5º Seminário de Trefilação 2014
Problemas em processos de trefilação de ferrosos e não ferrosos - defeitos e causas Vibração e ondulação em arames trefilados em alta velocidade Marcelo Stahlschmidt
DESBALANCEAMENTO DE MASSA O desbalanceamento de massa é uma fonte comum de vibração em máquinas e equipamentos, e sua conseqüência é um aumento de amplitude em 1 x rpm. Essa amplitude será proporcional à quantidade de desbalanceamento presente. O desbalanceamento acontece devido a uma alteração no equilíbrio das forças radiais que atuam sobre o eixo da máquina. A causa mais comum é o acúmulo de material sobre volantes de inércia, hélices de ventiladores, hélices de ventoinhas de motores, etc... mas pode ser causado também por perda de massa, como a quebra de uma hélice,por exemplo. Portanto, quando a resultante das forças radiais que atuam sobre o eixo for diferente de zero, esta resultante causará um aumento da vibração em 1 x rpm que será tanto maior quanto for a velocidade de rotação do eixo.
DESALINHAMENTO DE ACOPLAMENTO O desalinhamento é um problema mais freqüente que o desbalanceamento, e a razão é muito simples: o número de variáveis que pode causar um desalinhamento é maior que no caso de desbalanceamento. Como exemplo podemos citar: falha de montagem, defeito na base, parafusos de fixação folgados, etc... Temos três tipos possíveis de desalinhamento: Angular onde as linhas de centro dos dois eixos fazem um ângulo; Paralelo onde às linhas de centro são paralelas, porém deslocadas entre si; Combinado os dois anteriores ao mesmo tempo.
Vibrações causadas por folgas mecânicas As folgas mecânicas causam vibrações no sistema geralmente na freqüência de rotação da máquina seguida de muitas harmônicas, sendo mais evidente na direção radial e sentido vertical. Estas vibrações são muitas vezes geradas por parafusos frouxos, folgas excessivas nos mancais ou talvez uma trinca na estrutura ou nos pedestais de mancais. A vibração característica de folgas mecânicas não ocorre sem que haja outras forças excitando o sistema, tais como desalinhamentos, desbalanceamentos, etc... Quando há folga excessiva, mesmo não havendo desalinhamentos ou desbalanceamentos aparecem grandes níveis de vibração. Então, as folgas amplificam as vibrações. As folgas são fontes perigosas de vibrações, pois concentram grande energia cinética sobre o equipamento devido ao grande número de harmônicos gerados, o que pode levar a quebras de base, estrutura, carcaça, etc...
Vibrações causadas por defeito em rolamentos Os rolamentos são os elementos de máquinas mais comuns na indústria. Muitas vezes eles são os componentes de maior precisão do equipamento. Geralmente possuem tolerância de até 1/10 das tolerâncias dos demais elementos da máquina ou equipamento. Somente 10 a 20% dos rolamentos atingem a sua vida de projeto por causa de uma variedade de fatores,principalmente: Lubrificação inadequada; Contaminação por partículas estranhas; Armazenagem imprópria; Umidade; Vibração externa; Erro de aplicação e Montagem imprópria. Com certeza os mancais de rolamento são os elementos de máquina mais estudados e pesquisados em termos de vibração. A razão disso é óbvia, pois raramente encontramos equipamentos em que estes elementos não estejam presentes.
Rolamentos geram quatro freqüências características: Freqüências geradas por defeitos na pista externa, pista interna, gaiola e corpos rolantes. Os desgastes em rolamentos evoluem em quatro fases: inicialmente os problemas aparecem em freqüências ultra-sônicas (entre 20 e 60 khz). Num segundo estágio pequenos defeitos excitam freqüências naturais dos componentes do rolamento (devido aos impactos causados pela passagem das esferas) na faixa de freqüência de 500 Hz a 2 KHZ. Quando o desgaste progride, surgem harmônicas das freqüências discretas e bandas laterais com espaçamento de 1 x rpm. Rolamentos com defeitos em suas pistas, esferas ou rolos, usualmente causam vibrações em altas freqüências. Isso se explica devido à natureza das forças dinâmicas que excitam o rolamento defeituoso gerando vibrações. Por exemplo, um defeito na esfera passará pelas pistas interna e externa em uma sucessão de impactos com o dobro da freqüência de rotação da esfera, chamada spin. A freqüência fundamental da vibração será bem mais alta do que a do eixo. Além disso, forças dinâmicas do tipo impulso geram vibrações de freqüência muito alta, na faixa de ressonância estrutural das pistas do rolamento. A amplitude da vibração dependerá da extensão da falha no rolamento. Já os defeitos na gaiola do rolamento geram vibrações com freqüências mais baixas que a freqüência de rotação do eixo.
Marcas de trepidação (chattermarks) Desvios de Forma são desvios no eixo do fio a partir de um curso linear e variação do diâmetro do fio, levando a uma superfície ondulada. As origens destas estruturas são vibrações no fio,causadas por: -Ajuste e montagem da fieira ou cassete; -Irregularidades no capstan (bobina); -Ferramental errado; -Escorregamento demasiado no capstan; - Lubrificação insuficiente do fio. Marcas de trepidação em um aço com 0,7%C
Ondulação (Waviness) É um desvio periódico do eixo do fio causado por: - dispositivo de endireitamento defeituoso ou inadequado ( diâmetro dos rolos, distância entre rolos, número de rolos) e possivelmente um montagem inadequada. Ondulação em fio de arame Áreas achatadas (Flattened areas) Áreas achatadas em fio de arame São áreas paralelas ao eixo do fio, onde a superfície do fio está plana, não seguindo a curvatura dada pelo diâmetro do fio. Este defeito é causado por algum guia de arame defeituoso.
Performance Máquina de Trefila Características Equipamento: Máquina de trefilar 11 passes Decapador mecânico: rolos + palha de aço Porta fieira rotativa: FM 5,50mm Velocidade de projeto final: 35 m/s Velocidade entrada (FM): 1,7 m/s Uso de Microcassetes Bobinador carretel horizontal (carretel Ø 1m)
Temperaturas de operação: Caso arame 1,24mm Temperaturas (ºC) (medidas com equipamento Raytek - infravermelho) T arame após fieira rotativa: 48ºC T fieira rotativa: 29,5ºC (externa) Perfil Perfil Corpo Carcaça 1º 55,0 60,4 25,5 2º 55,5 63,4 26,5 3º 58,5 63,2 26,5 Corpo 4º 64,5 70,6 27,5 5º 67,0 76,8 28,5 6º 68,5 79,4 29,5 7º 75,8 84,0 31,0 Carcaça = lateral do cassete 8º 85,0 97,0 32,0 9º 85,2 97,2 32,0 10º 97,2 98,5 33,0
Temperaturas de operação: 120,0 Temperaturas de operação 100,0 temperatura ( o C) 80,0 60,0 40,0 20,0 0,0 1º 2º 3º 4º 5º 6º 7º 8º 9º 10º passe Perfil Corpo Carcaça
Reduções: Caso BWG 18: Cassetes usados: Passe Nº de série Ø oval (mm) RO Ø sizing (mm) CA % Redução 2º 1807 4,60 3,88 28,9 3º 1808 3,88 3,30 27,7 4º 1809 3,30 2,84 25,9 5º 1810 2,84 2,46 25,0 6º 1811 2,46 2,15 23,6 7º 1812 2,15 1,90 21,9 8º 1813 1,90 1,69 20,9 9º 1814 1,69 1,51 20,2 10º 1815 1,51 1,36 18,9 11º 1816 1,36 1,25 15,5
Reduções: Caso 1,24mm: % Redução % 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 passe
Rolos trincados: Conforme fabricante, os cassetes novos tem uma pequena quantidade de graxa, sendo necessário lubrificar todos eles antes de colocar em operação. Análise feita em um cassete trincado revelou falta de lubrificação. Também pode ocorrer problema no circuito de água para refrigeração (sujeira, entupimento um lado do cassete está frio e o outro está quente).
Fotos: Cassete + dancer (bypass) Reservatório graxa + sistema distribuição Vista geral Bobinador - proteções
Fotos: Passagem do arame entre rolos RO e CA Passagem do arame entre rolos RO e CA Saída do arame após rolos CA Sistema de fixação e nivelamento
Fotos: Decapagem com palha de aço Vista geral Tela principal de controle Gráfico velocidade