MELHORA NA VIDA DE FERRAMENTAS DE FUNDIÇÃO

SOB PRESSÃO DE ALUMÍNIO COM REVESTIMENTO PVD

Aluno: Rafael Luiz MunhozProfessor: Guilherme Ourique Verran

Objetivo

Ilustrar, através de casos, os ganhos conseguidos pelo revestimento dos moldes metálicos para a injeção de

alumínio, sob pressão através do processo PVD (Physical Vapor Deposition) por PEMS (Plasma Enhanced Magnetron

Sputtering).

Introdução

• Processo de fundição sob pressão de alumínio;• Processo produtivo e econômico;• Grandes esforços envolvidos;• Alta variação térmica.

• Vida da ferramenta;• Tempo de produção elevado;• Resistência aos mecanismos de desgaste;• Superfície com menos afinidade ao Alumínio.

Introdução

• O que as empresas buscam: -Diminuição dos tempos de ciclo de processo;

-Aumento da vida útil das ferramentas;-Eliminação de paradas para correção de defeitos, limpeza ou substituições de componentes;-Não utilização de desmoldantes, lubrificantes;-Facilidades de troca, ajustes e manutenção.

AUMENTO DE PRODUTIVIDADE

Análise

Os moldes estão sujeitos a vários tipos de agressões:• Tensões térmicas;• Desgaste abrasivo entre o alumínio fundido e o molde,

notadamente nos casos de ligas de alumínio com maior conteúdo de silício (> 13%);

• Desgaste adesivo, devido à “afinidade” do alumínio com o aço;• Desgaste químico, devido à corrosão intergranular pela difusão

de alumínio no aço;• Desgaste das partes móveis do molde, devido ao contato

metal/metal.

Análise• Taxa de escoamento do material dentro do molde:

Inversamente proporcional ao coeficiente de atrito entre molde e a superficie da peça fundida.

Taxa de escoamento

Coeficiente de atrito Tempo de ciclo

PRODUTIVIDADE

PVD PEMS (Plasma Enhanced Magnetron Sputtering)

• PVD (Deposição Física de Vapor);• Revestimento bastante utilizado – TiAlN (Nitreto de Titânio –

Aluminio)• Microdurezas elevadas – 2600HV;• Revestimentos quimicamente inertes;• Não modifica o estado inicial da superfície do molde.

• Processo de injeção sob pressão de alumínio:• Temperaturas acima dos 400 ºC, que o nitreto de titânio não

consegue suportar sem se degradar;• A existência da afinidade química entre o alumínio e o

revestimento de TiAlN.

PVD PEMS (Plasma Enhanced Magnetron Sputtering)

• Processo PVD (processo a arco) :• Aplicação de alta energia – Maior temperatura;• Átomos são fundidos e evaporados da fonte;• Depositam-se no substrato por diferença de potencial;• Boa adesão ao substrato e maior densidade de camada.

• Processo PVD (processo a pulverização - Sputtering):• Baixa energia envolvida – Menor temperatura;• Átomos arrancados da fonte através do choque de átomos

ionizados na atmosfera;• Átomos arremessados contra o substrato.• Pior adesão ao substrato e menor densidade de camada;• Melhor coeficiente de fricção.

PVD PEMS (Plasma Enhanced Magnetron Sputtering)

• PVD PEMS:• Desenvolvido pelo Centro de Pesquisa e Desenvolvimento do

Groupe HEF, França;• Mais energia adicionada ao processo, sem aumento de

temperatura;• Mantem as melhores características do Sputtering e sana as

deficiências (Baixa adesão, densidade);

Resultados A partir do processo PEMS desenvolveu-se uma camada de Nitreto de Titânio-Boro, com:

- Elevada dureza (> 4.000 HV) – Resistência ao desgaste; - Resistência térmica (aprox. 800 ºC); - Revestimento sem afinidade com alumínio - Eliminando desgaste adesivo; - Resistência química, eliminando a corrosão intergranular; - Temp. de revestimento conveniente (250 a 300 graus Celsius); - Baixo coeficiente de fricção; - Alta densidade e homogeneidade.

Exemplos de Aplicação1 - Injeção do corpo do atuador do sistema de direção automotivo:

Problema: Aderência do material no pino sem revestimento, dificultando a extração e por consequência gerando peças defeituosas.

Com o uso do revestimento de nitreto de titânio-boro por PEMS – Certess SD®, passou-se de 15.000 injeções para 100.000 injeções.

Exemplos de Aplicação2 – Injeção de Alumínio:

Problema: Adesão do alumínio (“soldagem”) na ferramenta causando desgaste adesivo.

O revestimento do molde e de seus componentes proporcionou adesão insignificante, alta resistência ao desgaste e fez com que vida ferramenta fosse multiplicada por dez (x 10).

Exemplos de Aplicação3 – Comparativo entre os revestimentos:

Comparado ao revestimento com nitreto de titânio-aluminio, aplicado por PVD pelo processo a arco, o revestimento de nitreto titânio-boro, aplicado por PVD pelo processo PEMS (Certess SD) apresenta uma vida da ferramenta de 2 a 3 vezes maior.

Conclusões• Exemplos mostram como o revestimento de nitreto de titânio-

boro aplicado através de PVD, pelo processo PEMS, pode aumentar significativamente a vida das ferramentas de injeção de alumínio sob pressão e proporcionar ganhos operacionais.

• Análises econômicas tem mostrado que o investimento no revestimento por PEMS das ferramentas e seus componentes é superado pelos ganhos de produtividade.

Bibliografia

- http://www.tsdobrasil.srv.br

- Melhoria da produtividade em matrizes de fundição sob pressão – Horst Lindow –2º Encontro da Cadeia de Ferramentas, Moldes e Matrizes – ABM / SP – Setembro 2004

- Catálogo Certess – HEF do Brasil Industrial Ltda – 2003