Otimização de ferramentas de cravação para sistemas de distribuição elétrica

A Ricardo & Barbosa, empresa portuguesa dedicada à conceção e fabrico de ferramentas de alta precisão para diversas indústrias, nomeadamente a automóvel, aeronáutica e eletrónica de alta tecnologia, aliou-se ao Instituto de Ciência e Inovação em Engenharia Mecânica e Engenharia Industrial (INEGI) com o intuito de otimizar a qualidade dos seus produtos através do aumento da durabilidade das suas ferramentas de cravação.

O projeto de I&D, possuindo uma forte componente de investigação industrial, teve como objetivo reforçar o conhecimento técnico e a eficiência no processo produtivo da R&B, visando, assim, o aumento da durabilidade do produto final, mediante a melhoria do processamento da matéria-prima utilizada (aço).

Com esse intuito, o INEGI encarregou-se de um extenso conjunto de ensaios de caracterização, tendo como objetivo a seleção das soluções mais promissoras para aplicação nas ferramentas de cravação da R&B, nomeadamente ao nível do tipo de matéria-prima, tratamentos térmicos, tratamentos superficiais/revestimentos e técnicas de fabrico.

Através da análise de ferramentas de cravação em diferentes etapas do processo produtivo e de ferramentas sujeitas a ciclos de utilização distintos, o estudo desenvolvido permitiu uma maior compreensão da influência de diferentes etapas do processo produtivo na qualidade final do produto e, também, a avaliação do desgaste sofrido pelas ferramentas ao longo do seu ciclo de vida.

Adicionalmente, na componente de desenvolvimento experimental do projeto, a R&B desenvolveu um novo aplicador de alimentação pneumática, destinado à elaboração de ensaios de cravação de terminais a cabos para sistemas de distribuição elétrica de veículos (drive-by-wire).

Aplicador desenvolvido pela Ricardo & Barbosa destinado à cravação de terminais para sistemas EDS.

A execução de ensaios de caracterização avançada, tais como espectrometria de emissão ótica e microscopia eletrónica de varrimento de alta resolução com microanálise pox (SEM/EDS), complementados com a realização de ensaios de dureza e de rugosidade superficial, revelou-se essencial na verificação da qualidade das ferramentas produzidas e na determinação das soluções alternativas testadas mais promissoras.

Deste modo, diferentes tipos de aço foram analisados como matéria-prima, com ênfase no aço para ferramentas de trabalho a quente AISI H13 e no aço para ferramentas resistentes ao choque AISI S7, procedendo-se à determinação da dureza da matéria-prima após tratamento térmico.

Relativamente às soluções de revestimentos superficiais, para além da cromagem dura, usualmente aplicada pela R&B para aumentar o tempo de vida útil das suas ferramentas de cravação, foi também estudada a utilização de revestimentos duros de PVD (nitreto de titânio), no sentido de aumentar a dureza superficial e diminuir o desgaste das ferramentas, permitindo aumentar o número de ciclos de vida destas. Estes revestimentos foram caracterizados tendo em consideração a adesão ao substrato, a sua uniformidade e espessura.

Adicionalmente, outra das soluções de tratamento superficial alvo de estudo foi o shot-peening, que consiste na projeção de microesferas sobre a superfície, resultando na geração de tensões de compressão que impedem a formação/propagação de fissuras e, consequentemente, contribuem para o aumento da resistência à fadiga dos componentes.

O estudo pormenorizado da superfície funcional de ferramentas de cravação com revestimentos de crómio duro, sujeitas a um número distinto de ciclos de utilização, através de ensaios de caracterização avançada, permitiu obter uma melhor compreensão da evolução do desgaste das ferramentas durante o seu tempo de vida útil.

Deste modo, a análise por microscopia eletrónica de varrimento de alta resolução, com microanálise por raios x (análise SEM-EDS), possibilitou a comparação da superfície de cravação de ferramentas submetidas a um número distinto de ciclos, permitindo visualizar o aparecimento de indícios de desgaste, tais como riscos, zonas de arrasto do revestimento de crómio duro e, até mesmo, áreas em que o material base já se encontrava exposto. Adicionalmente, esta caracterização permitiu quantificar a diminuição da espessura da camada de revestimento e verificar a sua uniformidade ou fragmentação após a realização de ciclos de utilização.

Em suma, a análise efetuada contribuiu para uma melhor clarificação do tempo de vida útil das ferramentas de cravação da R&B, possibilitando identificar potenciais indícios de desgaste e, consequentemente, garantir uma maior qualidade dos seus produtos.

Este artigo foi desenvolvido no âmbito do projeto com a referência POCI-01-0247-FEDER-045395 - Steell EVO.: Steell Evolving, cofinanciado pelo Programa Operacional Competitividade e Internacionalização (COMPETE 2020), através do Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional (FEDER).