Revestimentos PVD para ferramentas

Revestimentos PVD para ferramentas

Um dos grandes campos de aplicação de revestimentos pelo processo PVD (Physical Vapor Deposition) são as ferramentas, em quatro grandes frentes: usinagem, conformação de metais (estampagem e forjamento a frio), injeção de metais não ferrosos e injeção de plástico

Um dos grandes campos de aplicação de revestimentos pelo processo PVD (Physical Vapor Deposition) são as ferramentas, em quatro grandes frentes: usinagem, conformação de metais (estampagem e forjamento a frio), injeção de metais não ferrosos e injeção de plástico.

As Camadas PVD

Tipicamente, as camadas PVD usadas para ferramentas são à base de nitretos. Na tabela abaixo encontram-se alguns exemplos. Como se pode observar, a espessura das camadas normalmente não interfere nos projetos de ferramentas. As durezas acima de 2.000 HV são bem superiores à dureza de um aço rápido temperado, usualmente em torno de 64 HRC ou 800 HV. As temperaturas de processo são compatíveis com grande parte dos materiais (e respectivos tratamentos térmicos) usados para ferramentas. O coeficiente de atrito das camadas contra aço é significativamente menor do que de aço contra aço, em torno de 0,8.

Pré-requisitos para o Revestimento

Para que o revestimento consiga agregar ganhos de desempenho à ferramenta, algumas condições precisam ser atendidas na especificação e no preparo do substrato.

Dureza suficiente – O substrato precisa ter uma dureza tal que não deforme nas condições de uso da ferramenta. A camada precisa de um bom apoio para desempenhar bem sua função.

Rugosidade baixa – Picos de rugosidade acentuados podem quebrar quando a superfície da ferramenta é submetida a esforços tangenciais (deslizamento), gerando exposição do metal base. Por outro lado, quando cristas de rugosidade são amassadas sobre a superfície da ferramenta devido a processos inadequados de acabamento, podem reter sujeira que se desprende durante o processo de revestimento, comprometendo a pureza e, portanto, a qualidade da camada.

Rebarbas de retífica – São intrinsicamente frágeis e quando quebram levam a camada junto. No caso de ferramentas de usinagem, acaba-se expondo o substrato justamente na região mais crítica, que é a aresta de corte.

Queimas de retífica – Regiões afetadas termicamente durante um processo de retífica com refrigeração inadequada costumam gerar áreas superficiais frágeis, que podem destacar-se parcialmente da ferramenta durante o uso, levando o revestimento junto.

Camada refundida de eletro erosão – É prejudicial por motivos semelhantes à queima de retífica.

Trincas, frestas de componentes montados, porosidade – Podem reter impurezas que contaminam o revestimento, comprometendo sua qualidade.

Os Benefícios das Camadas PVD

Por conta da elevada dureza, um dos grandes ganhos com o revestimento PVD é um aumento significativo na resistência ao desgaste abrasivo de todos os tipos de ferramentas.

As camadas PVD, além de um reduzido coeficiente de atrito, possuem uma característica de inércia química, ou seja, os materiais que entram em contato com a ferramenta durante o trabalho não aderem, gerando menor tendência a: empastamento na usinagem, caldeamento na conformação, formação de cascão na injeção de metais não ferrosos e adesão de resíduos na injeção de plástico.
Devido ao baixo coeficiente de atrito das camadas, ocorre uma diminuição de esforços em operações de conformação de metais, além de conseguir-se, em muitos casos, uma significativa redução no uso de lubrificantes.

Já no campo da usinagem, por conta da alta resistência térmica de algumas camadas, é possível o trabalho a seco, ou seja, sem o uso de refrigerantes líquidos, o que traz um grande benefício do ponto de vista ambiental.

De uma forma geral, a utilização de revestimentos PVD proporciona um regime de trabalho de muito mais produtividade. Nas operações de usinagem, por exemplo, pode-se trabalhar com avanços e velocidades muito superiores à condição de ferramentas não revestidas. Além disso, a qualidade de acabamento dos produtos gerados com ferramentas revestidas também é superior e mais reprodutível para séries bem maiores de produção.

À parte de todas as vantagens listadas acima, muitas vezes os maiores ganhos com o uso de revestimentos PVD em ferramentas são alcançados por conta de uma quantidade menor de paradas de máquina e, portanto, de ciclos de set up. Além, naturalmente, de o aumento da vida útil gerar ganhos com a diminuição de estoques de ferramentas. Como referência, não é incomum que uma ferramenta revestida tenha uma vida 10 vezes superior a uma ferramenta apenas com tratamento térmico.

Paulo Vencovsky
Paulo Vencovsky
Engenheiro Metalurgista pela Escola Politécnica da USP; Mestre em Engenharia pela Escola Politécnica da USP; Pós-Graduado em Administração Industrial pela Fundação Vanzolini da USP. Sócio Proprietário da PKTec Consultoria Ltda com atuação em projetos voltados às áreas de Metalurgia e Engenharia de Superfície

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