Fabricação de Pastilhas de Metal Duro

Fabricação do Pó

Os diferentes tipos de matéria-prima são entregues à fabrica. Dependendo da classe da pastilha a ser fabricada, 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. É então misturado com etanol e moído por horas até que o tamanho de grão específico seja obtido. A mistura é movida para um recipiente de coleta especial e transportada para a secagem por spray.

Durante a secagem, o álcool é evaporado e se formam pequenos aglomerados que caem para o fundo. O pó misturado é passado através de um resfriador 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 estocados, dependendo das proporções da classe com relação à resistência ao desgaste e tenacidade.

Prensagem

A prensagem é um complicado processo integrado aos sistemas CAD, onde o desenho das pastilhas é feito pelas ferramentas de prensagem. Essas ferramentas consistem de um punção superior e outro inferior e eventualmente um pino central (para pastilhas com furo central).

A matriz é preenchida com pó de metal duro já misturado. O pó é prensado entre os punções. Com várias toneladas de pressão, as pastilhas são compactadas para respectiva geometria. .

Após a prensagem, as pastilhas possuem o dobro do tamanho de seu respectivo tamanho final e são quebradiças como o giz. Nesse estado, são medidos sua massa e tamanho, assim como é verificada a existência de trincas em sua superfície.

Sinterização

As pastilhas são colocadas em pratos de grafite, os quais são preparados para o de sinterização de acordo com a classe e o tamanho das pastilhas. Estes pratos são colocados então no forno de sinterização e lá permanecem por aproximadamente 12 horas a uma temperatura de 1500 °C.

Após este processo, as pastilhas possuem grande tenacidade e resistência ao desgaste e adquirem seu tamanho final, ou seja, 50% do volume após a prensagem.

É feito um controle ocular das pastilhas após o processo de sinterização, assim como a medição de certos parâmetros antes das mesmas deixarem o departamento de sinterização, para a verificação da geometria, existência de trincas, controle dimensional, etc.

Retífica

Muitas pastilhas são retificadas ou lapidadas (desbastadas) em qualquer formato. 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.

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.

Tratamento da Aresta

A vida útil da ferramenta depende fortemente do formato da aresta. Por isso, o tratamento de aresta é realizado em quase todas as pastilhas. Através dessa operação, a aresta de corte é arredondada e reforçada. 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. O arredondamento da aresta é ajustado de acordo com o tipo, a geometria, a classe, o raio de ponta e o tamanho da pastilha. As pastilhas para acabamento possuem um tratamento de aresta menor, comparado as pastilhas para desbaste, pelo fato de receberem menor esforço que estas últimas.

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 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 é 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.

Gravação, Etiquetagem, 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.

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

Fonte: Cimm