Alívio de tensões e planicidade: por que uma base usinada se move

Por que bases de máquina soldadas empenam após a usinagem, como o alívio de tensões térmico e o vibratório diferem e como especificar uma planicidade viável.

Uma base de máquina não está pronta quando sai da mandriladora. Ela está pronta quando continua plana seis meses depois, fixada no chão da fábrica de um cliente. Tudo neste guia trata da diferença entre esses dois momentos.

De onde vem o movimento

A soldagem é um aquecimento local e violento seguido de um resfriamento rápido. O metal em volta de cada solda se contrai contra um material que não está livre para se mover, e o que não pode se mover vira tensão residual retida. Uma estrutura soldada acabada pode estar dimensionalmente perfeita e ainda assim cheia de energia armazenada.

A usinagem então libera essa energia. Cada passe remove material que sustentava parte desse equilíbrio, e a estrutura relaxa para uma nova forma. Uma base que mediu plana na mesa sai da tolerância da noite para o dia. As peças fundidas têm uma versão mais branda do mesmo problema, causada pelo resfriamento desigual no molde.

Portanto, a pergunta nunca é se a peça vai se mover. É se ela se move antes ou depois de ser usinada.

Os dois métodos

Alívio de tensões térmico. A estrutura vai para um forno, é levada a uma temperatura de patamar bem abaixo de qualquer ponto de transformação, mantida nessa temperatura e resfriada lentamente de forma controlada. Nessa temperatura o aço sofre uma leve fluência e os picos de tensão residual caem. É o método ao qual as especificações recorrem, é amplamente documentado e produz um gráfico que você pode arquivar.

Os custos são reais: capacidade de forno grande o bastante para a peça, as movimentações de ponte rolante, a fila atrás de outros trabalhos e a carepa na superfície, que precisa ser removida por jateamento depois. Em uma base grande, a disponibilidade de forno é muitas vezes o item mais longo do prazo.

Alívio de tensões vibratório. A estrutura é fixada, instrumentada e excitada nas suas próprias ressonâncias por um período definido. Os picos de tensão se redistribuem em vez de desaparecer. Leva horas em vez de dias, custa uma fração de um ciclo em forno, não precisa de forno e não deixa carepa.

É usado de forma ampla e com sucesso em estruturas de máquinas. Também não é aceito em toda parte, e alguns sistemas da qualidade não o reconhecem. Esta é uma decisão de especificação, não uma preferência técnica que você possa deixar para a fábrica.

A sequência que funciona

Em qualquer base em que as faces usinadas importam:

1. Soldar a estrutura.
2. Fazer o alívio de tensões.
3. Desbastar, deixando sobremetal em todas as faces funcionais.
4. Fazer o alívio de tensões de novo.
5. Usinar o acabamento.

O segundo ciclo é o que as pessoas cortam para economizar, e é justamente o que impede a peça de se mover depois da entrega. Em trabalhos não críticos, um único ciclo após a soldagem é a prática normal, mas diga qual dos dois você está comprando.

Deixar a peça descansar entre o desbaste e o acabamento também ajuda, e não custa nada além de espaço no chão e paciência.

Como escrever um requisito de planicidade que tenha sentido

“Plano dentro de 0,05” em um desenho não é uma especificação. Falta tudo o que torna o número mensurável.

Um requisito utilizável informa:

• Qual superfície. Cada superfície de apoio usinada separadamente, ou toda a face superior como uma só.
• Em que comprimento. 0,05 mm em 300 mm e 0,05 mm em 2000 mm são trabalhos muito diferentes.
• Contra qual referência. Paralelismo e perpendicularidade não têm sentido sem uma, e a gramática para escrevê-los é o dimensionamento e toleranciamento geométrico, codificado na ISO 1101 e na ASME Y14.5. Escolha a referência que corresponde a como a máquina é montada e a como ela se apoia nos seus pés.
• Medido como. Régua e calibrador de folga, nível de precisão, laser, CMM. Cada um tem uma resolução diferente e um preço diferente.
• Medido quando e onde. Na máquina depois do corte, ou em um desempeno em uma sala de metrologia a uma temperatura declarada. Uma estrutura grande de aço muda de tamanho com a temperatura ambiente, e em uma base de dois metros isso não é um erro de arredondamento.
• Apoiado como. Uma base medida sobre três pontos dá uma leitura diferente da mesma base sobre seis. Declare isso, ou você estará medindo a forma como ela foi apoiada.

Com esses seis itens, cotações de fábricas diferentes passam a ser comparáveis pela primeira vez.

Quanto isso custa

Apertar a planicidade não é linear. Passar de 0,10 mm para 0,05 mm por metro normalmente é mais um passe. Passar de 0,05 mm para 0,02 mm pode significar outra máquina, uma fixação extra, uma área com temperatura controlada e um segundo ciclo de alívio de tensões, e o preço acompanha.

Por isso, especifique o que a máquina realmente precisa. Guias apoiadas sobre uma placa grauteada não precisam do que uma estrutura de metrologia precisa. Os desenhos mais caros que vemos são aqueles em que uma tolerância padrão foi aplicada a todas as superfícies porque ninguém perguntou quais importavam.

Antes de enviar

Marque as faces funcionais, nomeie as referências, declare o método de alívio de tensões e se você quer o gráfico, e diga quais documentos de inspeção espera receber junto com a peça. Essa única página de notas vale mais que outra semana de e-mails.

Envie o desenho e diremos quais fábricas conseguem cumpri-lo. Se você ainda está escolhendo uma construção, comece por ferro fundido contra aço soldado.

Perguntas frequentes

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