Tratamento térmico do aço melhora desempenho dos moldes de injeção

A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) define tratamentos térmicos como as operações de aquecimento, manutenção de temperatura e resfriamento de metais ferrosos e não ferrosos. São indicados para adicionar diferentes propriedades aos materiais. Na indústria de plástico, os fabricantes de moldes para injeção são os maiores usuários desses tratamentos. O aço predominante entre as ferramentas é o P20, usado, segundo estimativas de especialistas no mercado, em quase 90% dos casos. Os principais fornecedores desse tipo de metal muitas vezes o comercializam já beneficiado com os tratamentos necessários. Basta usiná-lo e as matrizes estão prontas para o uso. Em alguns casos, porém, quando a solicitação da ferramenta exige desempenho superior, o P20 necessita de ações extras, como um tratamento térmico superficial.

De acordo com as exigências do projeto, podem ser usados aços mais nobres nos moldes, como o H13. A liga é indicada, por exemplo, para matrizes voltadas para a transformação de materiais abrasivos, como plásticos de engenharia ou compostos enriquecidos com fibras. Ou para projetos nos quais são exigidos elevados graus de polibilidade, indicados na produção de faróis ou lanternas para automóveis, entre outros exemplos. O H13 não é vendido beneficiado e, nesse caso, a realização de tratamentos térmicos se torna obrigatória. Em mais de 90% das vezes, o serviço é feito nas cavidades, partes das matrizes sujeitas a condições de uso mais rigorosas.

Para realizar esses tratamentos, os fabricantes de matrizes contratam empresas do ramo, com equipamentos e tecnologia voltados para atender a diferentes necessidades. “Para cada parte do molde necessitamos de um tipo de tratamento e contratamos os serviços de especialistas”, diz Bruno Chagas, supervisor da engenharia de projetos da Moltec, ferramentaria cuja atuação é bastante voltada para projetos de matrizes destinados à indústria de embalagens. “Usamos muitos aços importados, formados por ligas nobres, a maioria inoxidáveis. Os tratamentos necessários dependem da solicitação feita para cada peça, algumas são mais sujeitas aos atritos, compressão, cisalhamento e outros tipos de desgastes”, resume.

Entre as especializadas, podemos citar Bodycote Brasimet, Isoflama e Thermix, que contam com estruturas adequadas para atender clientes dos mais variados segmentos industriais. O nicho de moldes para injeção não representa a fatia mais expressiva de seus negócios. Nem por isso deixa de ser importante. Com o aquecimento da economia e o uso do plástico em aplicações cada vez mais variadas, as solicitações do setor vêm apresentando significativa evolução nos últimos anos. As empresas apenas lamentam a importação desenfreada de moldes chineses, o que atrapalha o desempenho dos fabricantes de matrizes e seus fornecedores.

Plástico Moderno, Tratamento térmico do aço melhora desempenho dos moldes de injeção
Forno da Bodycote é o único com certificado aeroespacial

Os mais usados – São dois os tratamentos térmicos mais solicitados para as ferramentas, a têmpera e o revenimento. A têmpera eleva a dureza do material. Ele fica frágil, impossível de ser usado como peça de um molde. O revenimento torna possível sua utilização. Os dois tratamentos combinados melhoram as propriedades mecânicas, elétricas e magnéticas do material. Os metais ficam mais resistentes ao desgaste por abrasão, adesão e corrosão. Também ganham tenacidade, entre outras vantagens.

Na têmpera, o aço é colocado em um forno até atingir a temperatura de aproximadamente dois terços de seu ponto de fusão. Depois de permanecer nessa temperatura por um período, ocorre rápido resfriamento. A operação alcança melhores resultados quando os fornos utilizados funcionam a vácuo. A ausência de ar garante algumas vantagens. O processo é limpo e mais fácil de ser controlado dentro de tolerâncias menores de temperatura. O resfriamento, neste caso, pode ser feito por meio de gás nitrogênio injetado sob pressão nas peças aquecidas. Caso não seja necessário tal rigor, podem ser usados fornos de atmosfera controlada. O resfriamento, então, é feito em banhos de óleo ou em banhos de sais fundidos, processo cada vez mais em desuso por conta das agressões que causa ao meio ambiente.

O revenimento consiste no aquecimento da matéria-prima temperada em até um terço de sua temperatura de fusão. Depois de determinado período, ocorre o resfriamento, executado de forma mais lenta do que na têmpera. Também nessa operação os fornos a vácuo são mais eficientes. Neles, o resfriamento pode ser feito com gás nitrogênio, em operações que duram entre uma hora e uma hora e meia.

Em algumas situações os componentes dos moldes são muito exigidos e se tornam necessárias ações superficiais complementares. A mais comum é a nitretação, processo termoquímico voltado para a difusão de átomos de nitrogênio na superfície da matéria-prima. Uma camada superficial de um décimo de milímetro de nitreto pode aumentar a dureza superficial de um aço de 50 RC para 70 RC, por exemplo. Além de proporcionar maior resistência ao desgaste, passa a sofrer menos a ação do atrito, facilitando, por exemplo, a ejeção da peça plástica durante o ciclo de injeção.

No caso das ligas usadas nos moldes, a nitretação feita a plasma é a mais indicada. O plasma é constituído por um gás, parcialmente ionizado, contendo íons e elétrons em equilíbrio dinâmico. Os íons são acelerados na direção do material devido à aplicação de um campo elétrico negativo nas peças a serem tratadas. Após a implantação, estes íons se neutralizam e penetram por difusão térmica no corpo do material.

Nova fábrica – O grupo Bodycote International, com sede no Reino Unido e mais de trezentas fábricas em diversos países, é um dos principais nomes do ramo de tratamento térmico no mundo. No Brasil, a multinacional adquiriu, em 2006, a Brasimet, empresa fundada em São Paulo em 1942. Ao longo de sua história, a Brasimet, além de realizar tratamentos térmicos, ficou conhecida por fabricar fornos, produtos químicos para metalurgia e outras atividades. Hoje, a Bodycote Brasimet atua exclusivamente como prestadora de serviços industriais, entre os quais os tratamentos térmicos aparecem com destaque.

Plástico Moderno, Shun Yoshida, Gerente nacional de engenharia e desenvolvimento, Tratamento térmico do aço melhora desempenho dos moldes de injeção
Forno da Bodycote é o único com certificado aeroespacial

A multinacional inaugurou no início de 2011 em Jundiaí-SP uma moderna unidade voltada exclusivamente para tratamentos térmicos. A nova fábrica tem, entre outros equipamentos, cinco fornos de revenimento a vácuo, entre os quais o maior do Brasil, com 1,8 tonelada de carga e possibilidade de tratar peças de até 1,5 metro de comprimento. Também possui o único forno do país certificado pela indústria aeroespacial, conhecida pelo rigor de suas normas. A empresa conta com outras unidades industriais, localizadas em São Paulo, Campinas-SP, Joinville-SC e São Leopoldo-RS.

“A Bodycote é líder mundial e no Brasil de tratamentos térmicos”, orgulha-se Shun Yoshida, gerente nacional de engenharia e desenvolvimento. A indústria do plástico corresponde a 30% do faturamento da empresa. “É um nicho muito importante para nós.” O gerente lamenta a importação em elevada escala de moldes chineses, o que prejudica ferramenteiros e seus fornecedores como um todo. Uma das vantagens, afirma o executivo, é possuir equipe de engenheiros altamente especializada. “Ao recebermos uma consulta, fazemos a análise das solicitações às quais se submeterão os moldes e, de acordo com as variáveis, adequamos o tratamento térmico a ser realizado às necessidades dos clientes”, afirma Yoshida.

Os serviços de têmpera e revenimento da empresa são prestados em fornos a vácuo. “Temos maior quantidade de equipamentos e adequação logística, com fornos nos estados de São Paulo, Santa Catarina e Rio Grande do Sul, próximos dos grandes polos ferramenteiros”, ressalta. Para Yoshida, o processo a vácuo permite controle total de temperatura, tanto no núcleo como na superfície das peças. Não há risco de descarbonetação e as distorções dimensionais são mínimas. Outras vantagens são a ausência de ataque químico à superfície das peças e de risco de corrosão ou oxidação.

Plástico Moderno, Tratamento térmico do aço melhora desempenho dos moldes de injeção
Equipamento usado para o processo Durotin PVD

A Bodycote Brasimet também conta com equipamentos voltados para a realização de operações de tratamentos superficiais. Um deles é a nitretação a plasma com a marca Ionit. O processo, realizado em temperaturas de até 450ºC, é conduzido em câmara a vácuo, preenchida com mistura de gases como nitrogênio, argônio e metano. Uma descarga elétrica de alta voltagem forma um plasma dessa mistura gasosa. Os íons de nitrogênio, então, são acelerados através do plasma e bombardeiam a superfície das peças, gerando uma camada de nitretos dura e resistente à fadiga e ao desgaste. Entre outros benefícios, permite controle preciso da profundidade, composição e presença ou não de compostos na camada nitretada.

Mais sofisticado é o revestimento superficial com a marca Durotin PVD (Physical Vapour Deposition), que permite depositar uma série de nitretos em diversas arquiteturas, casos de monocamadas, multicamadas, nanocamadas e camadas com gradiente de composição. Os centros de revestimento PVD operam com tecnologia de arco catódico e magnetron sputtering. A tecnologia utiliza duas etapas de deposição em diferentes temperaturas, selecionadas de acordo com o tipo de material a ser tratado. No caso da injeção de plásticos, proporciona às peças tratadas menor desgaste abrasivo, menor aderência do produto no molde, diminuição da frequência de repolimento e redução da necessidade de uso de desmoldantes. O Durotin Duplex, uma combinação dos processos de nitretação a plasma e PVD, proporciona aumento da resistência do ferramental à compressão, devido à transição gradual da dureza superficial. Também permite aumento da resistência à fadiga e recondicionamento da superfície.

Outro serviço oferecido pela Bodycote Brasimet bastante solicitado pelas ferramentarias é a brasagem. O processo permite a junção de dois ou mais componentes metálicos por meio do uso de calor, de um ambiente adequado e de um metal de adição com ponto de fusão superior a 450ºC, porém inferior ao ponto de fusão dos metais de base. “Com ele, é possível usinar canais de refrigeração com curvas, em muitos moldes indispensáveis para garantir maior rapidez aos ciclos de injeção”, explica Yoshida.

Atmosfera controlada – No ano 2000, a fabricante de máquinas Caterpillar planejou promover a terceirização de seu departamento de tratamentos térmicos. Para levar seu projeto adiante, fez parceria com alguns empresários interessados em abrir uma empresa do ramo. Assim nasceu a Thermix, no município de Piracicaba-SP. No início, funcionava apenas para atender o cliente famoso. Com o tempo, a empresa ganhou fôlego e diversificou a clientela. Hoje, conta com duas outras unidades instaladas no estado de São Paulo, na capital e em Sertãozinho, além de uma na cidade gaúcha de Caxias do Sul. Está prevista a inauguração no final do segundo semestre de uma quinta unidade em Valinhos-SP.

As plantas de Piracicaba, Sorocaba e Caxias do Sul atendem ferramentarias especializadas em matrizes para injeção. “Hoje, os trabalhos realizados para a indústria do plástico representam 5% de nosso faturamento. Em Caxias, grande polo de fabricação de moldes, a indústria plástica responde por 20%”, informa Ricardo Caetano, gerente técnico da empresa. Há planos de aumentar esse percentual. “Esse é um mercado que vem crescendo nos últimos anos”, revela.

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Máquina de nitretação a plasma da Isoflama

Para componentes de moldes de injeção, os serviços mais requisitados são a têmpera e o revenimento. “Não temos fornos a vácuo, trabalhamos com fornos de atmosfera controlada”, informa Caetano. O equipamento não chega a ter a mesma precisão dos fornos a vácuo. Para o gerente, no entanto, atende com excelente relação custo/benefício os fabricantes de ferramentas voltadas para a produção de peças com menor nível de exigência. “A atmosfera controlada permite um processo limpo e eficiente”, ressalta. O resfriamento das peças nas operações de têmpera é feito em banhos de óleo. São óleos diferenciados, com viscosidade especial e mantidos nas temperaturas indicadas para o material a ser beneficiado.

Entre os fornos que possui, a capacidade máxima é de uma tonelada, capaz de tratar peças de aço com dimensões de até 850 milímetros cúbicos. “No caso de moldes de injeção é suficiente, são raros os com componentes de tamanhos maiores”, diz. Em tempo: a empresa presta serviços para fornecedores de aços. É possível que, de forma indireta, ferramentarias comprem produtos beneficiados pela empresa.

Especialista em operações a vácuo – A Isoflama nasceu em 2006. Localizada em Indaiatuba-SP, a empresa tem como estratégia atuar no nicho de serviços de tratamentos térmicos sofisticados, feitos com a ajuda de equipamentos de ponta. Para cumprir o objetivo, firmou parceria com a Seco Warwick, multinacional fabricante de fornos a vácuo. “Temos um forno de têmpera e dois de revenimento”, informa João Carlos Vendramim, diretor de engenharia e vendas. Para os clientes do setor do plástico, a empresa também oferece serviços de nitretação iônica por plasma.

Plástico Moderno, João Carlos Vendramim, Tratamento térmico do aço melhora desempenho dos moldes de injeção
Vendramim: projeto de crescer no segmento de moldes de injeção

“Estamos adquirindo um segundo forno de têmpera, cuja previsão é de começar a operar em julho. Com o novo equipamento vamos poder trabalhar em peças com maiores dimensões”, explica. O forno atual tem capacidade de uma tonelada e aceita peças com dimensões de 900 mm x 600 mm x 600 mm. Um dos motivos do investimento na ampliação da capacidade é justamente o nicho de moldes para injeção de plásticos. “Hoje, as ferramentarias ainda não representam uma fatia significativa de nosso faturamento. Mas a procura tem crescido bastante e queremos passar a ter maior participação nesse mercado”, explica.

O diretor engrossa o coro dos empresários do setor contra a importação indiscriminada de moldes por parte do mercado. Ele lamenta, em especial, a aprovação da portaria Decex nº 84, de 20 de abril de 2010, que isenta de impostos a importação de moldes usados. Sua expectativa se volta para o sucesso das ações feitas ao governo pelas entidades representativas do setor para a revogação da medida.

Vendramim também exalta as vantagens oferecidas pelos processos executados a vácuo. “Eles são mais eficientes, temos a possibilidade de monitorar de forma precisa todos os parâmetros”, afirma. Em alguns casos, por exemplo, são utilizados dois termopares durante a operação, um para controlar a temperatura do núcleo da peça e outro na superfície. “Conseguimos respeitar com rigor as recomendações indicadas pelos fabricantes de aço”, emenda. A nitretação a plasma também é exaltada. “O equipamento permite a utilização de alta tecnologia sem a emissão de poluentes.”

Um Comentário

  1. Informação muito bem colocada, e digo mais a nitretação é tão importante que hoje podemos em alguns casos fazer toda parte de ajustes nos moldes e mesmo após submetidos a Nitretação os mesmo não perdem sua parte dimensional ajustadas. Então parabéns pelas informações passadas.
    Também sugerimos as informações voltadas para o seguimento de estampados, que por sua vez passam por todo este processo critico, antes de serem aplicados nas ferramentas. As solicitações podem ser diferentes em função de não ser um ataque a nível de injeção de uma matéria prima, mas geralmente são processos a frio de conformação ou até mesmo a quente, que com certeza submetidos a tratamentos específicos darão uma melhor qualidade as ferramentas.

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