Usinagem CNC de Flanges: Tipos, Processos e Técnicas de Precisão

Flanges são componentes fundamentais na engenharia mecânica e instalação de dutos, servindo como colares elevados ou aros que unem dois elementos. Eles permitem conexões seladas por meio de parafusos e soldagem, proporcionando segurança contra vazamentos enquanto suportam pressão, temperatura e cargas mecânicas. Este artigo fornece uma análise detalhada dos tipos de flange, métodos de conexão e técnicas de usinagem CNC, com informações da experiência de fabricação de precisão da EMAR.

O que é um flange? Um flange é um objeto plano e circular usado para unir dois componentes. Seus usos comuns são em tubos, válvulas, bombas e máquinas. Os flanges permitem a conexão e desconexão de componentes enquanto ajudam a criar vedações herméticas entre eles. Um flange pode suportar alta pressão, temperatura e cargas mecânicas, normalmente apresentando orifícios para parafusos ao redor do perímetro para fixação. Eles são normalmente feitos de aço e aço inoxidável, dependendo do uso pretendido.

Em termos simples, um flange é uma parte anular usada para conectar tubos, válvulas, bombas e outros equipamentos. Geralmente é equipado com orifícios para parafusos que permitem conexões estreitas usando fixadores como parafusos e porcas. A presença de flanges garante que sistemas mecânicos complexos funcionem de forma estável e eficiente.

Como funciona uma conexão de flange? 1. DesignFlanges são placas circulares com uma face plana e orifícios para parafusos ao redor de sua periferia. Eles se destinam a unir tubos, válvulas e outros equipamentos com segurança. O design fornece orientação correta e uma junta cinemática rígida, com superfícies lisas e elevadas normalmente usadas para melhorar o mecanismo de vedação.

2. BoltingFlanges são fixados usando parafusos que passam por orifícios fornecidos em ambos os lados. Quando os parafusos são apertados, os dois flanges entram em contato e comprimem a junta no meio, criando uma vedação bem ajustada, estanque ou hermética.

3. GasquetesPara garantir que não haja vazamentos entre os dois flanges, uma junta é sempre inserida no meio. As juntas permanecem flexíveis quando aparafusadas e encolhem para formar uma vedação compacta. Eles também reduzem as vibrações e permitem pequenos desalinhamentos.

4. Classificação de Pressão e TemperaturaCada conexão de vedação é destinada a determinados requisitos de pressão e temperatura, definidos pelo projeto e pelo material. O flange deve ser escolhido corretamente para o sistema para evitar falhas.

5. InstalaçãoUma conexão de flange é fisicamente alinhada primeiro. Em seguida, uma junta é instalada entre eles antes de serem aparafusados. Os parafusos devem ser bem apertados para obter uma boa conexão sem vazamentos. A instalação excessiva ou inadequada pode causar vazamentos ou danos às superfícies internas.

6. Manutenção As conexões de flange exigem patrulhamento frequente das juntas em busca de sinais de desgaste, ferrugem ou vazamento. Isso é essencial para conexões confiáveis em sistemas de alta pressão ou alta temperatura.

Mecanismo de vedação Os vazamentos da conexão do flange ocorrem principalmente por meio de dois caminhos: vazamento da junta (fluido que passa por capilares no material da junta) e vazamento da superfície de contato (na interface entre a junta e o flange). Micro-irregularidades na superfície do flange surgem de deformações mecânicas e vibrações durante a usinagem, que precisam ser preenchidas com uma junta semi-plástica para evitar vazamento de fluido.

Tipos típicos de flanges1. Flange de pescoço de soldaOs soldadores prendem um flange de pescoço de solda ao tubo usando um cubo cônico longo. Estes oferecem uma junta firme e duradoura para altas pressões e temperaturas. Sua forma cônica distribui tensões e garante que não ocorra vazamento.

2. Flange deslizante Os engenheiros deslizam flanges deslizantes sobre o tubo e soldam sua face e também o tubo. Estes são comparativamente mais baratos e fáceis de instalar, recomendados para sistemas de baixa pressão.

3. Flange RosqueadoOs flanges rosqueados têm roscas internas e externas que combinam com as roscas de um tubo. Os trabalhadores os fixam aparafusando, evitando o uso de soldagem. Eles são amplamente aplicáveis para sistemas de baixa pressão.

4. Flange da junta do colo Os flanges da junta do colo são acompanhados por um suporte solto. As extremidades do tubo deslizam para a junta do colo e os trabalhadores parafusam o flange da junta do colo em seu suporte.

5. Flange de junta tipo anel (RTJ) RTJ apresenta uma ranhura onde uma junta de anel de metal é colocada para criar uma vedação de alta pressão. Comumente aplicados em indústrias de petróleo e gás, onde as pressões e temperaturas são relativamente altas, eles garantem uma conexão à prova de vazamentos.

6. Flange de orifícioOs flanges de orifício devem ser equipados com um medidor de vazão ou uma placa de orifício dentro de sistemas de tubulação. Eles têm portas para determinar a taxa de fluxo de fluidos ou gases e mantêm portas de pressão integrais para medições de pressão.

7. Flange Van Stone Os flanges Van Stone têm uma borda chanfrada que fornece uma interface apertada e à prova de vazamentos. Eles são bem aplicáveis para aplicações de baixa a média pressão e proporcionam facilidade de instalação.

8. Flange AmarradoFlanges amarrados são usados em vasos de pressão operando em alta pressão e temperatura. Eles têm uma barra de amarração que une seu diâmetro externo para garantir que não haja separação sob condições extremas de pressão.

9. Flange de face planaOs flanges de face plana têm uma superfície de vedação plana, apresentando uma estrutura simples e facilidade de usinagem. Adequado para aplicações com baixa pressão e mídia não tóxica, a vedação é obtida principalmente por meio de juntas entre os flanges.

10. Flange CegoOs flanges cegos servem como tampas sólidas para vedar extremidades de tubos, vasos ou pontos de teste. Eles são essenciais para o isolamento do sistema durante a manutenção, teste de pressão, futuros pontos de expansão e desligamentos de emergência.

Diferentes faces de um flange para conectar faces masculinas e femininas (M & F): Um flange tem uma protuberância (macho) e o outro tem um recuo (fêmea), criando um ajuste perfeito comum em tubulações e aplicações mecânicas altas.

Tongue and Groove (T & G): Uma “língua ” saliente em um flange e uma ranhura correspondente no outro, oferecendo melhor aderência e menos risco de separação ou vazamento.

Face plana com face levantada (FF-RF): Uma face plana com uma ĂĄrea de vedaĂ § ĂŁo sobre ela. VedaĂ § ĂŁo melhor em sistemas com espaĂ § o limitado e requisitos especiais de vedaĂ § ĂŁo.

Face embutida (RF): Uma ranhura ao redor da área de vedação que retém a junta, comumente usada para vedação aprimorada em aplicações de alta pressão.

Flange Integral (IF): Um acessório de tubo feito em uma peça, com o flange e o tubo fabricados simultaneamente, facilitando a conexão e reduzindo o vazamento.

Dimensões do flange e ConsiderationsNominal tamanho da tubulação (NPS): Define as dimensões essenciais do flange, geralmente variando de ½ polegada (DN 15) a 24 polegadas (DN 600).

Diâmetro do Círculo do Parafuso (BCD): Depende do tamanho do flange (por exemplo, para 1 NPS, o BCD é de cerca de 2,75 polegadas).

Tamanho do furo do parafuso: Geralmente perfurado para o diâmetro do parafuso mais 1 / 8 de polegada.

Tipo de face de flange: face plana (até 150 psi), face levantada (600 ou 1500 psi), junta tipo anel (acima de 1500 psi).

Espessura: Depende da classe de pressão e do material. Exemplo: flanges de 150 lb aproximadamente 0,25 polegadas para NPS pequenos.

Classificação de pressão: Classe 150 (até 285 psi), Classe 300 (até 740 psi), Classe 600 (até 1480 psi), Classe 1500 (até 3700 psi).

Compatibilidade da junta: juntas planas para flanges de face plana, juntas de anel para flanges RTJ, juntas enroladas em espiral para flanges de face elevada até 3000 psi.

Padrões e códigos: ASME B16.5 (1 / 2 "a 24"), ASME B16.47 (26 "e maior), API 6A (petróleo e gás, até 20.000 psi).

Conexões de extremidade: soldadas, roscadas (até 2½ polegadas), deslizantes (até 24 polegadas).

Técnicas de usinagem de flanges Torneamento CNC Torneamento CNC descasca o material de uma peça de trabalho giratória, formando uma forma cilíndrica com uma ferramenta de corte. Isso minimiza superfícies ásperas e ajuda a criar dimensões precisas. Tornar é melhor para flanges com tolerâncias próximas (por exemplo, 0,01mm), como flanges de alta pressão do pescoço de solda.

Fresagem e perfuração CNCA fresagem CNC emprega ferramentas de corte giratórias para esculpir material, criando superfícies planas, angulares, com contornos e outros tipos. A fresagem é ideal para projetar bordas de vedação e formas intrincadas. A perfuração CNC ajuda a fazer furos para parafusos com precisão de posição de furo.

TappingTapping envolve cortar roscas internas em orifícios, moldar flanges prontos para parafusos e fixadores enquanto segura o tamanho certo da rosca.

CNC GrindingGrinding esfrega uma superfície contra uma roda abrasiva, oferecendo um acabamento suave para faces de flange. Ajuda a alcançar altos níveis de precisão para superfícies de vedação e sua aptidão.

Fresagem FacialA fresagem facial remove material da superfície do flange para formar uma superfície plana e uniforme para vedação, fornecendo instalação e funcionalidade adequadas da junta.

O CNC GroovingGrooving corta ranhuras estreitas no flange, frequentemente formando uma área para juntas ou vedações. Isso evita posições incorretas da junta durante a operação.

Cortar /ShearingManufacturers criar espaços em branco de flange a partir de perfis de metal cortando formas. A cisalhamento requer alta força e coloca o flange em condições para processos de usinagem adicionais.

Limpeza de superfícies de flange usando abrasivos remove ferrugem e materiais indesejados, fornecendo uma forma estética elegante e limpa e preparando o flange para torneamento final ou pintura.

Soldagem CNCO processo de soldagem une duas ou mais peças metálicas por calor ou pressão, fornecendo ligações firmes e irreversíveis.

Etapas do processo de usinagem de flangeSeleção de materialO ambiente operacional determina a escolha do material: aço carbono para aplicações gerais, aço inoxidável para resistência à corrosão, liga de aço para alta pressão e temperatura, ferro fundido para sistemas de baixa pressão e aço inoxidável duplex para ambientes hostis.

Forjamento ou FundiçãoOs flanges forjados têm maior desempenho mecânico e melhor densidade estrutural, enquanto os flanges fundidos podem ser usados para formas e tamanhos mais complicados.

Tratamento Térmico Os blanks de flange são submetidos a tratamento térmico (recozimento, normalização, têmpera e têmpera) para remover tensões internas, melhorar o desempenho estrutural e aumentar a resistência mecânica.

Usinagem por flangeA usinagem precisa usando tornos, fresadoras, máquinas de perfuração e outros equipamentos se concentra na precisão dimensional e na qualidade da superfície. A seleção da ferramenta, a configuração dos parâmetros de corte e a sequência de processamento são críticas.

Tratamento de superfície Revestimentos antiferrugem, pintura ou outros tratamentos de superfície melhoram a resistência à corrosão e a aparência.

Inspeção e EmbalagemOs flanges acabados passam por uma inspeção rígida para precisão dimensional, qualidade de superfície e desempenho mecânico antes do empacotamento e armazenamento.

Exemplo: Usinagem de um flange DN100 em um centro de usinagem Para o processamento de um flange DN100 padrão (orifício central 108mm, diâmetro externo 215mm, espessura 24mm, orifícios para parafusos de 8 mm e 18 mm), os engenheiros da EMAR recomendam um centro de usinagem com curso do eixo X, Y e Z de 800 * 450 * 500 mm, cone do eixo BT40 e um quarto eixo (placa de indexação) para subprocessamento de orifícios para parafusos em uma fixação.

Processo simples para o flange DN100: 1. PreparaĂ § ĂŁo:

Confirme o padrão de flange (GB / T 9119-2010), dimensões, material (Q235, aço inoxidável 304) e requisitos de processamento.

Selecione aço redondo ou espaços em branco de flange (por exemplo, aço redondo 230mm).

Prepare fresas de topo, brocas, ferramentas de mandrilamento, ferramentas de chanfro.

Use um torno ou acessório especial para fixação estável.

2. Processamento:

Prenda a peça de trabalho e defina o sistema de coordenadas da ferramenta (G54).

Usinagem áspera: Círculo externo do moinho até 222mm (deixe 0,5 mm de margem de acabamento), faces da extremidade do moinho planas, orifício interno áspero até 102mm.

Usinagem fina: Círculo externo do moinho fino para 220mm, furo interno para 110mm.

Usinagem de orifícios para parafusos: Use a broca central para localizar e perfurar orifícios para parafusos de 8 mm e 18 mm distribuídos uniformemente na circunferência de 180 mm.

Champeie as bordas internas e externas C1-C2 (45) e rebarbe as bocas dos orifícios dos parafusos.

3. Notas:

Flanges finos precisam de pressão leve ou blocos de altura igual para evitar deformações de fresamento.

Materiais de aço inoxidável exigem velocidade reduzida e verificações regulares de ferramentas.

Execute a primeira peça no modo de estágio único e, em seguida, execute o processamento em lote após a confirmação.

Controle de Qualidade em Flange ManufacturingMaterial verificação: teste de composição química, validação de propriedades físicas, certificação de tratamento térmico, rastreabilidade do material.

Inspeção dimensional: medições CMM avançadas, verificação do acabamento da superfície, verificações de arredondamento e nivelamento, validação do alinhamento do furo do parafuso.

Ensaios não destrutivos: Inspeção de partículas magnéticas, teste ultrassônico, exame de penetração de corante, inspeção radiográfica quando necessário.

Escolhendo o Método de Usinagem de Flange Correto: Melhor para flanges redondos com tolerâncias próximas. Use tornos CNC para lotes grandes para melhorar a eficiência.

Fresagem: Para geometrias complexas como ranhuras, chavetas ou orifícios não circulares. As fresadoras CNC suportam geometrias complexas com rugosidade de superfície de até Ra 3,2 µm.

Perfuração: Especializada para furos de parafusos. As máquinas de perfuração CNC fornecem diâmetro e posição precisos do furo.

Moagem: Para superfícies de vedação de alta precisão com baixa rugosidade e alta planicidade. Melhor para materiais duros ou flanges tratados termicamente.

Usinagem pós-forjamento: Para flanges forjados com alta resistência, usando usinagem áspera e acabamento para atingir as dimensões do projeto.

Usinagem pós-fundição: processa flanges fundidos para melhorar superfícies ásperas, com testes não destrutivos para ajustar a porosidade potencial.

ConclusãoOs flanges desempenham o papel fundamental de fornecer juntas fáceis, confiáveis e à prova de vazamentos entre tubos, válvulas e outros componentes do sistema. Operações básicas de usinagem, incluindo torneamento, fresamento, perfuração e soldagem, são cruciais para produzir a precisão desejada e a qualidade padrão. Fresagem de face, ranhura, rosqueamento e outros processos melhoram ainda mais a funcionalidade e o desempenho do flange.

Na EMAR, nos concentramos em fornecer qualidade, precisão e flanges personalizados que atendem aos requisitos do cliente. Nossas tecnologias avançadas de fabricação e tolerância zero para comprometer a qualidade nos permitem fornecer flanges de ótima qualidade. Para quaisquer dutos importantes ou equipamentos complexos, você pode recorrer à EMAR para flanges altamente eficientes e duradouros.

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Perguntas frequentes Quais materiais são ideais para fazer flanges? Aço carbono para aplicações gerais, aço inoxidável para resistência à corrosão, liga de aço para alta pressão e temperatura, ferro fundido para sistemas de baixa pressão, aço inoxidável duplex para ambientes hostis, titânio para aeroespacial e ligas de cobre para aplicações marítimas.

Quais são as especificações dos flanges? As especificações incluem tamanho nominal da tubulação (NPS), classificações de pressão (classe 150, 300, etc.), tipo de flange (pescoço de solda, deslizamento, cego), material, face do flange (plana, elevada, RTJ), padrão de orifício de parafuso, espessura e padrões da indústria.

Quando é melhor usar um acessório de flange? Os acessórios de flange são ideais para ambientes de alta pressão, alta temperatura ou corrosivos. Eles são melhor usados quando a desmontagem frequente é necessária para manutenção ou inspeção, oferecendo fácil descolamento sem comprometer a integridade do sistema.