Seleção do processo para eixos fundidos e eixos forjados

Os eixos, como componentes essenciais dos sistemas de transmissão mecânica, têm um impacto direto na sua confiabilidade e vida útil. De acordo com o relatório anual de 2023 da União Internacional de Engenheiros Mecânicos (IMechE), aproximadamente 38% dos eixos industriais globais são forjados, 45% são fundidos e o restante é fabricado por outros métodos. Essa distribuição reflete a importância desses dois processos na indústria moderna. Uma análise das características técnicas, da evolução microestrutural e das propriedades mecânicas desses dois principais processos de fabricação revela que os eixos forjados mantêm suas vantagens de desempenho em aplicações críticas de transmissão de potência, enquanto os eixos fundidos oferecem vantagens econômicas significativas na produção de componentes estruturais grandes e complexos.

1. Características técnicas de eixos fundidos

1.1 Processo de Produção Padronizado para Eixos Fundidos

Fundição de areia:

Tolerâncias típicas: ISO 8062 CT10-CT13

Rugosidade da superfície: Ra 12.5-25μm (ISO 1302)

Fundição de investimento:

• Tolerâncias típicas: ISO 8062 CT6-CT8

Rugosidade da superfície: Ra 3.2-6.3 μm

Fundição Centrífuga:

Aplicação típica: Eixos ocos de grandes dimensões para a indústria petroquímica.

1.2 Características microestruturais de eixos fundidos

Microestrutura típica da peça fundida avaliada de acordo com a norma ISO 4967:

• Espaçamento entre dendritos: 100-300 μm (fundição em areia)

• Porosidade: <2% (de acordo com a norma ISO 10049)

• Inclusões não metálicas: Classe B (classificação ISO 4967 ≤ 2)

Os testes ultrassônicos (ISO 11484) de um eixo intermediário de navio feito de material EN 10293 G17CrMo5 revelaram defeitos internos inferiores a 1 mm, atendendo plenamente às especificações da DNV GL.

2. Características técnicas de eixos forjados

2.1 Processo de Produção Padronizado para Eixos Forjados

Forjamento a céu aberto:

Tolerâncias típicas: ISO 286-2 H11-H13

Qualidade da superfície: ISO 8501-1 Sa2.5

Forjamento em matriz:

Tolerâncias típicas: ISO 286-2 H9-H11

Utilização de materiais: 60-80%

Forjamento a frio/Forjamento a quente:

Precisão típica: ISO 286-2 H7-H9

Rugosidade da superfície: Ra 0.8-1.6 μm

2.2 Vantagens microestruturais de eixos forjados

Microestrutura típica de peças forjadas, avaliada de acordo com a norma ISO 643:

• Tamanho do grão: 10-30 μm (melhor que os graus 7-8 da norma ASTM E112)

• Continuidade otimizada: classificação ISO 3763 Classe A

• Inclusões não metálicas: Classe A (classificação ISO 4967 ≤ Classe 1)

Uma turbina eólica cabo principal Utiliza o material EN 10083-3 34CrNiMo6. Os testes ultrassônicos (norma EN 10228-3) mostram que as fibras se adaptam perfeitamente ao contorno do eixo, resultando em uma vida útil à fadiga mais de 50% superior à de uma peça fundida.

3. Comparação de desempenho de eixos fundidos e forjados

3.1 Comparação de propriedades mecânicas

3.2 Comparação da Eficiência Econômica e da Adaptabilidade do Processo

Análise da Estrutura de Custos:

Custo de Materiais:

• Fundição: Baixa (Taxa de Utilização de Material 85-95%)

• Forjamento: Médio (Taxa de utilização de material de 60 a 80%)

Custo de processamento:

• Fundição: Alta (Requer usinagem extensa)

• Forjamento: Baixo (Formato próximo ao final)

Custo do molde:

• Fundição: Alta (Moldes Complexos)

• Forjamento: Médio (Moldes Padronizados)

Custo do teste:

• Fundição: Alta (Requer Ensaios Não Destrutivos Abrangentes)

• Forjamento: Baixo (Teste de Amostragem)

4. Guia Internacional de Seleção Padrão para Peças de Eixo

4.1 Seleção por Aplicação

4.2 Seleção por Parâmetros Dimensionais

Guia de seleção de diâmetro:

• Eixos pequenos (Φ < 100 mm):

Processo preferencial: Forjamento a frio/Forjamento a quente

·Eixos Médios (100mm ≤ Φ ≤ 300mm):

Processo preferencial: Forjamento em matriz

• Eixos de grande diâmetro (Φ > 300 mm):

Opção econômica: Fundição

5. Classificação e seleção do processo de fabricação de peças de eixos

(1). Eixos de transmissão

• Características estruturais

Utilizado para transmitir torque e movimento rotacional.

A proporção da tela geralmente é superior a 5:1.

A superfície geralmente requer usinagem fina.

• Adaptabilidade do processo

(2). Eixos estriados

·Características estruturais

Com dentes estriados axiais

Requer encaixe preciso

Normas internacionais: ISO 14 (spline de raiz plana), ISO 4156 (spline involuta)

·Seleção de processos

Eixo estriado forjado a frio:

Tamanho aplicável: diâmetro <80mm

Padrão de material: JIS G4053 SCM415

Grau de precisão: ISO 1328 Classe 6-7

Vantagem: Acabamento da superfície do dente Ra0.8-1.6μm (ISO 1302)

Corte de eixo estriado:

Tamanho aplicável: diâmetro de 80 a 250 mm

Norma de material: ASTM A322 4340

Processo de fabricação: forjamento do tarugo → torneamento → fresagem da estria

Análise de custos: 15-20% menor que a forja completa.

Seleção de processo especial:

Perfil estriado de grande módulo (módulo > 5): Conformação por laminação (norma ISO 1265)

Estrias em involuta: o forjamento em matriz é o método preferido (norma DIN 5480).

(3) Fusos

• Características estruturais

Alta velocidade, alta precisão

Geralmente requer tratamento térmico.

• Seleção de processos

• Pontos técnicos principais:

Requisito de circularidade do eixo de precisão: ≤0.005 mm

Grau de equilíbrio dinâmico: Normalmente G1.0

Dureza da superfície de contato: 58-62 HRC

(4). Virabrequins

• Características estruturais

Estrutura complexa da manivela

Requisitos de alta resistência à fadiga

• Seleção de processos

-- Vantagens de virabrequins forjados:

Processo de fabricação: forjamento em matriz → tratamento térmico → acabamento

Vida útil à fadiga: >5×10⁶ vezes (norma ISO 12107)

-- Aplicação de virabrequins fundidos:

Virabrequins grandes (peso de um único virabrequim >500kg)

Norma do material: ASTM A148 Grau 120-90

Controle de processo: 100% de testes ultrassônicos obrigatórios (ISO 11484)

-- Processo inovador:

Fundição composta: camisa de ferro fundido refrigerado embutida no munhão (norma ISO 21988)

Reforço superficial: laminação de mancais (norma de rugosidade superficial ISO 13565)

(5). Eixos de comando

• Características estruturais

Perfil de came de precisão

Requisitos de alta resistência ao desgaste

• Comparação de processos

-- Fundição de eixos de comando:

Processo principal: Fundição de conchas

Padrão de material: EN-GJS-700-2 (ferro dúctil)

Tratamento de superfície: Fundição refrigerada de peças de cames

Lote econômico: >5000 peças

-- Eixos de comando forjados:

Aplicações de ponta: Motores de competição

Norma do material: ISO 4951 51CrV4

Rota do processo: Forjamento em matriz → usinagem CNC → Tratamento de nitretação

Controle de precisão: Erro de elevação da came ≤ 0.05 mm

-- Eixos de comando montados:

Tendência moderna: tubo de aço + came sinterizado

Base padrão: ISO 2739 (norma de metalurgia do pó)

Efeito de redução de peso: 30-40% mais leve que as estruturas tradicionais.

(6). Eixos especiais

· Eixos ocos

Seleção de processo:

Diâmetro pequeno (<100mm): Tubo trefilado a frio + usinagem (norma EN 10305-1)

Diâmetro médio (100-300 mm): Fundição centrífuga (norma ISO 4957)

Diâmetro grande (>300mm): Estrutura soldada (norma de soldagem ISO 5817)

· Eixos excêntricos

Dificuldade de fabricação: Requisitos elevados de equilíbrio dinâmico

Processo recomendado: Forjamento + torneamento excêntrico (norma de balanceamento ISO 1940-1)

Seleção de materiais: ISO 683-1 42CrMo4

· Eixos flexíveis

Processo especial:

Enrolamento de fio de aço multicamadas (norma ISO 2408 para cabos de aço)

Material em aço inoxidável: ASTM A313 304SS

Raio de curvatura mínimo: ≥10×diâmetro do eixo

6. Qual o melhor processo de fabricação para eixos?

Eixos forjados mantêm vantagens de desempenho em aplicações críticas de transmissão de potência e são particularmente adequados para aplicações de alta exigência e alta confiabilidade.

Eixos fundidos oferecem vantagens econômicas insubstituíveis na produção de peças estruturais grandes e complexas, e seu desempenho continua a melhorar com os avanços na tecnologia de materiais.

A seleção do processo deve considerar de forma abrangente os parâmetros dimensionais, as condições de carga, os requisitos de certificação e os fatores de custo, estabelecendo um modelo de análise de custo de ciclo de vida completo.

7.SIMIS Capacidades de fabricação de eixos personalizados do grupo

SIMIS O grupo é especializado em fornecer soluções personalizadas para a fabricação de eixos, atendendo a diversas necessidades globais. Nossa expertise abrange todo o espectro de normas internacionais e tecnologias de fabricação avançadas.

7.1 Especialização em Seleção de Materiais

Aços carbono/liga: EN 10083, ASTM A322, série JIS G4053

Aços inoxidáveis: ISO 683-13, ASTM A564, EN 10088

Ligas especiais: à base de níquel (ISO 9723), titânio (AMS 4928)

Certificação de materiais: EN 10204 3.1/3.2 com rastreabilidade completa.

7.2 Portfólio de Processos Flexíveis

7.3 Fabricação Especializada de Eixos

Eixos estriados:

Conformado a frio (Ø<80mm): em conformidade com as normas DIN 5480/ISO 14

Usinado (Ø80-300mm): AGMA 915-1 Classe 6-8

Acabamento superficial: Ra 0.4-1.6μm conforme ISO 1302

Eixos de precisão:

Tolerância de retificação: ±0.002 mm (ISO 286 h5)

Retilineidade: 0.01 mm/m (ISO 1101)

Balanceamento dinâmico: G0.4-G1.0 conforme ISO 1940-1

7.4 Serviços de valor agregado

Tratamento de calor: 

Recozimento, normalização, têmpera, revenido, têmpera e revenido, endurecimento superficial...

Engenharia de superfície: 

Cromagem dura (ISO 4520), Nitretação (AMS 2759/10)

Teste não destrutivo: 

UT (EN 10228-3), MT (ISO 4986), RT (ISO 5579)

Montagem: 

Brochamento de chaveta, montagem de rolamentos, balanceamento dinâmico

Na indústria de manufatura, o desempenho dos componentes de eixos impacta diretamente a confiabilidade e a vida útil dos equipamentos. Seja pela relação custo-benefício e adaptabilidade de eixos fundidos a estruturas complexas, ou pela alta resistência e durabilidade de eixos forjados, a escolha do processo e dos materiais corretos é crucial.

Como fabricante profissional de componentes de eixos, SIMIS O Grupo possui vasta experiência e conhecimento técnico para fornecer soluções personalizadas, adaptadas às suas necessidades específicas. Para componentes de eixos personalizados, sejam eles fabricados de aço fundido or aço forjadoPara obter mais informações, entre em contato com nossa equipe de engenharia. Oferecemos suporte completo, desde o projeto até a produção em massa, garantindo que nossos produtos atendam aos requisitos de resistência, precisão e durabilidade da sua aplicação.