9 de fevereiro de 2022
A Serrametal Aços Especiais Ltda buscou trazer um pouco de seu conhecimento envolvendo a cadeia automotiva. Aqui, vamos abordar um pouco sobre como os aços, à matéria-prima de muitos componentes da indústria, podem diminuir a frequência nas manutenções de ferramentas.
Sumário
Atualmente, existem muitos estudos em andamento que busca obter melhores características nos aços. Tais estudos abordam desde áreas do conhecimento relacionadas aos tratamentos térmicos nos aços até a modificação das ligas, onde cada componente, na proporção adequada, promove aos materiais características únicas.
Estes estudos, na maioria das vezes, só farão parte da indústria depois de muitos anos, depois de muita pesquisa e certeza de que o resultado será sempre o mesmo após o processamento adequado do material.
Com isso, estamos vivendo atualmente os frutos dos estudos de anos atrás, onde novas tecnologias foram desenvolvidas, colocadas em prática e conquistaram a confiança dos responsáveis pelos novos desenvolvimentos na indústria. Sempre que uma nova tecnologia é criada, o medo de colocar em prática o novo cria o desafio de quem busca melhorar, entender e usar essa nova tecnologia.
Assim, a indústria ainda aplica materiais que foram desenvolvidos há muitos anos, em aplicações diversas por terem a segurança de que sabem como será o comportamento do material.
Mas a indústria metalmecânica ainda enfrenta os mesmos desafios de sempre: Quebra de ferramenta, quebra de componentes, desgaste de peças, falha na superfície do produto, etc.
Figura 1 – Aço com trinca. Fonte: [1]
Para isso, deve-se avaliar onde está o problema e o que é possível fazer para solucionar a situação e apresentar melhores resultados, buscando a redução da frequência na manutenção.
Aqui, vamos ver alguns processos na indústria automotiva levando em conta as peças dos carros e motos.
Ao longo dos anos, o polímero foi simplesmente um achado para os produtos, com sua baixa densidade e boa resistência mecânica, ganhou o mercado e seu custo favoreceu incrivelmente sua aceitação na cadeia automotiva.
Nos carros e motos, assim como outros tipos de veículos automotores, muitas peças são fabricadas com materiais poliméricos. Os polímeros aplicados na cadeia automotiva são de fácil processamento, é possível produzir milhões de peças por um curto período e atingir acabamentos incríveis.
Figura 2 – Peças automotivas fabricada com material polimérico. Fonte: [2]
Em relação ao aço, o principal material utilizado para os moldes plásticos é o AISI P20 e suas variações. Antigamente, quando não era necessário um acabamento perfeito, utilizavam-se aços como o SAE 1045 ou mesmo 8640, mas atualmente, a qualidade dos produtos influencia diretamente na venda do carro, por exemplo. Tudo deve ser muito perfeito. Assim, além das variações do AISI P20 (P20+Ni; P20+S…), é utilizado aços inoxidáveis, tais como o AISI 410.
Logo, não apenas a composição química do material influencia, mas também sua estrutura, carbonetos e grãos, e a homogeneidade do material farão com que o seu molde fabrique peças perfeitas.
O aço é um material ideal para moldes plásticos, tem boa condutividade térmica, contribuindo para a cura do polímero após passar pela extrusora, pois a taxa de resfriamento está relacionada com a microestrutura do polímero, como o tamanho de esferulito ou as regiões cristalinas. Cada tipo de polímero apresenta um grau de cristalinidade.
Se as propriedades térmicas são muito próximas para os aços, outras propriedades são de extrema importância para avaliar qual tipo de aço será utilizado no molde. Assim, o polimento é algo essencial para garantir a qualidade do produto. Quando o aço aceita um polimento bom, sua estrutura e dureza são características muito importantes.
Para garantir a qualidade do produto, sem que seja necessário realizar o polimento da manutenção a todo o momento, podem-se utilizar aços mais puros, como os refundidos ou aços como o Toolox.
O alumínio é um metal muito versátil, apresenta boas características mecânicas e térmicas, por exemplo: Não oxida como ocorre com o aço. É um material maleável, podendo ser conformado, e com sua temperatura de fusão baixa, se comparado a outros metais, também pode ser processado por fundição.
Figura 3 – Peça automotiva fabricada de alumínio. Fonte: [3]
Assim como para polímeros, o polimento nos moldes para alumínio é muito importante, por isso deve-se utilizar aços com alta qualidade, baixas inclusões e com bom acabamento superficial para não passar marcas para as peças.
Entretanto, por conta do desgaste adesivo, a manutenção realizada com mais frequência é o polimento do molde, pois parte do Alumínio adere ao molde. Isso é inevitável para qualquer molde de aço, uma vez que a interação do Alumínio com o Ferro do aço ocasiona essa falha.
Assim, para evitar o “agarramento” do Alumínio, deve-se utilizar um bom desmoldante. Alguns aços também podem ajudar a reduzir o tempo de manutenção da matriz, como o Toolox 44, que permite produzir mais peças em um intervalo maior entre as manutenções.
Outra possibilidade muito interessante é aplicar o que chamamos de PVD, no caso para aços mais nobres como AISI H13 ou Toolox 44. O PVD é uma camada protetora que impede a interação do Alumínio com o Ferro, assim é possível realizar toda uma produção de um determinado produto, atender o cliente rápido, e sem a necessidade de troca de ferramenta. Um dos mais conhecidos é o BALINIT®, da Oerlikon Balzers, mas eles também encontram muitas soluções para cada aplicação.
As peças de aço que compõem os automóveis em sua maioria são estampadas. Muitas delas conformadas a frio com aço ferramenta. O grande ponto é que, com o tempo, é necessário realizar a manutenção das ferramentas, pois elas quebram ou desgastam.
Para impedir a necessidade de troca de ferramentas, é necessário ter em mente as seguintes situações:
A troca das ferramentas para estampar ocorre principalmente por ocorrer algum tipo de desgaste, abrasivo ou adesivo. Isso é um tipo de defeito de superfície. Logo, o desgaste pode ser evitado a ponto de tornar a ferramenta tão eficiente que produz toda quantidade de peças. Para isso é possível realizar tratamentos superficiais.
Em relação ao tipo de aço utilizado, os aços ferramenta como VF800, QCM8, AISI D2, AISI M2, já apresentam boas estruturas quando temperados adequadamente, inclusive muitos estudos indicam que o AISI M2, com mais um tratamento sub zero em temperatura de -196°C apresenta melhores propriedades tribológicas (mais informações, ver https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3133/tde-11052009-172021/publico/).
Só que, com os avanços tecnológicos em relação às chapas que compõem o carro, o peso que é reduzido com chapas cada vez mais finas e resistentes, os aços ferramenta não suportam mais produzir a mesma quantidade que produziam com chapas de resistência mais baixa, utilizadas anteriormente.
Assim, para evitar ter que construir uma ferramenta sempre que não for possível realizar a manutenção nesse desgaste, é possível realizar o tratamento de nitretação, e também o de PVD. O valor pode ser maior, por conta de o PVD ser um processo relativamente custoso e com muita tecnologia envolvida, mas o custo total de uma produção toda se torna muito menor, alguns exemplos da Balzers são: BALINIT® e BALITHERM®, muito utilizado em estampagem de corte e de conformação.
Conteúdo não pode ser publicado ou redistribuído sem prévia autorização. Elaboração e Edição: Thiago Cortiz e Renata Brandolin
Referências
[1] Disponível em < http://moldesinjecaoplasticos.com.br/analise-de-falha-em-acos-ferramentas/>. Acesso em fevereiro de 2021. cadeia automotiva
[2] Disponível em < https://www.plastico.com.br/plastico-nos-automoveis-inovar-auto-abre-caminho-para-ampliar-aplicacoes-dos-polimeros-na-industria-automobilistica-nacional/3/>. Acesso em fevereiro de 2021. cadeia automotiva
[3] Disponível em < https://www.automotivemanufacturingsolutions.com/aluminio-para-aplicacoes-automotivas/33455.article>.Acesso em fevereiro de 2021. cadeia automotiva