La fabricación de un brazo de excavadora, un componente estructural central que soporta cargas pesadas y fuerzas dinámicas, sigue un proceso riguroso de múltiples etapas para garantizar la durabilidad, la precisión y la seguridad. A continuación se presenta un desglose detallado del flujo de trabajo, las operaciones clave y los controles de calidad:
Esta etapa sienta las bases para el rendimiento del brazo, centrándose en la integridad estructural y la eficiencia operativa.
- Operaciones Principales:
- Crear modelos 3D del brazo (incluyendo placas principales, costillas de refuerzo e interfaces de bisagra) utilizando software CAD.
- Realizar simulación FE a través de herramientas CAE para analizar la distribución de tensiones, la vida útil a la fatiga y la deformación en condiciones de trabajo extremas (por ejemplo, levantar materiales pesados, excavar suelo duro).
- Optimizar el diseño: Ajustar el grosor de la placa, agregar/reforzar costillas o modificar las posiciones de las bisagras para reducir el peso manteniendo la capacidad de carga.
- Herramientas Clave: CAD (SolidWorks, Creo), CAE (ANSYS, Abaqus), software de análisis FE.
- Requisito de Calidad: Asegurar que el diseño cumpla con los estándares de la industria (por ejemplo, ISO 10265) para la resistencia a la fatiga y la resistencia a la carga estática; las interfaces de instalación (por ejemplo, los orificios de las bisagras) deben alinearse con el cilindro del brazo y el cucharón de la excavadora.
El brazo de la excavadora se basa en materiales de alta resistencia y resistentes al desgaste para soportar entornos de trabajo hostiles.
- Materiales Comunes: Acero de baja aleación y alta resistencia (HSLA) (por ejemplo, Q345B/C, S355JR) o acero resistente al desgaste (por ejemplo, NM450) para áreas de tensión crítica. Estos materiales equilibran la resistencia a la tracción (≥345 MPa) y la tenacidad, evitando la fractura frágil.
- Preparación del Material: Inspeccionar las placas de acero en bruto en busca de defectos (por ejemplo, grietas, inclusiones) mediante pruebas ultrasónicas; cortar las placas en tamaños estándar para su posterior procesamiento.
Las placas de acero en bruto se cortan en formas específicas (por ejemplo, placas principales del brazo, placas de costilla) basadas en dibujos 2D desplegados del modelo 3D.
- Operaciones Principales: Corte CNC (Control Numérico por Computadora) para asegurar la precisión dimensional.
- Herramientas Clave:
- Máquina de corte por plasma CNC tipo pórtico (para placas delgadas a medianas, ≤20 mm; rápida, baja deformación térmica).
- Máquina de corte por llama CNC (para placas gruesas, >20 mm; adecuada para acero HSLA).
- Requisito de Calidad: Desviación dimensional ≤ ±1 mm; sin rebabas ni escoria en los bordes cortados (para evitar defectos de soldadura); deformación térmica controlada mediante precalentamiento o enfriamiento posterior al corte.
Las placas de acero planas se doblan o enrollan para crear la estructura tipo caja del brazo (alta rigidez) y secciones curvas (para la distribución de la carga).
- Operaciones Principales:
- Doblado: Utilizar plegadoras hidráulicas para doblar las placas en ángulos (por ejemplo, 90° para paredes de sección en caja) o ranuras en forma de U.
- Enrollado: Utilizar máquinas enrolladoras de placas para formar superficies curvas (por ejemplo, las placas superior/inferior en forma de arco del brazo) para una mejor dispersión de la tensión.
- Preparación de Bordes: Biselar los bordes de las placas (por ejemplo, biseles de 30°–45°) para asegurar una penetración completa durante la soldadura.
- Herramientas Clave: Plegadora hidráulica, máquina enrolladora de placas de 4 rodillos, máquina biseladora.
- Requisito de Calidad: Desviación angular ≤ ±0.5°; las superficies curvas tienen un radio uniforme (sin arrugas ni grietas); las dimensiones del bisel coinciden con las especificaciones de soldadura.
La soldadura ensambla todas las piezas formadas en la estructura final del brazo; esta es la etapa más crítica para la resistencia estructural.
- Operaciones Principales:
- Soldadura por Puntos: Fijar temporalmente las piezas (por ejemplo, placas principales + costillas de refuerzo) con pequeñas soldaduras para mantener la alineación.
- Soldadura Principal: Utilizar métodos de soldadura de alta eficiencia y bajo defecto para diferentes uniones:
- Soldadura por Arco Sumergido (SAW): Para uniones largas y rectas (por ejemplo, costuras de la placa principal); alta tasa de deposición y soldaduras lisas.
- Soldadura por Arco con Gas Metal (GMAW) CO₂: Para uniones complejas (por ejemplo, conexiones de costilla a placa principal); flexible y adecuada para ajustes in situ.
- Soldadura Robótica: Para uniones de alta precisión (por ejemplo, interfaces de bisagra); reduce el error humano y asegura una calidad de soldadura consistente.
- Tratamiento Térmico Posterior a la Soldadura: Calentar el brazo a 600–650°C (recocido de alivio de tensiones) para eliminar la tensión residual de la soldadura (evita el agrietamiento durante el uso).
- Herramientas Clave: Máquina SAW, antorcha de soldadura GMAW CO₂, estación de trabajo de soldadura robótica, horno de tratamiento térmico.
- Requisito de Calidad: Sin defectos de soldadura (porosidad, grietas, fusión incompleta); altura de la soldadura ≥ 70% del grosor de la placa más delgada; tensión residual ≤ 150 MPa después del tratamiento térmico.
El mecanizado refina las interfaces críticas (por ejemplo, orificios de bisagra) para asegurar un montaje suave con los cilindros hidráulicos y el cucharón de la excavadora.
- Operaciones Principales:
- Sujeción con Dispositivos: Asegurar el brazo soldado a un dispositivo dedicado (para evitar la deformación durante el mecanizado).
- Mandrinado: Utilizar mandrinadoras CNC para mecanizar los orificios de las bisagras (para los ejes de los pasadores) a dimensiones precisas.
- Fresado: Fresar las caras finales de los salientes de las bisagras para asegurar la perpendicularidad con los ejes de los orificios.
- Taladrado/Roscado: Taladrar orificios para soportes de tuberías hidráulicas o conexiones de pernos; roscar roscas internas donde sea necesario.
- Herramientas Clave: Máquina mandrinadora y fresadora CNC grande, centro de mecanizado multieje, máquina roscadora.
- Requisito de Calidad: Desviación del diámetro del orificio ±0.05 mm; paralelismo/coaxialidad de los orificios de las bisagras ≤ 0.5 mm (para asegurar el movimiento suave del eje del pasador); rugosidad superficial de los orificios Ra ≤ 1.6 μm.
Esta etapa mejora la resistencia a la corrosión y mejora la adherencia del recubrimiento, fundamental para la vida útil del brazo en entornos húmedos/polvorientos.
- Operaciones Principales:
- Granallado: Utilizar granallas de acero de alta velocidad (0.8–1.2 mm) para granallar la superficie del brazo, eliminando el óxido, la cascarilla y la escoria de soldadura.
- Fosfatado: Sumergir el brazo en un baño de fosfatado (solución de fosfato de zinc) para formar una película de fosfato de 5–10 μm (mejora la adherencia de la imprimación).
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