A usinagem do metal duro tem um impacto decisivo nas propriedades e características das ferramentas acabadas.
A precisão qualitativa dos estágios de usinagem individuais pode fazer uma diferença real na vida útil da ferramenta.
Usinagem de metal duro
Retífica
O metal duro pode ser usinado com discos abrasivos de diamante. Ao selecionar os discos, o tamanho do grão, o tipo de conexão (resina sintética, sinterização de metais, ligações cerâmicas ou galvânicas) e a concentração representam fatores importantes.
Quanto maior o grão abrasivo:
- maiores as forças de retífica
- menor a vida útil do disco abrasivo
- pior a qualidade da superfície
- maior a temperatura de retífica
Quanto mais forte a ligação:
- maiores as forças de retífica
- melhor a qualidade da superfície
- maior a temperatura de retífica
Quanto maior a concentração:
- maiores as forças de retífica
- melhor a vida útil do disco abrasivo
- melhor a qualidade da superfície
- maior a temperatura de retífica
O resfriamento adequado é o mais importante durante a retífica. Um líquido refrigerante sempre deve ser usado nas operações de retífica. A decisão sobre o uso de óleo de refrigeração, emulsão ou água deve ser tomada individualmente para o caso específico.
Deve-se assegurar que o lubrificante de refrigeração alcance o material no ponto mais importante, a fim de obter um efeito de resfriamento ideal. Se este não for o caso, podem ocorrer danos ao metal duro.
Usinagem EDM
No processo de usinagem por eletroerosão (EDM), materiais condutores como o carboneto de tungstênio são usinados em um dielétrico (água ou óleo). A peça de trabalho e a ferramenta de conformação representam, cada uma, um eletrodo, entre os quais ocorrem os processos de descarga de alta frequência. Esses processos de descarga são acionados ao exceder a tensão elétrica disruptiva entre a peça de trabalho e a ferramenta de conformação, que é determinada pela distância de trabalho e a capacidade de isolamento do dielétrico. Uma distinção básica é feita entre a eletroerosão e o afundamento EDM.
No afundamento EDM, a ferramenta é um eletrodo que possui o perfil negativo do resultado final da operação. Ao usar vários eixos, perfis complexos podem ser usinados. Os eletrodos podem ser fabricados em cobre-tungstênio, cobre ou grafite. O óleo é usado como um dielétrico, portanto, o perigo de corrosão é mínimo. Configurações erradas podem provocar danos térmicos em grandes seções da superfície da peça de trabalho.
Na eletroerosão, os estímulos de tensão elétrica causam faíscas que transportam o material da peça de trabalho (ânodo) para um fio fino submerso (cátodo), bem como para o meio de separação (dielétrico). A precisão do processo baseia-se no fato de que a faísca sempre salta no ponto onde a distância entre a peça de trabalho e o fio é mínima.
Fresamento de metal duro
O fresamento de metal duro se tornou mais popular nos últimos anos, em comparação com outros métodos, apresentando algumas vantagens.
- Reduz o tempo de usinagem
- Boa qualidade de superfície: Valores de Ra até 0,05
- Fabricação de geometrias complexas
Para o fresamento de metal duro, as ferramentas devem ser quatro vezes mais duras do que o material a ser usinado. Com base nas propriedades mecânicas e na dureza das classes de metal duro (800-2.200 HV30), apenas dois materiais são normalmente usados para usinagem: Ferramentas de PCD (diamante policristalino) ou CVD (tratamento de superfície de diamante). Ambos os materiais têm dureza em torno de 8.000 a 10.000 HV30 e, portanto, são adequados para usinagem de metal duro. No geral, aplica-se o seguinte: quanto mais duro o metal duro, mais difícil será a operação de fresamento e mais curta será a vida útil da ferramenta.
Torneamento duro de metal duro
O torneamento duro pode ser usado para desbaste com altas taxas de remoção de metal e profundidades de corte ou para a produção de perfis complexos com excelente acabamento de superfície e baixa remoção de material e profundidade de corte.
Como no caso do fresamento de metal duro, é importante que a ferramenta usada para a usinagem de metal duro seja mais dura do que o metal duro a ser usinado. Os principais materiais usados para os insertos no torneamento de metal duro são CBN (nitreto cúbico de boro) e PCD (diamante policristalino).
Os insertos de CBN são usados para classes de metal duro com dureza de até 1100 HV30. Usando ferramentas com geometria adequada, é possível alcançar altas taxas de remoção de metal e profundidades de corte consideráveis. Para classes de metal duro mais duras, até valores de dureza em torno de 1600 HV30, é necessário usar ferramentas de corte PCD. Esses insertos de corte são geralmente soldados ao corpo de aço da ferramenta e podem atingir valores de rugosidade superficial em torno de 0,1 Ra.
No entanto, nem todas as classes de metal duro podem ser usinadas de forma econômica.
- Classes com dureza abaixo de 1100 HV30 podem ser usinadas com insertos de CBN e PCD.
- No caso de classes com dureza entre 1100 e 1600 HV30, as operações de usinagem são restritas à execução de raios ou perfis, podendo ser realizadas exclusivamente com ferramentas PCD.
- Acima de uma dureza de 1600 HV30, o torneamento não faz mais sentido em termos econômicos.
Jateamento abrasivo de metal duro
O jateamento abrasivo pode remover (em alguns casos completamente) a zona de tensão térmica criada pelo processo de erosão anterior, bem como a zona branca. Além disso, a tensão residual de tração nas superfícies pode ser convertida em tensão residual compressiva e a camada superficial mais externa do metal duro compactada.
Quaisquer micro fissuras que possam ter surgido no decorrer da retífica também podem ser removidas por jateamento abrasivo. O micro jateamento seguido do polimento das superfícies jateadas é particularmente adequado para o acabamento de ferramentas de metal duro. Um material de jateamento de corindo branco de grão fino pode ser usado para este processo.
Polimento de metal duro
O polimento é geralmente a última operação para melhorar o acabamento da superfície da peça de trabalho. Esta operação pode ser realizada automaticamente, em máquinas ou manualmente. Com o metal duro, isso geralmente é feito com pastas de diamante de diferentes tamanhos de grão, dependendo da rugosidade inicial da superfície.
As máquinas para polir perfis internos funcionam empurrando uma pasta contendo partículas de diamante através da peça que precisa ser polida (por exemplo, extrusão, afiação). Este processo reproduzível permite o polimento de furos pequenos e profundos, mas é difícil melhorar significativamente o acabamento de superfície.
O polimento manual de metal duro é sempre feito com pastas de diamante, que são aplicadas nas peças de trabalho a serem trabalhadas com diferentes suportes de madeira ou plástico. Usando diferentes pastas de diamante, o acabamento de superfície é melhorado.
Ao usar diferentes tamanhos médios de grãos, é possível fazer grandes melhorias no acabamento de superfície, atingindo valores de Ra abaixo de cerca de 0,05 Ra. Dependendo da habilidade do operador, pode ser difícil replicar exatamente o processo manual. Se forem usadas pastas de diamante mais ásperas, os perfis/raios podem ser distorcidos.
Revestimentos galvânicos de metal duro
Os revestimentos resistentes ao desgaste estão sendo usados com mais frequência hoje em dia para melhorar a vida útil da ferramenta e a qualidade do processo em muitas aplicações. Os procedimentos de revestimento mais comuns são PVD (deposição física de vapor) e CVD (deposição química em fase vapor).
Processo CVD (deposição química em fase vapor)
A uma temperatura de 1.000 ºC, os componentes de um gás de transporte reagem e formam camadas resistentes ao desgaste na superfície do material.
Vantagens:
- Alta espessura
- Maior resistência ao desgaste
- Excelente adesão ao substrato, ligação química com o substrato
- Distribuição uniforme do revestimento (furos internos, geometrias complexas, etc., podem ser revestidos)
Processo PVD
A deposição física de vapor é baseada na vaporização do material, para que ele possa ser depositado como uma película fina. O material na forma sólida é aquecido até ocorrer a evaporação (evaporação térmica) ou por deposição por sputtering por íons (deposição por sputtering).
Vantagens:
- Baixa temperatura de deposição (200–500 °C)
- Possível revestir peças de aço sem perda de dureza
- Possível revestir ferramentas soldadas
- Boa precisão dimensional (tolerâncias menores possíveis)