Guia de matrizes de carboneto de tungstênio: tipos, classes, design e dicas de aplicação

Se você passa seu dia de trabalho perto de prensas, prensas frias ou bancadas de desenho, você já sabe a diferença que um bom dado faz. Uma matriz de metal duro pode funcionar centenas de milhares de golpes antes de precisar de atenção, e é exatamente por isso que tantos fabricantes agora especificam o metal duro para suas operações de conformação e corte mais exigentes. Nossa empresa produz peças de metal duro em Changzhou desde 1990 e, neste artigo, gostaríamos de compartilhar o que aprendemos sobre o que são essas matrizes, como são feitas e como obter delas a maior vida útil possível.

O que é uma matriz de carboneto de tungstênio?

A matriz de carboneto de tungstênio é uma ferramenta cuja cavidade de trabalho ou aresta de corte é feita de metal duro em vez de aço ferramenta. O material é um compósito: grãos duros de carboneto de tungstênio são cimentados por um ligante metálico mais macio, geralmente cobalto. É produzido misturando o pó, pressionando-o em um formato próximo à peça acabada e sinterizando-o a cerca de 1.400 graus Celsius, após o que a peça bruta é retificada e polida até suas dimensões finais.

Duas propriedades tornam o metal duro tão atraente para matrizes. A primeira é a dureza, normalmente entre 1.400 e 1.900 HV, várias vezes maior que a do aço para ferramentas endurecido, o que se traduz em excelente resistência ao desgaste contra chapas, fios e tiras abrasivos. A segunda é a resistência à compressão, que permite que uma cavidade suporte a enorme pressão de uma operação de estampagem ou trefilação sem entrar em colapso.

O carboneto não é, entretanto, tão resistente quanto o aço. Sua resistência à tração e ao impacto são limitadas, portanto, uma inserção de matriz é quase sempre montada em uma caixa de aço, um anel retrátil ou um suporte que mantém o metal duro em compressão e absorve choques. Compreender essa parceria entre a pastilha de metal duro e seu alojamento de aço é o primeiro passo em direção a uma matriz duradoura.

Como uma matriz de carboneto de tungstênio é feita

Cada dado começa como pó. O tamanho das partículas do carboneto de tungstênio, o teor de cobalto e o ciclo de prensagem e sinterização juntos determinam o equilíbrio final entre dureza e tenacidade. A produção normalmente segue uma sequência como esta:

1. Preparação em pó. O pó de carboneto de tungstênio é moído e misturado com cobalto e pequenas quantidades de inibidores de crescimento de grãos e, em seguida, seco por pulverização em grânulos de fluxo livre.
2. Pressionando. Os grânulos são compactados em uma matriz ou prensa isostática em uma parte verde que é deliberadamente maior que o componente acabado, porque a sinterização irá encolhê-lo.
3. Sinterização. A peça é aquecida em um forno a vácuo ou de baixa pressão, onde o cobalto se torna líquido e une os grãos de metal duro em um corpo denso quase sem porosidade.
4. Acabamento. Retificação de diamante, eletroerosão a fio, lapidação e polimento levam a cavidade a tolerâncias medidas em mícrons.
5. Conjunto. A pastilha de metal duro é prensada ou encolhida em seu anel de aço, e a matriz acabada é inspecionada quanto à concentricidade, dureza e acabamento superficial.

O equipamento é extremamente importante nessas fases. Quando investimos em fornos de sinterização de baixa pressão e prensas TPA em 2009, foi precisamente porque a consistência na prensagem e na sinterização é o que separa uma matriz que mantém suas dimensões durante anos daquela que se desvia após alguns meses.

Tipos comuns de matrizes de carboneto de tungstênio

Embora a palavra “morrer” seja usada livremente nas oficinas, os próprios produtos se enquadram em famílias reconhecíveis. A tabela abaixo resume os mais comuns e as condições que cada um tem para sobreviver.

O trabalho de moldagem e estampagem é a maior aplicação individual em nossa carteira de pedidos. Uma matriz de estampagem de metal duro é normalmente construída como uma pastilha retificada e polida pressionada em um anel de aço endurecido, com a geometria disposta de modo que a carga de trabalho mantenha o metal duro em compressão.

Matriz de estampagem de carboneto de tungstênio para obturação resistente ao desgaste Construída para corte e estampagem, esta matriz de carboneto de tungstênio oferece resistência ao desgaste, desempenho em altas temperaturas e precisão necessária para manter a precisão da matriz e apoiar uma produção eficiente. Ver Produto →

Escolhendo a classe certa de metal duro

Não existe uma única melhor nota para cada dado. A seleção se resume a algumas variáveis que se contrapõem:

• Conteúdo de cobalto. Um baixo teor de ligante de cerca de 6% proporciona máxima dureza e resistência ao desgaste, o que é adequado para corte de grandes volumes de chapas finas. Um conteúdo mais alto de 12 a 20 por cento troca alguma dureza por tenacidade e é a melhor escolha quando a matriz sofre forte impacto.
• Tamanho do grão. As classes submicrométricas possuem arestas mais nítidas e resistem ao desgaste abrasivo, enquanto as classes médias e grossas absorvem o choque com mais elegância. O grão fino não é automaticamente melhor; simplesmente combina melhor com cortes leves, rápidos e limpos.
• Condição da superfície. Um furo polido reduz o atrito na trefilação e na extrusão, enquanto ferramentas de conformação selecionadas se beneficiam de tratamentos de superfície onde o desgaste é um problema.
• Temperatura de trabalho. Quando a peça está quente em vez de fria, a ciclagem térmica acrescenta outra dimensão à seleção da classe, e as vantagens das matrizes de metal duro em aplicações de estampagem a quente merecem sua própria discussão.

Uma regra prática é escolher o menor teor de cobalto e o melhor tamanho de grão que ainda sobreviverá ao impacto da sua prensa. Testar as duas direções com um fornecedor é muito mais barato do que descobrir o limite da produção.

Detalhes de design que decidem a vida

Muitas falhas prematuras que somos solicitados a investigar não são problemas materiais; são problemas de design ou configuração. Os pontos abaixo respondem pela maioria deles.

• Liberação. Pouca folga lasca a aresta de corte, muita folga produz rebarbas e arestas enroladas. O metal duro geralmente prefere um pouco mais de folga do que o aço.
• Apoiar. Nunca deixe o metal duro sem suporte em tensão. Os anéis de contração e as placas de apoio devem colocar a pastilha em compressão sob carga.
• Geometria de entrada. Um pequeno raio de entrada ou chanfro guia a peça de trabalho e evita que a aresta receba toda a carga de uma só vez.
• Alinhamento. O paralelismo da prensa, a orientação do conjunto de matrizes e o alinhamento do aríete afetam a matriz tanto quanto a matriz afeta a peça.
• Lubrificação. A lubrificação adequada controla o calor de fricção e reduz escoriações na superfície do metal duro.

Práticas de manutenção que compensam

As matrizes de metal duro são duráveis, mas não são indestrutíveis, e pequenos hábitos fazem uma grande diferença na vida útil de uma ferramenta.

• Inspecione as bordas de trabalho em intervalos fixos em vez de esperar que apareça um problema de qualidade.
• Registre a contagem de cursos e o histórico de reafiação para que o desgaste possa ser previsto em vez de descoberto.
• Remova lascas, rebarbas e detritos antes que marquem a cavidade ou a tira.
• Retifique ou reafie em etapas pequenas e controladas, pois cada reafiação consome parte da aresta disponível.
• Armazene as matrizes com uma leve película protetora e um anel que proteja o furo ou a aresta de corte.

Uma matriz que é mantida dentro do cronograma geralmente oferece muito mais golpes por pastilha do que uma que é reparada somente após falhar.

Trabalhando com um fabricante de matrizes que entende seu processo

Como prensamos, sinterizamos e retificamos nosso próprio metal duro, podemos controlar as variáveis que decidem se uma matriz funciona em sua prensa. Nossa produção é organizada sob sistemas de gerenciamento ISO 9001 e ISO 14001, e nossas ferramentas de precisão são fabricadas de acordo com padrões reconhecidos internacionalmente para precisão dimensional e consistência de lote.

Esse controle vertical é importante para as matrizes, porque uma pequena alteração no conteúdo do ligante ou no ciclo de sinterização aparece diretamente na vida útil da matriz. Além das matrizes de conformação, também produzimos o lado de corte do processo, incluindo lâminas para operações de corte, corte e corte feitas com a mesma tecnologia de metal duro, para que um cliente possa adquirir a ferramenta de conformação e a ferramenta de corte de um parceiro.

Lâmina de corte de carboneto de tungstênio para aparar e cisalhar Feita com a mesma tecnologia de metal duro das matrizes de conformação da empresa, esta lâmina de corte suporta operações de corte, corte e corte, ao mesmo tempo que ajuda a obter precisão dimensional e qualidade de superfície. Ver Produto →

Se você ainda está decidindo qual família de produtos se adapta à sua operação, nossa linha completa de produtos de metal duro oferece uma visão geral rápida de tudo o que construímos.

No final das contas, uma matriz de carboneto de tungstênio é uma ideia simples executada com grande precisão: um material extremamente duro, colocado em compressão, guiado por um design cuidadoso e mantido com disciplina. Acerte essas quatro coisas e o dado se pagará silenciosamente muitas vezes. Se você quiser conversar sobre uma aplicação específica, seja ela moldando chapas finas, trefilando fios ou formando fixadores, nossa equipe terá sempre prazer em comparar notas com as pessoas que operam as prensas.