Arquivo de Tecnologia: História da Fabricação do Metal Duro
Em 1989, quando as ferramentas de metal duro começavam a se difundir no mundo, a Mitsubishi Materials lançava o substrato de metal duro “TF15“, atualmente usado por diversos fabricantes de ferramentas na produção de fresas de topo de metal duro. Desde então, a Mitsubishi Materials, através de contínuas inovações tecnológicas, vem desenvolvendo ferramentas de tamanho reduzido, como as brocas de diâmetro extremamente pequeno.
Neste artigo, apresentamos a história do metal duro microgrão usado em ferramentas inteiriças.
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Processo de fabricação do substrato de metal duro
O metal duro é uma liga de carboneto de tungstênio (WC) e cobalto (Co). O WC é o principal componente e o Co é o elemento de liga. Em geral, quanto menor o tamanho do grão de WC, maior será a dureza do metal duro; e quanto maior a quantidade de Co, menor será a dureza. O metal duro é um material duro, porém frágil. Portanto, é importante considerar o equilíbrio entre dureza e tenacidade de acordo com a aplicação.
A fabricação do metal duro começa com a extração do tungstênio a partir do minério, seguido pelos processos de cementação, prensa e sinterização, até obter o produto final. A Mitsubishi Materials fornece produtos com desempenho muito estável devido ao processo integrado que abrange o desenvolvimento do material, a fabricação e o controle de qualidade. Além disso, a capacidade de refletir até a matéria prima a intenção de desenvolvimento de produtos proporciona alta flexibilidade de desenvolvimento e permite criar novos produtos, líderes do mercado.
Processo de fabricação do metal duro
Parte 1: 1989
Lançamento da TF15, uma classe versátil altamente resistente
No início dos anos 80, as frases de topo inteiriças de aço rápido eram predominantes no mercado. As fresas de topo de metal duro ainda era uma novidade, representando apenas 5% das 700.000 fresas de topo produzidas por mês no Japão. Neste período, a Mitsubishi Materials fornecia sua primeira série de metal duro microgrão, a “UF20/UF30“. Comparada com o aço rápido, seu desempenho era superior pelo fato de "não quebrar", mas utilizava uma liga de aLto Co de baixa dureza, completamente fora dos padrões atuais.
Posteriormente, quando as fresas de metal duro se tornaram mais populares, a resistência ao desgaste já não atendia as necessidades, sendo que os fabricantes de metal duro já começavam a desenvolver novas liga de metal duro micro grau. No final dos anos 80, cada fabricante já define a composição básica dos materiais usados para fabricar suas respectivas fresas de topo.
A Mitsubishi Materials buscava versatilidade para atender diversas aplicações de usinagem e decidiu desenvolver um material capaz de garantir a resistência da aresta de corte, mais do que a dureza. Então, em cooperação com o Japan New Materials, uma empresa do grupo Mitsubishi Materials, desenvolveu pó de WC (carboneto de tungstênio) ultramicrogrão.
Em 1989, lançou a TF15, um metal duro com excelente equilíbrio entre dureza e resistência a fratura.
Além de usar a TF15 na fabricação dos seus próprios produtos, a Mitsubishi Materials passou a fornecer ela para outros fabricantes de fresas de topo, com intuito de promover o uso das peças de metal duro e expandir o mercado. Assim, simultaneamente ao lançamento, a TF15 penetrou no mercado doméstico de fabricantes especializados.
Atualmente a TF15 é usada como substrato das brocas inteiriças da série WSTAR e dos insertos da classe VP15TF com cobertura Miracle, além das fresas de top. Com uso crescente ao longo dos 25 anos desde o seu lançamento, a TF15 tornou-se um dos nossos principais produtos nos negócios em metal duro. Além disso, os materiais semelhantes a TF15 tem se tornado uma tendência mundial para as fresas de topo de metal duro.
Estamos orgulhosos pelo reconhecimento recebido de nossos clientes pelo desenvolvimento de um produto de alta qualidade, resultado de uma avançada tecnologia de produção que permite a fabricação de produtos com desempenho estável.
Parte 2: 1989
MF10 - O metal duro ultramicrogrão padrão com melhoria significativa da resistência
A MF10 foi lançado quase simultaneamente à TF15. Seu foco é o mercado de minibrocas para furação de placas de circuito impresso, que estava em expansão acelerada. Esta é uma aplicação que exige da liga de metal duro alta rigidez e alta dureza, diferentemente das fresas de topo.
Para furação destas placas que tem um alto valor, a primeira exigência da ferramenta é “não quebrar“ e, além disso, “manter a retilinearidade do furo“. Naquela época, a HTi10 era usada como substrato para diâmetros em geral e a UF20 para diâmetros pequenos. Porém, nem a resistência da HTi10 e nem a rigidez da UF20 eram adequadas para usinagem destas placas. Era necessário desenvolver um novo material que atendesse aos requisitos desta aplicação.
Então, a primeira ideia que ocorreu era retornar a origem do metal duro, e “minimizar as falhas“. A resistência do metal duro, que é o material quebradiço, é afetada por uma falha residual interna muito pequena. Devido a fabricação do metal duro a partir da metalurgia do pó, mesmo com toda a cautela, a formação residual de microporos em grandezas micrométricas era inevitável. Para aperfeiçoar esse processo, seria preciso uma grande evolução da tecnologia de sinterização. Por outro lado, mesmo corrigindo esta falha, qualquer problema na estrutura causaria variações de resistência.
Assim, para solucionar essa questão, trabalhamos em conjunto com a Japan New Metals no desenvolvimento de um pó de WC com partículas superfinas, cujo tamanho do grão é significativamente menor do que o pó de WC e convencional. Simultaneamente aperfeiçoamos a nossa tecnologia de sinterização e conseguimos reduzir a presença de microporos.
Deste desenvolvimento surgiu a MF10 que oferece rigidez e resistência elevadas. Com isso, a MF10 estabeleceu uma posição estável no mercado de minibroca de diâmetro pequeno. Além disso, usado como substrato para fresa de topo, apresentou uma excelente desempenho na usinagem de aços endurecidos, superando uma das desvantagens da TF15. Desde então, a MF10 tem sido utilizada para aços endurecidos e a TF15 para uso geral.
Parte 3: 1999
SF10 - padrão mundial para micro brocas de diâmetros convencionais
No fim dos anos 90, juntamente com o crescente uso dos dispositivos eletrônicos, houve uma expansão da demanda por microbrocas de diâmetros maiores que o alvo inicial da MF10. Ao mesmo tempo, as placas de circuito impresso também se tornaram mais duras e a HTi10 já não atendia mas as necessidades desta aplicação. Para o desenvolvimento da SF10, adotamos a concepção de partículas maiores, contrariando a tendência de redução dos grãos de WC para microbrocas. Além de controlar o microlascamento causado pelo preenchedor da placa, com a tecnologia de fabricação desenvolvida para a MF10 foi possível obter uma dureza estável. A SF10, usada em minibrocas de diâmetro convencionais, que correspondem ao maior volume, também era usada por outros fabricantes de minibrocas, sendo usada como principal classe até os dias de hoje.
Parte 4: 2000~
IMPACT MIRACLE - Classe de alta dureza desenvolvido em colaboração com a Mitsubishi material os cobre todos
Em 2000, o departamento de ferramentas da Kobelco (atual planta de Akashi da Mitsubishi Materials) uniu-se ao grupo Mitsubishi Materials e passou a se chamar Mitsubishi Materials Kobe Tools Corporation. Sua especialidade eram as fresas de topo para usinagem de aços endurecidos.
Para explorar ainda mais esta área de domínio, beneficiou-se da sinergia com a tecnologia de materiais da Mitsubishi e iniciou o processo de aperfeiçoamento das fresas de topo. Naquela época, a Kobelco utilizava o material denominado KRZX8, um metal duro microgrão equivalente a nossa MF10.
Para adequar-se a usinagem de aço para matrizes com dureza de 60 HRC, era necessário aumentar a dureza do substrato. Mas para o uso em fresa de topo, os desafios era garantia resistência da aresta de corte. Para obter a dureza ideal, era preciso reduzir pela metade o tamanho da partícula de metal duro. Isso exigia que o pó de WC, a matéria prima do metal duro, tivesse seus grãos reduzidos em tamanhos menores que a metade do grão convencional. Além disso, os grãos uniformes distribuídos com espaçamento pequeno entre eles era uma condição indispensável.
Mas não havia no mercado um produto que atendesse esses requisitos. Então, trabalhamos em parceria com a Japan New Metals para desenvolver o pó de WC com partículas superfinas medindo em torno de 0,1um. Este novo pó, que apresentava dureza significativamente maior e resistência equivalente à MF10, foi empregado pelo principal material na fabricação da série impacto Miracle em lançamento de 2005.
Parte 5: 2012~
Desenvolvimento da próxima geração de metal duro de partículas superfinas
Nossos atuais desenvolvimento de microbrocas tem seguido duas vertentes. Por um lado, as microbrocas de tamanhos convencionais, que representou o maior volume, passaram a ter qualidades e características cada vez mais uniformes. Por outro lado, para aumentar o seu valor agregado, as microbrocas passaram a ter diâmetros cada vez menores, com alguns itens cujos diâmetros são inferiores a 0.15mm. Estas de microbrocas com diâmetros extremamente pequenos tem apenas algumas das dezenas de micros (um) na porção do núcleo.
Neste universo minúsculo, no caso da MF10, não seria possível colocar nem 100 grãos de WC. Portanto, o principal desafio era a tecnologia de produção em massa. Para produzir partículas de WC de 0.1um, a dificuldade de fabricação dava um grande salto, pois partículas pequenas aglomeram-se facilmente e, quanto mais finas, tornam-se mais reativas, interferindo na homogeneidade da liga.
Além disso, os materiais das microbrocas começavam a mudar. No início da década de 2000, as minibrocas, que era inteiriças de metal duro, passavam a ser compostas com ponta de metal duro e haste de aço. Já no fim de 2000, praticamente 100% das brocas eram compostas, exceto as brocas de haste de 02mm. Isto acelerou a produção de brocas cada vez mais longas e com diâmetro de cada vez menores, tornando a fabricação ainda mais complexa então, tivemos que fazer grandes melhorias em todos os processos como a tecnologia de mistura, extrusão e sinterização. Alguns cliente já usam os novos materiais desde 2012, mas a introdução efetiva no mercado começa agora, com grande expectativa de expansão de vendas.
Recordando a evolução do metal duro ao longo de um quarto de século
Ao rever a história de desenvolvimento dos nossos produtos, temos a certeza de que a “capacidade de desenvolver materiais desde a produção da matéria-prima“ é sem dúvida o nosso ponto forte. Afinal, isso nos permite produzir matérias primas com características adequadas para os produtos que desejamos desenvolver. Além disso, nossos produtos de metal duro são reconhecidos pela qualidade estável. Para mantermos alta confiabilidade, além do projeto do produto, é preciso um rigoroso controle de qualidade e um alto nível de produção da matéria-prima.
A matéria-prima é a base de tudo o que produzimos e nenhuma falha pode ser “disfarçada“. Ao mesmo tempo, este desafio é justamente o que torna o desenvolvimento de metal duro um trabalho interessante e gratificante. Usando os pontos fortes a nosso favor, vamos continuar explorando todo o potencial do metal duro.
História: traçando a história do substrato de metal duro
1970 lançamento da UF
1989 lançamento da Tef 15, metal duro de alta resistência. Lançamento da MG, metal duro de partículas superfinas
1999 lançamento da SF 10, metal duro para mini broca de diâmetro convencionais
2004 comercialização do metal duro Ultra micrograma desenvolvido em parceria com a Mitsubishi Materials cobre tu os Corporation (atual planta dia Cash) e cujo uso era exclusivo a série impacto e Miracle para usinagem de aço endurecido
2009 lançamento da MP 80 10, metal duro com cobertura PVD para usinagem de aço endurecido, desenvolvido através da tecnologia de materiais da série impacte Miracle
2012 comercialização do substrato exclusivo das mini brocas de diâmetros extremamente pequenos (inferior a 0.15 fecha parênteses. Evolução da tecnologia de fabricação de substrato devido ao desenvolvimento de mini brocas como estrutura composta
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Autor: Blog da Usinagem
Data de Publica��o: 02/12/2019
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