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.
Desvios de Forma
Marcas de trepidação (chattermarks)
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:
Temperaturas de operação
120,0
temperatura ( o C)
100,0
80,0
60,0
40,0
20,0
0,0
1º
2º
3º
4º
5º
6º
7º
8º
9º
passe
Perfil
Corpo
Carcaça
10º
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
passe
7
8
9
10
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