Maquinação de metal duro pré-sinterizado com diamante CVD - Duarte, Pedro Gonçalo Pereira (2014)
A maquinação no estado pré-sinterizado é uma das etapas mais importantes na produção de peças em metal duro, pois determina a sua integridade em etapas posteriores, a qualidade do produto e a capacidade de cumprir prazos. Em algumas peças o tempo pode atingir 15 h, pelo que qualquer solução deverá diminuir o tempo de maquinação, garantindo níveis iguais de qualidade de acabamento e de integridade da peça e de fiabilidade do processo. O objetivo do trabalho é a produção e teste de ferramentas revestidas com um filme fino de diamante como alternativa às ferramentas convencionais. Neste trabalho foi utilizado um reator de grande dimensão (50000 cm3) e foram otimizadas as condições de deposição de dois tipos de revestimento de diamante, adaptadas de um reator de pequena dimensão, modificando o número de filamentos, a corrente elétrica por filamento, a pressão do reator, a composição dos gases e a temperatura de substrato. No caso das brocas revestidas individualmente as melhores condições são, para o diamante nanocristalino (NCD): P=20mbar, Ts=900 °C, Tf= 2075 °C e CH4/H2=0,0204; e para o diamante microcristalino (MCD): P=20mbar, Ts=900 °C, Tf= 2075 °C e CH4/H2=0,0152. Para os ensaios de furação foram produzidas 5 brocas simultaneamente para cada uma das condições acima referidas, resultando em revestimentos homogéneos mas de grão muito superior ao das brocas revestidas individualmente e que se identificam como ferramentas com filmes de MCD grosso e MCD fino. A seleção dos graus de metal duro pré-sinterizado a maquinar com as novas brocas foi feita com base em ensaios de resistência ao desgaste erosivo, tendo sido escolhidos os materiais: o grau MD2NC, de elevada resistência e grande interesse comercial, e o grau MD4 de menor resistência ao desgaste erosivo. Para os testes foram produzidos blocos de metal duro destes graus, com dimensões 100x80x40 mm3. Nestes ensaios foram utilizadas as fresadoras industriais de produção da Durit às quais se acoplou um dinamómetro tri-axial para registo das forças de corte durante a furação dos blocos de metal duro. A estratégia de furação das novas ferramentas foi substancialmente alterada relativamente à maquinação com brocas convencionais, revestidas electroliticamente com diamante e níquel. Assim um furo com 35 mm de profundidade pode ser feito em duas etapas de 17,5 mm com as brocas revestidas com diamante CVD, enquanto as brocas convencionais permitem no máximo 1,5 a 2 mm por etapa devido ao deficiente escoamento da apara de corte. As condições de maquinação foram também substancialmente modificadas, utilizando-se desde velocidades de corte de 10 m/min a 87 m/min, enquanto a velocidade de penetração foi testada de 43 mm/min até 875 mm/min. Independentemente do revestimento ser de MCD fino ou MCD grosso, foi possível furar os dois graus de metal duro, MD2NC e MD4, à velocidade máxima permitida pelas fresadoras (65,5 m/min e 87,1 m/min) e com avanços que atingiram 93 μm/rev e 117 μm/rev. A título de comparação, o avanço máximo das ferramentas tradicionais não excede 5 a 10 μm/rev. A força axial de corte nestas condições não excede 3N, sendo menores para o MCD fino, enquanto para as ferramentas tradicionais atinge entre 4 e 6N, nas condições normais de operação na Durit. Os valores extremamente baixos da componente tangencial da força de corte, inferiores aos medidos com ferramentas tradicionais e o bom acabamento da aresta dos furos são indicadores de que a integridade das peças maquinadas A força axial de corte aumenta com o avanço, sendo este aumento maior quando o avanço ultrapassa cerca de 150 μm/rev, segundo a lei F = K f.mvn. No regime de baixos avanços a dependência da força de corte é menor, aumentando pouco com incrementos no avanço. Utilizando as melhores condições de corte foram efetuados 48 furos nos graus de metal duro MD2NC e MD4, não se detetando qualquer desgaste após inspeção por SEM. Como conclusão pode afirmar-se que os revestimentos de MCD permitem tempos de maquinação até 20x menores relativamente à furação com brocas convencionais, observando-se em simultâneo um aumento na qualidade da aresta dos furos.