10 Tipos de Processos de Usinagem de Eixos de Precisão: Tudo o que Você Precisa Saber

Os eixos são, sem dúvida, um dos componentes mais fundamentais em engenharia mecânica, servindo como a espinha dorsal rotacional para transmissão de potência, controle de movimento e suporte estrutural em praticamente todas as máquinas, desde motores elétricos em miniatura até turbinas industriais massivas. A função de um eixo — seja como eixo de transmissão, eixo, fuso ou rotor — exige precisão excepcional em termos de concentricidade, retidão, acabamento superficial e tolerâncias dimensionais apertadas. Atingir esse nível de precisão requer processos de usinagem especializados e, muitas vezes, complexos.

A usinagem de eixos de precisão não é uma única operação, mas uma sequência integrada de técnicas de remoção e acabamento de metal. Este artigo detalha dez processos críticos envolvidos na fabricação de eixos de alta precisão, cobrindo o ciclo de vida, desde a preparação da matéria-prima até o aprimoramento final da superfície.

1. Torneamento (Usinagem em Torno)

O torneamento é o processo fundamental para quase todos os eixos. No torneamento, a peça de trabalho (a peça bruta do eixo) gira enquanto uma ferramenta de corte de ponto único se move linearmente ao longo de seu eixo. Essa operação é usada para reduzir o diâmetro, criar ressaltos, degraus, cônicos e contornar a geometria básica do eixo.

Foco na Precisão: Tornos CNC e centros de torneamento modernos oferecem alta precisão, muitas vezes mantendo tolerâncias dentro de $pm 0.0005$ polegadas ($pm 0.013 text{ mm}$). O torneamento de alta precisão usa insertos especializados e amortecimento de vibração para garantir excelente acabamento superficial e precisão de diâmetro real antes dos processos subsequentes.

2. Fresamento (Rasgos de Chaveta e Planos)

Enquanto o torneamento define a simetria rotacional do eixo, o fresamento é usado para criar recursos não simétricos cruciais para a transferência de potência e montagem. Esses recursos incluem rasgos de chaveta (ranhuras para chaves para travar componentes como engrenagens ou polias), estrias (ranhuras interligadas para transferência de alto torque) e superfícies planas para montagem ou aplicação de chave.

Foco na Precisão: Os centros de fresamento CNC garantem que o rasgo de chaveta ou plano esteja perfeitamente alinhado com o eixo rotacional do eixo, mantendo a perpendicularidade e controlando a profundidade e a largura com tolerâncias apertadas para acoplamento seguro e sem oscilação dos componentes.

3. Furação e Rosqueamento (Furos Transversais e Rosca)

Os eixos geralmente exigem furos transversais para lubrificação, pinos de montagem ou recursos internos para resfriamento ou redução de peso. O rosqueamento é o processo de corte de roscas internas dentro desses furos.

Foco na Precisão: Para eixos de precisão, os furos transversais devem ser perfurados perpendicularmente ao eixo e posicionados com precisão. O rosqueamento deve atender a classes de rosca específicas (por exemplo, $3A$ ou $4H$) para garantir fixação confiável ou vedação de fluido, muitas vezes exigindo técnicas de rosqueamento rígido ou fresamento de rosca.

4. Retificação (Superfície e Cilíndrica)

A retificação é tipicamente o processo mais crítico para obter precisão geométrica final e acabamento superficial. Ele usa uma roda abrasiva para remover quantidades muito pequenas de material da superfície do eixo.

• Retificação Cilíndrica: O eixo é girado enquanto uma rebolo de alta velocidade se move sobre sua superfície, usado para o acabamento do diâmetro externo (DE) e para criar diâmetros, retidão e concentricidade excepcionalmente precisos.

• Retificação Sem Centro: O eixo é suportado por uma lâmina de apoio e regulado por uma roda de controle, eliminando a necessidade de centros. Isso é altamente eficiente para a produção em alto volume de eixos extremamente retos e com tolerâncias apertadas.

Foco na Precisão: A retificação pode atingir acabamentos superficiais tão finos quanto $0.8 text{ Ra}$ ou melhor e tolerâncias dimensionais de até $pm 0.0001$ polegadas ($pm 0.0025 text{ mm}$), essencial para munhões de rolamentos e superfícies de vedação.

5. Lapidação e Brunimento

Estes são processos de superacabamento usados após a retificação para melhorar ainda mais a textura da superfície e a forma geométrica das superfícies críticas dos rolamentos.

• Lapidação: Usa uma suspensão abrasiva solta entre o eixo e uma lapidação rotativa para obter acabamentos superficiais ultrafinos e remover micro-arranhões deixados pela retificação.

• Brunimento: Usado principalmente para furos internos, mas pode ser aplicado a certos recursos cilíndricos externos para garantir um padrão de hachura cruzada específico, que é vital para a retenção de óleo em peças móveis.

Foco na Precisão: Esses métodos são usados quando os requisitos de rugosidade da superfície estão na faixa de nanômetros, críticos para componentes hidráulicos e rolamentos de alta velocidade.

6. Balanceamento

Eixos de alta velocidade, como os de motores a jato, rotores ou fusos de alta velocidade, devem ser balanceados dinamicamente. Qualquer ligeiro desequilíbrio pode causar vibração severa, desgaste prematuro dos rolamentos e falha estrutural.

Foco na Precisão: O balanceamento dinâmico envolve girar o eixo acabado em altas velocidades e medir as forças vibracionais. Pequenas quantidades de material são então removidas estrategicamente (ou adicionadas, com menos frequência) para alinhar o centro de gravidade com o eixo de rotação, garantindo uma operação suave em velocidades de operação.

7. Tratamento Térmico

O tratamento térmico não é um processo de remoção, mas uma etapa essencial para modificar as propriedades do material para seu ambiente operacional. Os processos incluem endurecimento (por exemplo, têmpera e revenimento) para aumentar a resistência e a resistência ao desgaste, ou recozimento para melhorar a usinabilidade.

Foco na Precisão: O endurecimento geralmente causa pequenas alterações dimensionais (distorção). Portanto, os eixos de precisão são tipicamente usinados grosseiramente, tratados termicamente e, em seguida, usinados/retificados para as dimensões finais para compensar a distorção térmica. Cementação (por exemplo, cementação) é frequentemente usada para criar uma superfície dura e resistente ao desgaste, mantendo um núcleo resistente e dúctil.

8. Revestimento Duro e Galvanoplastia

Para aumentar a resistência ao desgaste, a resistência à corrosão ou as propriedades de atrito, os eixos podem passar por processos de deposição de superfície.

• Cromagem Dura: Aplicada para criar uma superfície muito dura, de baixo atrito e resistente à corrosão, comumente usada em hastes de cilindros hidráulicos.

• Niquelação: Fornece excelente proteção contra corrosão.

• Pulverização Térmica (por exemplo, revestimentos cerâmicos ou metálicos): Usada para depositar materiais especializados para desgaste extremo ou barreiras térmicas.

Foco na Precisão: Esses processos devem ser rigorosamente controlados, pois a espessura da camada depositada (que pode ter alguns mícrons de espessura) afeta o diâmetro final do eixo. A retificação subsequente é frequentemente necessária para colocar o eixo galvanizado de volta na tolerância.

9. Endireitamento

Tensões residuais introduzidas durante a usinagem, tratamento térmico ou mesmo o processo de forjamento podem fazer com que um eixo se deforme ou perca sua retidão (excentricidade).

Foco na Precisão: O endireitamento é uma operação manual ou de prensa hidráulica usada para corrigir erros de excentricidade minúsculos. Isso requer alta habilidade e geralmente se baseia em ferramentas de medição de precisão, como indicadores de mostrador em blocos em V, para garantir que a excentricidade ao longo do comprimento do eixo seja minimizada dentro dos limites aceitáveis.

10. Testes Não Destrutivos (END) e Inspeção

Embora não seja um processo de usinagem, a inspeção final é fundamental para garantir que o eixo atenda a todos os requisitos de precisão e não tenha falhas internas. As técnicas incluem:

• Inspeção por Partículas Magnéticas (IPM): Para detectar rachaduras na superfície e próximas à superfície, particularmente em eixos ferrosos.

• Teste Ultrassônico (UT): Para detectar falhas internas, vazios ou inclusões dentro da estrutura do material.

• Máquina de Medição por Coordenadas (MMC): Usada para verificar a geometria complexa, as localizações dos furos e as tolerâncias dimensionais com alta precisão.

Foco na Precisão: O ponto culminante da precisão é a capacidade de medir e provar com precisão a qualidade. Os processos de inspeção confirmam que a forma, o ajuste e a função finais do eixo estão dentro das especificações de engenharia rigorosamente definidas.