Mecanizado de rotores

Mecanizado de rotores

Un rotor es un cuerpo giratorio soportado por cojinetes y sirve como componente rotatorio central en maquinaria de potencia y maquinaria operativa. Los objetos sin eje giratorio propio también pueden considerarse rotores tras estar conectados rígidamente o equipados con un eje adicional. En equipos de servicio pesado, como turbogeneradores, turbinas de gas y turbocompresores, el rotor, como componente rotatorio central de alta velocidad, asume las responsabilidades críticas de la conversión y transmisión de energía. Su calidad de mecanizado determina directamente la estabilidad operativa del equipo, la eficiencia de la potencia de salida y su vida útil. Las piezas forjadas de rotores de servicio pesado se fabrican principalmente con aceros aleados de alta resistencia mediante forjado integral, lo que las hace aptas para condiciones de operación rigurosas que implican altas temperaturas, altas presiones y altas velocidades. Son componentes fundamentales que garantizan el funcionamiento fiable a largo plazo de los equipos de servicio pesado.

La selección de materiales y el forjado de piezas en bruto son requisitos fundamentales para el mecanizado de piezas forjadas de rotores de alta resistencia, que requieren un equilibrio entre alta resistencia, tenacidad y resistencia a la fatiga. Los materiales comunes para las piezas forjadas de rotores de turbogeneradores incluyen aceros aleados de alta resistencia como 30CrNiMoV y 26Cr2Ni4MoV. Tras el forjado y el tratamiento térmico, estos materiales presentan excelentes propiedades mecánicas integrales, lo que les permite soportar las enormes fuerzas centrífugas y los impactos vibratorios durante la rotación a alta velocidad. Las piezas en bruto se preparan mediante procesos de forjado en matriz integral, donde los lingotes se forjan en caliente mediante prensas hidráulicas. Este proceso descompone la estructura metálica en estado bruto de fundición, refina el tamaño del grano, mejora la densidad de forjado y la uniformidad estructural, y simultáneamente elimina defectos internos como porosidad y cavidades por contracción, sentando una base estructural sólida para el mecanizado posterior y el funcionamiento a largo plazo del equipo.

El proceso de mecanizado para piezas forjadas de rotor de alta resistencia es complejo y exige una precisión extremadamente alta, generalmente siguiendo la secuencia estandarizada de "pretratamiento de la pieza bruta - mecanizado en desbaste - semiacabado - tratamiento térmico - acabado - pruebas no destructivas." En la etapa de pretratamiento de la pieza bruta, la pieza forjada se normaliza para aliviar las tensiones de forja, homogeneizar la microestructura y reducir el riesgo de deformación durante el mecanizado posterior. El mecanizado en desbaste se centra en eliminar una cantidad significativa de material sobrante y en el conformado inicial, utilizando grandes tornos CNC y fresadoras y mandrinadoras de piso para crear el perfil básico del rotor, incluyendo secciones clave como el muñón, la brida y las ranuras de las palas, dejando al mismo tiempo una cantidad de mecanizado adecuada para tener en cuenta la deformación durante el tratamiento térmico posterior.

El tratamiento térmico es un proceso crítico para mejorar el rendimiento de las piezas forjadas de rotores de alta resistencia, lo que requiere procesos compuestos multietapa adaptados al material y a las condiciones de operación. Las piezas forjadas de rotores de turbogeneradores suelen someterse a temple y revenido. Este proceso combinado proporciona a la pieza forjada un buen equilibrio entre resistencia y tenacidad, cumpliendo con los requisitos de carga bajo rotación a alta velocidad. En las zonas críticas del rotor, también son necesarios tratamientos superficiales como la carburación o la nitruración para aumentar la dureza superficial y la resistencia al desgaste, manteniendo al mismo tiempo la tenacidad del núcleo y resistiendo el desgaste y la fatiga. Tras el tratamiento térmico, se requiere un tratamiento de envejecimiento para aliviar aún más las tensiones internas, garantizar la estabilidad dimensional del rotor y evitar la deformación durante el mecanizado o la operación posterior.

El acabado es la etapa clave para garantizar la precisión de las piezas forjadas de rotores de alta resistencia, y se basa en equipos CNC de alta precisión y tecnología de medición precisa. Se utilizan rectificadoras cilíndricas CNC de gran tamaño y rectificadoras de cigüeñales para rectificar áreas clave como el muñón del rotor y las superficies de ajuste, controlando las tolerancias dimensionales con un margen de ±0,005 mm, a la vez que se garantiza estrictamente que las tolerancias geométricas, como la coaxialidad y la redondez, cumplan con los estándares para evitar vibraciones excéntricas durante la rotación a alta velocidad. Para estructuras complejas como ranuras y chaveteros de álabes de rotor, se utilizan centros de mecanizado de cinco ejes para un fresado preciso, garantizando la precisión dimensional y de ensamblaje para cumplir con los requisitos de instalación de álabes y componentes de conexión.

Las pruebas no destructivas y el control de calidad son parte integral de todo el proceso de mecanizado, garantizando así la inspección final cualificada de las piezas forjadas de rotor de alta resistencia. Métodos como las pruebas ultrasónicas, las pruebas de partículas magnéticas y las pruebas de penetración se utilizan durante el mecanizado para inspeccionar exhaustivamente la presencia de grietas internas, inclusiones, defectos microestructurales y daños superficiales en las piezas forjadas. Equipos de precisión, como las máquinas de medición por coordenadas (MMC) y los comprobadores de redondez, se utilizan para la inspección exhaustiva de las dimensiones y tolerancias geométricas del mecanizado, garantizando así el cumplimiento de las normas de diseño. Además, para productos de alta gama como los rotores de turbogeneradores, las pruebas de equilibrado dinámico son esenciales. Estas pruebas eliminan la masa excéntrica mediante el ajuste de contrapesos, lo que previene fallos mecánicos causados ​​por resonancia durante el funcionamiento a alta velocidad y garantiza la seguridad operativa del equipo. A medida que los equipos de alta resistencia evolucionan hacia un mayor tamaño y una mayor eficiencia, el mecanizado de forjado de rotores se moderniza hacia una mayor precisión, inteligencia y fabricación ecológica, proporcionando componentes esenciales más fiables para los sectores de la energía, la electricidad y otros.