Revestimento a laser de furos de cilindros desgastados

Revestimento a laseré uma tecnologia comprovada para manutenção ou otimização de componentes de motores e é uma tecnologia indispensável devido à sua repetibilidade confiável, baixo estresse do elemento térmico e modificação mecânica de baixo custo. Existe agora um novo dispositivo no mercado, o iClad®, que pode ser usado para revestir contornos internos ou furos cegos a um nível que não é possível com cabeçotes de usinagem convencionais. Esta microusinagem é adequada para revestimento de furos de até 26 mm de diâmetro e profundidades de usinagem de até 500 mm. Agora, pela primeira vez, seu fabricante Pallas (Wrselen, Alemanha) equipou o iClad com um cabeçote de usinagem rotativo que pode ser usado para reparar furos desgastados em cilindros em motores de trens a diesel. Máquinas equipadas com funções rotativas possuem potencial incomparável para uma ampla gama de aplicações, reparando contornos internos de componentes abertos não rotacionalmente simétricos com furos excêntricos ou de 50 mm ou mais de diâmetro, com profundidades de usinagem de até 500 mm.

Especialista belga em Laser Laser Coating Diamond Technology (LaserCo DT), com sede em Strpy-Bracquegnies, Bélgica, protege metais contra desgaste por meio de revestimento a laser e revestimentos de diamante. Uma operadora ferroviária belga contratou a empresa para reparar furos desgastados nos cilindros usando tecnologia de revestimento a laser nos pontos reversos dos pistões superiores e inferiores. Hugues Desmecht, diretor administrativo da empresa, solicitou ao Instituto Fraunhofer de Tecnologia Laser (ILT) em Aachen, Alemanha, que realizasse um estudo de viabilidade. Em conexão com esta pesquisa, a ILT trabalhou em estreita colaboração com a Pallas (www.pallaskg.de), que anteriormente desenvolveu o iClad e agora está comercializando o sistema. Neste estudo, a fusão a laser baseada em ICLAD foi usada para reparar dois dos seis orifícios danificados do cilindro.

O custo de substituição do motor é de cerca de US$ 20,000. Considerando a grande quantidade de dinheiro e tempo consumido durante o transporte, o revestimento a laser é reconhecido como uma alternativa mais demorada e econômica. Para aberturas suficientemente grandes, como 100 mm de diâmetro ou maiores, uma variedade de cabeçotes de usinagem convencionais estão disponíveis no mercado para fornecer usinagem de perfis externos ou internos. Agora, com o advento do pequeno cabeçote giratório iClad, ele se tornou uma nova tecnologia confiável para reparar furos de cilindros danificados, o que não era possível com cabeçotes de usinagem padrão anteriores. A LaserCo DT e o operador ferroviário belga têm, portanto, grandes expectativas em relação ao estudo de viabilidade realizado pela ILT.

Cada cabeçote iClad consiste em três módulos: porta de alimentação de pó, corpo e plugue de fibra. Em contraste com os cabeçotes de usinagem convencionais, os cabeçotes e componentes de usinagem iClad operam a poucos milímetros um do outro. Em cabeçotes de usinagem padrão, essa distância chega a 20 mm. Dependendo do ponto de processamento, o feixe de laser pode sair em um ângulo de 30 ou 90. Furos cegos podem ser facilmente revestidos com um cabeçote de usinagem em ângulo 30-, graças ao ponto de operação do laser na frente do cabeçote de usinagem. Quando é necessário revestir furos passantes, é utilizado um cabeçote de usinagem de ângulo 90. A cabeça de usinagem rotativa interna estreita tem funcionalidade adicional, pois pode ser inserida no furo para revestimento lateral ou superior - até uma profundidade de 500 mm. O principal critério para aplicações industriais é a capacidade de carga térmica contínua da cabeça de processamento. O método eficiente de resfriamento a água utilizado evita o superaquecimento dos componentes de precisão. O sistema de proteção interno do cabeçote de usinagem evita que ele seja contaminado ou danificado pela deposição de partículas de pó. Além disso, o caminho óptico percorrido pelo feixe de laser é constantemente preenchido com gases protetores.

Novos cabeçotes de usinagem com funções rotativas são usados ​​para reformar furos de cilindros em motores diesel. A integração de uma chave rotativa no cabeçote de usinagem permite o reparo de furos excêntricos em peças de montagem estáticas. Mesmo quando inserido horizontalmente, o cabeçote de usinagem garante aplicação uniforme do pó sem alterar seu ângulo de rotação. Nesta aplicação específica, contudo, a cabeça rotativa é inserida verticalmente no orifício do cilindro através de um sistema de ligação de cinco eixos. Um dos principais pontos de discórdia com o cabeçote rotativo é que, dado o peso do próprio cabeçote de usinagem, é impossível girar um motor diesel de até 700 kg através de um cabeçote de usinagem fixo. Furos excêntricos criam um grande desequilíbrio, tornando muito difícil garantir a precisão de usinagem necessária. Centralizar cada cilindro individualmente é uma opção menos viável devido aos grandes fatores de custo envolvidos.

O diâmetro interno do cilindro é de 178 mm; A zona inferior a revestir tem cerca de 340 mm de profundidade e é constituída por um anel com cerca de 60 mm de altura. Os cabeçotes de usinagem convencionais são adequados apenas para ângulos próximos ao furo porque o bico está localizado na ponta do cabeçote de usinagem. Portanto, embora o diâmetro do furo atinja 180 mm, estas cabeças de usinagem só podem ser processadas até uma profundidade máxima de cerca de 40 mm. Em contraste, a cabeça rotativa iClad pode ser inserida verticalmente no furo do cilindro e pode lidar com toda a superfície interna em 90 ângulos. Os parâmetros decisivos do modelo rotativo iClad podem ser resumidos em três aspectos: além da capacidade rotativa e do cabeçote de usinagem estreito, a profundidade máxima de usinagem de 500 mm também é um fator chave.

A camada interna do cilindro entre os pontos de falha superior e inferior está desgastada e coberta com um revestimento com espessura superior a 1 mm. Isso é chamado de revestimento de liga de aço inoxidável para garantir não apenas a resistência ao desgaste necessária, mas também uma boa resistência à corrosão em ambientes ácidos e alcalinos. A tenacidade do material de liga selecionado evita a formação de trincas, mas também possui boa usinabilidade e mínima porosidade do revestimento superficial. Primeiro, os furos de desgaste dos clientes da LaserCo DT são usinados no tamanho certo para remover desgaste e rachaduras, criando uma superfície lisa para posterior revestimento a laser.

No Instituto Fraunhofer de Tecnologia Laser, os blocos do motor são colocados em suportes de aço, depois alinhados e devidamente ajustados. Dr. Andreas Weisheit e sua equipe, juntamente com Stephan Kalawrytinos de Pallas, desenvolveram o cabeçote de usinagem rotativa interna). Na posição inferior, a superfície do furo do cilindro pode ser usinada na área danificada do anel. Com um sistema de ligação de cinco eixos, duas demãos são aplicadas usando dois movimentos rotativos sobrepostos para atingir a espessura de revestimento desejada de 1 mm. Um programa de controle numérico foi desenvolvido para este processo. Começando na borda inferior a uma profundidade de cerca de 300 mm, o revestimento cobre a superfície em forma de espiral.

O Sr. Weisheit ficou muito satisfeito com os resultados do teste. “Isso prova, sem sombra de dúvida, que o revestimento a laser é tecnicamente viável e econômico no reparo de furos de cilindros, sem a necessidade de comprar peças de reposição”, disse ele. Usando o cabeçote rotativo de usinagem de perfil interno iClad, o revestimento resultante tem excelente qualidade de superfície." Na sua opinião, o motor em funcionamento provou sua capacidade para aplicações industriais. Mesmo após várias horas de uso contínuo, sua capacidade de continuar trabalhando permanece absolutamente confiável. O sucesso total deste teste fornece evidências inovadoras para o reparo ou reparo de peças de máquinas, que antes eram inatingíveis.