Lógica de Engenharia para Projeto e Fabricação de Caixas de Rolamentos (Parte 1)

Em equipamentos completos de laminadores de chapas e tiras, a caixa de rolamentos é frequentemente considerada simplesmente como a caixa para instalação dos rolamentos. Na verdade, ela não apenas desempenha a função de instalar e posicionar os rolamentos, mas também participa diretamente da transmissão da força de laminação, mantendo a rigidez do sistema de cilindros, controlando a precisão da forma da chapa e garantindo a confiabilidade operacional do equipamento a longo prazo. Para linhas de produção de laminação a quente, laminação a frio e laminação de folhas, existem diferenças significativas no foco do projeto, na seleção de materiais, na precisão do processamento e nos requisitos de inspeção da caixa de rolamentos.

1. O alojamento do rolamento deve ser compreendido de acordo com a função dos cilindros do laminador.

Na estrutura do laminador, a caixa de rolamentos é instalada em ambas as extremidades dos cilindros e serve para acomodar os rolamentos e transferir a carga de laminação para a estrutura ou sistema de estrutura da máquina. Normalmente, a caixa de rolamentos é identificada em campo de acordo com duas dimensões: uma é dividida em caixa de rolamentos do cilindro de trabalho, caixa de rolamentos do cilindro intermediário e caixa de rolamentos do cilindro de apoio, de acordo com a função do cilindro; a outra é dividida em cilindro superior, cilindro inferior, lado de transmissão e lado de operação, de acordo com a posição de instalação. Combinando essas características, formam nomes precisos como "caixa de rolamentos do cilindro de trabalho do lado de transmissão superior" e "caixa de rolamentos do cilindro de apoio do lado de operação inferior".

A importância desse método de classificação reside no fato de que diferentes cilindros desempenham funções diferentes, e a forma de carga, a frequência de troca de cilindros, as restrições de espaço, os métodos de lubrificação e os requisitos de precisão da caixa de rolamentos também são diferentes. Portanto, o projeto da caixa de rolamentos não pode ser simplesmente dividido em laminação a quente, laminação a frio, laminação de lâminas e deve primeiro definir claramente se ela serve ao cilindro de trabalho, ao cilindro intermediário ou ao cilindro de apoio.

2. Foco do projeto de diferentes caixas de rolamentos

O cilindro de trabalho participa diretamente da deformação do metal e é o componente com a maior frequência de troca de cilindros e a carga dinâmica mais complexa no sistema de laminação. O alojamento do rolamento do cilindro de trabalho correspondente geralmente precisa suportar cargas alternadas, cargas de impacto, bem como as forças de controle para conformação da chapa, como dobramento e torção. Seu projeto tem como foco a resistência à fadiga, a resistência ao impacto, a resistência ao desgaste da superfície de guia, a troca fácil de cilindros e a compatibilidade das interfaces com o bloco de dobramento, o carro de troca de cilindros, o dispositivo de travamento e o sistema de lubrificação.

O cilindro de apoio suporta principalmente a força de laminação, e a caixa de rolamentos é volumosa e pesada. É um componente estrutural fundamental no sistema de rigidez do laminador. Seu projeto prioriza a rigidez estática geral, a precisão posicional do furo e da superfície de contato do rolamento, a confiabilidade da instalação do rolamento, o controle de tensões residuais e a estabilidade dimensional a longo prazo. Para grandes laminadores a quente, a caixa de rolamentos do cilindro de apoio também deve considerar cargas de impacto, margem de segurança e facilidade de manutenção no local.

O cilindro intermediário é usado principalmente em laminadores de seis cilindros, laminadores HC, laminadores UCM e alguns laminadores de múltiplos cilindros, e está intimamente relacionado aos cilindros de conformação, cilindros de curvatura e ao sistema de controle de forma da chapa. Sua estrutura de alojamento de mancais é relativamente compacta em termos de espaço, com interfaces complexas, e requer alta precisão dimensional e consistência de grupo. O foco está em garantir a precisão de guia dos cilindros de conformação, controlar a deformação de viés e organizar adequadamente as estruturas de lubrificação, resfriamento e vedação.

3. Diferenças nas condições de trabalho dos alojamentos de rolamentos para laminação a quente, laminação a frio e laminação de lâminas

Os principais requisitos para a caixa de rolamentos em laminadores a quente são resistência mecânica, resistência ao impacto e adaptabilidade ao ambiente de alta temperatura. Em um ambiente de laminação a quente, há radiação de alta temperatura, formação de óxido, erosão por vapor d'água e grandes flutuações na força de laminação. Embora a caixa de rolamentos não entre em contato direto com o tarugo quente, ela está sempre exposta a um ambiente adverso. Portanto, deve-se atentar para o fator de segurança estrutural, a resistência ao desgaste da superfície de contato, a proteção da vedação, a confiabilidade da lubrificação e a facilidade de manutenção. Os materiais podem ser selecionados entre aço fundido, aço fundido ligado, ferro fundido nodular ou aço forjado, com base nas dimensões da estrutura, no nível de carga e na economia de fabricação. Não se pode simplesmente presumir que um determinado tipo de caixa de rolamentos deva utilizar um determinado tipo de material.

Os principais requisitos da caixa de rolamentos para laminadores a frio são rigidez, precisão e estabilidade dinâmica. A velocidade de laminação a frio é alta e os requisitos de controle de forma e espessura da chapa são rigorosos. Pequenas deformações, variações na folga ou erros de montagem da caixa de rolamentos podem afetar a estabilidade da laminação e a qualidade do produto. Seu projeto deve priorizar a precisão do furo do rolamento, da superfície de guia da janela, da superfície de posicionamento e das interfaces relacionadas aos cilindros de curvatura, cilindros de alinhamento, AGC (Controle Automático de Laminação), etc. Ao mesmo tempo, deve-se considerar também o controle de vibração durante a operação em alta velocidade e a repetibilidade da precisão de posicionamento após múltiplas trocas de cilindros. 

O requisito fundamental da caixa de rolamentos para laminação de folhas é alta precisão, baixa vibração e estabilidade dimensional. As tiras extremamente finas, como folhas de alumínio e de baterias, são extremamente sensíveis à vibração do laminador. Mesmo vibrações leves dos rolos ou deformações localizadas na caixa de rolamentos podem causar marcas de vibração, variações de espessura ou defeitos na forma da superfície da tira. Portanto, a caixa de rolamentos da laminadora de folhas não só precisa garantir precisão de posicionamento e consistência de montagem, como também deve considerar o amortecimento estrutural, o controle do aumento de temperatura, a lubrificação e a vedação, além da adaptabilidade a ambientes limpos. Algumas laminadoras de alta precisão podem utilizar materiais com bom desempenho de amortecimento, como ferro fundido nodular, mas ainda assim precisam ser verificadas de forma abrangente com base na carga, rigidez, tensão de contato e normas do cliente.

4. A seleção de materiais não pode ser julgada simplesmente pelo tamanho da carga.

A essência da seleção do material para a caixa de rolamentos é alcançar um equilíbrio entre resistência, rigidez, tenacidade, amortecimento, facilidade de fabricação, custo e facilidade de manutenção.

Algumas caixas de rolamentos de cilindros de trabalho utilizam aço forjado ou aço-liga de alta qualidade, pois os cilindros de trabalho são frequentemente substituídos e sofrem impactos e cargas alternadas significativas. As superfícies de guia, as superfícies de travamento e as áreas de instalação dos rolamentos são propensas a desgaste ou fadiga. O aço forjado possui boa densidade, tenacidade e resistência à fadiga, sendo adequado para condições de trabalho de alta carga, alta precisão ou alto impacto. No entanto, isso não significa que todas as caixas de rolamentos de cilindros de trabalho devam ser feitas de aço forjado. Laminadores de médio porte ou com condições de trabalho não restritivas também podem utilizar aço fundido, ferro fundido nodular ou estruturas combinadas.

As caixas de rolamentos de rolos de grande porte geralmente utilizam aço fundido ou estruturas fundidas de grandes dimensões devido ao seu tamanho e complexidade, podendo conter canais de lubrificação, cavidades de retorno de óleo e estruturas de elevação. O processo de fundição apresenta vantagens na conformação de estruturas grandes e complexas, além de permitir o controle de custos. Desde que a qualidade da fundição, o tratamento térmico e o controle de defeitos sejam rigorosos, é possível atender plenamente aos requisitos de resistência, rigidez e vida útil.

O valor do ferro fundido nodular reside principalmente em seu desempenho de amortecimento, capacidade de conformação por fundição e estabilidade dimensional. Em algumas máquinas de laminação de precisão ou máquinas de laminação de folhas sensíveis à vibração, ele pode ser usado como uma das soluções de materiais para reduzir a resposta vibratória. No entanto, a resistência, a tenacidade e a soldabilidade do ferro fundido nodular são diferentes das do aço, e ele não pode ser substituído diretamente pelo aço apenas por ter um bom amortecimento. A verificação em engenharia ainda é necessária.

5. A qualidade de fabricação determina a vida útil da caixa do rolamento.

A fabricação da caixa de rolamentos não é um simples processo de fundição ou usinagem, mas sim uma engenharia sistemática que controla uniformemente os materiais, o tratamento térmico, o processamento, a inspeção e os padrões de montagem.

Na fase de matéria-prima, os principais pontos de controle incluem composição química, defeitos internos, inclusões, contração e porosidade, além de tensões residuais da fundição e forjamento. Grandes mancais devem minimizar os riscos de qualidade por meio de um projeto adequado de canais de alimentação e de alimentação, simulação de solidificação, processos de forjamento e sistemas de tratamento térmico. É importante ressaltar que os requisitos de alta pureza de fundição do cilindro não se aplicam diretamente a todos os mancais. Requisitos específicos devem ser definidos com base no material do mancal, nas condições de trabalho e nos acordos técnicos.

Na fase de processamento, os principais pontos de controle incluem furos de rolamento, faces de extremidade, superfícies de guia das janelas, superfícies de instalação do revestimento, superfícies de travamento e sistemas de furos de lubrificação. Para mancais laminados a frio e laminados a quente, também é importante atentar para a consistência do grupo de mancais múltiplos para evitar desvios na linha de centro do sistema de rolos, folgas anormais nas janelas ou erros no controle da forma da placa durante a montagem.

Na fase de inspeção, além das verificações dimensionales de rotina, devem ser combinados ensaios não destrutivos, testes de dureza, novas medições em posições críticas de forma e verificações necessárias de montagem experimental, levando em consideração os tipos de materiais e os requisitos do cliente. Para laminadoras de seis rolos, vinte rolos e laminadoras de alta tecnologia, existe uma clara relação dimensional entre os componentes da caixa de rolamentos, revestimento, cunha, trilho guia e conjunto de rolamentos, e o acúmulo de erros deve ser controlado sob uma perspectiva sistêmica.

6. De "Comprando Peças" para "Comprando Confiabilidade do Sistema"

Quando uma caixa de rolamento falha, isso não afeta apenas a própria peça, mas também pode causar queima do rolamento, sobrecarga dos rolos, deformação anormal da chapa, vibração da laminadora, parada não programada e até mesmo danos à estrutura. Comparado com a diferença de preço de compra, os prejuízos causados ​​por paradas, reparos e problemas de qualidade costumam ser maiores.

Portanto, a aquisição de alojamentos de rolamentos não deve se basear apenas na comparação de preços unitários, mas também na avaliação das capacidades do fornecedor em relação à verificação do projeto, controle de materiais, experiência em tratamento térmico, processamento de precisão, métodos de inspeção e capacidade de resolução de problemas em circuito fechado no local. 

A Guangwei Precision dedica-se há muito tempo à pesquisa e fabricação de componentes essenciais para equipamentos metalúrgicos. Fornecemos mancais e componentes essenciais relacionados para linhas de produção de laminação a quente, laminação a frio, laminação de folhas e chapas e tiras. Nosso foco não está apenas na entrega do produto, mas também na operação estável e de longo prazo dos mancais no sistema de laminação. Por meio da seleção de materiais, otimização estrutural, controle de precisão do processo, verificação por detecção e feedback de aplicação em campo, oferecemos aos clientes mancais e soluções mais confiáveis, duráveis ​​e práticas.

Sobre a GW Precision

A GW Precision Technology Co., Ltd. é uma empresa de alta tecnologia com certificação nacional, especializada na fabricação de bobinas de aço de precisão desde 2006 — uma das produtoras de bobinas de aço mais antigas da China. Os produtos da GWspool atendem a aplicações de enrolamento de chapas e folhas de alumínio, cobre, aço inoxidável e aço silício, com clientes em diversos países ao redor do mundo.

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