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A principal fun??o de um coletor arrefecido a água é recolher ou distribuir fluidos (por exemplo, líquidos de refrigera??o) que ajudam a gerir temperaturas elevadas. Ao fazer circular os fluidos de arrefecimento, os colectores de arrefecimento melhoram a eficiência do motor, reduzem o ruído e protegem o motor e os componentes circundantes de danos relacionados com o calor.

O coletor do líquido de refrigera??o para automóveis é particularmente útil em sistemas complexos modernos, como os que se encontram em veículos eléctricos com motores, baterias e eletrónica de potência. Garante uma dissipa??o de calor adequada para evitar o sobreaquecimento.

As três propriedades principais do coletor de arrefecimento

O coletor de arrefecimento de água serve como uma jun??o que gere rigorosamente a press?o e o fluxo de líquidos de arrefecimento para áreas específicas do motor. Realizar esta tarefa utilizando tubos simples n?o é uma tarefa fácil. Para desempenhar o seu papel de forma eficiente, um coletor deve ter as seguintes propriedades:

• Resistência à temperatura: O material e a conce??o do coletor devem resistir à deforma??o ou à fadiga provocadas pelas elevadas temperaturas geradas pelos meios que gere. Deve também gerir eficazmente os ciclos térmicos (aquecimento e arrefecimento repetidos) ao longo da vida útil do motor.
• Resistência à press?o: Para um funcionamento seguro e consistente, o coletor deve ser fabricado com um material que possa suportar as press?es de funcionamento do sistema de arrefecimento sem falhas ou fugas.
• Distribui??o uniforme do fluxo: O coletor do líquido de refrigera??o para automóveis deve ter um design interno que promova uma distribui??o e recolha uniformes do líquido em todos os pontos de liga??o.

Materiais comuns utilizados no fabrico de colectores de arrefecimento

Os colectores s?o fabricados com materiais resistentes devido ao ambiente de funcionamento agressivo. No entanto, as ligas de alumínio 6061 e 6063 s?o normalmente preferidas devido à sua leveza.

• Liga de alumínio 6061: Tem uma rela??o resistência/peso e integridade estrutural superiores, tornando-o ideal para aplica??es em colectores. Outras propriedades que o tornam a escolha ideal incluem boa soldabilidade e maquinabilidade.
• Liga de alumínio 6063: Possui excelente extrudabilidade, acabamento superficial superior e resistência à corros?o. Isto torna-o a escolha ideal para formas complexas. No entanto, a sua resistência mec?nica é ligeiramente inferior à do 6061.

Técnicas de fabrico de colectores arrefecidos a água

A técnica utilizada no fabrico de colectores de refrigera??o depende normalmente do tamanho do lote. Para o processamento de pequenos lotes de colectores arrefecidos a água, os fabricantes utilizam normalmente a maquinagem CNC. Este processo come?a com a cria??o de um modelo 3D detalhado do coletor pretendido utilizando software CAD.

Os dados do modelo 3D completo s?o importados para um software CAM, onde os engenheiros CNC planeiam os métodos de maquina??o mais eficientes para gerar os percursos que a ferramenta irá seguir. O software CAM converte o desenho em código G, as instru??es numéricas que controlam a máquina CNC.

Um bloco sólido do material selecionado é fixado à bancada de trabalho da máquina CNC. O operador da máquina prepara o bloco de material e as ferramentas e executa o programa para a maquinagem CNC do coletor de arrefecimento.

A máquina de fresagem CNC automatizada utiliza diferentes ferramentas de corte para remover material do bloco de material para criar os complexos canais internos, caraterísticas de montagem e contornos do coletor. Por vezes, podem ser utilizadas perfura??es profundas ou desbaste para aletas finas.

Para projectos com canais muito complexos, o coletor de arrefecimento pode ser produzido em pe?as separadas. As pe?as s?o depois unidas num forno para formar uma unidade única e selada. Um mecanismo de controlo de qualidade robusto pode inspecionar as opera??es durante ou após opera??es específicas para garantir que as toler?ncias e as dimens?es s?o cumpridas.

O pós-processamento e o acabamento da pe?a s?o normalmente efectuados através de limpeza por ultra-sons para remover detritos, fresagem de precis?o das superfícies de contacto para garantir uma planicidade crítica para uma veda??o eficaz com O-rings, ou niquelagem de pe?as de alumínio para evitar a oxida??o e melhorar a durabilidade.

Fabrico de colectores de refrigera??o de produ??o em massa de grande volume

A produ??o em massa de grande volume come?a normalmente com a fundi??o de ligas de alumínio (por exemplo, fundi??o sob press?o e fundi??o a baixa press?o) para criar pe?as em bruto. O passo seguinte é a maquina??o de precis?o CNC de interfaces vitais e superfícies de veda??o.

Os fabricantes utilizam esta abordagem para reduzir os custos dos lotes, assegurando simultaneamente a precis?o dimensional do núcleo. Os colectores refrigerados a água maquinados por CNC existentes no mercado têm normalmente os seguintes requisitos de precis?o:

• Toler?ncia da abertura da interface: ±0,02-0,05mm
• Precis?o da planicidade da superfície de veda??o: ≤0,01 mm
• Rugosidade da superfície: Ra≤1,6μm
• Coaxialidade da interface: ≤0,03 mm
• Toler?ncia da posi??o do furo de montagem: ±0,1mm

Exigências e preocupa??es do cliente

Uma empresa chinesa abordou a 天美影院 para um coletor de refrigera??o para automóveis com duas preocupa??es principais. Eles estavam particularmente preocupados com o facto de que se as principais dimens?es maquinadas por CNC, incluindo a toler?ncia da abertura da interface, a planicidade da superfície de veda??o e a coaxilidade da interface, n?o fossem cumpridas de acordo com os padr?es desejados ou se a consistência da precis?o entre as pe?as individuais fosse fraca, isso levaria à falha da veda??o do coletor.

O resultado mais comum da falha do coletor de arrefecimento é a fuga de líquido de arrefecimento. Uma vez que o líquido de arrefecimento é um componente importante da gest?o térmica do automóvel, as fugas aumentam o risco de sobreaquecimento da bateria/motor e de potencial falha do sistema. Isto representa um defeito fatal crítico para a seguran?a.

A segunda preocupa??o do cliente era o tempo de ciclo prolongado para a maquina??o CNC de pequenos lotes. O longo tempo de processamento de estruturas complexas com elevada precis?o atrasa os subsequentes testes de correspondência do sistema de gest?o térmica e o processo de valida??o da instala??o do veículo. Esta é uma preocupa??o crítica e justificável, uma vez que os prazos dos projectos de prototipagem automóvel s?o frequentemente muito apertados.

Desafios

O principal desafio que a 天美影院 teve de superar foi a forma de reduzir o tempo de fabrico CNC do coletor de arrefecimento para cumprir o calendário apertado do cliente. A máquina CNC trabalha a um ritmo definido que n?o pode ser acelerado sem afetar negativamente a precis?o. Por conseguinte, qualquer que seja a solu??o a adotar, n?o deve ser feita à custa da qualidade.

Uma maquinagem deficiente conduzirá a retrabalhos e à raspagem da pe?a avariada, o que levará ainda a perdas de tempo e de material. De qualquer forma, aumentará os custos de fabrico do cliente. Para lidar com estes desafios, a equipa de especialistas em maquina??o da 天美影院 foi for?ada a pensar de forma inovadora para encontrar solu??es que aumentassem a eficiência e resolvessem todas as preocupa??es levantadas pelo cliente.

Solu??o

A equipa de engenheiros da 天美影院 estudou intensivamente o projeto de design do cliente e apresentou três estratégias-chave de fabrico CNC de colectores de arrefecimento que, quando harmonizadas, resolver?o todas as preocupa??es que o fabricante tinha levantado. Os engenheiros da 天美影院 aproveitaram os seus conhecimentos no fornecimento de Servi?os de maquinagem CNC durante mais de uma década para desenvolver a solu??o em três vertentes.

1. Pré-processamento do material

Os engenheiros da 天美影院 estabeleceram que era importante pré-processar a liga de alumínio 6061 utilizada neste projeto para aliviar as tens?es e evitar a deforma??o, uma preocupa??o fundamental em pe?as de alta precis?o. O passo exato que a 天美影院 deu para o pré-processamento do material é destacado abaixo.

• Sele??o da têmpera do material: A têmpera 6061-T6/T651 foi escolhida porque foi submetida a um tratamento térmico e a um envelhecimento artificial para obter uma resistência elevada. No entanto, a têmpera introduz frequentemente tens?es residuais.
• Aliviar o stress: Isto pode ser feito de quatro formas, nomeadamente, método mec?nico, método térmico, alívio de tens?es por vibra??o e tratamento criogénico.
• Limpeza: O bloco de liga de alumínio 6061 em bruto é limpo para remover qualquer sujidade, gordura ou óxidos que possam estar na superfície.

2. Maquina??o CNC simult?nea de cinco eixos

Ao contrário das máquinas CNC normais de três eixos, a máquina CNC simult?nea de cinco eixos utilizada pela 天美影院 corta ao longo de cinco eixos (nomeadamente o eixo linear [X, Y e Z] e o eixo rotativo [A, B/C]), de uma só vez. Isto permite a cria??o de pe?as altamente complexas numa única configura??o.

A máquina CNC simult?nea de cinco eixos aproxima-se da pe?a de trabalho a partir de praticamente qualquer ?ngulo, o que aumenta significativamente a eficiência, a precis?o e o acabamento da superfície, em compara??o com as máquinas CNC tradicionais. Segue-se um resumo do funcionamento de uma máquina CNC de cinco eixos simult?neos para o fabrico de colectores de refrigera??o.

• A máquina desloca a pe?a linearmente ao longo dos eixos X (esquerda e direita), Y (para cima e para baixo) e Z (frente e trás)
• Tem dois eixos rotativos adicionais (A, B ou C) que permitem que a pe?a se incline e rode, acrescentando movimento angular ao percurso familiar tradicional
• Uma vez que os cinco eixos se podem mover ao mesmo tempo, permite à máquina criar um coletor de arrefecimento com contornos e curvas suaves e complexos.

3. Inspe??o completa da máquina de medi??o por coordenadas (CMM)

Cada parte da produ??o do coletor de arrefecimento é medida com uma CMM, come?ando pelo material limpo. A inspe??o da 100% CMM é feita para verificar se cumprem as dimens?es, caraterísticas geométricas e toler?ncias especificadas nos dados do desenho digital. Isto é necessário porque qualquer desvio pode levar a uma falha ou a um retrabalho dispendioso.

A tecnologia CMM tornou-se o “padr?o de ouro” para a inspe??o dimensional devido à sua elevada precis?o. O dispositivo capta milhares de pontos de dados em toda a superfície da pe?a para criar um modelo 3D completo das dimens?es reais da pe?a.

As CMMs avan?adas para máquinas CNC utilizadas pela 天美影院 podem ser automatizadas. O operador carrega várias pe?as para a máquina e esta executa automaticamente o ciclo de inspe??o pré-programado para cada pe?a sem interven??o externa. Esta máquina avan?ada permite inspecionar eficazmente grandes lotes de colectores de arrefecimento.

No final da opera??o, o software da CMM gera automaticamente um relatório de inspe??o detalhado e objetivo para cada pe?a. O relatório é comparado com o projeto de design do cliente para detetar quaisquer desvios. Isto forneceu ao cliente uma prova de conformidade ou n?o-conformidade baseada em dados. Este relatório também é valioso para a conformidade regulamentar.

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