MELHORA NA VIDA DE
FERRAMENTAS DE FUNDIÇÃO
SOB PRESSÃO DE ALUMÍNIO COM
REVESTIMENTO PVD
Aluno: Rafael Luiz Munhoz
Professor: 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.
Coeficiente de atrito
Tempo de ciclo
Taxa de escoamento
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 Aplicação
1 - 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 Aplicação
2 – 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 Aplicação
3 – 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 titânioboro 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