¿Cómo se fabrica un eje de turbocompresor y una rueda de turbina?
¿Cómo se fabrican un eje y una rueda?
Las técnicas de soldadura más tradicionales habían resultado menos satisfactorias, pero el desarrollo intensivo de la soldadura por fricción condujo a un proceso que es consistente y confiable.
Durante el proceso, la fricción entre un componente giratorio y uno estacionario hace que los dos metales se calienten al rojo vivo, en cuya etapa se aplica presión para forjar las piezas juntas.
Normalmente, la longitud del eje se reduce en 3 mm durante el proceso.
La calidad se controla mediante un cuidadoso seguimiento de los parámetros del proceso, especialmente la velocidad y la presión. Para garantizar un control eficaz del proceso, las muestras aleatorias del componente conjunto de la turbina / eje se someten a pruebas de tracción con regularidad hasta su destrucción.
Sorprendentemente, una junta soldada por fricción típica con una superficie de solo 2 cm cuadrados soportará una carga de tracción de más de 10 toneladas antes de fracturarse.
Además, la unión suele ser más resistente que el metal base.
A la soldadura le sigue el giro de los diámetros del eje en un torno antes del rectificado de precisión hasta las tolerancias terminadas.
Antes de rectificar, el diámetro del cojinete del eje se endurece por inducción para proporcionar la coincidencia de superficie duradera requerida para los cojinetes lisos.
El endurecimiento por inducción produce una superficie dura en el eje de hasta 2 mm de profundidad, al tiempo que retiene un núcleo interior más blando en el eje para mantener la resistencia contra posibles fracturas por carga de impacto.
El rectificado final de los diámetros del eje se realiza en máquinas rectificadoras CNC (control numérico por computadora) capaces de trabajar con el tamaño requerido, las tolerancias de rectitud y redondez en todos los diámetros de eje.
La calidad está asegurada mediante el uso de medidores electrónicos de funciones múltiples capaces de medir todas las dimensiones vitales simultáneamente.
El control estadístico del proceso y el cálculo de la capacidad en curso del proceso se proporcionan al mismo tiempo.
Una vez que los diámetros del eje se han rectificado, se debe mecanizar el perfil de la rueda de la turbina; otra operación de mecanizado especializada de Inconel.
La dureza del material obliga a rectificar el perfil.
Las tolerancias de tamaño y concentricidad deben mantenerse durante el proceso para asegurar una correspondencia precisa entre la rueda de la turbina y su carcasa, garantizando así una alta eficiencia constante de la turbina.
Las ranuras del anillo de sello en el cubo del eje se pueden girar o rectificar.
Una vez más, las tolerancias estrictas son esenciales en las dimensiones y la calidad de la superficie, ya que influyen en el control de fugas de aceite en el turbocompresor terminado.
Luego se enrollan los hilos en el extremo del impulsor del eje. Se requiere una rosca concéntrica fuerte para retener el impulsor, especialmente ante la demanda del cliente de un mayor rendimiento del turbocompresor que requiere impulsores más grandes con espacios libres del compresor pequeños.
La operación de fabricación final es equilibrar la rueda de la turbina de modo que el conjunto de eje y rueda sea capaz de funcionar a velocidades de funcionamiento sin vibración o movimiento excesivo del eje en el sistema de cojinetes.
El eje está equilibrado dinámicamente en dos planos; en la parte delantera y trasera de la rueda de la turbina.
Esto se lleva a cabo en máquinas semiautomáticas o completamente automáticas que miden el equilibrio de la rueda de la turbina, calculando simultáneamente la cantidad precisa de material que se necesita moler en cada plano de la rueda de la turbina para equilibrarla.
Casi todas las dimensiones del eje y la rueda son fundamentales para el rendimiento y la durabilidad del turbocompresor.
Las tolerancias de fabricación que se logran en la actualidad se acercan a las mejores que se pueden lograr en cualquier proceso de fabricación en volumen.