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Materiais para ferramentas de corte: novos desafios para a indústria

Cristina Fernandes, responsável do Desenvolvimento de Materiais da Palbit

22/03/2023
A redução da pegada carbónica imposta pelos objetivos definidos na COP26 (Convenção-Quadro das Nações Unidas sobre Alterações Climáticas) e nos 17 objetivos de desenvolvimento sustentável (ODS) inseridos na Agenda 2030 das Nações Unidas, impulsionaram a indústria do setor da mobilidade a reagir em conformidade de modo a reduzir a emissão de gases. De forma a cumprir estes requisitos, os componentes metálicos estão gradualmente a ser substituídos por materiais compósitos.
Cristina Fernandes, responsável do Desenvolvimento de Materiais da Palbit
Cristina Fernandes, responsável do Desenvolvimento de Materiais da Palbit.

A versatilidade destes novos materiais compósitos permite uma maior panóplia de utilizações em aplicações estruturais e componentes de transportes aéreos, terrestes e marítimos, como aeronaves, aviões, comboios, navios e automóveis. Para além da redução de peso, esta classe de materiais permite o ajuste das propriedades mecânicas, estabilidade térmica, resistência ao choque e resistência à corrosão. Simultaneamente, os processos de manufatura aditiva que permitem o processamento de geometrias complexas aliadas à diminuição de consumo de materiais e energia estão em forte crescimento, possibilitando uma nova geração de componentes com maior versatilidade. Por outro lado, os processos de manufatura subtrativa, como por exemplo a maquinagem, de forma combinada com os processos aditivos (manufatura híbrida) ou isoladamente, também desempenham um papel importante na produção de peças e equipamentos para todas as indústrias.

Atualmente, as propriedades mecânicas dos diferentes materiais utilizados para o processamento das ferramentas de corte utilizadas nos processos de maquinagem variam desde durezas extremamente elevadas, como por exemplo os revestimentos de diamante, até tenacidades consideráveis como as proporcionadas pelas ligas de aços rápidos. A norma ISO 513:2012 especifica a classificação e aplicação das ferramentas de corte, incluindo os carbonetos cementados (metal duro), cerâmicos, diamante e nitreto de boro cúbico. Desta forma, começa a emergir uma classe de materiais com categoria ainda não atribuída (Não ISO #), que está em forte crescimento devido ao progresso da mobilidade sustentável, esta nova classe inclui os compósitos de matriz polimérica reforçados com fibras de vidro, carbono, laminados, etc.

O crescente aumento do custo dos combustíveis aliado às metas ambientais definidas continua a impulsionar o desenvolvimento destes materiais compósitos para aplicações no setor da mobilidade. No futuro, é esperado que os materiais metálicos, nomeadamente as ligas ferrosas sejam parcialmente substituídas por ligas não ferrosas com alumínio e titânio, o que já é possível ver na distribuição de materiais na construção de um novo modelo da Boeing 787. No setor da mobilidade terrestre o cenário é semelhante, com a previsão de redução dos materiais ferrosos e substituição por materiais não ferrosos, como as ligas de titânio e magnésio e materiais compósitos.

Na indústria, estão a proliferar novos desafios no que diz respeito à maquinagem destes novos materiais. O setor das ferramentas de corte para maquinagem é obrigado a impulsionar o desenvolvimento de novas composições, geometrias e processos para enfrentar e superar estes desafios. Os processos de maquinagem devem passar a ser mais eficientes e sustentáveis sem detrimento da produtividade e dos custos. Para o efeito, a vida útil das ferramentas de maquinagem desenvolvidas deve ser incrementada para que a indústria se torne mais sustentável como um todo.

Em relação à maquinagem, a Palbit tem avançado no desenvolvimento de soluções de ferramentas de metal duro com novos revestimentos através da tecnologia HIPIMS (High-power impulse magnetron sputtering). Os revestimentos alcançados por este processo são mais densos e possuem dureza superior, comparativamente com os revestimentos obtidos por PVD-Sputtering (physical vapor deposition), permitindo velocidades de corte superiores e menor desgaste das ferramentas de metal duro. Por outro lado, os revestimentos em desenvolvimento com tecnologia LPCVD (low pressure chemical vapor deposition), particularmente com a composição TiAlN parecem ser promissores como solução de maquinagem destes materiais. As ligas não ferrosas do grupo N como o alumínio e magnésio são relativamente fáceis de maquinar com a utilização de ferramentas com PCD (diamante policristalino). Para a maquinagem destas ligas são necessárias velocidades de corte elevadas. As novas ligas em desenvolvimento com magnésio não parecem acrescentar dificuldades na maquinagem deste grupo de materiais.

Resumindo, os desafios enfrentados pelas empresas produtoras de ferramentas de corte, como a Palbit, relativamente à maquinagem dos materiais em desenvolvimento são numerosos. Contudo, para além de também implicar um desenvolvimento mais ativo em termos de novas soluções para maquinagem, também têm vindo a impulsionar as atividades de desenvolvimento de materiais e processos mais sustentáveis na produção das ferramentas de maquinagem.

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