso do primeiro munhão principal, o primeiro munhão do pino de manivela e os orifícios de referência no flange.

1. Seleção do ponto de referência bruto do virabrequim 4H: As peças brutas do virabrequim são geralmente curvas. Para garantir que os furos centrais em ambas as extremidades sejam perfurados nos centros geométricos das faces finais, o ponto de referência de desbaste na direção radial é selecionado a partir dos diâmetros externos dos munhões próximos a ambas as extremidades. O ponto de referência de localização axial são os ressaltos em ambos os lados do terceiro munhão principal. Como as abas do virabrequim em ambos os lados do terceiro munhão principal ficam no meio do virabrequim, usá-las como referência aproximada reduz o erro de posicionamento nas outras abas. O ressalto angular no contrapeso do primeiro munhão principal é selecionado como referência angular aproximada.
2. Seleção do ponto de referência de precisão do virabrequim 4H: Como a superfície do virabrequim é complexa, ela possui vários pontos de referência de precisão. Dois deles são utilizados ao longo de todo o processo de usinagem: o mais importante são os furos centrais em ambas as extremidades, e o outro são o primeiro e o quinto munhões principais. Vários pontos de referência axiais de precisão também estão disponíveis, incluindo os furos centrais, a face final do flange-mancal e o ressalto, ou face de empuxo, do quarto mancal principal. A maior parte da localização angular de precisão utiliza furos de processo na flange para restringir a liberdade de rotação durante o retificado dos munhões principais e dos munhões do pino de manivela. O primeiro munhão do pino de manivela também é ocasionalmente utilizado como referência angular de localização.