Pontos-chave na usinagem de roscas de porcas de alta precisão

As roscas de porca de alta precisão são componentes críticos amplamente utilizados na indústria aeroespacial, fabricação automotiva, instrumentação de precisão e outros campos, onde sua precisão dimensional, qualidade de superfície e propriedades mecânicas determinam diretamente a confiabilidade, estabilidade e vida útil dos equipamentos montados. Ao contrário da usinagem de roscas comum, o processamento de roscas de alta precisão requer controle rigoroso sobre cada elo, desde a seleção e pré-processamento do material até a configuração dos parâmetros do processo, seleção de ferramentas e inspeção de qualidade. Este artigo aborda os principais pontos-chave da usinagem de roscas de porcas de alta precisão para fornecer referências teóricas e práticas para a produção industrial.

1. Seleção Racional de Materiais e Tratamento Pré-Processamento

A seleção das matérias-primas é a base para garantir a precisão da usinagem e o desempenho das roscas de porcas de alta precisão. Os materiais para porcas de alta precisão devem ter excelentes propriedades mecânicas, boa usinabilidade e composição química estável para evitar defeitos como poros internos, inclusões ou dureza irregular que podem afetar a formação da rosca. Os materiais comuns incluem ligas de aço de alta resistência (por exemplo, 40Cr, 35CrMo), aços inoxidáveis ​​(por exemplo, 304, 316) e metais não ferrosos (por exemplo, ligas de cobre, ligas de alumínio) para ambientes de trabalho especiais. Para porcas usadas em condições extremas (alta temperatura, alta pressão, corrosão), ligas resistentes ao calor ou à corrosão são preferidas para garantir a durabilidade da rosca.

O tratamento pré-processamento de materiais é igualmente importante para eliminar tensões internas e melhorar a usinabilidade. As principais etapas de pré-processamento incluem: primeiro, tratamento de recozimento ou normalização para refinar a estrutura do grão, reduzir a dureza do material e evitar deformação durante a usinagem da rosca; segundo, torneamento bruto para remover o excesso de material, garantir que o tamanho da peça bruta esteja próximo do produto acabado e reduzir a carga de processamento da usinagem de rosca subsequente; terceiro, limpeza de superfície para remover manchas de óleo, ferrugem e camadas de óxido na superfície da peça bruta, o que evita o desgaste da ferramenta e garante a estabilidade do processo de usinagem.

2. Seleção de Processos e Equipamentos de Usinagem Apropriados

A escolha do processo de usinagem afeta diretamente a precisão e eficiência das roscas de porcas de alta precisão. Os processos de usinagem comuns para roscas de alta precisão incluem torneamento, fresamento, rosqueamento e retificação, e o processo apropriado deve ser selecionado de acordo com as especificações da rosca, requisitos de precisão e lote de produção.

Para roscas internas de alta precisão e pequenos lotes, o torneamento CNC ou fresamento de roscas é o preferido. O torneamento CNC tem as vantagens de alta precisão de posicionamento e qualidade de processamento estável, e pode obter controle preciso do passo da rosca, ângulo de ataque e perfil por meio de programação. O fresamento de roscas usa uma fresa de rosca para formar roscas por interpolação espiral, que é adequada para processar roscas de grande passo e alta precisão e tem boa adaptabilidade a diferentes tipos de rosca. Para porcas produzidas em massa, o rosqueamento (especialmente o rosqueamento CNC) é eficiente, mas é necessário garantir a coaxialidade do macho e da peça para evitar desvio da rosca.

A retificação é um processo essencial para roscas de altíssima precisão (grau de precisão acima de 6H). A retificação de rosca usa um rebolo para retificar a superfície da rosca, o que pode melhorar significativamente a precisão dimensional, a rugosidade da superfície e a resistência ao desgaste da rosca. No entanto, a retificação requer um controle rigoroso dos parâmetros de retificação para evitar deformações térmicas e queimaduras superficiais causadas por temperatura excessiva de retificação.

Além disso, o desempenho dos equipamentos de usinagem é um pré-requisito para garantir o processamento de roscas de alta precisão. Máquinas-ferramentas CNC com alta precisão de posicionamento (erro de posicionamento ≤ 0,005 mm) e boa estabilidade devem ser selecionadas, e calibração e manutenção regulares do equipamento devem ser realizadas para evitar erros causados ​​por desgaste do equipamento, deformação do trilho-guia ou desvio do fuso.

3. Otimização da seleção de ferramentas e parâmetros de usinagem

O desempenho da ferramenta e a configuração de parâmetros são fatores-chave que afetam a precisão da usinagem de roscas e a qualidade da superfície. Para usinagem de roscas de alta precisão, as ferramentas devem ter alta dureza, resistência ao desgaste e tenacidade para garantir um desempenho de corte estável durante o processamento de longo prazo.

Para torneamento de roscas, são preferidas ferramentas de metal duro ou nitreto cúbico de boro (CBN), que possuem maior dureza e resistência ao desgaste do que ferramentas de aço rápido e são adequadas para corte em alta velocidade. Para fresamento de roscas, fresas de rosca intercambiáveis ​​ou fresas de metal duro são comumente usadas, e o perfil do dente da fresa deve ser consistente com o perfil da rosca para garantir a precisão da seção transversal da rosca. Para rosqueamento, machos canelados em espiral ou machos canelados retos são selecionados de acordo com o material da peça de trabalho; Os machos canelados em espiral têm melhor desempenho de remoção de cavacos e são adequados para o processamento de materiais dúcteis, enquanto os machos canelados retos são adequados para o processamento de materiais frágeis.

A otimização dos parâmetros de usinagem inclui principalmente velocidade de corte, avanço e profundidade de corte. A velocidade de corte excessivamente alta levará ao aumento do desgaste da ferramenta, à deformação térmica da peça de trabalho e à redução da precisão da rosca; velocidade de corte excessivamente baixa reduzirá a eficiência do processamento e afetará a qualidade da superfície. A taxa de avanço deve ser consistente com o passo da rosca para evitar erros de passo; a profundidade de corte deve ser definida em camadas para reduzir a força de corte, evitar a quebra da ferramenta e garantir a estabilidade da formação da rosca. Além disso, o fluido de corte apropriado deve ser selecionado de acordo com o material da peça e o tipo de ferramenta para desempenhar as funções de resfriamento, lubrificação e remoção de cavacos, reduzir o atrito de corte e a deformação térmica e melhorar a qualidade da superfície da rosca.

4. Controle rigoroso de precisão de usinagem e qualidade de superfície

O principal requisito da usinagem de roscas de porcas de alta precisão é garantir a precisão dimensional e a qualidade da superfície. A precisão dimensional inclui principalmente precisão de passo de rosca, precisão de avanço, precisão de diâmetro maior e diâmetro menor e precisão de perfil. Durante o processamento, o monitoramento em tempo real desses indicadores deve ser realizado para evitar erros causados ​​por desgaste da ferramenta, deformação da peça ou desvio de parâmetro.

Erro de passo e erro de avanço são os principais fatores que afetam o desempenho do ajuste da rosca. Eles podem ser controlados calibrando o sistema de alimentação da máquina-ferramenta, otimizando os parâmetros de corte e usando ferramentas de alta precisão. O diâmetro maior e o diâmetro menor da rosca devem ser controlados dentro da faixa de tolerância permitida para garantir a folga de ajuste entre a porca e o parafuso.

Os requisitos de qualidade superficial para roscas de alta precisão são geralmente altos (rugosidade superficial Ra ≤ 0,8μm). Para melhorar a qualidade da superfície, é necessário evitar defeitos superficiais como rebarbas, arranhões e queimaduras durante o processamento. As rebarbas podem ser removidas por processos de rebarbação (por exemplo, rebarbação manual, rebarbação ultrassônica) após a usinagem da rosca; arranhões podem ser evitados otimizando os caminhos das ferramentas e melhorando a limpeza do ambiente de usinagem; queimaduras podem ser evitadas controlando a temperatura de retificação e selecionando o fluido de corte apropriado.

5. Pós-processamento abrangente e inspeção de qualidade

O pós-processamento é um elo importante para melhorar o desempenho e a confiabilidade das roscas de porcas de alta precisão. As etapas comuns de pós-processamento incluem tratamento térmico e tratamento de superfície. O tratamento térmico (por exemplo, têmpera e revenido, nitretação) pode melhorar a dureza, tenacidade e resistência ao desgaste da rosca, mas é necessário controlar os parâmetros do tratamento térmico para evitar a deformação da rosca. O tratamento de superfície (por exemplo, galvanização, cromagem, fosfatização) pode melhorar a resistência à corrosão da rosca e prolongar sua vida útil, e a espessura do revestimento da superfície deve ser controlada para evitar afetar a precisão do ajuste da rosca.

A inspeção de qualidade é a garantia final para uma usinagem de roscas de alta precisão. Uma inspeção abrangente das roscas processadas deve ser realizada usando equipamentos e métodos de teste profissionais. Por exemplo, medidores de rosca (medidores de plugue, medidores de anel) são usados ​​para detectar rapidamente a precisão de ajuste das roscas; um microscópio de ferramenta ou projetor óptico é usado para detectar a precisão do perfil, erro de passo e erro de avanço das roscas; um medidor de rugosidade superficial é usado para medir a rugosidade superficial das roscas. Para roscas de altíssima precisão, máquinas de medição por coordenadas (CMM) podem ser usadas para detecção de precisão tridimensional para garantir que todos os indicadores atendam aos requisitos do projeto.

6. Conclusão

A usinagem de roscas de porcas de alta precisão é um projeto sistemático que envolve vários links, como seleção de materiais, pré-processamento, seleção de processos, otimização de ferramentas, controle de precisão e inspeção de qualidade. Cada elo tem impacto direto na qualidade final da usinagem e no desempenho da rosca. Na produção industrial, é necessário formular planos de processamento científicos e razoáveis ​​de acordo com os requisitos específicos do produto, controlar rigorosamente cada elo de processamento e otimizar continuamente a tecnologia e os parâmetros de processamento para melhorar a precisão e a eficiência do processamento de roscas de porcas de alta precisão e atender às necessidades de aplicação de vários equipamentos de última geração.