francisco josé dias desempenho de filmes de diamante no ... · dissertação apresentada à...

Universidade de Aveiro 2008

Departamento de Engenharia Mecnica

Francisco Jos Dias Oliveira

Desempenho de filmes de diamante no desgaste de matrizes de corte em WC-Co

Universidade de

Aveiro 2008

Departamento de Engenharia Mecnica


Desempenho de filmes de diamante no des gaste de matrizes de corte em WC-Co

Dissertao apresentada Universidade de Aveiro para cumprimento dos requisitos necessrios obteno do grau de Mestre em Engenharia Mecnica, realizada sob a orientao cientfica do Prof. Doutor Gil Cabral, Professor Assistente convidado do Departamento de Engenharia Mecnica da Universidade de Aveiro e do Prof. Doutor Jos Grcio, Professor catedrtico do Departamento de Engenharia Mecnica da Universidade de Aveiro.

Dedico este trabalho a algumas das pessoas mais importantes para mim,

os meus pais, a minha irm e o meu cunhado, a minha namorada Sara e,

especialmente, aos meus sobrinhos Fabiana e Samuel

Be the best you can be. (Anna Hemmings,

Campe do mundo de Maratonas)

O jri

Presidente Prof. Doutor Francisco Malheiro Queirs de Melo

Professor Associado do Departamento de Engenharia Mecnica da Universidade de Aveiro

Doutor Jorge Manuel da Conceio Rodrigues

Professor Associado do Departamento de Engenharia Mecnica do Instituto Superior Tcnico Prof. Doutor Eduardo Gil dos Santos Cabral

Professor Convidado do Departamento de Engenharia Mecnica da Universidade de Aveiro Prof. Doutor Jos Joaquim Almeida Grcio

Professor Catedrtico do Departamento de Engenharia Mecnica da Universidade de Aveiro

Agradecimentos

Este passo importante da minha formao nunca teria sido possvel sem

a colaborao e o apoio insacivel de todas as pessoas que me rodeiam.

A eles o meu obrigado.

Os meus pais, que tiveram um papel fundamental em toda a minha

formao pessoal e profissional, por todo o encorajamento e pacincia

que sempre dispensaram e que foram decisivos na concretizao deste

trabalho.

minha namorada, Sara Marto, pelo apoio, constantes incentivos e

encorajamentos.

Duas pessoas que representaram um papel imprescindvel e incansvel,

os orientadores e amigos Doutor Eduardo Gil Cabral e Doutor Jos

Joaquim Almeida Grcio. Esta tese tambm deles, aos quais agradeo

todo o apoio e incentivo prestado.

Aos amigos Jos Santos, Vtor Alves e Vtor Neto por toda a ajuda,

todas as discusses saudveis que nos permitiram debater todas as

nossas ideias consolidando assim o nosso conhecimento.

Quero deixar tambm um grande agradecimento ao Dr. Rolando

Andrade, pea fundamental, por toda a ajuda na melhoria das condies

psicolgicas para que todo o trabalho fosse realizado com sucesso.

INDASA Industria de abrasivos S.A., principalmente na pessoa de

Sr. Diamantino Branco por terem fornecido todo o metal duro, terem

efectuado os testes necessrios e me terem transmitido muito

conhecimento por eles adquirido com a experincia profissional.

A todos aqueles, que no mencionados nesta lista mas que no so

menos importantes e contriburam para levar este trabalho a bom porto.

A todos eles os meu agradecimentos.

palavras-chave

Filamento quente, diamante, CVD, abrasivos, Ferramentas de corte, Matrizes

Resumo

O presente trabalho consistiu fundamentalmente na optimizao de

ferramentas de corte e de desgaste para telas abrasivas. Para o efeito

desenvolveu-se uma ferramenta de corte multi-furo que permitisse cortar

e furar simultaneamente dois discos de tela abrasiva.

De modo a aumentar o tempo de vida das ferramentas de corte analisou-

se em detalhe o desempenho de filmes de diamante em matrizes de corte

em substrato de WC-Co. Face aos resultados obtidos relativos adeso

do filme de diamante ao substrato e resistncia ao desgaste foi possvel

produzir um filme em condies reais que permitiu a diminuio

significativa do desgaste das matrizes triplicando o seu tempo de vida.

Keywords

HFCVD, diamond, CVD, abrasives, cutting tools, matrices

Abstract

The present work was fundamentally in the optimization tools for cutting

and wear for abrasive sand paper. To this end it has developed a cutting tool

that would allow multi-hole cut and drill two sand paper discs

simultaneously.

In order to increase the life of tools is examined in detail the performance of

films, dies in diamond cutting in substrate of WC-Co.

Given the results concerning the accession of the film of the diamond

substrate and the resistance to wear was possible to produce a film in real

conditions that led to the significant decrease the erosion of matrices tripling

its lifetime.

i

ndice

Lista de Figuras ...................................................................................................................iii

Lista de Tabelas .................................................................................................................... v

Lista de Smbolos e Abreviaes ........................................................................................ vii

Introduo............................................................................................................................ ix

Captulo I .............................................................................................................................. 1

1.1.Introduo....................................................................................................................... 1

1.2. Metal duro...................................................................................................................... 3

1.3.Revestimentos de ferramentas de corte com filmes de diamante.................................. 7

1.3.1.Interface diamante carboneto......................................................................................... 7

1.3.2.Estado de tenso dos filmes de diamante.......................................................................... 8

1.4. Processo de crescimento de filmes de diamante por HFCVD ..................................... 9

1.5.Desenvolvimento de uma ferramenta combinada .......................................................13

1.5.1.Princpio de corte .............................................................................................................. 14

Captulo II........................................................................................................................... 17

2.1.Tcnicas de caracterizao........................................................................................... 17

2.1.1. SEM Scanning Electron Microscopy .......................................................................... 17

2.1.3.Espectroscopia Raman ..................................................................................................... 18

2.1.4.Adeso do filme ao substrato ........................................................................................... 20

2.2. Amostras utilizadas Propriedades ............................................................................ 20

2.3. Preparao de amostras e pr-tratamentos ................................................................ 21

2.3.1.Tratamento qumico ......................................................................................................... 21 2.3.2.Tratamento trmico....................................................................................................................... 23 2.3.3.Seeding.......................................................................................................................................... 24

2.4.Condies de deposio ................................................................................................ 27

Captulo III ......................................................................................................................... 30

3.1. Caracterizao dos filmes de diamante....................................................................... 30

3.2.Teste de adeso ............................................................................................................. 33

3.3.Testes de desempenho................................................................................................... 35

3.3.1 Testes mecnicos ............................................................................................................... 35 3.3.1.1. Qualidade do corte .................................................................................................................... 37

3.3.2. Teste mecnico em contnuo ........................................................................................... 38

Captulo IV.......................................................................................................................... 41

ii

4.1. Desenvolvimento de uma ferramenta combinada......................................................41

4.2.Dimensionamento......................................................................................................... 42

4.2.1.1. Determinao da tenso de ruptura da lixa................................................................ 42

4.2.1.2.Fora de corte por puno............................................................................................. 43

4.2.1.3.Fora de corte da lmina............................................................................................... 44

4.2.1.4.Foras de extraco........................................................................................................ 45

4.2.1.5.Molas ............................................................................................................................... 46

4.2.1.6.Fora total....................................................................................................................... 46

4.2.1.7.Guiamento da ferramenta ............................................................................................. 46

4.3.Projecto mecnico ........................................................................................................ 47

4.3.1.Matriz................................................................................................................................. 47 4.3.1.1.Folga...........................................................................................................................................48

4.4.Montagem da matriz e almofada de corte ......................................................................... 49

4.5.Placa porta punes ............................................................................................................. 49

4.6.Punes.................................................................................................................................. 50 4.6.1.Dimensionamento encurvadura dos punes..............................................................................51 4.6.2.Aperto............................................................................................................................................52

4.7. Imagens da ferramenta aps construo ................................................................... 57

Captulo V........................................................................................................................... 59

5.1.Concluses gerais ......................................................................................................... 59

5.2.Trabalhos futuros......................................................................................................... 59

Referncias e Bibliogrfica................................................................................................ 61

iii

Lista de Figuras

Figura 1 Diferentes tipologias de lixas .............................................................................. 2

Figura 2 Matrizes de corte utilizadas no corte de lixas ...................................................... 2

Figura 3 Painel a): Relao entre a dureza e a granolumetria de WC-Co para vrios tipos de gro em funo do teor de cobalto............................................................................ 4

Figura 4 Coeficiente de expanso trmica do carboneto de tungstnio e do diamante. ..... 9

Figura 5 Influncia da temperatura do filamento e da presso do gs na produo de hidrognio atmico . .................................................................................................... 12

Figura 6 Reactor HFCVD utilizado.................................................................................. 13

Figura 7 Configurao aproximada da lixa a obter . ........................................................ 14

Figura 8 Representao esquemtica das foras de corte ................................................ 15

Figura 9 Princpio de funcionamento do microscpio SEM . .......................................... 18

Figura 10 Tratamento qumico a) Murakami durante 730; b) Murakami durante 730 e soluo de cido ntrico durante 15........................................................................ 22

Figura 11 Tratamento trmico; A)1h, B) 2h, C) 3h.......................................................... 24

Figura 12 Seeding e nucleao de acordo com a tabela 6; painel a) amostra A1,painel b) amostra A2, painel c) amostra A3, painel d) amostra A4 ........................................... 26

Figura 13 Anlise de SEM Serie 1 ................................................................................ 31

Figura 14 Anlise Raman Serie 1.................................................................................. 31





Figura 19 EDS Localizado Serie 3 ................................................................................ 32

Figura 20 Anlise do espectro de RAMAN Proporo de diamante................................ 33

Figura 21 Anlise do espectro de RAMAN Pureza do diamante..................................... 33

Figura 22 Anlise do espectro de RAMAN Tenso do filme........................................... 33

Figura 23 Imagem das vrias identaes efectuadas; painel a) srie 1, 30kgf; painel b) srie 1 50kgf; painel c) srie 4 30kgf; painel d) serie 4 50kgf; painel e) srie 6 30kgf painel f) srie 6 50kgf;................................................................................................. 34

Figura 24 Imagem representativa da aresta de corte aps testes; painel a) Matriz revestida; painel b) Matriz no revestida..................................................................... 36

Figura 25 Desgaste das matrizes de corte......................................................................... 37

iv

Figura 26 Zona de corte na lixa; painel a) Corte com matriz no revestida; painel b) Corte com matriz revestida; ........................................................................................ 37

Figura 27 Desgaste das matrizes de corte revestidas. ...................................................... 38

Figura 28 Provetes ensaiados ........................................................................................... 42

Figura 29 Configurao da lmina ................................................................................... 44

Figura 30 lmina e contra-lmina..................................................................................... 44

Figura 31 Sistema de extraco........................................................................................ 45

Figura 32 Montagem do sistema de extraco ................................................................. 45

Figura 33 Casquilho guia ................................................................................................. 47

Figura 34 Coluna guia ...................................................................................................... 47

Figura 35 Matriz............................................................................................................... 47

Figura 36 Montagem do sistema de corte ........................................................................ 49

Figura 37 Porta punes................................................................................................... 50

Figura 38 Puno.............................................................................................................. 50

Figura 39 Esboo do puno e da respectiva cabea antes e depois da montagem ......... 52

Figura 40 Diagramas de foras na cabea e no puno respectivamente......................... 53

Figura 41 Distribuio de foras no puno durante o corte............................................ 55

Figura 42 Ferramenta aps construo............................................................................. 58

v

Lista de Tabelas

Tabela 1 Propriedades fsicas do metal duro em funo do tamanho de gro.................... 5

Tabela 2 Tcnicas de caracterizao de filmes de diamante. ........................................... 17

Tabela 3 Caractersticas do espectro de Raman para diferentes bandas .......................... 19

Tabela 4 Tratamento qumico das amostras. .................................................................... 22

Tabela 5 Tratamentos trmicos efectuados ...................................................................... 23

Tabela 6 Resumo das condies de seeding e de nucleao ............................................ 26

Tabela 7 Resumo das condies de deposio. ................................................................ 28

Tabela 8 Limitaes fsicas da ferramenta ....................................................................... 41

Tabela 9 Dados do ensaio................................................................................................. 43

Tabela 10 Dados do ensaio de traco.............................................................................. 43

Tabela 11 Resumos das foras a aplicar........................................................................... 46

Tabela 12 Resumo das dimenses nominais dos punes e respectivas cabeas............. 57

vii

Lista de Smbolos e Abreviaes

HP-HT High Pressure High Temperature

CVD Chemical Vapour Deposition

PACVD Plasma Assisted Chemical Vapour Deposition

RFCVD Radio Frequency Chemical Vapour Deposition

LACVD Laser Chemical Vapour Deposition

DLC Diamond Like Carbon

CH4 Metano

CH3* Radicais de Metilo

H2 Hidrognio

H* Hidrognio Atmico

Tfil. Temperatura do filamento

sp3 Estrutura do diamante

sp2 Estrutura do grafite

G Taxa de crescimento do diamante

Ta Tntalo

W Tungstnio

Re Rnio

PCD Diamante policristalino

PCBN nitreto de boro cbico policristalino

c-BN Nitreto de boro cbico

SEM Scanning electron microscopy

FWHW Largura a meia altura


ix

Introduo

Matsumoto e colaboradores [1], demonstraram na dcada de 80 ser possvel depositar

diamante a baixas presses e baixas temperaturas, o que gerou um enorme interesse em

investigar a tcnica de deposio qumica na fase de vapor, CVD. Essa tcnica evoluiu ao

longo dos tempos, e actualmente, atravs do controlo das variveis do processo, possvel

depositar diamante em diversos materiais, com diversas geometrias, garantido a qualidade

do revestimento.

Assim compreende-se o uso deste tipo de revestimento nas reas da micro-electrnica e

biomedecina, nomeadamente em prtese ortopdicas [2], [3].

Todavia, a grande aplicao do CVD continua concentrada na indstria de produo de

ferramentas de corte e desgaste. A indstria de abrasivos um exemplo do uso de

ferramentas de desgaste rpido. Assim, o revestimento poder ser bastante vantajoso na

melhoria da performance e do tempo de vida das ferramentas normalmente usadas. Sabe-

se, que em muitos casos, revestir as ferramentas de corte com filmes de diamante uma

soluo economicamente vivel, pelo que de todo o interesse estudar o comportamento

de ferramentas WC-Co revestidas com filmes de diamante no corte de telas abrasivas.

O objectivo deste trabalho consiste no estudo do comportamento de filmes de diamante em

matrizes de WC-Co em operaes de elevado desgaste e simultaneamente no

desenvolvimento de uma ferramenta com soluo integrada de corte que permita cortar e

furar tela abrasiva.

Este trabalho encontra-se dividido em cinco captulos, sendo a reviso bibliogrfica o

primeiro deles.

No segundo captulo, esto descritas as tcnicas de caracterizao utilizadas (SEM, XPS e

espectroscopia RAMAN). Neste captulo pode encontrar-se ainda o procedimento

experimental com particular incidncia no tratamento de superfcies, seeding e condies

de crescimento.

Os resultados experimentais, bem como a caracterizao dos filmes esto descritos no

terceiro captulo.


x

O projecto detalhado da ferramenta de corte est discutido no captulo quatro.

No quinto e ltimo capitulo so apresentadas as concluses gerais do estudo e sugeridas

algumas linhas de orientao para trabalhos futuros.

.

Aveiro 2008

Francisco J. Oliveira


1

Captulo I

Neste primeiro captulo, apresentada uma pesquisa bibliogrfica sobre o estado da arte

relativamente aos revestimentos com filmes de diamante em substrato de WC-Co.

dada particular ateno s lixas abrasivas, ao metal duro e aos filmes de diamante,

passando pelos mtodos de deposio nomeadamente o HFCVD.

So tambm identificados alguns desafios a partir dos quais este trabalho teve o seu

incio.

1.1.Introduo

Desde os tempos da pr-histria, que o Homem tem necessidade de melhorar as suas

ferramentas, armas e utenslios de trabalho de forma aumentar a eficincia das mesmas.

Nesta poca, o abrasivo utilizado era a pedra natural [4]. Ao longo dos anos, o Homem foi

aumentando o seu nvel de exigncia, passando a produzir ferramentas mais complexas e,

consequentemente, melhores sistemas de abraso, sendo que o desenvolvimento de

abrasivos acompanhou sempre o desenvolvimento industrial.

Esta indstria continua em franca expanso, num mercado cada vez mais exigente e

competitivo. As empresas produtoras de abrasivos esto em constante inovao e

desenvolvimento na procura de novas tipologias da tela abrasiva para diferentes tipos de

aplicaes. Em virtude deste desenvolvimento surge a necessidade de projectar,

desenvolver e optimizar as ferramentas para melhorar a sua produo.

comum encontrar no mercado lixas abrasivas para as aplicaes mais diversas, com

diferentes tipos de gro e de formas geomtricas. Na Figura 1, esto apresentadas alguns

tipos de lixas que podem ser encontradas no mercado.


2

Figura 1 Diferentes tipologias de lixas [5]

Um dos problemas na produo destas lixas prende-se com os respectivos cortes, pois

nesta operao o desgaste das ferramentas de corte bastante elevado, comprometendo

assim a durabilidade das mesmas.

Para permitir uma fcil manuteno das ferramentas, estas so projectadas e desenvolvidas

recorrendo a matrizes de corte e pastilhas facilmente amovveis. Estes componentes so

normalmente de metal duro ou de um ao temperado como por exemplo o ao C265.

Na Figura 2, so apresentadas matrizes de corte que permitem abrir furos cilndricos em

lixas.

Figura 2 Matrizes de corte utilizadas no corte de lixas

Todavia, verificou-se que as ferramentas em metal duro, pelas suas propriedades,

revelaram uma performance substancialmente superior para este tipo de aplicao quando

comparadas com ferramentas construdas em ao temperado [6].

Pretende-se com este trabalho estudar o comportamento de revestimentos de filmes de

diamante no corte de tela abrasiva. Paralelamente pretende-se desenvolver uma ferramenta

de corte e furao para obter lixas com geometrias complexas.


3

1.2. Metal duro

Em 1923 por Karl Schroter surge a primeira patente sobre ligas de metal duro que dava

conta do carboneto de tungstnio combinado com cobalto ou nquel numa percentagem de

4 a 10% [7]. J 1927 F. Krupp lana o primeiro metal duro, com o nome de Widia (do wie

Diamond, como diamante), que foi usado para matrizes de trefilagem e peas de desgaste.

No entanto, nesta altura as ferramentas que eram produzidas no eram significativamente

melhores que as ferramentas convencionais, em ao rpido, e s aps a introduo do

carboneto de titnio (TiC), e com o carboneto de tntalo (TaC) como aditivo ao carboneto

de tungstnio e cobalto (WC-Co), se verificaram melhorias significativas no

comportamento das ferramentas de corte, que se evidenciavam por uma grande resistncia

ao desgaste. [8]

Geralmente a incluso ou o aumento do carboneto de tntalo e do carboneto de titnio no

WC-Co reflecte-se num aumento da dureza a quente e elevada resistncia deformao

trmica e numa diminuio da tenso de traco [9].

O metal duro com estes constituintes, tem as suas principais aplicaes em operaes de

corte/desgaste que impliquem elevadas temperaturas. Operaes de corte continuo,

limpeza de rebarba em tubos soldados longitudinalmente, maquinagem de urnio onde a

adeso da apara ferramenta problemtica. Operaes onde a refrigerao deficiente ou

mesmo impossvel, so algumas aplicaes onde tambm benfico utilizar metal duro

com estes constituintes [9] [10].

Contudo, o mais importante desenvolvimento para aumento da dureza nas ferramentas de

carboneto de tungstnio foi o uso do micro-gro e de gro ultra-fino, sendo o gro de WC

na ordem dos 0.5 0.8 m e de 0.2 0.5 m respectivamente e com percentagens de

cobalto que variam entre 6 e 16% [10]. A produo deste material com alta qualidade s foi

possvel porque, paralelamente, foram desenvolvidos estudos e tecnologia para obter a

matria-prima com um tamanho de gro e, num estado de pureza tal, que preenche os

critrios pretendidos na pulvometalurgia. A Figura 3 apresenta a dureza e a tenso de

ruptura transversa para vrios tamanhos de gro de metal duro em funo da percentagem

de cobalto [11].


4

Figura 3 Painel a): Relao entre a dureza e a granolumetria de WC-Co para vrios tipos de gro em funo do teor de cobalto. Painel b): Tenso de ruptura transversa do WC-Co para os vrios tipos de gro em funo do teor de cobalto. [11]

A dureza do metal duro das propriedades mais importantes na aplicao em ferramentas

de corte. Esta influenciada directamente pela quantidade de cobalto e pelo tamanho do

gro de carboneto de tungstnio. Da anlise da Figura 3 a), facilmente se pode verificar

que para o mesmo tamanho de gro, a dureza diminui com o aumento do teor de cobalto.

J para o mesmo teor de cobalto, a dureza diminui medida que o tamanho do gro

aumenta.

J a tenso de ruptura transversa, Figura 3 b), aumenta com o aumento do teor de cobalto, e

tal como a dureza, para o mesmo teor de cobalto a tenso de ruptura transversa diminui

medida que o gro aumenta.

A tabela 1 representativa das propriedades de vrios graus de metal duro para aplicaes

em operaes de desgaste/corte.

a) b)

Desem

penho de film

es de diamante no desgaste d

e mat

rizes de corte em W

C-C

o

5 T

abela 1 Propriedades fsicas do m

etal duro em funo do tam

anho de gro. [11] - [14]

Coef. de

expanso

trmica

[10-6/k]

5,3

5,3

5,8

6,9

6,3

6,4

Tenacidade a

fractura

[MN/m3/2]

12

14

21

22

13

15

Modulo

de Young

[N/mm2]

7100

5900

5700

3800

4600

5200

Tenso de

ruptura

transversal

[N/mm2]

2200

2300

3100

2900

1800

2400

Dureza

Vickers

[HV]

1500

1430

1000

910

1550

1390

Densidade

[g/cm3]

14,90

14,90

14,55

13,60

11,70

13,10

Tamanho

do gro

m

1,7

2,8

>5

2,8

1,7

1,7

Co

6

6

10

20

8,2

11

TaC

5

8

TiC

12

4

Composio qumica

%

WC

94

94

90

80

74,8

77


6

No entanto, apesar do metal duro possuir excelentes propriedades para aplicaes em

ferramentas de corte, com o passar do tempo surgiu a necessidade de as melhorar e adapt-

las a funes mais especficas.

Esta necessidade deu origem ao desenvolvimento de vrios revestimentos. Um deles e

talvez o mais interessante, pelas suas propriedades so os revestimentos por filmes de

diamante.

A primeira tentativa de sucesso para a obteno de diamante sinttico consistiu em tentar

reproduzir o diamante da mesma forma que a natureza o fez, em elevadas presses e

elevadas temperaturas (HP-HT). Tal foi feito conseguido pela General Electric Company

(GEC) em 1959. Nesta altura, foram usadas presses entre 50 a 100 kbar e temperaturas

entre 1800 e 2300 k. Este desenvolvimento foi a rampa de lanamento no uso do diamante

numa escala industrial [16] [17].

No entanto, este processo pelo facto de consumir demasiada energia, mostrou ser um

processo demasiado dispendioso, sendo necessrio desenvolver novos processos de

criao/deposio de diamante que fossem significativamente mais baratos. Com o avanar

do tempo, foram surgindo cada vez mais processos e tcnicas de deposio de filmes de

carbono, processos esses que podem ser de ndole fsica (PVD Deposio fsica na fase

de vapor) e qumica (CVD Deposio qumica na fase de vapor), sendo os processos

qumicos claramente mais baratos que os processos fsicos. Alguns dos processos qumicos

mais comuns so o CVD assistido por plasma (PACVD), CVD assistido por

radiofrequncia (RFCVD), CVD por filamento quente (HFCVD), CVD assistido por laser

(LACVD), CVD assistido por descarga de arco (Arc Discharge Jet), CVD assistido por

descarga de corrente contnua (d. c. Discharge).

Dos vrios mtodos, a deposio por filamento quente, HFCVD, o mais utilizado no

revestimento de superfcies com geometrias complexas.

O diamante possui propriedades de excelncia a nvel, mecnico, trmico, elctrico entre

outros. A nvel mecnico destaca-se especialmente a elevada resistncia ao desgaste e ao

corte, e o baixo coeficiente de atrito e especialmente a sua dureza, pois o diamante ainda

o material mais duro conhecido at aos dias de hoje [15] [16]. Termicamente, pela sua

excelente condutibilidade trmica este normalmente usado como dissipador de calor [16].


7

Devido s suas propriedades, os filmes de diamante tm um vasto nmero de aplicaes.

comum aplicar filmes de diamante em ferramentas de corte, componentes elctricos e

electrnicos, aplicaes aeroespaciais, pticas e biomdicas, estando j a ser comum o

aparecimento de filmes de diamante em peas de decorao [18] [20].

1.3.Revestimentos de ferramentas de corte com filmes de diamante

As ferramentas de corte revestidas por CVD podem ser divididas em duas categorias: a)

revestidas por filmes finos; b) insertos de filmes finos em diamante [21].

As ferramentas revestidas por filmes finos so mais usadas dado que o processo permite

efectuar o revestimento em superfcies com geometrias complexas e em grandes

profundidades. A melhoria do revestimento nas superfcies complexas traduziu-se numa

melhoria do corte de metais, ferramentas mais eficazes e com custos finais das peas

maquinadas significativamente mais baixos [22].

Contudo, a implementao desta tecnologia est fortemente dependente da adeso do filme

ao substrato.

1.3.1.Interface diamante carboneto

No desenvolvimento de um revestimento para uma ferramenta de corte necessrio que

exista uma boa interface entre o diamante e o carboneto de tungstnio. Se a adeso na

interface no for suficientemente forte, o revestimento no vai suportar os esforos durante

a operao de maquinagem e ir saltar, levando assim a uma imprevisvel e inconsistente

vida das ferramentas [23].

O nvel de adeso do filme ao substrato limita largamente o campo de aplicaes da

ferramenta nomeadamente na maquinagem de grafite e de compsitos de carbono e de

algumas ligas de alumnio [22].

Os filmes de diamante depositados por CVD em WC-Co geralmente tm uma baixa adeso

e esse facto deve-se a varias razes tais como: a) incompatibilidade dos coeficientes de

expanso trmica; b) interaco entre o carbono e o cobalto que est presente na superfcie

da ferramenta [24];


8

No processo de deposio, a migrao e dissoluo de tomos de carbono em cobalto

durante o perodo de nucleao induz numa formao e acumulao de grafite na interface [25]. A qualidade do diamante a obter e a adeso do filme so muito baixas [25]

comparativamente com as deposies onde no existe formao de grafite. Assim sendo

importante que o primeiro passo na preparao das ferramentas de corte de WC-Co seja a

remoo de cobalto da superfcie. Dos vrios estudos publicados para evitar e limitar a

formao de grafite incluem o uso de H2O2: H2SO4: HNO3 entre outros agentes qumicos [26] [28].

A abordagem feita no mbito desta tese envolve o tratamento qumico e tratamento trmico

no WC-Co, com tempos e atmosfera controlada.

1.3.2.Estado de tenso dos filmes de diamante

Outro facto importante a ter em conta so os estados de tenso dos filmes de diamante.

A maior parte dos revestimentos esto sujeitos a uma tenso residual. Esta tenso

influencia nas propriedades mecnicas dos filmes, como resistncia fadiga e ruptura do

filme e podendo em muitos casos ser responsvel por falhas na interface Perda de adeso [29]. O gradiente temperatura do substrato tambm responsvel pela acumulao de tenso

dos filmes [29].

Para filmes depositados por HFCVD onde h


9

Onde T a variao de temperatura entre a temperatura ambiente T0 e a temperatura de

deposio, T2 e s e d so os coeficientes de expanso trmica do substrato e do filme

respectivamente. Da anlise das equaes anteriores ( 1) e ( 2) verifica-se que a tenso no

filme tanto maior quanto maior for a diferena entre a temperatura ambiente e a

temperatura de deposio.

A Figura 4 mostra o coeficiente de expanso trmica do diamante e do carboneto de

tungstnio.

Figura 4 Coeficiente de expanso trmica do carboneto de tungstnio e do diamante.[30] Da figura anterior verifica-se que para elevadas temperaturas, o coeficiente de expanso

trmica do diamante e do metal duro so muito prximos quando comparados estes dois

materiais mas a temperaturas prximas da temperatura ambiente.

1.4. Processo de crescimento de filmes de diamante por HFCVD

O processo HFCVD, que foi inicialmente desenvolvido por Matsumoto [31] e colaboradores

na dcada de 50, provavelmente a forma mais simples e reprodutvel de crescer diamante

a baixas presses. Este processo foi o primeiro que permitiu obter uma nucleao contnua

homognea bem como o crescimento de diamante em diversos substratos. [32]


10

Para a produo de diamante no processo HFCVD, o gs entra no reactor numa mistura de

0.1 a 2%, em volume de metano (CH4) em hidrognio (H2), a uma presso de 10 a 100 torr.

O hidrognio ao passar entre os filamentos, que devero estar a uma temperatura superior a

1800 C, dissocia-se formando hidrognio atmico (H*)[33] reagindo com o metano e

formando radicais de metilo (CH3*) segundo as seguintes equaes qumicas:

1800*

2 2

filT C

H H>

( 3)

1800

* *4 3 2

filT C

CH H CH H>

+ + ( 4)

Das equaes anteriormente referidas, resultam as espcies mais importantes no

crescimento de filmes de diamante por filamento quente [34] [37]. Para alm da presena de

CH3*, a presena de H* responsvel por diversos mecanismos:

a) A deposio de carbono ocorre simultaneamente em estrutura sp3 (estrutura do

diamante), e em estrutura sp2, estrutura da grafite. No entanto, foi demonstrado que durante

o crescimento de diamante, a grafite eliminada sob a aco do hidrognio atmico ou a

cintica da reaco qumica entre o H* e a estrutura sp2 que cerca de 500 vezes mais

rpidas que a reaco entre o H* e a estrutura sp3 [38];

b) O H* pode recombinar-se na superfcie do substrato, formando novamente H2. A

reaco exotrmica subadjacente conduz ao aquecimento do substrato durante a deposio

de diamante [37] [50].

Mankelevich [52], desenvolveu um modelo bidimensional que contempla a cintica de doze

reaces qumicas e de dez espcies distintas na deposio de filmes de diamante por

HFCVD. O modelo tomou em considerao o mecanismo inerente formao de H* e

sua recombinao na superfcie do substrato que foram testados em diferentes reactores

HFCVD [51] [66]. Os resultados obtidos permitiram observar o seguinte:

O modelo proposto por Mankelevich [52] para determinar a taxa de crescimento do

diamante, G (m/h), considera como variveis do processo a temperatura do gs na


11

vizinhana do substrato, a concentrao de H*, de H2 e de CH3* na vizinhana da superfcie

do substrato. A equao ( 5) indica que a taxa de crescimento aumenta com a concentrao

das espcies activas determinantes para a deposio de diamante, sendo tambm de

extrema importncia o controlo da temperatura no substrato.

4

3

2

2

*

1

1 22 3exp exp 1 ( )

SCH S

ns eq CHSH

SH

S SB S B S H

nc T K n

nG

nQ Qc c f T

K T K T n

=

+ + +

( 5)

S

CHn *

3- Concentrao de CH3

*radicais de metilo na vizinhana da superfcie do substrato

SHn 2 - Concentrao de H2 na vizinhana da superfcie do substrato

S

Hn * - Concentrao H

* na vizinhana da superfcie do substrato

nST - Temperatura do gs na vizinhana da superfcie do substrato

ST - Temperatura da superfcie do substrato 14

11084.3 =c ; 0089.02 =c ; 204.0

3=c

3109873.1

=R kcal (mol K)-1 6.14

1=Q kcal mol-1 ; 3.7

2=Q kcal mol-1 (energia de activao do crescimento de diamante).

( ) ( ) ( ) ( )1.5/ 5.2/ 8.8/ 12.5/( ) 0.0021e 0.016e 0.1e 0.23eS S S SRT RT RT RTSf T = + + +

( 6)

A formao do hidrognio atmico dependente da temperatura da superfcie do filamento

e da presso do gs. Estudos realizados com base na termodinmica do processo [67],

revelaram que a percentagem de H* aumenta quando a temperatura do filamento elevada

e a presso da mistura gasosa baixa, conforme est indicado na Figura 5. A influncia da

presso de gases na morfologia e qualidade de revestimentos de diamante foi estudada de

forma mais detalhada por diversos grupos de investigao [68] [72].


12

Figura 5 Influncia da temperatura do filamento e da presso do gs na produo de hidrognio atmico [73].

Sendo o aumento da temperatura do filamento a nica forma vivel para aumentar a

eficincia de produo de H*, esperado que ocorra contaminao do filme de diamante

com partculas do material do filamento. No sentido de minimizar ou eliminar este tipo de

contaminao, o filamento deve ter um elevado ponto de fuso. De entre os diversos metais

refractrios possveis de serem utilizados para fazer filamentos, o tntalo (Ta), o tungstnio

(W) e o rnio (Re) so os mais usuais [33],[74]. No entanto, diferentes metais refractrios

implicam diferentes condies de CH4, para obter a melhor taxa de crescimento do filme.

Para o Ta e o Re, o aumento da temperatura do filamento at 2400 C permite optimizar a

taxa de crescimento para valores mximos. O tungstnio no o mais indicado para

aplicaes a temperaturas to elevadas, uma vez que sofre uma grande deformao durante

a carburao.

Para efectuar as deposies foi usado o reactor HFCVD do Departamento de Engenharia

Mecnica da Universidade de Aveiro. A Figura 6 mostra uma imagem do reactor usado.


13

Figura 6 Reactor HFCVD utilizado

1.5.Desenvolvimento de uma ferramenta combinada

A indstria abrasiva est num mercado cada vez mais exigente, e por conseguinte o

desenvolvimento de novas lixas, com formas e geometrias cada vez mais complexas,

tentando deste modo dar resposta s exigncias do mercado.

O corte por arrombamento um processo tecnolgico bastante usado no corte de chapas,

vares, barras, tubos, lixas entre ouros.

Embora este tipo de corte seja efectuado em mquinas e ferramentas que geralmente

exigem um elevado investimento, este processo revela-se bastante econmico [75].

Pretende-se desenvolver uma ferramenta piloto que permita cortar e furar tela abrasiva do

gnero da representada na Figura 7. Esta ferramenta deve permitir o revestimento com


14

filmes de diamante a matriz e os respectivos punes uma vez que esta ferramenta ter

cadncias de trabalho elevadas e desgaste bastante acentuados.

Numa fase inicial, para efectuar os primeiros testes, a matriz da ferramenta ser construda

em ao e numa fase posterior evoluir-se- para uma matriz em metal duro revestida com

diamante, tal como os punes.

Figura 7 Configurao aproximada da lixa a obter [76].

1.5.1.Princpio de corte

Uma ferramenta tpica de corte por arrombamento, na sua forma mais simples,

constituda por um puno e uma matriz.

A folga existente entre a matriz e o puno deve ser de uma ordem de grandeza bastante

inferior s dimenses da matriz e do puno. Normalmente, esta folga deve variar 5 ~ 10%

da espessura do material a cortar, sendo por isso comum admitir-se que o corte acontece

devido a tenses de corte que se acumulam em toda a espessura da pea a cortar e em todo

o permetro de corte [77], conforme representado na Figura 8.


15

Figura 8 Representao esquemtica das foras de corte [77]

Ao aplicar a fora no puno, como representado, ocorre um arrastamento de material ao

longo do puno para o interior da matriz. Este arrastamento tem incio quando a tenso

provocada pela fora aplicada no puno ultrapassa a tenso limite elstico do material.

Quando esta tenso ultrapassa o limite plstico ocorre a separao do material.

Na bibliografia no foram encontradas quaisquer referncias ou estudos efectuados ao

corte de tela abrasiva por corte mecnico. Assim recorreu-se principalmente ao

conhecimento emprico das pessoas que lidam diariamente com este tipo e desafio. Para os

respectivos dimensionamentos assumiu-se que a o corte de tela abrasiva se processa

exactamente da mesma forma que o corte de chapa, mesmo sabendo que no totalmente

verdade. De acordo com o histrico de dados da INDASA Industria de abrasivos S.A. os

valores de corte calculados esto bastante prximos dos valores medidos pelas mquinas

durante a operao de corte.


17

Captulo II

Neste captulo apresentado o procedimento experimental bem como as tcnicas de

caracterizao utilizadas ao longo da tese. Foi dado especial ateno ao tratamento de

superfcies, condies de deposio e taxas de crescimento dos filmes.

2.1.Tcnicas de caracterizao

Existem inmeras tcnicas de caracterizao de materiais. Porm, apenas algumas delas

foram usadas neste trabalho e que se encontram descritas mais frente [78] [87]. Na tabela

seguinte, pode ser encontrado um resumo das tcnicas de caracterizao de filmes de

diamante.

Tabela 2 Tcnicas de caracterizao de filmes de diamante [78]. Tcnica Processo fsico Tipo de informao

Espectroscopia por vibrao

Raman Varrimento de luz por

vibrao com mudana de polaridade

Tipo de estrutura do carbono (sp2/sp3), Estado de tenso, tamanho do gro, pureza do

filme.

Microscopia electrnica

SEM Microscopia por varrimentos de

electres

Varrimento de electres (5-30KeV) sobre uma superfcie. Um sensor secundrio detecta os electres reflectidos

mostra-os em forma de imagem.

Morfologia da superfcie.

2.1.1. SEM Scanning Electron Microscopy

O SEM uma tcnica de anlise de superficies com um tamanho de gro (micro ou nano)

que normalmente analisados ao microscpio ptico no se obtm uma resoluo suficiente.

Na anlise por SEM, um feixe de electres (electres primrios) incide na superfcie a

analisar gerando uma desagregao de electres (electres secundrios), electres esses

que so colhidos e mostrados no monitor em funo da posio da amostra [78] [80].


18

O SEM apresenta inmeras vantagens em relao aos microscpios pticos comuns. A

ampliao (de 50 a 40000x), a elevada resoluo (de 2,5 a 10nm) e a possibilidade de obter

imagens tridimensionais [78] so algumas das principais vantagens.

A Figura 9 mostra esquematicamente o princpio de funcionamento do SEM.

Figura 9 Princpio de funcionamento do microscpio SEM [79].

2.1.3.Espectroscopia Raman

A espectroscopia Raman tem sido extremamente importante na caracterizao de filmes de

diamante, principalmente dos filmes de CVD [80] [84]. O princpio de funcionamento

baseia-se num feixe de luz monocromtico que emitido em direco amostra

provocando colises entre os fotes e a superfcie da amostra. Essas colises podem ser

elsticas ou inelsticas, sendo estas ltimas que provocam as vibraes que so analisadas.

A natureza destas vibraes determinada pela simetria dos cristais sendo tpica da

natureza dos mesmos, e so definidas por faixas de frequncias no espectro do RAMAN.

Este mtodo, pela sua sensibilidade, capaz de distinguir as vrias fases do carbono tais

como a grafite, diamante, carbono amorfo ou hidrogenado.

A tabela seguinte mostra a correlao entre algumas frequncia do espectro de RAMAN e

as diferentes fases do carbono.


19

Tabela 3 Caractersticas do espectro de Raman para diferentes bandas [80] [84].

Referncia Fase de carbono

Frequncia cm -1

[80] Diamante natural 1331-1336 [81] DLC 1355-1580 [82] Carbono amorfo 1500 [82] Estruturas sp2 amorfas 1480 [83] Banda G (Grafite) 1560 [84] Banda D (Grafite microcristalina) 1600

Atravs a anlise do espectro obtido por RAMAN possvel avaliar qualitativamente a

presena de fases no adiamantadas, a cristalinidade e a tenso interna do filme.

Do espectro de RAMAN, facilmente se pode obter a proporo de diamante, (Cd), em

relao a todas as outras fases de no diamante numa abordagem relativamente simples.

Tal proporo dada pela relao da rea dos picos de diamante em relao ao somatrio

da rea de todos os picos. Esta relao traduzida pela expresso [85] ( 7):

100diamanteddiamante Outras bandas

AC

A A=

+

( 7)

Outro parmetro importante na caracterizao de filmes de diamante em ferramentas de

corte a tenso residual do filme. Esta tenso pode ser calculada a partir da equao [86]

[87] ( 8), onde a diferena entre o desvio do pico de diamante do espectro em relao

ao que seria de esperar (1332 cm-1).

[ ]2,9

vGPa

( 8)

As intensidades destas bandas, esto por vezes associadas s condies de deposio e

tanto podem ser devidas grafite [88] [90] ou a carbono amorfo [89] [90], no obstante, a

intensidade e a posio de alguns desses picos de no diamante tambm depende do

comprimento de onda de excitao usado para obter o espectro e so normalmente

interpretados como uma variao da absoro do laser por fases de no diamante para os

diferentes comprimentos de onda [91] [92].


20

2.1.4.Adeso do filme ao substrato

Em qualquer revestimento um ponto determinante para o correcto funcionamento do filme

a adeso do revestimento ao substrato. De acordo com a definio da ASTM (D907-70), [93] a adeso o estado em que duas superfcies so mantidas juntas por foras na interface.

Um teste normalmente utilizado para caracterizar a adeso de filmes o teste da adeso

por identao.

Efectuando o teste de identao possvel determinar a resistncia fractura (Kc) em

funo da carga aplicada e do raio da deixado pela identao atravs da expresso ( 9) [94],

onde P a carga aplicada e c o raio da identao.

1/2 3/2( / ) ( / )Kc E H P c= ( 9)

Onde E o modulo de Young e H a dureza medida. O parmetro (=0,0160,004) um

valor emprico que deriva de uma constante de correco da relao entre a tenacidade

fractura e o valor da identao para vrios materiais [95].

A resistncia propagao da fractura ao longo da interface utilizada como mtodo para

analisar semi-qualitativamente a adeso do filme, por analogia com a fractura em slidos

homogneos [96] [99].

No mbito desta tese, para caracterizar a adeso foi efectuado o teste de identao com um

identador Brinell, com 200m de raio, o que permitiu comparar as imagens obtidas a partir

do microscpio e verificar qual o filme tem uma adeso superior [100], [101].

2.2. Amostras utilizadas Propriedades

Foram utilizadas matrizes de corte em metal duro micro gro, fornecido pela DURIT, e

com um teor de 10% de cobalto. Normalmente, o metal duro com estas propriedades

utilizado em ferramentas para micro-maquinagem, tais como brocas de dentista,

ferramentas cirrgicas, micro-mandris, ferramentas de prensagem de ps para a indstria

farmacutica, punes e matrizes de corte [55].


21

2.3. Preparao de amostras e pr-tratamentos

Ao longo das prximas linhas encontra-se descrito o procedimento experimental seguido

ao longo do trabalho na preparao e tratamento das amostras.

2.3.1.Tratamento qumico

Para deposies de diamante, o tratamento das superfcies efectuado por via qumica,

sendo este tratamento utilizado para remover de forma selectiva cada um dos constituintes

da superfcie a depositar.

Para que o filme tenha adeso ao substrato, h necessidade de remover os gros de

carboneto de tungstnio que foram danificados pela operao de rectificao, bem como

remover o cobalto presente na superfcie [112].

O ataque qumico mais comum usado para remover o carboneto de tungstnio feito com

uma soluo de ferro-cianeto de potssio e hidrxido de potssio em gua

3 6 2(10 ( ( ) ) 10 100 )g K Fe CN g KOH ml H O+ + . Esta soluo designada por Murakami [106]. Segundo Gil Cabral [107], usando Murakami a taxa de remoo de carboneto de

tungstnio independente do tamanho de gro e a 25C de 0,28 m/min.

Para remover o cobalto da superfcie foi usada uma soluo de cido ntrico,

3 2 2(1 46 .% 9 30% / )ml wt HNO ml m v H O + . Gil Cabral [107], concluiu que no micro

gro so necessrios 10seg de ataque para remover completamente o cobalto da superfcie.

Antes de ser iniciado qualquer tipo de tratamento, todas as amostras devem ser

devidamente limpas e desengorduradas com acetona em ultra-sons durante um tempo

mnimo de 15min.

O procedimento de trabalho seguido apresentado na Tabela 4.


22

Tabela 4 Tratamento qumico das amostras. gua de lavagem desionizada

[min]

Murakami

[min]

cido ntrico

[min] 1 2 3 Em ultra-

sons

Passo 1 7,5 0 2 2 1

Passo 2 0 0,25 2 2 1

As Figuras seguintes mostram uma amostra de metal duro, micro gro, atacada com

Murakami, Figura 10a) e depois atacada com cido ntrico, Figura 10b) nas condies da

tabela acima.

Figura 10 Tratamento qumico a) Murakami durante 730; b) Murakami durante 730 e soluo de cido ntrico durante 15.

A anlise SEM amostra atacada s com Murakami, (Figura 10 a)), mostra que com a

remoo do carboneto de tungstnio superfcie ocorreu um aumento de rugosidade. Na

anlise EDS localizada, verificou-se a presena de cobalto na superfcie da amostra.

J na anlise EDS amostra atacada com a soluo de cido ntrico, (Figura 10 b),

verificou-se que na superfcie no foi encontrado cobalto. Tal facto acontece porque o

cido ntrico ataca efectivamente o cobalto.

O aumento de rugosidade superficial benfico para adeso do filme, uma vez que

funciona como encravamento mecnico do filme [108].

Co WC

a) b)


23

2.3.2.Tratamento trmico

Outro tipo de tratamento de superfcies explorado foi o tratamento trmico. Este, consiste

na colocao das amostras no reactor e elevadas a uma temperatura e tempo suficiente para

que ocorram modificaes na superfcie da amostra por ressinterizao do metal duro.

De acordo com Pollini et. al.,[108] a ressinterizao do metal duro ocorre para temperaturas

superiores a 1000C. No entanto, essencial optimizar o tempo necessrio para que

ocorram as modificaes pretendidas: Crescimento do gro de tungstnio e rearranjo dos

gros destrudos pela operao de rectificao e a difuso do cobalto superfcie.

Foram elaboradas uma srie de tratamentos trmicos como se mostra na tabela seguinte:

Tabela 5 Tratamentos trmicos efectuados

Amostra Temperatura

[C]

Presso

[torr]

Composio

% CH4/H2

Tempo

[min]

Altura*

[mm]

CH1 1000 25 1 60 4

CH2 1000 25 1 120 4

CH3 1000 25 1 180 4

* Distancia da superfcie da amostra aos filamentos.

As figuras seguintes, obtidas na anlise SEM, representam os tratamentos trmicos

correspondentes tabela anterior.


24

Figura 11 Tratamento trmico; A)1h, B) 2h, C) 3h.

Na Figura 11 c), que representa o tratamento trmico efectuado durante 3horas, observa-se

que o gro de tungstnio superfcie se encontra bem definido. Porm, utilizando o EDS

localizado, foi possvel encontrar algum cobalto. Por este facto seria necessrio expor a

amostra a temperaturas mais elevadas e/ou durante um perodo de tempo mais prolongado.

No entanto, mais fcil combinar o tratamento trmico com o ataque qumico ao cobalto,

isto , depois do tratamento trmico deve-se atacar a amostra com a soluo de acido

ntrico conforme visto na seco anterior.

2.3.3.Seeding

O processo de seeding utilizado no decorrer deste trabalho feito utilizando um ultra-sons

convencional com uma suspenso de diamante em etanol PA numa concentrao de

0.1g/ml [109].

Este processo obedece a algumas etapas, sejam:

b) a)

c)


25

a. Limpeza do substrato; Nesta fase o substrato deve ser limpo e isento de

poeira, gordura ou qualquer outro tipo de resduos. Normalmente usa-se um

banho de acetona ou etanol em ultra-sons num perodo superior a 5min;

b. Colocao da amostra no p em suspenso em ultra-sons; Este passo de

extrema importncia, pois esta pequena parte do processo que vai permitir

semear diamante na superfcie para que haja crescimento. Esta etapa

normalmente curta, e neste caso foi sempre de 20min. [107] [109].

importante que a soluo esteja homognea, isto , que o p de diamante

esteja devidamente disperso no etanol.

c. Limpeza do p de diamante; Nesta fase o substrato aps retirado do banho

de diamante colocado num banho de etanol e posteriormente de acetona

em ultra-sons durante 1min [110]. Assim possvel remover as partculas de

diamante que no esto agarradas ao substrato.

Aps estas etapas o substrato estar pronto para ser levado ao reactor para fazer o

crescimento de diamante.

Numa tentativa de encontrar um processo de seeding homogneo, foram desenvolvidas um

conjunto de experincias que permitiram determinar qual o mtodo e o tipo de diamante

que garante a maior homogeneidade do filme de diamante, usando os recursos do

laboratrio de engenharia das superfcies do TEMA. Foram utilizados dois tipos de

diamante: diamante natural e diamante sinttico ambos com um gro mdio de 0.25m [111]

com dois mtodos distintos: suspenso e no fundo.

O mtodo da amostra suspensa consiste simplesmente em manter a amostra no interior de

um saco de rede emerso na soluo de diamante em ultra-sons.

Aps o referido seeding, as amostras foram levadas ao reactor durante duas horas para o

processo de nucleao nas condies da Tabela 6 e posteriormente analisado o filme por

microscopia ptica de varrimento.

Um resumo das condies de seeding e nucleao so apresentados na tabela seguinte.


26

Tabela 6 Resumo das condies de seeding e de nucleao Seeding Nucleao

Amostra Diamante Mtodo

Tempo [111]

[min]

Presso

[torr]

Temp.

[C]

Tempo

[min]

Altura*

[mm]

H2/CH4

[%]

A1 Natural Suspenso 20 25 800 120 8 1

A2 Sinttico Suspenso 20 25 800 120 8 1

A3 Natural Fundo 20 25 800 120 8 1

A4 Sinttico Fundo 20 25 800 120 8 1

* Distancia da superfcie da amostra aos filamentos

Figura 12 Seeding e nucleao de acordo com a tabela 6; painel a) amostra A1,painel b) amostra A2,

painel c) amostra A3, painel d) amostra A4

Anlise de SEM, a partir da qual foram obtidas as imagens Figura 12, permitiram concluir

que nas condies referidas anteriormente, o filme se encontra devidamente fechado e com

o gro bem definido em todas as amostras. No entanto, na amostra A1, verifica-se que o

filme o que cresceu de forma mais homognea em toda a rea de deposio relativamente

s restantes.

C) D)

B) A)


27

Assim, embora com muitas semelhanas, constata-se que nas condies testadas, o seeding

efectuado com diamante natural e com a amostra suspensa o mais indicado.

2.4.Condies de deposio

O primeiro passo passou por conhecer o que podero ser as condies ptimas de

crescimento de diamante no reactor CVD usado. Foram efectuadas inmeras deposies

nas mais diversas condies de crescimento que posteriormente foram analisadas. A

Tabela 7 apresenta um resumo das deposies efectuadas, bem como as imagens de SEM

obtidas na anlise.


28

Tabela 7 Resumo das condies de deposio.

Presso [torr]

Temp. [C]

[%] Ch4/H2

Tempo de deposio [Horas]

Imagem SEM Observaes

Srie 1 12 750 1 8

- Diamante cristalino; - Filme fechado e homogneo; - Presena de cobalto;

Srie 2 15 750 1 8

- Diamante cristalino; - Filme fechado;

Srie 3 5 800 0,5 8

- Filme aberto; - Presena de fases de no diamante; - Presena de cobalto;

Srie 4 25 750 1 6

- Diamante cristalino; - Filme fechado; - Cristais pequenos;

Srie 5 5 800 0,5 8

- Gro muito pequeno; - Presena de fases de no diamante; - Filme aberto

Srie 6 35 750 1 10

- Filme cristalino; - Filme fechado; - Cristais grandes - Vestgios fases no diamante;

Srie 7 5 750 1 12

- Filme no homogneo; - Presena fases e no diamante;

Srie 8 5 750 1 10

- Filme aberto; - Gros mal definidos;

Srie 9 35 700 1 4

- Filme aberto;

Da anlise efectuada aos dados da tabela anterior, verifica-se que para o reactor usado, as

condies s quais se obtm o filme de diamante com melhor qualidade so as deposies

efectuadas nas condies das sries 1, 2, 4 e 6.


29

No entanto, pelo facto de cada ensaio de corte ser relativamente moroso, em mdia 3

semanas, apenas houve possibilidade de testar trs sries de amostras, sendo as amostras 1,

4 e 6 escolhidas, uma vez que so as que apresentam o filme com melhor qualidade e com

caractersticas ligeiramente diferentes.


30

Captulo III

Neste captulo so apresentados os testes de desempenho das matrizes revestidas nas

condies da tabela 8, bem como a caracterizao SEM e RAMAN de cada um dos filmes

testados.

Para avaliar os testes de desempenho foi medido e comprado o desgaste da aresta de

corte.

3.1. Caracterizao dos filmes de diamante

As amostras revestidas com filmes de diamante crescidos por HFCVD nas condies da

Tabela 7, foram caracterizados usando diferentes tcnicas. A pureza do diamante, a

percentagem de diamantes no filme em relao quantidade de material de no diamante

presente no filme e o estado de tenso do filme foram obtidos atravs da anlise do

espectro de RAMAN. Os dados retirados desta anlise so apenas semi-quantitativos, o que

significa que so comparveis apenas entre si. O teste de identao permitiu verificar qual

das amostras partida tem melhor adeso, e a anlise de SEM permitiu ver o tamanho dos

cristais e a homogeneidade do filme.


31

Figura 13 Anlise de SEM Serie 1 Figura 14 Anlise Raman Serie 1



Aps a anlise de SEM, verifica-se que em todas as amostras o filme se encontra fechado e

homogneo. Na anlise de EDS, Figura 19, efectuada amostra da srie 1 verifica-se que

houve difuso de cobalto, tal facto deve-se exposio a temperatura elevada por um

elevado perodo de tempo. Este fenmeno deve ser evitado, pois, a adeso fica

comprometida com a presena do cobalto no filme [112].

Co


32

Quantos aos filmes das sries 4 e 6, Figura 17 e Figura 18 respectivamente, verifica-se que

os gros de diamante cresceram no plano {1, 1, 1}, o que significa que cresceram na

mesma proporo nas trs direces.

No entanto, todos os filmes contm grafite, facto comprovado pelos espectros de RAMAN,

figuras 21, 23 e 25, pois todos tm um pico aos 1560 cm-1 [83].

Figura 19 EDS Localizado Serie 3

A anlise EDS localizada, efectuada amostra da srie 1, prova a existncia de cobalto

como se pode observar na figura acima.

Para alm da anlise de SEM realizada anteriormente, foi de todo o interesse efectuar a

anlise de RAMAN, pois assim facilmente se pode tirar concluses quanto pureza do

diamante e ao estado de tenso do filme bem como determinar a proporo de diamante

existente no filme.

As figuras seguintes mostram a anlise efectuada aos espectros de RAMAN obtidos.


33

Figura 20 Anlise do espectro de RAMAN

Proporo de diamante Figura 21 Anlise do espectro de RAMAN

Pureza do diamante

Figura 22 Anlise do espectro de RAMAN Tenso do filme

A partir da Figura 20 verifica-se que na amostra da srie 4 existe uma proporo de

diamante de cerca de 80%, enquanto que na serie 1 e 6, estas so de 55% e 45%

respectivamente.

No que toca pureza do diamante, FWHW, dada pela largura a meia altura do pico

respectivo, a amostra da srie 4 a que possui o diamante mais puro. Quanto tenso do

filme, a amostra da srie 6 a que tem o filme menos tensionado, apenas 1MPa.

3.2.Teste de adeso

No mbito deste estudo no foi medida quantitativamente a adeso dos filmes. No entanto,

foi efectuado o teste de identao e comparadas qualitativamente as imagens obtidas de

modo a perceber qual o filme que tem maior adeso.

Foram efectuadas vrias identaes com cargas de 20, 22.5, 30, 50 e 62.5 Kgf, em zonas

distintas da amostra e analisado o seu efeito no microscpio ptico.


34

A Figura 23 mostra as identaes efectuadas com cargas de 30 e de 50kgf nas colunas da

esquerda e da direita respectivamente, pois s com a carga de 30kgf que se verificou

alterao ao filme, sendo que a esta carga ainda no so significativas.

Figura 23 Imagem das vrias identaes efectuadas; painel a) srie 1, 30kgf; painel b) srie 1 50kgf; painel c) srie 4 30kgf; painel d) serie 4 50kgf; painel e) srie 6 30kgf painel f) srie 6 50kgf;

a)

c)

e) f)

d)

b)


35

Com a aplicao da carga de 30kgf, coluna da esquerda, o filme comeou a ceder, sendo

que as alteraes no so significativas. No entanto, verifica-se que no caso do filme da

srie 1, a identao ligeiramente superior s restantes.

J no caso da carga de 50kgf notrio que todos os filmes foram gravemente afectados.

Facilmente se verifica que no caso da srie 1, o filme no ofereceu qualquer resistncia. No

caso das sries 4 e 6, verifica-se que o filme delaminou na zona da identao, no entanto,

no caso da srie 4, a rea de filme delaminado ligeiramente inferior da serie 6.

Assim, pode-se concluir que das amostras analisadas, a amostra da srie 4, aparentemente

a que tem melhor adeso.

Este teste poder ser um bom indicador quanto ao comportamento do filme nas condies

de corte, contudo apenas seria possvel quantificar quantitativamente a adeso destes

filmes com uma anlise de RAMAN e/ou SEM.

3.3.Testes de desempenho

A avaliao do desempenho dos filmes de diamante foi dividida em dois pontos distintos:

testes mecnicos e qualidade do corte no produto acabado. Nos testes mecnicos, foram

medidos e comparados os desgastes das matrizes revestidas e no revestidas

respectivamente. J na qualidade do produto acabado, foi analisado a o estado do corte na

lixa.

3.3.1 Testes mecnicos

Os testes mecnicos das matrizes de corte foram efectuados em ambiente industrial e de

acordo com o plano de trabalho implementado na empresa, INDASA Industria de

abrasivos S.A. Normalmente, cada conjunto de ferramentas usado para fazer um

programa de corte.

Aps a montagem de cada matriz na ferramenta de corte, em circunstncias normais, so

efectuados cerca de 1200000 cortes em lixas de diversos gros. O corte efectuado

comeando nos gros mais finos at aos gros grossos, pois necessria uma folga


36

superior entre a matriz e o puno para cortar os gros mais grossos. A este processo,

chama-se programa de corte ou programa de trabalho da ferramenta.

No fim de cada programa de corte, as matrizes de corte so rectificadas e voltam a ser

usadas. Normalmente as matrizes so rectificadas no mximo trs vezes.

Na Figura 24 pode ser observado o estado da aresta de corte nas amostras com e sem

revestimento, aps efectuados os cortes de um programa completo.

Figura 24 Imagem representativa da aresta de corte aps testes; painel a) Matriz revestida; painel b) Matriz no revestida.

Da anlise das figuras anteriores facilmente se verifica que a matriz no revestida perdeu

poder de corte, pois esta tem a aresta de corte com um boleado superior aresta dos

matizes revestidas. Nesta amostra verifica-se tambm a existncia de um nmero de

rasgos na aresta de corte superior matriz revestida, tal facto tambm se verifica na zona

interior da ferramenta.

Para medir o desgaste na aresta de corte foi utilizado o microscpio ptico Foram

efectuadas 20 medidas em cada matriz, escolhendo aleatoriamente 10 pontos mais

prximos da aresta e 10 pontos mais afastados, para que os dados obtidos sejam

representativos do desgaste em toda a aresta de corte.

A figura seguinte mostra a comparao entre o desgaste mdio de cada ferramenta de

corte.

a) b)

Filme


37

Figura 25 Desgaste das matrizes de corte

Da anlise do grfico anterior, verifica-se que todos as matrizes revestidas tiveram um

desgaste bastante inferior quando comparadas com matrizes sem qualquer revestimento.

Na srie 1 foi onde se verificou a diferena mais acentuada.

3.3.1.1. Qualidade do corte

Uma vez efectuados os testes, foi analisada a qualidade do corte de modo a verificar a as

diferenas na qualidade do corte.

As figuras seguintes mostram o corte efectuado usando uma matriz revestida e uma matriz

no revestida respectivamente.

Figura 26 Zona de corte na lixa; painel a) Corte com matriz no revestida; painel b) Corte com matriz revestida;

a) b)


38

Embora no controlo visual, as lixas no apresentem diferenas relevantes quanto

qualidade do produto, microscopicamente existem diferenas notveis.

Na Figura 26, A), verifica-se que durante o processo de corte houve arrastamento de

material, deixando bastante quantidade de velcro na zona de corte, facto que no aconteceu

no corte efectuado com matrizes revestidas. Tal deve-se ao facto da aresta ter perdido

poder de corte.

3.3.2. Teste mecnico em contnuo

Experincias anteriores demonstraram que no conveniente iniciar um segundo programa

de corte sem rectificar as matrizes.

A folga j existente entre a matriz e o puno e o aumento da folga durante a execuo do

segundo programa raramente permite que este fosse concludo sem que surgisse a

necessidade de mudar as matrizes.

No entanto, ao usar matrizes revestidas verificou-se que o desgaste foi significativamente

menor. Por tal facto foi efectuado um teste utilizando matrizes que j haviam efectuado um

programa de corte.

Aps o trmino dos testes constata-se que estes decorreram com sucesso, pois todas as

lixas cortadas passaram no controlo de qualidade.

A Figura 27 mostra a evoluo do desgaste das matrizes de corte revestidas.

Figura 27 Desgaste das matrizes de corte revestidas.


39

Da anlise do grfico anterior, para os trs programas de corte verifica-se que as matrizes

revestidas, mesmo aps terem sido sujeitas ao triplo dos cortes apresentam um desgaste

aproximado do desgaste obtido nas matrizes no revestidas, 150m, para apenas um

programa de corte.

Apesar das matrizes revestidas aps o primeiro programa de corte no possurem diamante

na aresta continuam com diamante nas zonas circundantes, o que retarda o desgaste na

zona da aresta.

Contudo, no final dos testes, verificou-se que na parte superior da matriz o filme de

diamante j estava bastante gasto deixando pontualmente vista os gros de carboneto de

tungstnio. Isto significa que o desgaste na parte superior da matriz tem valores

significativos no considerados at ento.


41

Captulo IV

Paralelamente ao estudo dos filmes de diamante em WC-Co, desenvolveu-se uma

ferramenta de corte multi-furo para cortar tela abrasiva. objectivo primordial

desenvolver uma ferramenta com dois postos de trabalho e que em cada um deles cortasse

um disco e simultaneamente efectua-se a respectiva furao.

4.1. Desenvolvimento de uma ferramenta combinada

Para efectuar o corte de tela abrasiva podem ser usados vrios processos, de entre os quais

se destacam o LASER o jacto de gua [6] e o corte mecnico. O LASER, apesar da

simplicidade de trabalho e da facilidade na obteno de qualquer geometria tem alguns

inconvenientes. O processo moroso e junto zona de corte danifica o abrasivo perdendo

assim poder de corte [6]. J no caso do jacto de gua, este tem o principal inconveniente de

ser necessrio posteriormente secar convenientemente toda a lixa o que se traduz num

aumento significativo nos custos de movimentao, aumento dos custos energticos com a

secagem bem como um aumento do tempo de produo.

Por estas razes comum a utilizao do corte mecnico por prensa.

Contudo, a complexidade geomtrica da lixa a obter no foi por si s o problema maior.

Uma srie de outras limitaes fsicas foram impostas logo partida. Estas encontram-se

descritas na Tabela 8.

Tabela 8 Limitaes fsicas da ferramenta Parmetro Valor

Abertura mxima da ferramenta 145mm

Postos de corte 2

Largura da tela a cortar 308mm

Folga mxima entre matriz e puno 0,05mm

Penetrao mnima dos punes na matriz 5mm

Custo Mnimo


42

Outro dos objectivos que se pretendia era que existisse alguma facilidade na mudana dos

punes e da lmina de corte e que o processo de mudana permitisse manter o

alinhamento entre os punes e a matriz.

Foi aproveitado o conhecimento emprico de pessoas que contactam de perto com este tipo

de indstria tal como o processo de corte e respectivos materiais usados em ferramentas de

corte j existentes.

4.2.Dimensionamento

4.2.1.1. Determinao da tenso de ruptura da lixa

Para dimensionar correctamente os punes bem como determinar todas as foras de corte

associadas a esta operao foi necessrio determinar a tenso de ruptura da tela abrasiva a

cortar. Para tal, foram efectuados ensaios de traco em provetes de tela abrasiva com

gros de 500 e de 1200, pois so os gros mximos e mnimos a cortar. A Figura 28 mostra

os provetes ensaiados.

Figura 28 Provetes ensaiados


43

Tabela 9 Dados do ensaio Nome RGripRLP500 / RGripRLP1200

Velocidade de teste [mm/min] 100

Largura [mm] 50

Espessura [mm] 1

Comprimento de teste [mm] 260

Na tabela seguinte esto representados os dados obtidos aps terem sido efectuados os

testes ao 6 provetes de cada gro respectivamente.

Tabela 10 Dados do ensaio de traco RGripRLP500 RGripRLP1200

Mximos Ruptura Mximos Ruptura

Carga Extenso Carga Extenso Carga Extenso Carga Extenso

[N] [mm] [N] [mm] [N] [mm] [N] [mm]

Mdia 627,9 6,4 521,6 7 639,9 6,1 529,2 6,7

Desvio

padro 45,95 0,74 253,35 1,6 45,95 0,48 291,89 1,32

Max 685,5 7,3 685,5 9,9 694 6,8 694,0 9,0

Min 570 5,4 12,5 5,4 578 5,6 11,0 5,6

de toda a importncia dimensionar todos os componentes da ferramenta para o valor

mximo da fora aplicada. A tenso de ruptura da tela de 13,71 MPa.

4.2.1.2.Fora de corte por puno

A fora de corte de um puno com a configurao adoptada deve ser calculada pela

expresso ( 10), sendo:

c cF L e R= ( 10)

Onde Fc representa a fora de corte necessria, L o permetro de corte, Rc a resistncia

ao corte do material, e a espessura da lixa.


44

A resistncia ao corte Rc depende do material a cortar, normalmente por ser considerado

uma boa aproximao [114] calculado da seguinte forma:

0.8c rR = ( 11)

Logo fica:

2 0.8c rF r e = ( 12)

4.2.1.3.Fora de corte da lmina

Para efectuar o corte do disco usada uma lmina comercial da Sandvik conforme

representado na Figura 30.

No caso do corte da lmina, o corte no se efectua por arrombamento, mas sim premindo a

lmina contra um material mais dctil denominado contra-lmina. Um esquema da

montagem da contra-lmina encontra-se representado na Figura 30.

Figura 29 Configurao da lmina Figura 30 lmina e contra-lmina

O corte inclinado usado, normalmente, para reduzir os esforos de corte. No caso de

estarmos a falar de punes em corte por arrombamento, a inclinao das arestas no deve

ultrapassar os 4 [77].

Para calcular o esforo de corte na lmina podemos aplicar a mesma expresso usada para

calcular a fora de corte nos punes.


45

4.2.1.4.Foras de extraco

Para libertar as peas dos punes e da lmina, foi pensado um simples sistema de

extraco como mostra a Figura 31.

Figura 31 Sistema de extraco

Este sistema consiste numa simples placa em alumnio com uma furao coincidente com a

furao da lixa a obter. Acoplada a esta placa esto 4 pernos que funcionam como guia e

neles so montadas molas que permitem extrair a lixa dos punes.

A Figura 32 representa a montagem do sistema de extraco projectado.

Figura 32 Montagem do sistema de extraco

A fora de extraco normalmente representa 10 a 15% [75] da fora total de corte.

Pinos guia

Extrator

Placa porta punes

Placa extractora

Pino guia

Cavidade para alojar a mola

Cavidade para puno


46

4.2.1.5.Molas

Para fazer a recuperao da ferramenta e para o sistema de extraco foram seleccionadas

molas catalogadas e utilizadas na indstria de moldes.

As molas seleccionadas para este sistema tm uma constante elstica de 1,79kg/mm, e para

a recuperao da ferramenta a constante elstica das molas de 41,31kg/mm.

4.2.1.6.Fora total

A Tabela 11, mostra de forma resumida, as foras necessrias por cada operao de corte.

Tabela 11 Resumos das foras a aplicar.

Elemento Fora por elemento

[N] N de elementos

Fora total

[N]

Puno de 2,5mm 40,2 204 8200,8

Puno de 4mm 64,4 76 4894,4

Puno de 16mm 257,4 2 514,8

Lamina 2411,5 2 4823,0

Molas de recuperao

4858,2 4 19432,0

Molas da extraco 122,8 8 982,4

Total: 38847,4

Note-se que a mquina onde a ferramenta vai ser usada tem uma fora de 60kN.

4.2.1.7.Guiamento da ferramenta

As ferramentas de corte por prensa so compostas geralmente por uma parte fixa e uma

parte mvel. O guiamento da parte mvel em relao parte fixa feito por colunas guia e

por casquilhos deslizantes na parte fixa e mvel respectivamente.

A Figura 33 e a Figura 34 mostram o aspecto dos casquilhos e das colunas seleccionadas.


47

Figura 33 Casquilho guia Figura 34 Coluna guia

Para o correcto funcionamento das guias, neste caso concreto importante que os

casquilhos sejam devidamente lubrificados por uma corrente de ar comprimido com leo.

Este tipo de lubrificao surge com a necessidade de remover pequenas partculas de p

abrasivo que andam no ar e se depositam na ferramenta, comprometendo assim o

alinhamento desta e o consequente tempo de vida til.

4.3.Projecto mecnico

4.3.1.Matriz

Figura 35 Matriz.

De acordo com Provenza [117], a espessura mnima da matriz dada pela seguinte

expresso:


48

0,75 c

adm

F Lh CS

b=

( 13)

Onde:

L Distancia mxima entre punes;

Fc Fora total de corte;

adm Tenso admissvel;

b Dimetro da matriz;

CS Coeficiente de segurana;

Logo a espessura mnima da matriz :

4,5h mm= ( 14)

No entanto devido s condies de projecto, a matriz necessita de uma altura mnima de

6mm para servir de encosto contra lmina conforme mostra na Figura 36.

4.3.1.1.Folga

A folga entre o puno e a matriz um parmetro tcnico bastante importante no processo

de corte. Este parmetro controla a qualidade e o aspecto do produto a obter bem como a

prpria durabilidade das ferramentas. No caso de uma folga ser demasiado pequena ocorre

um aumento do desgaste das ferramentas, j no caso desta ser exageradamente grande as

peas obtidas normalmente tm mau acabamento.

M. Rossi [114] Completo, A., Grcio J., Apontamentos de tecnologia mecnica II,

Universidade de Aveiro.

[115], refere que a folga radial entre o puno e a matriz pode variar conforme os casos

entre 5 a 13% da espessura da chapa a cortar.

No entanto, de acordo com a experincia adquirida no projecto de ferramentas para o corte

de lixas [6], sabe-se que a folga total entre o puno e a matriz no deve ultrapassar os

0,05mm (5% da espessura da lixa) e o penetramento dos punes na matriz dever ser de

5mm para que exista uma total separao do material cortado.


49

No entanto esta folga j est no limite mximo, uma vez que os fios de velcro a cortar tm

uma espessura inferior folga. No entanto para obter folgas inferiores as este valor uma

tarefa difcil e bastante dispendiosa. A opo passa por cortar parte do velcro por

arrastamento, facto que no compromete a qualidade do produto acabado se as restantes

folgas foram devidamente respeitadas e a matriz e os punes estiverem correctamente

afiados.

Os punes so construdos em varo calibrado com tolerncia h8, o que significa que os

punes tero dimenso de 2,50+0,014.

4.4.Montagem da matriz e almofada de corte

Figura 36 Montagem do sistema de corte

4.5.Placa porta punes

A placa porta punes tem a forma mostrada na Figura 37. Assim facilmente se consegue

substituir os punes mantendo o alinhamento dos mesmos com os respectivos furos da

matriz. Na parte inferior da placa facilmente se monta a lmina com um ajustamento

cuidado.

Matriz Contra aperto

Fixador


50

Figura 37 Porta punes

4.6.Punes

Para os punes foi seleccionado metal duro com tamanho de gro de 0,8m e com um

teor de 6% de cobalto, e para as cabeas ao MG50.

A escolha do metal duro com este gro surge baseada em testes anteriormente feitos em

empresas que cortam este tipo de materiais. J para as cabeas foi seleccionado o ao

MG50, pois este indicado para embutidura a frio, bem como para o uso em moldes de

injeco.

A cabea do puno embutida a frio no puno. A Figura 38 mostra um puno.

Figura 38 Puno


51

4.6.1.Dimensionamento encurvadura dos punes

No dimensionamento de um puno deve ser garantido que a tenso de trabalho seja

bastante inferior tenso de admissvel de projecto, que geralmente definida a partir da

tenso limite de elasticidade do material do qual construdo. Este parmetro deve ser

afectado de um coeficiente de segurana que normalmente varia entre 1.5 e 2 [77].

Quando as foras de corte actuam nos punes estas no devem ultrapassar certos limites,

pois podem-se danificar os punes, a matriz ou at mesmo toda a ferramenta. Se o limite

elstico dos punes for excedido, as paredes do puno tendero a expandir-se em

consequncia da deformao plstica e o puno ter tendncia a ficar preso na matriz ou

levar mesmo fractura.

Aplicando a frmula de EULER [116] temos:

2

20

f

EI

L A

= ( 15)

Onde:

f - Tenso de encurvadura;

E Modulo de elasticidade;

L0 Comprimento de encurvadura;

I Momento de inrcia da seco;

Sabendo que para um puno com a forma cilndrica o momento de inrcia dado por:

4

4

DI

= ( 16)

Trabalhando a expresso fica:

2

0c

EIL

F

= ( 17)

Ento, para o puno de dimetro 2,5mm que o mais crtico temos:


52

0 49L mm= ( 18)

As condies de projecto mostram que o ideal o puno ter 48mm de comprimento. No

entanto, apenas 15mm do puno no tem guiamento. Assim, o comprimento no guiado

do puno est bastante afastado do que ser o comprimento mximo admissvel do

puno.

4.6.2.Aperto

Como j referido anteriormente, o corpo dos punes embutido na respectiva cabea com

um determinado aperto. Para garantir que o aperto aguenta a fora aplicada sem existir

escorregamento, bem como dano das cabeas durante a embutidura, necessrio

dimensionar correctamente a interferncia.

Como mostra a Figura 39, seja rpuno o raio do puno, e ricabea e re

cabea o raio interior e

exterior da cabea do puno respectivamente antes da montagem e Rpuno o raio final do

puno, e Ricabea e Re

cabea aps a montagem.

Figura 39 Esboo do puno e da respectiva cabea antes e depois da montagem

Considerando que o eixo da cabea do puno e o puno sero montados concntricos

francisco josé dias desempenho de filmes de diamante no ... · dissertação apresentada à...

Documents