Processo de Fabricação do Metal Duro  - Apostilas - Engenharia Mecanica, Notas de estudo de Engenharia Mecânica. Universidade Federal de Alagoas (UFAL)
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Bossa_nova4 de Março de 2013

Processo de Fabricação do Metal Duro - Apostilas - Engenharia Mecanica, Notas de estudo de Engenharia Mecânica. Universidade Federal de Alagoas (UFAL)

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Apostilas sobre o estudo do processo de fabricação do metal duro, fabricação do pó, prensagem, sinterização.
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Processo de Fabricação do Metal Duro

Os principais passos na preparação do pó de metal duro pronto para prensagem são: - Pesagem do diferentes tipos de matéria-prima - Mistura e moagem em proporções e tamanhos de grãos adequados - Secagem por spray para o pó acabado - Identificação e estoque antes da prensagem.

Fabricação do Pó

Os diferentes tipos de matéria-prima são entregues a fabrica. Dependendo da classe, são usados diferentes misturas e compostos. As principais matérias-primas normalmente são: - Carboneto de Tungstênio (WC) - Carboneto de Titânio e carboneto de Tungstênio (Ti, W)C - Cobalto - Carboneto de Tântalo e carboneto de Nióbio (Ta, Nb)C - Polietileno glicol (fase aglomeraste, cera).

O pó, nas proporções adequadas para a classe final, é transportado para a moagem. O pó é misturado com etanol e moído por horas até que o tamanho de grão específico seja obtido. A mistura é movida em um recipiente de coleta especial. A mistura do lote é então transportada para a secagem por spray.

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Após a moagem, o líquido de moagem (etanol) deve ser separado do pó. Isso é feito bombeando-se a polpa para um funil para secagem por spray. O álcool é evaporado e se formam pequenos aglomerados que caem para o fundo. O pó misturado é passado através de um resfriado e coletado em containers.

O pó de metal duro acabado e pronto para prensagem é colocado em baldes, identificado e estocado. Aproximadamente 30 diferentes misturas de pó de metal duro são estocadas, dependendo das proporções da classe com relação à resistência ao desgaste e tenacidade.

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Prensagem

O método para manufaturar as ferramentas de prensagem é um complicado processo integrado aos sistemas CAD, onde as pastilhas são desenhadas para ferramentas de prensagem. Essas ferramentas consistem de uma matriz para prensagem, uma punção superior a outra inferior e um pino central para pastilhas com furo central.

A matriz é preenchida com pó de meta duro já misturado. O pó é prensado junto entre os punções superiores e inferiores. Com várias toneladas de pressão, as pastilhas são compactadas para respectiva geometria. Antes da sinterização, as pastilhas prensadas são muito sensíveis e macias como giz.

Antes da sinterização, as pastilhas prensadas possuem o dobro do tamanho de seu respectivo tamanho final. As pastilhas contraem 50% em volume e 20% em peso no processo de sinterização. As pastilhas prensadas são medidas em peso e altura. As trincas superficiais também são verificadas.

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Sinterização

Os passos principais no processo de sinterização: - As pastilhas prensadas são colocadas em pratos de grafite - O processo de sinterização leva por volta de 12 horas com uma temperatura de aproximadamente 1500ºC - Processamento de dados, controle ocular e medição

As pastilhas são colocadas em pratos de grafite. Dependendo da classe e do tamanho das pastilhas, os pratos são preparados para o seu respectivo processo de sinterização. A sinterização é um processo de tratamento térmico no qual fecham-se os poros, ocorrendo à cimentação entre o aglomerante e os carbonetos (partículas duras), aumentando também a resistência.

Dependendo da classe, diferentes processos são desenvolvidos. Se a temperatura estiver desviando, diferentes tipos de passos de sinterização são usados, bem como fornecimento de diferentes gases e pressões, além de métodos de refrigeração. As pastilhas agora conseguiram grande tenacidade e resistência ao desgaste. As pastilhas contraíram-se para o seu respectivo tamanho final, ou seja, aproximadamente 50% em volume.

O processo é estritamente controlado por um moderno sistema computadorizado. O menor desvio no processo dará um alarme aos operadores. É feito um controle ocular das pastilhas após o processo de sinterização. É feita também a medição de certos parâmetros antes das pastilhas deixarem o departamento de sinterização.

Retifica

Muitas pastilhas são retificadas ou lapidadas (desbastadas) em qualquer formato. As principais operações de retifica são: - Lapidação na superfície superior e/ou inferior - Retifica na periferia - Retifica de chanfros e fases negativas - Retifica de perfis (pastilhas para rosqueamento) - Retifica de perfis/formatos especiais

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Retífica completa das laterais, raios e chanfros são feitos em modernas máquinas de cinco eixos. Cada pastilha é fixada automaticamente e passa pela retifica o número de vezes igual ao número de chanfros a ser retificado. As dimensões são controladas por instrumentos especiais.

Modernos robôs manuseiam o fornecimento e carregamento de máquinas com pastilhas sem retífica acabadas para a fábrica. Após as operações de retífica, as pastilhas são transportadas para a próxima fase de produção: tratamento de aresta.

O Tratamento da Aresta

O tratamento de aresta é realizado em quase todas as pastilhas. Através dessa operação, a aresta de corte é arredondada e reforçada. A vida útil da ferramenta depende fortemente do formato da aresta. Diferentes métodos vêm sendo usados. O tamanho da parte arredondada da aresta é de aproximadamente 0.02 - 0.08 mm (0.007 - 0.003 polegadas).

Um método comum para o tratamento da aresta é o escovamento. Outros métodos são o jateamento seco e úmido da mesma. Dependendo do tipo, geometria, classe, raio de canto e tamanho da pastilha, o arredondamento da aresta e ajustado de acordo. As pastilhas para acabamento possuem um tratamento de aresta menor, comparado as pastilhas para desbaste.

Cobertura

As pastilhas de metal duro com cobertura são fabricadas colocando-se camadas sobre as mesmas, principalmente através do método de Deposição Química de Vapores (CVD - Chemical

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Vapour Deposition). Basicamente, a cobertura pelo processo CVD e feita através de reações químicas de diferentes gases. Outro método e a Deposição Física de Vapores (PVD - Physical Vapour Deposition) que é feita com uma temperatura de aproximadamente metade (500º C) daquela usada no CVD (1000º C).

Tanto a cobertura única quanto a multicamada são feitas através de processo químico com uma temperatura de aproximadamente 1000º C. Para ambos os tipos de cobertura várias substâncias, que reagem quimicamente umas com as outras para formar outros componentes, são injetadas dentro de um forno. As pastilhas a receberem a cobertura são colocadas dentro desse forno. Durante todo o ciclo de cobertura há uma subpressão no forno.

O processo leva aproximadamente de oito a dezesseis horas dependendo da classe. A espessura das coberturas em pastilhas intercambiáveis varia entre 2 a 12 microns (a média de um fio de cabelo tem um diâmetro de 58 microns). O carbonitreto de titânio e normalmente usado como primeira camada, Ti(CN). A cobertura de óxido de alumínio, AI2O3, também e geralmente usada. Uma camada fina de nitreto de titânio, TiN, na superfície da pastilha proporciona a cor dourada.

O processo de cobertura é rigorosamente controlado por um moderno sistema computadorizado. Durante o processo de cobertura, a quantidade de gás, a temperatura e a pressão, para controle da qualidade é de extrema importância. A combinação do substrato otimizado e o processo CVD/PVD desenvolvido resulta na atual geração de pastilhas de metal duro com cobertura para torneamento, fresamento e furação.

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Gravação, Etiquetagem e Embalagem

Hoje, o controle ocular, gravação, etiquetagem e embalagem das pastilhas são feitos em maquinas completamente automatizadas. Robôs manuseiam as pastilhas, do carregamento nas maquinas até as prateleiras. O controle ocular do tamanho da pastilha, geometria e raio de canto também é feito por um sistema computadorizado, Códigos de barra são usados desde o inicio da fabricação das pastilhas até o estoque.

A classe e marcada a laser ao invés de marcação a tinta. As embalagens de pastilhas são etiquetadas e lacradas por robôs. A etiqueta com dados de corte CoroKey e adicionada por último, na superfície das embalagens. Uma inspeção estatística final das pastilhas, através de microscópio e feita para avaliar dureza, trincas, tamanho do grão, dimensões, acabamento superficial e avarias.

A dureza do metal duro está entre a dureza do diamante e da safira e o seu peso é aproximadamente duas vezes o aço.

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