Talvez você já saiba que os componentes de metalurgia do pó têm formato próximo ao final, mas podem exigir usinagem secundária para atender a requisitos dimensionais ou funcionais precisos.
A usinagem é uma das mais comuns operações secundárias na metalurgia do pó. Remove material usando métodos convencionais, como torneamento, perfuração, fresamento ou retificação.
Esse processo ajuda a obter dimensões precisas, qualidade de superfície ou características que a prensagem e a sinterização sozinhas não conseguem fornecer.
Conteúdo
Por que a usinagem é necessária para peças de metal em pó?
Tolerâncias apertadas
As dimensões radiais de peças de metalurgia do pó pode ser controlado com alta precisão, especialmente quando um processo de dimensionamento é aplicado após a sinterização. As dimensões verticais, por outro lado, são menos rigorosamente controladas devido à compactação uniaxial e à contração da sinterização. Portanto, para atender a requisitos de maior precisão ao longo do eixo vertical, operações como retificação ou fresagem são frequentemente realizadas.
Revestimento de superfície
É amplamente reconhecido que a superfície de peças de metalurgia do pó sinterizado frequentemente contém:
- Estruturas porosas e rugosas
- Camadas de óxido
- Leves resíduos de sinterização
Portanto, métodos de pós-processamento como torneamento, fresamento, retificação e brunimento podem ser utilizados para obter uma superfície mais lisa (por exemplo, Ra < 0.8 μm). Isso pode ajudar a atender a requisitos de vedação, tribológicos ou estéticos.
Recursos complexos
Embora a tecnologia de metalurgia do pó possa produzir peças com formatos complexos, como polias sincronizadoras e rodas dentadas VVT, o método de prensagem convencional é uniaxial. Para características especiais ou complexas, como furos transversais, furos cegos, rebaixos e roscas, a metalurgia do pó por si só não consegue moldá-las e requer usinagem adicional.
Processos comuns de usinagem para peças de PM
Passando
O torneamento molda as superfícies externas, especialmente as seções arredondadas e os ombros. Isso ajuda a corrigir as mudanças de tamanho após processo de sinterização e melhora a redondeza geral.
Perfuração
A metalurgia do pó só permite a formação de furos alinhados com a direção de prensagem. Se o projeto incluir furos horizontais, angulares ou cegos, estes devem ser usinados após a sinterização por furação ou fresamento.
fresagem
Superfícies planas, ranhuras e cavidades não podem ser moldadas diretamente no molde. É aí que entra a fresagem. Ela funciona bem para peças como tampas de bombas ou placas de sensores, onde a planura e as bordas limpas são importantes. Ela também prepara as faces das juntas para vedação ou fixação.
Esmerilhamento
Quando a peça precisa de um acabamento liso ou espessura consistente, a retificação resolve o problema. Ela costuma ser escolhida para refinar alturas, áreas de contato da superfície ou ajustes de precisão. Se você trabalha com calços ou zonas de apoio, esse processo provavelmente lhe parece familiar.
Mandrilagem
Furos prensados tendem a ser ligeiramente menores ou ásperos. O alargamento afina o diâmetro e suaviza a superfície interna. Isso é comum quando a peça se conecta a um eixo, pino ou pino que precisa deslizar sem problemas.
Rosqueamento e rosqueamento
O processo de prensagem por metalurgia do pó é limitado pela estrutura do molde e pela fluidez do pó, sendo geralmente impossível prensar roscas diretamente. Portanto, desta vez, você precisa usar o método de Rosqueamento e Rosqueamento.
Desafios da usinagem de peças metálicas em pó
Devido à porosidade inerente e estrutura formada durante a processo de metalurgia do póOs componentes de PM são geralmente mais difíceis de usinar do que peças fundidas ou forjadas.
Porosidade
As peças de PM retêm porosidade residual após a sinterização. Durante o corte, a aresta da ferramenta alterna entre contato com o metal e vazios, resultando em forças de corte descontínuas em nível microscópico.
Esses impactos irregulares causam microvibrações intensas na interface ferramenta-peça. Com o tempo, isso leva a danos cíclicos por fadiga na aresta de corte, especialmente em cantos vivos e raios de aresta. O resultado é o microlascamento ou arredondamento da aresta, um modo comum de desgaste progressivo da ferramenta na usinagem de PM.
Baixa condutividade térmica
A estrutura porosa dos materiais PM resulta em baixa condutividade térmica. O calor gerado durante o corte não pode ser dissipado de forma eficiente, levando ao acúmulo localizado de calor na zona de corte. Essa concentração térmica causa um rápido aumento na temperatura da ferramenta. Se a ferramenta de corte não apresentar dureza a quente ou resistência ao choque térmico suficientes, ela pode sofrer amolecimento térmico, trincas ou até mesmo deformação localizada.
Efeitos de reação química e endurecimento por trabalho
A temperatura elevada durante a usinagem promove a oxidação da superfície dos materiais de MP e também pode levar a interações químicas, como a difusão de carbono da ferramenta para a peça (ou vice-versa). Essas reações aumentam a dureza da superfície do material a ser cortado, acelerando o desgaste abrasivo da ferramenta.
Variação de dureza
Durante a usinagem de materiais de metalurgia do pó, a camada superficial frequentemente apresenta um aumento significativo na dureza. Extensos experimentos de corte demonstraram que a dureza típica de materiais de PM à base de ferro à temperatura ambiente varia de 24 HRC a 36 HRC. No entanto, áreas localizadas na superfície usinada podem atingir valores de microdureza superiores a 55 HRC. Quando isso ocorre, a aresta de corte da ferramenta sofre desgaste severo, o que reduz significativamente a vida útil da ferramenta.
Sugestões para usinagem de peças de metalurgia do pó
Para reduzir o desgaste das ferramentas e minimizar o impacto das trocas frequentes de ferramentas na eficiência da produção, é importante selecionar ferramentas de corte adequadas e ajustar adequadamente os parâmetros de usinagem, como velocidade de corte, taxa de avanço e profundidade de corte.
Materiais para ferramentas
PCBN (Nitreto de Boro Cúbico Policristalino)
As ferramentas de PCBN são extremamente duras e resistentes ao calor. São ideais para cortar peças de PM à base de ferro com inclusões duras ou zonas endurecidas por trabalho. O PCBN resiste ao lascamento das bordas e apresenta bom desempenho em altas temperaturas e cargas de impacto.
Ferramentas de Metal Duro Revestido
Carbonetos revestidos combinam substratos resistentes com revestimentos cerâmicos duros, como TiAlN ou TiCN. Essas ferramentas oferecem boa resistência ao desgaste e estabilidade térmica. São ligeiramente menos duras, mas mais econômicas.
Recomendações de parâmetros de corte
A velocidade de torneamento recomendada para peças de metalurgia do pó é geralmente entre 55 e 120 m/min. Para furação, a velocidade de corte varia dependendo do material da ferramenta: 60 m/min para ferramentas de metal duro e 20 m/min para ferramentas de aço rápido (HSS).
Estratégias de Otimização de Processos
Peças de metalurgia do pó tratadas com impregnação de resina or infiltração de cobre podem ter seus poros internos efetivamente selados, reduzindo a vibração da ferramenta e melhorando significativamente a usinabilidade.
Além disso, a usinagem pode ser realizada após a pré-sinterização e, em seguida, a sinterização completa. Alternativamente, as peças podem ser usinadas após a sinterização e o recozimento subsequente, o que ajuda a reduzir a dureza e melhorar a usinabilidade.
Uma abordagem eficaz é incorporar pó de sulfeto de manganês (MnS) ao material. Estudos demonstraram que a adição de 0.5% de sulfeto produz resultados ótimos. A presença de sulfeto atua como um lubrificante sólido durante o corte, melhorando efetivamente a usinabilidade e reduzindo o desgaste da ferramenta. Este método também é aplicável a peças de aço inoxidável sinterizadas, onde melhora o desempenho de corte. No entanto, deve-se observar que o MnS pode comprometer ligeiramente a resistência à corrosão dos aços inoxidáveis devido ao teor de enxofre no MnS.
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