Desenvolvimento de Selos Mecânicos de Alta Precisão em Metal Duro

O objetivo deste projeto é desenvolver o processo de fabricação de selos mecânicos de alta precisão, através de metalurgia do pó, utilizando-se de metal duro como matéria-prima, visando assim a produção destes componentes com eficiência, qualidade e segurança.

Metal Duro Características:

- Material de ferramenta mais utilizado na indústria;
- Indústria automobilística consome cerca de 70% das ferramentas de metal duro produzidas no mundo;
- Boa distribuição da estrutura;
- Boa resistência à compressão;
- Boa resistência ao desgaste a quente;
- Possibilidade de se obter propriedades específicas.

Figura 1: Processo de fabricação do metal duro.

Fabricação do Pó

Os principais passos na preparação do pó de metal duro pronto para prensagem são:
- Pesagem do diferentes tipos de matéria-prima;
- Mistura e moagem em proporções e tamanhos de grãos adequados;
- Secagem por spray para o pó acabado;
- Identificação e estoque antes da prensagem.

Figura 2: Pós de metal.

Os diferentes tipos de matéria-prima são entregues a fabrica. Dependendo da classe, são usados diferentes misturas e compostos. As principais matérias-primas normalmente são:

- Carboneto de Tungstênio (WC);
- Carboneto de Titânio e carboneto de Tungstênio (Ti,W);
- C – Cobalto;
- Carboneto de Tântalo;
- Carboneto de Nióbio (Ta, Nb)C ;
- Polietilenoglicol (fase aglomeraste, cera)

Os métodos para manufaturar as ferramentas de prensagem são um complicado processo integrado aos sistemas CAD, onde os selos são desenhados para ferramentas de prensagem. Essas ferramentas consistem de uma matriz para prensagem, uma punção superior à outra inferior e um pino central para selos com furo central.
A matriz é preenchida com pó de metal duro já misturado. O pó é prensado junto entre as punções superior e inferior. Com várias toneladas de pressão, os selos são compactados para respectiva geometria. Antes da sinterização, os selos prensados são muito sensíveis e macios com giz.

Figura 3: Seção da maatriz de compactação.

Antes da sinterização, os selos prensados possuem o dobro do tamanho de seu respectivo tamanho final. Os selos contraem 50% em volume e 20% em peso no processo de sinterização. Os selos prensados são medidas em peso e altura. As trincas superficiais também são verificadas.

Os passos principais no processo de sinterização:

- Os selos prensados são colocados em pratos de grafite;
- O processo de sinterização leva por volta de 12 horas com uma temperatura de aproximadamente 1500ºC;
- Processamento de dados, controle ocular e medição.

Os selos são colocados em pratos de grafite. Dependendo da classe e do tamanho dos selos, os pratos são preparados para o seu respectivo processo de sinterização. A sinterização é um processo no qual fecham-se os poros, ocorrendo a cementação entre o aglomerante e os carbonetos (partículas duras), aumentando também a resistência.
Dependendo da classe, diferentes processos são desenvolvidos. Se a temperatura estiver desviando, diferentes tipos de passos de sinterização são usados, bem como fornecimento de diferentes gases e pressões, além de métodos de refrigeração. Os selos agora conseguiram grande tenacidade e resistência ao desgaste. Os selos contraíram-se para o seu respectivo tamanho final, ou seja, aproximadamente 50% em volume.

Figura 4: Compactação (a), Sinterização (b).

É feito um controle ocular dos selos após o processo de sinterização. É feita também a medição de certos parâmetros antes dos selos deixarem a sinterização.

Resultados

Este projeto deverá apresentar um método eficiente para a fabricação de selos mecânicos de metal duro, com alta precisão dimensional, possibilitando a repetibilidade do processo na indústria interveniente.