Como fabricar pastilhas de Metal Duro

As ferramentas de metal duro são fabricadas por sinterização, um processo em que o pó da matéria prima é depositado em um molde, onde é submetido à altíssima pressão.

Fabricação do Pó

Os principais passos na preparação do pó de metal duro pronto para prensagem são:

• Pesagem do diferentes tipos de matéria-prima
• Moagem e mistura em proporções e tamanhos de grãos adequados
• Secagem por spray para o pó acabado
• Identificação e estoque antes da prensagem

Os diferentes tipos de matéria-prima são entregues à fabrica. Dependendo da classe, são usados diferentes misturas e compostos. As principais matérias-primas são, normalmente:

• 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
• Polietilenoglicol (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 desejado seja obtido. A mistura é movida em um recipiente de coleta especial. A mistura do lote é, então, transportada para a secagem por spray.

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 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 à tenacidade.

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, 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 entre as punções superior e inferior. Com várias toneladas de pressão, as pastilhas são compactadas para a geometria desejada. 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, altura e são verificadas quanto à presença de trincas superficiais.

Sinterização

As principais etapas do processo de sinterização são:

• 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 a cementação entre o aglomerante e os carbonetos(partículas duras), aumentando também a resistência.

Dependendo da classe, diferentes processos são desenvolvidos. Se houverem desvios de temperatura, diferentes tipos de passos de sinterização são usados, bem como fornecimento de diferentes gases, pressões e métodos de refrigeração. Neste estágio, as pastilhas apresentam grande tenacidade e resistência ao desgaste, e contraíram-se para o seu respectivo tamanho final, ou seja, aproximadamente 50% em volume.

O processo é estritamente controlado por um sistema computadorizado. Quaisquer desvios do processo geram alertas para os 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.

Retífica

Muitas pastilhas são retificadas ou lapidadas (desbastadas) para obtenção do formato final. 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

Retífica completa das laterais, raios e chanfros são feitos em modernas máquinas de 5 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.

Robôs manuseiam o fornecimento e carregamento de máquinas com pastilhas sem retífica acabada para a fábrica. Após as operações de retífica, as pastilhas são transportadas para a próxima fase de produção: o tratamento das arestas.

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. O tamanho da parte arredondada da aresta é de aproximadamente 0.02 - 0.08 mm (0.007 - 0.003 polegadas).

Os métodos de tratamento são variados. 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 às 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 Vapour Deposition). Basicamente, a cobertura pelo processo CVD é feita através da reações químicas de diferentes gases. Outro método é 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, a uma temperatura de aproximadamente 1000º C. Para ambos os tipos de cobertura, várias substâncias que reagem quimicamente umas com as outras, são injetadas dentro de um forno. As pastilhas que receberão a cobertura são colocadas dentro desse forno. Durante todo o ciclo de cobertura há uma subpressão no forno.

O processo leva entre oito e dezesseis horas, dependendo da classe da ferramenta sendo produzida. A espessura das coberturas em pastilhas intercambiáveis varia entre 2 e 12 microns (um fio de cabelo tem, em média, um diâmetro de 58 microns). O carbonitreto de titânio é normalmente usado como primeira camada. A cobertura de óxido de alumínio, AI2O3, também é usada com frequência. 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 sistema computadorizado. Durante o processo de cobertura, a quantidade de gás, a temperatura e a pressão, para controle da qualidade, são 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.

Gravação, Etiquetagem, Embalagem

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 é marcada à laser e 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.

Conteúdo original fornecido por Sandvik Coromant e editado