Caixa de rolamento dividida A356-T6: parede, furo e alívio de tensões

O A356-T6 é a liga em que esta caixa de rolamento dividida está desenhada. O grau responde a quatro perguntas de uma vez: se uma parede de 5–8 mm enche numa coquilha de aço, como a peça se move ao longo do ciclo de tratamento térmico, se o furo de Ø60 H8 sai limpo da maquinação e como a peça vazada se comporta em ambiente interior. O metal é encomendado como liga de alumínio A356 (AlSi7Mg, GB/T 1173 ZL101A) no estado T6.

O desenho fixa 120×95×70 mm, 420±30 g e um furo de Ø60 H8. São alvos e não leituras, e é a eles que o molde, o vazamento, a têmpera e o passe de mandrilagem têm de responder. Cada número abaixo é um alvo de desenho, um valor típico ou uma faixa que a fundição ainda tem de confirmar.

Porque é que o A356 serve uma caixa de rolamento dividida?

O A356 serve a caixa porque o seu teor de silício leva a fluidez a uma secção de 5–8 mm e o magnésio torna possível um estado T6. Uma coquilha de aço extrai calor pelas duas faces da parede, por isso a secção solidifica a partir de ambos os lados enquanto o canal de alimentação ainda a abastece. O vazamento corre a 700–740 °C para um molde pré-aquecido a 250–350 °C, faixa típica que ainda aguarda o aval da fundição.

A liga não é escolhida pela dureza. É escolhida porque o assento e o furo são cortados depois do vazamento, e um grau que enche a secção sem falhas frias deixa metal são para a ferramenta de mandrilar. A mesma lógica atravessa os suportes A356 para módulos de bateria, onde uma secção fina e uma interface maquinada partilham o mesmo desenho.

O que muda o T6 numa parede de 5–8 mm?

O T6 acrescenta uma solubilização a 535–545 °C, uma têmpera em água e um envelhecimento a 155–165 °C durante 4–6 h, faixa típica que aguarda o aval da fundição. A têmpera é o ponto em que a parede fina se justifica e em que paga por isso: a secção arrefece com rapidez suficiente para receber o estado e com rapidez suficiente para se distorcer.

Uma parede de 5–8 mm não arrefece de forma uniforme, porque a extremidade do assento tem mais massa do que a flange. O furo e as faces de separação movem-se depois da têmpera, e é por isso que ambos são cortados depois. Como a têmpera vem antes da maquinação, o movimento sai como sobremetal em vez de ser endireitado.

Porque é que o A356 é da mesma família do ZL101A?

O ZL101A é a designação da GB/T 1173 para a mesma família Al-Si-Mg do A356, pelo que um desenho pode trazer qualquer dos dois nomes e um certificado pode trazer os dois. O A356 nomeia a liga, o ZL101A nomeia-a na norma chinesa e o T6 nomeia o estado.

Um desenho que diga apenas A356 deixa a norma e o estado em aberto, e a fundição fornece então o que a sua própria rota suporta. Indique liga, norma e estado numa só linha, e o certificado, o ciclo de tratamento térmico e a base de cotação decorrem daí.

O que significa uma massa volúmica fixa numa caixa de 420 g?

A massa volúmica pertence ao grau, por isso o peso é fixado pelo volume. Numa envolvente de 120×95×70 mm, o alvo de 420±30 g é um orçamento para a parede. A secção de 5–8 mm e a massa em volta do assento semicircular decidem-no, e uma mudança de parede desloca o peso mais do que uma mudança de liga dentro da mesma família.

Um cálculo mantém o peso verificável. A envolvente mede 798 cm³, e 420 g distribuídos por ela dão em média 0,53 g por cm³, com a faixa de ±30 g a mover esse valor entre 0,49 e 0,56. A aritmética corre sobre dimensões nominais e não sobre um peso de vazamento, e uma mudança de parede mexe nela antes de uma mudança de liga.

É por isso que o desenho leva os dois valores. Quem compara caixas pelo peso está a comparar secções de parede, e uma fundição que cota pelo peso está a cotar um vazamento e não um furo.

Porque é que o furo precisa de sobremetal de maquinação?

A pele de fundição não segura um Ø60 H8, por isso o furo chega com sobremetal e os limites H8 são cortados. O sobremetal cobre três coisas: a distorção deixada pela têmpera, o desencontro entre as duas metades e a carga de aperto que aparece quando as metades são aparafusadas.

Porque as metades são mandriladas como um só corpo, esse sobremetal sai num único passe e num único eixo. Mandrilar cada metade em separado deixaria dois eixos, e um anel de rolamento assente em dois eixos gasta-se de um dos lados. O âmbito da maquinação posterior cobre essa fixação, e o planeamento do alinhamento do furo fixa o datum.

Porque é que uma parede espessa retrai mais do que uma fina?

A retração segue a massa. A extremidade espessa da faixa de 5–8 mm fica onde a parede encontra o assento semicircular, e esse nó solidifica em último, depois de a alimentação ter fechado. Abre-se uma cavidade sob a face que a ferramenta de mandrilar vai cortar, por isso a fundição aprova uma peça sã e a oficina de maquinação encontra uma marca.

Um vazio acima de Ø1 mm rejeita a caixa. A decisão começa a olho e confirma-se com líquidos penetrantes depois da maquinação. Como a correção é um massalote no vazamento, uma parede engrossada por segurança compra um risco de retração e paga-o duas vezes, no metal e na sucata.

O que faz o T6 às faces de separação?

A têmpera empena as faces de separação, por isso o passe de fresagem que as deixa planas corre depois do estado e não antes. Fresar a junta primeiro e tratar termicamente depois moveria as faces a partir das quais o furo é assente, e o alvo de 0,05 mm teria desaparecido antes do passe de mandrilagem.

A ordem que se mantém é T6, depois fresar as faces de separação, depois aparafusar as metades, depois mandrilar. A planura na junta é uma condição de aperto e não de aspeto: é o que permite às duas metades fechar sem puxar o furo fora de redondo.

Quando é que o alumínio vazado em areia ganha?

A fundição em areia ganha na envolvente e nas peças únicas: um modelo barato, secções espessas e uma superfície que tem de ser maquinada em todas as faces. O controlo de 5–8 mm e a pele da coquilha de aço são o que a rota da areia perde, e o sobremetal que os substitui paga-se por peça.

A escolha é uma questão de volume, e escolher alumínio para uma peça vazada expõe a mesma troca para outras peças. Uma caixa que nunca se repete não precisa de uma coquilha de aço, e uma caixa com parede de 5–8 mm não quer uma pele de areia debaixo de um furo de 0,05 mm.

Quando é que o ferro fundido ganha?

O ferro fundido fica com o trabalho quando a rigidez pesa mais do que o peso. A mesma envolvente de 120×95×70 mm em ferro chega numa outra classe de peso, e o chassis que a suporta tem de ser construído para essa carga. O ferro também segura um furo com menos secção, por isso uma bomba ou uma caixa de velocidades pesada ainda o pode pedir.

A troca custa o orçamento de 420±30 g e muda a rota da corrosão, porque uma caixa de ferro pintada e uma de alumínio apenas granalhada são mantidas de forma diferente. O A356 mantém o trabalho enquanto a carga do rolamento couber na secção de alumínio e a caixa ficar em ambiente interior.

Porque é que não se assume anodização nesta caixa?

A superfície final é obtida por granalhagem até Sa 2,5 segundo a ISO 8501-1, e o furo e as faces de separação ficam como foram cortados. A anodização não está confirmada para esta peça: o desenho não a pede, e uma face vazada granalhada e um furo maquinado recebem um revestimento de forma diferente, pelo que seria uma especificação à parte e um custo à parte.

A cobertura contra a corrosão vem então da liga e do serviço interior. A caixa trabalha dentro de um equipamento, com óleo e vibração, e não está prometida exposição exterior, por isso uma superfície granalhada nua é o acabamento declarado e não um passo a caminho de outro.

A rota de fundição por trás disto está descrita em fundição por gravidade. A mesma divisão entre faces vazadas e faces cortadas aparece numa dobradiça vazada e depois maquinada, em um projeto de dobradiça.

Perguntas frequentes

1. Porque é que surge porosidade sob o assento do rolamento?

2. Porque é que um furo de rolamento de 60 mm fica oval depois da maquinação?

3. Porque falha a perpendicularidade de 0,05 mm na caixa mandrilada?

4. Porque é que as duas metades têm de ser aparafusadas antes de o furo ser cortado?

5. O que determina o custo de uma caixa de rolamento dividida?