BR112012021887B1 - Processo para a produção de uma ferramenta para trabalho a quente - Google Patents
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Abstract
ferramenta quente com um revestimento e processo para sua fabricação a presente invenção refere-se a uma ferramenta quente (1), em especial punção ou barra de laminação para a produção de tubos sem costura, ou um punção de forja para forjar a quente peças tubulares de metal, que apresenta um corpo básico de ferramenta (2), sendo que o corpo básico da ferramenta (2), pelo menos em uma área de trabalho (3), apresenta um revestimento (4). a fim de obter uma aderência melhor do revestimento (4) no corpo básico da ferramenta (2) apresenta um perfil de superfície (5) e que e o revestimento (4) é colocado sobre o perfil de superfície (5). além disso, a presente invenção refere-se a um processo para a produção de tal ferramenta quente.
Description
[001] A presente invenção refere-se a um processo para a fabri cação de uma ferramenta para trabalho a quente, em especial de um mandril ou de uma barra de laminação para a produção de tubos sem costura, ou de um mandril de forja para forjar a quente peças tubulares de metal, que apresenta as etapas: a) Fabricação de um corpo básico da ferramenta, sendo que a fabricação do corpo básico da ferramenta compreende a fabricação de um perfil de superfície com uma pluralidade de elevações e reentrâncias na superfície do corpo básico da ferramenta, sendo que as elevações são executadas como protuberâncias que em corte radial apresentam uma forma de nervuras, preferencialmente retangulares, que se estendem ao longo de um comprimento predefinido em direção de um eixo longitudinal da ferramenta, e que se elevam por cima das reentrâncias até uma altura predefinida, sendo que a criação do perfil de superfície preferencialmente ocorre através de processamento mecânico, especialmente tornear; b) Aplicação de um revestimento sobre o corpo básico da ferramenta.
[002] Através do documento US 5 031 434 A tornou-se conhecido uma barra de laminação para a laminação de tubos sem costura que apresenta um corpo básico que possui tal perfil de superfície, com um revestimento aplicado nele em seguida separadamente.
[003] Um mandril para furar barras redondas é conhecido do do cumento DE 10 2008 056 988 A1 e também, por exemplo, do documento JP 54-017363 A e JP 63-192504 A. A área de trabalho do mandril, no caso, é dotada de uma camada de aderência firme no corpo do mandril para diminuir a dissipação de calor durante o trabalho de furar para o corpo do mandril. Para o funcionamento da ferramenta é essencial que esta camada tenha uma aderência firme.
[004] Além disso, é de conhecimento geral que em ferramentas quentes ou dispositivos semelhantes, a fim de prolongar a vida útil, antes de aplicar o revestimento - na maioria das vezes é um processo de revestimento termoquímico - tornar áspera a área de trabalho através de jato, a fim de aprimorar a aderência do revestimento a ser aplicado em seguida.
[005] No entanto, foi constatado, que a superfície áspera frequen temente não garante nenhuma aderência suficiente e em muitos casos se perde durante o processo de revestimento ou durante o uso. Quando então tensões térmicas ou mecânicas agem na área de contato entre o corpo básico e o revestimento, o revestimento descasca-se.
[006] Por esta razão, a presente invenção tem a tarefa de forne cer um processo para a produção de uma ferramenta para trabalho a quente do tipo inicialmente mencionado, com a qual é garantido que haja uma ligação melhorada entre o corpo básico da ferramenta e o revestimento. De acordo com isso, a ferramenta para trabalho a quente precisa apresentar uma vida útil mais longa e tornar a fabricação mais econômica, em especial de tubos sem costura.
[007] De acordo com a presente invenção, esta tarefa é solucio nada pelo fato de que de acordo com a etapa a), por meio do uso de um processo de tratamento termoquímico, de uma parte do material do corpo básico ao longo da superfície estruturada, primeiro, é criada uma camada de proteção primária de material transformado, sendo que a largura das elevações e a profundidade das reentrâncias diminuem, e sendo que a transformação termoquímica compreende especialmente a produção de um óxido de ferro, de preferência especial, de uma carepa de óxido de ferro, e que sobre a camada de material primária assim transformada é aplicada uma camada de proteção exter- na que preenche os vãos remanescentes entre as elevações.
[008] O perfil de superfície forma preferencialmente em uma dire ção axial da ferramenta pelo menos um corte por baixo, sendo que o perfil de superfície apresenta especialmente um número de elevação e reentrâncias na superfície da ferramenta.
[009] O corpo básico da ferramenta consiste preferencialmente de aço.
[010] O revestimento pode ser uma camada que protege contra esforços térmicos e mecânicos. Ele pode ser aplicado por meio de um processo de revestimento termoquímico.
[011] A aplicação do revestimento de acordo com a etapa b) aci matambém pode ocorrer, por exemplo, por meio de injeção à chama ou injeção a plasma.
[012] De acordo com isso é obtida uma melhoria da ligação entre o corpo básico da ferramenta e o revestimento pelo fato de que a superfície do material portador metálico é usinada para ser lisa, e depois é executada com uma estrutura definida - consistindo de nervuras e vãos distanciando estas uma da outra, preferencialmente produzidas por meio de usinagem mecânica, especialmente tornear.
[013] Em seguida, através de um processo de revestimento ter- moquímico dirigido ao longo do contorno da superfície assim estruturada do material de suporte, uma parte desse material de suporte pode ser transformada em uma camada de proteção.
[014] Nisso, diminuem respectivamente a largura e a altura das nervuras e a profundidade dos vãos. Sobre esta camada de proteção primária gerada pela transformação do material de suporte é aplicada por meio do processo termoquímico uma camada de proteção externa adicional que ao mesmo tempo preencho ou fecha os vãos ou reentrâncias remanescentes entre as nervuras.
[015] Através da estruturação da passagem otimizada anterior- mente ajustada em dependência da condição de uso da ferramenta entre o material de suporte (corpo básico) e a camada aplicada, a aderência da construção das camadas alcançada é melhorada claramente e um descascar completo da camada é evitado.
[016] Ao lado a passagem melhorada entre o material de lamina- ção e a camada de óxido, também é melhorado o comportamento de agarrar entre o material laminado e a ferramenta.
[017] O processo sugerido ou a realização explicada são geral mente apropriados para ferramentas e componentes que precisam ser protegidas por meio de um revestimento, a fim de poder resistir melhor a um esforço térmico e mecânico.
[018] O desenho mostra exemplos de execução da presente in venção esquematizados. Ele mostra:
[019] A figura 1 mostra uma ferramenta para trabalho a quente na forma de um mandril em uma vista lateral.
[020] A figura 2 mostra o detalhe "Z" de acordo com a figura 1 para o corpo básico da ferramenta ainda não revestido.
[021] A figura 3 mostra o detalhe "Z" de acordo com a figura 1 para o corpo básico da ferramenta já revestido.
[022] A figura 4 mostra o detalhe "Z" de acordo com a figura 1 para uma forma de execução alternativa do corpo básico da ferramenta revestido.
[023] A figura 5 mostra uma primeira imagem da lamínula para o detalhe "Z" de acordo com a figura 1 através da ferramenta para trabalho a quente.
[024] A figura 6 mostra uma segunda imagem da lamínula para o detalhe "Z" de acordo com a figura 1 através da ferramenta para trabalho a quente.
[025] Na figura 1 é mostrada uma ferramenta para trabalho a quente 1 na forma de um mandril para a produção de um tubo sem costura. A ferramenta 1 apresenta um corpo básico da ferramenta 2 que possui uma área de trabalho 3 que se estende ao longo de um certo comprimento em direção de um eixo a. Na área de trabalho 3 a ferramenta 1 apresenta um revestimento 4 que protege a ferramenta 1 contra esforços térmicos ou mecânicos.
[026] A construção exata da ferramenta como detalhe na área "Z" de acordo com a figura 1, isto é, como detalhe do corpo básico da ferramenta 2, é mostrado nas figuras 2 e 3. Conforme se vê, a superfície radialmente externa do corpo básico da ferramenta 2 apresenta um perfil de superfície 5 que consiste em um número de elevações 6 radialmente protuberantes dispostas entre reentrâncias 7 assim resultantes. As elevações 6 estendem-se em direção do eixo ‘a’ por um montante ‘B’ que preferencialmente situa-se na faixa de cerca de 250 μm até 4 000 μm. A altura D das elevações 6 em relação às reentrâncias 7 situa-se numa faixa de cerca de 500 μm até 5 000 μm. A distância A entre duas elevações 7 preferencialmente situa-se numa faixa de cerca de 200 μm até 2 000 μm.
[027] O perfil 5, no caso, é aplicado de tal modo na superfície do corpo básico 2 que este primeiro é liso e em seguida, através de pro-cessamento mecânico são feitos, em especial torneados, os desbastes 7 que em corte radial apresentam forma de nervura ou retangular.
[028] Depois desse processamento preliminar, a superfície do corpo básico da ferramenta 2 recebe um revestimento 4, como mostra a figura 3. Nisso, a espessura total da camada C do revestimento 4 preenche as reentrâncias 7 e ultrapassa a altura das elevações 6.
[029] Visto em direção ao eixo ‘a’, resulta, assim, para o material do revestimento 4 em virtude do perfil de superfície 5 um corte por baixo, de modo que durante o uso da ferramenta 1 o revestimento 4 adere muito firmemente ao corpo básico 2.
[030] Na figura 4 é mostrada uma execução ou solução preferida. O processamento prévio do corpo básico da ferramenta 2 é análogo à solução de acordo com a figura 2 e a figura 3, isto é, primeiro foi feito o perfil de superfície 5 no corpo básico da ferramenta 2 de execução lisa. O percurso do perfil corresponde àquele de acordo com a figura 2.
[031] Porém, antes da colocação do revestimento 4, primeiro por meio do uso de um processo de tratamento termoquímico, uma parte do material do corpo básico 2 foi transformada em uma camada de proteção. O material transformado 8 vai equidistante do perfil 5 e é indicado com linhas pontilhadas. Nisso, a largura das elevações (nervuras) 6 diminui de acordo, bem como a profundidade dos vãos, também com a seção transversal retangular, como mostra a figura 4.
[032] Sobre a camada de material 8 assim transformada, isto é, sobre a camada de proteção primária ou interna criada pela transformação do material de suporte, é aplicada durante a transformações ou em seguida, o revestimento 4 como segunda camada ou camada externa, como a figura 4 mostra para a ferramenta acabada. Isto, por sua vez, ocorre por meio de um processo termoquímico ou, por exemplo, por meio de injeção à chama ou injeção a plasma.
[033] De acordo com a solução mostrada na figura 4, portanto, entre o material de suporte (corpo básico) 2 e a camada 4, é criada no material de suporte 2 uma estrutura, antes ou durante a aplicação ou a criação da camada 4, que se manifesta no material transformado 8.
[034] Das ilustrações nas figuras 5 e 6 podem ser vistos exem plos de revestimentos concretos. A camada 8 interna mais porosa gerada pela transformação das nervuras (elevações) 6 e preenchimento de vãos (reentrâncias) 7, e a segunda camada 4, a externa, colocada sobre a primeira, são bem visíveis. A camada interna 8 (material transformado) consiste no presente caso de óxidos de ferro e cresce a partir da superfície do corpo básico ou do perfil. Os vãos entre as nervuras(elevações) são preenchidos através do revestimento 4 externo.
[035] No exemplo de execução de acordo com a figura 5 ou a figura 6, o material de suporte (corpo básico da ferramenta) foi revestido com óxidos de ferro ou material do corpo básico foi transformado em óxido de ferro. No presente caso o material de suporte é aço. A espessura máxima do revestimento no corpo básico é no presente exemplo de execução é de cerca de 1.000 μm.
[036] A passagem estruturada entre o material de suporte e o re vestimento pode ser otimizada, em dependência da aplicação, de modo que pode ser evitado um descascar completo da camada durante o uso. Desse modo a vida útil da ferramenta 1 pode ser prorrogada essencialmente.
[037] As superfícies das ferramentas revestidas podem ser alisa das antes ou durante o uso por meio de processamento mecânico, por exemplo, retificar ou polir (antes do uso) ou laminar (durante o uso).
[038] O alisamento da superfície reduz a fricção entre a ferra menta e a peça processada (material laminado). LISTAGEM DE NUMERAIS DE REFERÊNCIA 1 Ferramenta para trabalho a quente 2 Corpo básico da ferramenta 3 Área de trabalho 4 Revestimento 5 Perfil de superfície 6 Elevação 7 Reentrância 8 Material transformado a Direção axial B Comprimento D Altura A Distância C Espessura total da camada
Claims (3)
1. Processo para a produção de uma ferramenta para trabalho a quente (1), em especial de um mandril ou de uma barra de la- minação para a produção de tubos sem costura, ou de um mandril de forjar para forjar a quente peças tubulares de metal, que compreende as etapas de, a) fabricação de um corpo básico da ferramenta (2), sendo que a fabricação do corpo básico da ferramenta (2) compreende a fabricação de um perfil de superfície (5) com uma pluralidade de elevações (6) e reentrâncias (7) na superfície do corpo básico da ferramenta (2), sendo que as elevações (6) são executadas como protuberâncias que em corte radial apresentam uma forma de nervuras, preferencialmente retangulares, que se estendem ao longo de um comprimento (B) predefi- nido em direção de um eixo longitudinal (a) da ferramenta (1), e que se elevam por cima das reentrâncias (7) até uma altura (D) predefinida, sendo que a criação do perfil de superfície (5) preferencialmente ocorre através de processamento mecânico, especialmente tornear; b) aplicação de um revestimento (4) sobre o corpo básico da ferramenta (2), caracterizado pelo fato de que, uma camada de proteção primária de material transformado (8) é inicialmente produzida após a etapa a) e antes da etapa b) ou após a etapa a) e durante a etapa b), sendo que a camada de proteção primária é produzida a partir de uma parte do material do corpo básico (2) ao longo da superfície estruturada por meio do uso de um processo de tratamento termoquímico, sendo que a largura das elevações (6) e a profundidade das reentrâncias (7) diminui, e sendo que a transformação termoquí- mica compreende especialmente a produção de um óxido de ferro, especialmente de preferência, de carepa, e que sobre a camada de ma terial (8) assim transformada é colocada uma camada de proteção (4) externa que preenche os vãos remanescentes das reentrâncias (7).
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as reentrâncias (7), na aplicação do revestimento (4) de acordo com a etapa b) são preenchidas, pelo menos até a altura das elevações (6), com o revestimento (4), sendo que, de preferência, a superfície do revestimento (4) ultrapassa a altura das elevações (6).
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a aplicação do revestimento (4) de acordo com a etapa b) ocorre com o processo de injeção à chama, injeção a plasma ou por meio de um processo termoquímico.
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