| Processo de polimento eletroquímico
– ECP.
A necessidade
crescente de melhoria no acabamento superficial de moldes e matrizes
requer o uso de novas tecnologias. O ECP traz esse benefício,
aliado à redução do tempo de polimento.
O acabamento de superfícies dos moldes/cunhos e matrizes
é muito importante para todo o tipo de operações
de moldagem , independentemente de se tratar de matéria plástica,
fundição de metais leves, forja de aços ou
conformação de chapa metálica e estampagem.
O acabamento de superfícies não influencia apenas
a qualidade do produto, mas também a durabilidade da ferramenta.
Através do polimento eletroquímico (EPC¹) as
superfícies não apresentam micro-fissuras ou porosidade
– o mesmo já não se pode dizer da eletroerosão
(EDM²). Um acabamento conseguido com ECP não apresenta
imperfeições nas zonas de fadiga do material. O processo
remove de forma eficaz e uniforme a ‘’ camada branca’’ou
camada refundida deixada após o pocesso de eletroerosão.
A superficie resultante tem um aspecto polido e brilhante, apresentando
propriedades idênticas às do material base.
A utilização do processo ECP pode, assim, gerar economias
significativas para ambos, fabricante e cliente de moldes/ cunhos
e matrizes. É também possível utilizar este
processo a fim de criar topologias de superfícies praticamente
impossíveis de conseguir com métodos convencionais,
tais como gravações com brilho.
Princípio do ECP.
O polimento
eletroquímico com o método PMM³ é significativamente
diferente do eletro-polimento convencional, onde ácidos perigosos,
como fósforo, perclórico (HCIO4) e cromo são
utilizados e onde gases venenosos e subprodutos químicos
são produzidos.
Esta é uma tecnologia ecológica, livre de poluentes
e eficaz para remover dos moldes/cunhos e matrizes as camadas refundidas
e micro-fissuras originadas pelo calor, devido à erosão.
Este processo remove uniformemente o material e deixa uma superfície
metálica pura, sem defeitos e tensões residuais. Com
remoção de todos os defeitos, nas zonas de fadiga
do material, o ECP aumentada a durabilidade das peças usinadas.
O processo de ECP com método PMM baseia-se em três
elementos principais envolvidos neste polimento, como se pode verificar
nos esquemas abaixo:
1 .Eletrodo com carga negativa (cátodo);
2 .Peça com carga positiva (ânodo);
3 .Solução aquosa concentrada de NaNO3 com elevada
condutibilidade.
Na operação ECP,a peça é colocada na
mesa da máquina e o eletrodo posicionado da melhor forma
em relação a peça a trabalhar. O pólo
positivo da fonte de energia é ligado à peça
e o pólo negativo ao eletrodo (figura 1 –esquema 1).
A usinagem prossegue no eletrólito NaNO3, de forma que os
íons metálicos são desagregados da superfície
da peça (figura 1 – esquema 2). Este método
assenta no fato em que um campo eletrostático homogêneo
preencherá o espaço entre a peça e o eletrodo
se uma corrente elétrica passar entre os dois elementos.
Assim, havendo um eletrólito no espaço entre a ferramenta
e o eletrodo, uma corrente passará pelo eletrólito
e essa corrente será de densidade uniforme se o gap4 for
uniforme. A densidade da corrente utilizada no ECP é muito
elevada (40-80 A/cm²), e está uniformemente distribuída
por toda a superfície do molde sendo a voltagem constante
em 8v.
O gap ideal é 0,15 mm, no entanto poderão ser considerados
entre 0,1 mm e 0,5 mm. O processo de ECP pode reproduzir pequenos
raios nas quinas (a qualidade do aço tem influência
no raio produzido, bem como a forma do eletrodo), devendo ser deixado
nas juntas uma tolerância de 0,05 mm para retificar após
executar o processo ECP.
A corrente elétrica força os íons de nitrato
negativos para o pólo positivo, neste caso no molde, onde
reagem quimicamente com o material. Estes nitratos dissolvem-se
imediatamente – o valor pH5do eletrólito é cerca
de 8,8 – formando uma lama insolúvel de hidróxidos,
por exemplo Fe(OH)2.
Deste modo será dissolvida passo a passo e após a
remoção de, por exemplo,uma camada de cerca de 0,05
mm de espessura da superfície da ferramenta, resultará
uma superfície polida uniformemente,sem resíduos metálicos,
limpa e brilhante,completamente liberta da camada refundida, de
micro-fissuras e/ou tensões mecânicas geradas pela
eletro-erosão, fresamento e retificação A figura
2 apresenta um esquema da superfície resultante dos dois
processos bem como a distribuição da dureza.
No final do ECP, as tensões residuais na superfície
submetida são mínimas e a estrutura metalográfica
é a mesma que a do material base, isenta de porosidades e
micro-fissuras. A lisura da superfície é melhorada,
(até cerca de 6 vezes), tendo sido reduzidos significativamente
os valores Rmax (rugosidade máxima), Ra (rugosidade média)
e Pc (picos por comprimento de unidade), como se pode verificar
no esquema anterior. Na figura 3 estão demonstrados três
padrões de acabamentos VDI6 para o processo ECP comprados
com o processo EDM.
A maioria dos aços para moldes,assim como outros metais e
ligas, podem ser tratados por este processo. Os aços nitretados
não podem ser sujeitos ao ECP, exceto quando removido o tratamento.O
grau de perfeição do acabamento da superfície
está, no entanto,dependente das propriedades e condições
iniciais da superfície do metal, bem como da qualidade da
superfície do eletrodo. Os melhores resultados são
obtidos com aços que possuem uma estrutura muito homogênea.
Ou seja, qualidade do acabamento influi diretamente na qualidade
do polimento: o cobre e grafite são bons materiais para eletrodos,
mas em geral, qualquer material condutor pode ser utilizado, inclusive
aço e alumínio. A qualidade do aço e rugosidade
inicial tem influência na qualidade e tempo do polimento (por
exemplo, um aço inoxidável permite um melhor acabamento
em menos tempo).
Assim, aços de grau fino com pequenas quantidades de carboneto
e com poucas incorporações são os mais indicados.
Isto significa que os aços produzidos por pós metalúrgicos
e por métodos de refusão eletroescória (ESR7)
e tratamento térmico de eletroescória (ESH8) são
os que oferecem melhores resultados para o ECP, permitindo obter
resultados máximos relativamente à qualidade da superfície.
Através do ECP as superfícies não apresentam
micro-fissuras ou porosidade (o mesmo já não se pode
dizer da eletroerosão –EDM). Um acabamento conseguido
com ECP não apresenta imperfeições nas zonas
de fadiga do material. Este processo remove eficaz e uniformemente
a ‘’camada branca’’ ou camada refundida,
produzida através do processo de eletroerosão (como
se comprova nas figuras 2 e 3).
Para melhores resultados, a peça deve estar isenta de limalhas,
rebarba pós-erosão, oxidações e outros
defeitos que possam ocorrer durante a eletroerosão. Sempre
que possível, recomenda-se a têmpera e o tratamento
térmico em vácuo ou atmosfera de gases inertes para
prevenir a formação de oxidação na superfície
da peça, visto que poderá afetar o processo ECP.
A figura 4 apresenta um exemplo de acabamento em um molde para injecção
de cabo de faca com ilustração de flores utilizando
três variações de operação:
1. Cavidade 1- ECP no cabo e flores;
2. Cavidade 2- ECP no cabo, erosão nas flores e;
3.Cavidade 3- Erosão no cabo, ECP nas flores.
Na figura 5 é possível identificar
a diferença de acabamento entre os processos EDM e ECP em
um refletor . O refletor mostrado na figura 5b foi aprovado pela
associação Alemã de Qualidade Técnica
(TÜV – Technischen Überwachungs-Verein).
A figura 6 apresenta dois produtod (lentes traseiras automotivas)
cujos moldes tiveram o polimento eletroquímico aplicado após
a eletoerosão convecional.
Tempo de Usinagem .
O tempo de usinagem com o processo ECP é sempre o mesmo,
independente do tamanho e perfil do eletrodo a polir o molde ou
a cavidade do cunho. A única exigência é a existência
de um eletrodo adequado. O eletrodo deve ter o mesmo material e
geometria igual ao utilizado na erosão anterior (de desbaste).
De fato, se o eletrodo utilizado na eletroerosão tiver pouco
desgaste, este mesmo deve ser utilizado no ECP.
O processo de ECP
pode polir moldes com área até 660 cm². A corrente
máxima fornecida pela máquina é de 24000 Amperes
e com 8 vtlts, podendo suportar peças de até 500 Kg de
peso. O limites da peça são condicionados pela dimensão
do ataque do equipamento, nesse caso 750 X 59 mm. N entanto,outras áreas
superiores poderão ser consideradas, dependendo do acabamento
pretendido na superfície . Se a intenção é
obter um ‘’polimento-espelho’’ será necessário
adicionar um polimento manual com pasta de diamante fino ou alumina,
após ECP.
A vantagem do ECP é que torna este processo muito mais fácil
e rápido, dado que a camada dura refundida foi completamente
removida. Para um polimento final é muitas vezes suficiente
a utilização de pasta de diamante de 6-3-1µm.
Uma pasta de diamante de 6µm pode muitas vezes ser substituída
por lixa de água 2.000/4.000 mesh wet SiC.
Relação entre o tempo de tratamento e o acabamento
da superfície .
No gráfico seguinte, compara-se o ECP com outros métodos
de acabamento. O valor de acabamento da superfície pretendida
é de Ra = 0,8 µm.
Ao utilizar
a eletroerosão em diferentes fases (desbaste, média
e fine), atingiu-se um valor de Ra = 1,1 µm após 20
horas de máquina (figura 7- coluna 1). Para se atingir o
valor pretendido (0,8 µm) é necessário efetuar
um polimento manual. Uma superfície aceitável para
o polimento manual não necessitaria das 20 horas de eletroerosão,
mas poderia ser atingida após 23 horas de tratamento: 11
horas de trabalho máquina e 12 horas de polimento manual
(figura 7 – coluna 2).
Para um valor de acabamento de superfície Ra = 2,7 µm,
combinando o processo de eletroerosão com o de ECP, foi possível
alcançar-lo ao fim de 3 horas (1,5)hora de cada processo).
A vantagem aqui do ECP é remover toda camada de refundição
produzida pelo eletroerosão, libertando-a dos defeitos descritos
anteriormente (figura 7 – coluna 3). Combinando as fases de
desbaste a média da eletroerosão com uma fase de acabamento
do ECP, gastando, respectivamente, 1,5 3 e 1,5 horas,obteve-se um
acabamento de superfície com valor de Ra =0,34 µm (figura
7 – coluna 4).
O acabamento da superfície desejado de Ra =0,8 µm pode
ser conseguido combinando a fase de desbaste média da eletroerosão
com o ECP de 1,5 horas, sendo o total de Máquina de 4,5 horas
(figura 7 – coluna 5). O ECP cria uma superfície totalmente
isenta da camada de refundição, porosidade ou micro-fissuras,
características da eletroerosão. Assim, as tensões
residuais são residuais e produz-se uma superfície
com as propriedades metalográficas do metal de base. A superfície
rugosa é significativamente aperfeiçoada, sendo os
valores Rmax , Ra e Pc largamente reduzidos.
A vida útil do molde é, assim, consideravelmente aumentada.
Pretendendo-se obter uma superfície ‘’ tipo espelho’’,
o ECP pode ser completado por um polimento manual (PM) com a ajuda
de uma pasta fina de diamante. Esta fase PM não necessita
de remover uma quantidade de material, pois a camada de refundição
criada na fase de erosão já terá sido removida
pelo ECP (figura 7- coluna 6). Assim, a combinação
dos processos é perfeitamente possível, adequado segundo
a necessidade do usuário (figura 8).
Em suma, o ECP
não substitui a eletroerosão, mas complementa-a, reduzindo
a tendência em dar acabamentos EDM muitos finos, cujo tempos
no processo se tornam incopmpatíveis em termos de preços
e prazos. Dado que o ECP remove material da superfície da
ferramenta por igual, o que não acontece no processo de polimento
manual,eliminam-se os negativos em nervuras e as deformações
de superfícies complexas. É importante considerar
no planejamento de produção este novo processo para
que, na medida do possível, se busque obter eletrodo único.
Material do eletrodo e acabamento da superfície
A maior parte dos aços, metais porosos e ligas de metal –
como alumínio e latão podem ser processadas por ECP.
O grau de melhoramento de superfície pode ir até 6x,
dependendo do material e das condições da superfície
do eletrodo. Em todos os casos, a camada refundida é uniformemente
removida, deixando um superfície limpa e polida, com as propriedades
físicas idênticas ao material base. Esta superfície
aceita prontamente um polimento alto brilho. Os melhores resultados
são obtidos com aços produzidos pó métodos
pulvero-metalúrgicos, ESR e ESH. Se forem necessário
a nitretação, a carburação e carbonitretação
ou tratamento similar na superfície da ferramenta, estes
deverão ser executados após o ECP.
Sempre que existir uma geometria complexa que necessita de texturização
química o processo ECP é o ideal no arranque da camada
dura permitindo assim uma textura perfeita e homogênea. Caso
se pretenda polir um alojamento executado na erosão a fio,
o processo ECP também pode ser aplicado, utilizando-se para
isso como eletrodo o próprio miolo removido. Para uma melhor
qualidade final do trabalho, uma das condições é
que o eletrodo tenha uma boa condutibilidade. O melhor material
é o cobre, mas a maioria dos metais, ligas ou grafite podem
ser utilizados. No caso grafite, é importante que se escolha
um de grãos finos com mínimo de porosidade.
O ECP não desgasta os eletrodos, ao contrário eletroerosão,
mas os eletrodos de grafite poderão deteriorar-se com o tempo
ao absorver partículas dos sais e óxidos resultantes,
os quais, não sendo condutores elétricos, isolam a
superfície. OS parâmetros que influenciam a rugosidade
da superfícies produzidas por ECP são: a qualidade
do aço da peça a trabalhar, o seu térmico,
a rugosidade da superfície (Rmax ) antes do ECP e, mais uma
vez,o tipo de material do eletrodo e qualidade da superfície
do mesmo. Conseguem-se melhores acabamentos de molde/cunhos e matrizes
com o eletrodo de cobre. O acabamento da superfície do eletrodo
também é muito importante para o acabamento do molde,
dado que as suas imperfeições e defeitos serão
copiados para a superfície da peça a trabalhar.
Para se conseguir um acabamento ótimo da superfície,
recomenda-se a têmpera e o tratamento térmico em vácuo
ou em atmosfera de gases inertes para prevenir a formação
a formação de oxidação na superfície
que pode afetar o processo de ECP (a oxidação isola).
Teste efetuados em moldes de injeção para filtros
de águas e grelhas de alto-falante provaram haver uma redução
na velocidade e pressão de injeção da ordem
de 30% entre a diferença de acabamento com erosão
VDI 22 e o acabamento de ECP feito sobre o VDI 22.
Conclusão
O ECP é um método eficaz para moldes/cunhos e matrizes
na remoção da camada refundida e afetada pelo calor
devido ao acabamento de erosão. Este processo remove uniformemente
o material e deixa uma superfície metálica pura, sem
defeitos e tensões residuais. Com a remoção
de todos os defeitos na zona de fadiga do material o processo ECP
aumenta a durabilidade das peças usinadas .
Aços com uma microestrutura homogênea, carbonetos pequenos,
uniformemente distribuídos e de baixo teor de inclusões
não-metálicas, são os que melhor se adequam
ao polimento eletroquímico. Para casos especiais, em que
não exista eletrodo, pode recorrer-se ao vazamento de metal
bismuto9(cuja fusão se dá a 230°C), de forma a
obter o modelo da cavidade que se pretenda polir.
Autor : Virgílio Barbeiro e João Luis Domingues
FONTES DE CONSULTA ; [1] Wikipédia, WWW.wikipédia.com
Fonte do Artigo : Revista Ferramental 2010
Redação Portal do Moldes
NOTA
DE CORREÇÃO : no artigo Processo de polimento
eletroquímico – ECP da autoria de Virgílio Barbeiro
e João Luis Domingues.
No artigo Processo de polimento eletroquímico – ECP da
autoria de Virgílio Barbeiro e João Luis Domingues, no
endereço :
http://www.moldesinjecaoplasticos.com.br/ecp.asp
no trecho referente a Tempo de Usinagem , na frase :
O processo de ECP pode polir moldes com área até 660 cm².
A corrente máxima fornecida pela máquina é de 24
Amperes e com 8 vtlts, podendo suportar peças de até
500 Kg de peso.
O número correto são 24000 Amperes devendo
ler se então:
O processo de ECP pode polir moldes com área até 660 cm².
A corrente máxima fornecida pela máquina é de 24000
Amperes e com 8 vtlts, podendo suportar peças de até
500 Kg de peso.
Data da correção 21 / 02 / 2012
Pedimos desculpas pelo erro de digitação.
Portal do Moldes.
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