NEWSLETTER Nº.9 TECNOLOGIA CONHECIMENTO INTEGRAÇÃO AUTOMAÇÃO EFICIÊNCIA INOVAÇÃO SUSTENTABILIDADE VALOR COOPERAÇÃO DISSEMINAÇÃO

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1 TECNOLOGIA CONHECIMENTO INTEGRAÇÃO AUTOMAÇÃO EFICIÊNCIA INOVAÇÃO SUSTENTABILIDADE VALOR COOPERAÇÃO DISSEMINAÇÃO PROCESSOS DE ACABAMENTO SUPERFICIAL NEWSLETTER Nº.9

2 PROCESSOS DE ACABAMENTO SUPERFICIAL António Baptista, (Centimfe) O consórcio do ToolingEDGE elegeu várias actividades como primordiais para o desempenho futuro do sector, nomeadamente a exploração das tecnologias para realizar o acabamento de superfícies moldantes. Com este objectivo foram realizados trabalhos experimentais com as tecnologias de fresagem, torneamento, electro erosão (EDM), microprojecção de partículas (MPP), electroquímica (ECM) e laser e bombardeamento de electrões (EBM). Estes trabalhos foram realizados nas várias actividades do projecto ToolingEDGE enquadrando-se nos trabalhos em curso no âmbito do PPS1 e de acordo com as tecnologias aí envolvidas, procurando-se também identificar a melhor sequência de aplicação e combinação dos vários processos, pois será desta forma que se conseguirão obter os melhores resultados na cadeia de produção. Esta sequência é aquela que, cumprindo os requisitos do cliente (acabamento superficial e rigor dimensional), implica menores custos produtivos. Como exemplo, pode ser uma sequência que combina a utilização das tecnologias de Fresagem a Alta Velocidade (HSM), Eletroerosão (EDM) e Polimento Eletroquímico (ECP). Fig. 2 - Acabamento por fresagem a 5 eixos. Fig.3 - Fresagem a 5 eixos em acabamento de materiais endurecidos. Fig. 1 - Acabamento por fresagem a 3 eixos. Fig. 4 - Provete de alumínio para testes de acabamento com ECM. newsletter_nº9_toolingedge_2/10

3 TECNOLOGIA DE MICRO-PROJECÇÃO DE PARTÍCULAS João Bom - (TJ Aços); António Baptista - (Centimfe) A redução da rugosidade é vista como útil em todo o processo de acabamento de superfícies moldantes dos moldes, que usualmente exige a aplicação sequencial de diferentes pedras/lixas de granulometria diferente. A redução do coeficiente de atrito poderá ser útil em situações de maior dificuldade na desmoldação da peça do molde e na melhoria do funcionamento de componentes do molde que deslizem sobre outras, como é o caso dos extractores. Assim, e com o objectivo de estudar soluções que contribuíssem para a melhoria do seu produto, a TJ Aços adquiriu, no âmbito do projeto Tooling Edge, a tecnologia de Microprojecção de partículas (MPP). Para utilização com esta tecnologia existe uma vasta gama de produtos orgânicos que podem ser projectados nas superfícies. Nos contactos realizados concluiu-se que dois dos produtos poderiam ser alternativas viáveis para utilização na indústria de moldes e em particular para responder às necessidades da TJ Aços. Destes dois produtos, o primeiro tem como principal aplicação a redução da rugosidade deixada pelos processos de fabrico e o segundo a redução do coeficiente de atrito. Com o objectivo de aferir as capacidades da MPP foram definidos vários testes e ensaios com a tecnologia de MPP incidindo nas vertentes: redução da rugosidade e coeficiente de atrito. Os provetes foram concebidos com uma área de cerca de 25mmx25mm. Os provetes para os testes da rugosidade foram produzidos em aço temperado. Fig. 6 - Provetes após MPP. Fig. 5 - Duas Máquinas de MPP, IEPCO Peenmatic 1500SDK da TJ Aços Fig. 7 - Provetes após MPP. newsletter_nº9_toolingedge_3/10

4 Da caracterização realizada no âmbito do consórcio (Instituto Pedro Nunes IPN) resultaram os seguintes gráficos. Fig.8 - Valores de rugosidade Ra e Rz medidos antes e depois da MPP. new s l e t t e r _ n º 9 _ t o o l i n g E DGE _ 4 /1 0 Dos resultados encontrados salientam-se a redução nos valores do parâmetro Ra entre 0,5 e 0,78μm (média 0,66μm) quando inicialmente, antes da aplicação da MPP, os valores se encontravam entre os 1,12 e 1,51μm (média 1,29μm). Constata-se ainda que as menores reduções de Ra após MPP ocorreram nos provetes onde o Ra antes da MPP era menor. Concluiu-se que a MPP conseguiu reduções significativas nos três parâmetros de rugosidade analisados (Ra, Rq e Rz), o que comprova que a MPP poderá auxiliar a sequência de acabamento manual com pedras/lixas no acabamento de superfícies. Em função da situação em concreto (qual o acabamento conseguido com a maquinação e qual o acabamento pretendido) será possível evitar uma ou mais lixas/pedras intermédias, reduzindo-se assim o tempo de processamento da superfície e consequentemente os custos também.

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6 Um dos factores pertinentes neste processo é o electrólito, que deve ser electricamente neutro, isto é, deve haver um número igual de cargas opostas dentro dele, e, portanto, deve haver quantidades iguais de reacção em ambos os eléctrodos. RESULTADOS DE TESTES SUPERFÍCIES PLANAS COM ECP COM O teste desta tecnologia no aço permitiu encontrar um conjunto de parâmetros tecnológicos que para o aço em estudo asseguram valores de rugosidade na ordem de 0,26 μm. RESULTADOS DE TESTES COM ECP COM AÇO COM SUPERFÍCIES INCLINADAS Testes de ECP no aço ELMAX A utilização da tecnologia ECP com os parâmetros da tabela anterior permitiu obter um valor de rugosidade após ECP de 0,1 μm Ra no aço ELMAX da Uddeholm, tendo a operação de polimento demorado cerca de 30 min. TESTES DE ECP NO AÇO ELMAX Fig Eléctrodo em grafite (esq.) e provete polido com ECP (dir.). Provete Aço ,48 Aço ,46 Aço ,62 Elétrodo Fig.9 - Provete em aço Elétrodo Ra [ m] Grafite IC50 0,96 Alumínio ,35 Cobre eletrolítico 0,46 tabela 2 - Rugosidade após o ECP. new s l e t t e r _ n º 9 _ t o o l i n g E DGE _ 6 /1 0 Provete Ra [ m]

7 O trabalho realizado permitiu ao consórcio concluir que o polimento ECP pode ser utilizado quando estão em causa valores de rugosidade abaixo de 0.5μm Ra, e que para as geometrias em teste o processo electroquímico permitiu diminuir a rugosidade das superfícies maquinadas pelas tecnologias mais convencionais para valores cerca de 30% do seu valor inicial. Por outro lado, concluiu também que a grafite é o melhor material para eléctrodo no processo de ECP, porque tem um baixo desgaste, uma baixa rugosidade após maquinação e apresenta um baixo custo de fabrico. Estes aspectos são particularmente importante para determinados sectores onde a estética e o rigor dimensional e de forma são fundamentais, como por exemplo nas ópticas para o sector automóvel. Aqui, as deformações provocadas por outros processos levam a uma deflexão do feixe de luz, e consequentemente à não aprovação do molde. Face aos resultados obtidos nos testes com diferentes tipos de aço, pode-se afirmar que o aço e a sua composição serão determinantes para os valores de rugosidade obtidos, e que este processo é uma alternativa viável no acabamento de superfícies moldantes, pois além de reduzir a rugosidade, gera um excelente acabamento superficial e superfícies sem tensões residuais. O que é o ECP (polimento electro químico) O ECP (ElectroChemical Polishing) é um processo de maquinação por reacção electroquímica. Este processo difere do electro polimento convencional, pois não utiliza compostos químicos perigosos. n e w s l e t t e r _ n º 9_ t o o lin g E D GE _ 7 /1 0 Princípios básicos ECP (método-echode) O processo ECP consiste na submersão de uma peça (a polir) numa solução aquosa rica em sal NaNO3 (hidrólito) e posterior utilização de um eléctrodo que iniciará a reacção electro-química. É então gerado um campo electrostático entre o eléctrodo e a peça que permite a passagem de corrente eléctrica, que reagirá com o hidrólito levando a uma separação das moléculas e criação de iões que reagirão com a peça. A intensidade de corrente utilizada varia entre A/cm2. tabela 2 - Esquema do processo de ECP. A quantidade de material removido neste processo é igual em toda a área de polimento, desde que o GAP seja constante em toda a sua geometria. O GAP recomendado neste processo para aços deve estar compreendido entre 0,1 e 0,5mm. O processo de Polimento Electro-Químico está

8 desenvolvido para conseguir remover camadas com espessuras micrométricas e uniformes, permitindo assim um processo constante e controlado, de elevado rigor geométrico, livre de poluentes e eficaz para remover das ferramentas, moldes/cunhos e cortantes, as camadas termicamente afectadas, deixando uma superfície livre de micro fissuras e zonas de tensão. Aplicações do ECP O ECP é aplicado em geometrias complexas, superfícies de rigor dimensional e geométrico, e zonas de difícil acesso ao polimento manual, tais como ópticas e reflectores, ribs profundos e/ou de pequena espessura no caso de peças técnicas, gravações inseridas em texturas ou vice-versa, e outros micro detalhes. Alguns exemplos das técnicas de aplicação desenvolvidas e vantagens para este processo: Aplicação do eléctrodo utilizado no processo EDM (não é necessário fabrico de eléctrodo extra); Aplicação de um eléctrodo criado por vazamento (em bismuto) na zona a polir, após fresagem e sem recurso a EDM (forma rápida de fabrico de eléctrodo); Aplicação de um eléctrodo criado a partir do miolo proveniente do corte por fio; Aplicação de isolamento localizado para polimento em áreas recortadas. Permite ainda fazer gravações com brilho, incluindo texturas de baixa ou alta rugosidade com brilho, e fazer textura química após erosão (uma vez que remove toda a new s l e t t e r _ n º 9 _ t o o l i n g E DGE _ 9 /1 0 camada refundida ou camada branca ). Embora dependa de algumas condicionantes, tais como: rugosidade inicial, espessura da camada de material a remover e material a maquinar, regra geral esta tecnologia permite reduzir a rugosidade até 7 vezes do que ficou pelo processo de EDM. Por esta razão, considera-se que o processo de ECP reduz consideravelmente a rugosidade das superfícies pelo que o tempo de polimento pode facilitar o trabalho do polidor em superfícies com acabamento em espelho. Ao conferir uma superfície lisa e de baixo atrito, a resistência ao fluxo do material injectado é diminuída permitindo assim uma redução da pressão de injecção, aumento da velocidade de injecção e redução do tempo de ciclo de injecção. Factores económicos e tempos Os ganhos económicos, não só por podermos utilizar o mesmo molde numa máquina mais pequena, e por isso com custo/hora mais baixo, mas também por aumentarmos o volume de peças produzidas são de considerar aquando da fase de projecto. O tempo de maquinação deste processo não varia com a forma da geometria ou o tamanho da peça a maquinar, uma vez que a remoção do material é feita camada a camada. Varia sim pela quantidade de material removido (embora pouco). A título de exemplo, o polimento de uma camada de 0,03 ou 0,05 demora cerca de 20 a 30min. Actualmente a capacidade máxima desta tecnologia permite maquinar uma área superficial equivalente uma folha A4.

9 FRESAGEM DE ALTA VELOCIDADE DE MATERIAIS ENDURECIDOS R u i D u ar t e e A l b e rto S i l v a - ( AHA) ; Antóni o B a p ti sta - (Centimfe) O consórcio ToolingEDGE pretendeu desde o início desenvolver soluções para acabamento de superfícies de moldes para moldar peças plásticas respondendo aos exigentes requisitos de sectores de mercado como o automóvel, em particular no acabamento de superfícies para moldar ópticas. Neste âmbito foi sistematizada informação pertinente para desenvolver os processos produtivos no sector, e assegurar a produção de componentes com elevada qualidade. O estudo aqui desenvolvido teve como base algumas geometrias cujas formas contêm os problemas típicos que ocorrem neste sector. Foram seleccionadas estudadas as melhores estratégias de trabalho para a tipologia de figura em teste, seguindo-se a selecção e avaliação de ferramentas e parâmetros tecnológicos mais adaptados a cada uma das situações. Para reduzir a variabilidade durante o estudo foram seleccionados os equipamentos mais adequados ao mesmo, e os sistemas de aperto das ferramentas de corte que permitissem maior estabilidade durante o corte, seleccionando-se os cones de aperto hidráulico e térmico. As geometrias de teste definidas baseiam-se numa secção transversal quadrangular de 35mm, onde foram desenhados pequenos castelos com topo esférico e raio máximo aceitável de 0,20 mm nas quinas interiores. Para este tipo de geometria, onde são utilizadas ferramentas de diâmetro reduzido, 0,4 milímetros, a rotação máxima disponível na árvore da máquina é essencial para assegurar e manter a velocidade de corte em valores aceitáveis para obter boa qualidade de superfície. As estratégias foram definidas com base na qualidade requerida, no estado do material, entrando em linha de conta com as ferramentas, suas características e capacidade espectável. Foram seleccionadas ferramentas esféricas para n e w s l e t t e r _ n º 9_ t o o lin g E D GE _ 9 /1 0 realizar o acabamento superficial, às quais se associaram as estratégias de maquinação de CAM aproximadas às inicialmente definidas como mais adequadas. Os testes foram efetuados em diferentes materiais a partir de bloco quadrado de 35 mm, apresentando-se a seguir exemplos de provetes em STAVAX ESR com dureza HRC 49. Fig.11 - Provete geometria OTICA I. Fig.12 - Provete geometria OTICA II.

10 A. H. ABRANTES Promotor Lider CENTIMFE Coordenação Técnica IST Coordenação Científica UNIVERSIDADE DO MINHO IPL - CDRSP IPN INEGI CENI TECNIMOPLAS FAMOLDE DISTRIM2 TJ AÇOS MPTOOL LN MOLDES PLANIMOLDE INTERMOLDE VIDRIMOLDE 3DTECH MOLDOPLASTICO OLESA MOLDIT F RAMADA PMM DT2 NC CONSÓRCIO DO PROJETO IBER-OLEFF TECNISATA POOLNET FICHA TÉCNICA. Projecto Mobilizador ToolingEDGE - Produção Sustentável de Elevado Desempenho. Investimento Duração 2010/11 a 2013/10 Contacto toolingedge@centimfe.com 6 PROJETOS PARCELARES (PPS) 18 EMPRESAS PROMOTORAS 7 ENTIDADES DO SCT (Sistema Cientifico Nacional) 1 ASSOCIAÇÃO ( Engineering & Tooling Cluster)