BR112015012508B1

BR112015012508B1 - Processo para produzir uma manga metálica, manga metálica, filete de serração e cordão de serração

Info

Publication number: BR112015012508B1
Application number: BR112015012508-5A
Authority: BR
Inventors: Shanning Zhang; Tom Baekelandt; Jan Deconinck
Original assignee: Nv Bekaert Sa
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2013-11-15
Publication date: 2022-01-18
Also published as: CN104884203A; PL2925473T3; PT2925473T; TR201807003T4; EP2925473B1; ES2662573T3; CN104884203B; US9827690B2; WO2014082870A1; EP2925473A1; US20150298353A1; BR112015012508A2

Abstract

manga para um filete de serração obtida por moldagem por injeção de metal. a presente invenção refere-se a mangas metálicas, que são usadas como portadores para a camada abrasiva de filetes de serração. esses filetes de serração são rosqueados em um cordão de aço e são separados por um polímero, formando, desse modo, um cordão de serração para serração de materiais duros e quebradiços, tal como pedra ou concreto. essas mangas metálicas têm uma grande influência no desempenho global, bem como no custo do cordão de serração. os inventores propõem o processo de moldagem por injeção de metal para produzir as mangas metálicas em grandes quantidades com uma geometria otimizada, o que não é possível com os processos atuais para a produção das mangas metálicas. além do mais, as mangas inventivas são particularmente bem adequadas para aplicação da camada abrasiva por meio de recobrimento a laser. os filetes feitos por recobrimento a laser nas mangas metálicas inventivas, bem como nos cordões de serração compreendendo esses filetes são, portanto, parte da invenção.

Description

CAMPO TÉCNICO

[001] A presente invenção refere-se a uma manga metálica, que éespecificamente adaptada para uso como a manga portadora de uma camada abrasiva em um filete de serração, o filete de serração construído em torno dessa manga e de um cordão de serração usando esses filetes. A manga é feita por meio de um processo de moldagem por injeção de metal, que promove vantagens particulares para os filetes de serrar no seu uso e produção.

ANTECEDENTES DA TÉCNICA

[002] Cordões de serração - algumas vezes também referidoscomo fios de serração - são bastante usados para serrar pedras em pedreiras e em máquinas de laminação de placas estacionárias. Os cordões de serração são para o fim deste pedido de patente entendidos como sendo um conjunto de filetes de serração em um cordão de aço e espaçados entre si por um polímero, que é moldado por injeção em torno do cordão.

[003] O próprio filete de serração é geralmente constituído de umamanga, na qual uma camada abrasiva é fixada. A camada abrasiva é feita de um composto metálico, e partículas abrasivas, que são obtidas por metalurgia do pó. Uma mistura de pó metálico e partículas abrasivas é comprimida conjuntamente em uma forma anular, para formar um compactado. O próprio compactado é sinterizado sob uma atmosfera de gás redutor. O compactado assim adensado é então soldado forte em uma pequena manga metálica.

[004] Recentemente, um processo de produção alternativo foidesenvolvido no qual a camada abrasiva é aplicada diretamente na manga metálica por meio de recobrimento a laser. Consultar os pedidos de patentes WO 2012/119946 e WO 2012/119947. Esse processo pode ser usado em combinação com outros modos de produção de um cordão de serração, como, por exemplo, descrito no pedido de patente WO 2011/061166.

[005] Embora a manga metálica seja apenas uma parte menor nototal de um cordão de serração, os inventores verificaram que tem uma grande influência no desempenho global do cordão de serração.

[006] Como a manga fica próxima do cordão de aço ou mesmo emcontato com ele, há o risco de desgaste do cordão de aço. De fato, como a manga é relativamente rígida comparada com o cordão flexível, o cordão pode entrar em contato com o aro da manga por flexão, provocando falha prematura do cordão. Portanto, diferentes aberturas de saídas chanfradas foram previstas (consultar as patentes JP10006329, JP9314544 e GB2243094).

[007] Também a ligação entre a manga e a camada abrasiva e aligação entre a manga e o cordão de aço devem ser boas, pois, todas as forças agindo na camada abrasiva são transferidas para o cordão de aço por intercessão dessas ligações. Para esse fim, foi sugerido produzir as mangas com múltiplos furos (JP 2000176737) para melhor ancoragem do polímero e da camada abrasiva.

[008] Foi também sugerido fazer um recesso na extremidade damanga para melhor ancoragem do polímero e/ou melhor remoção de resíduos (DE195 22655, EP0728552). A DE 195 22655 sugere produzir a manga de plástico.

[009] Tanto quanto 40 filetes podem estar presentes por meio decordão de serração. Assim sendo, a cada centavo economizado resulta em um custo diminuído de 40 centavos por metro de fio. Atualmente, as mangas são feitas por usinagem e corte de tubos. Isso é caro, especialmente quando se deseja ter uma forma controlada e mais complicada. Os inventores, portanto, exploraram outros modos de produzir a manga metálica.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0010] O objeto básico da invenção é proporcionar uma manga, queseja de manufatura barata em grandes quantidades. Um outro objeto é produzir uma manga, que seja especificamente adaptada para fixar uma camada abrasiva nela por recobrimento a laser. Outro objeto é oferecer um processo que permita produzir as mangas metálicas com um grande grau de liberdade em termos de forma e composição de material. O objeto final da invenção é proporcionar um filete de serração, e um cordão de serração, compreendendo filetes de serração, que tenham vantagens particulares em relação aos cordões de serração atualmente conhecidos em virtude de suas mangas metálicas.

[0011] De acordo com um primeiro aspecto da invenção, umamanga metálica, para uso como um portador de uma camada abrasiva de um filete de serração, de acordo com a combinação de aspectos da reivindicação 1, é definida. Os aspectos específicos para as concretizações preferidas da invenção são estabelecidos nas reivindicações de produto dependentes.

[0012] A manga metálica, para uso como um portador de umacamada abrasiva de um filete de serração, tem um furo axial com uma parte intermediária axial e aberturas chanfradas em qualquer extremidade. É específico sobre a manga que ela seja feita por "moldagem por injeção de metal".

[0013] A técnica de moldagem por injeção de metal permite produzirgrandes séries (por exemplo, mais de cem mil) de pequenos objetos metálicos (por exemplo, abaixo de vinte gramas) a baixo custo. A técnica compreende as etapas de:

[0014] - misturar intensamente um aglutinante com um pó metálico,para obter uma mistura de carga de alimentação homogênea ou obter uma carga de alimentação pronta;

[0015] - moldar por injeção a mistura em um molde, formando,desse modo, uma manga "verde";

[0016] - remover a manga verde do molde;

[0017] - desaglutinar o aglutinante da manga verde, formando,desse modo, uma manga "castanha"; e

[0018] - sinterizar a manga castanha até um adensamento máximo.

[0019] As cores "verde" e "castanha" são utilizadas usualmente nocampo de da moldagem por injeção de metal, mas não estão associadas a qualquer relação à cor verdadeira da peça. Há apenas indicação do estado da manga: "verde" pode ser substituída por "fresca" e "castanha" por "cozida".

[0020] Os aglutinantes são misturas de moléculas orgânicas, taiscomo cera parafínica, poliolefinas (tais como polietilenos, polipropilenos, poliestirenos, poli (cloretos de vinila), poli (glicol etilênico), polioximetileno e muitas outras) e ácidos esteáricos.

[0021] A composição dos aglutinantes determina o modo dedesaglutinação para a manga verde. Há, atualmente, três sistemas principais:

[0022] - desaglutinação térmica em que o aglutinante compreendeconstituintes que evaporam escalonadamente com o aumento da temperatura (por exemplo, carga de alimentação Advamet®); os constituintes mais termicamente resistentes apenas evaporam quando a estrutura em pó porosa remanescente se aproxima da temperatura de sinterização; a desaglutinação térmica tem a vantagem de que a desaglutinação e a sinterização podem ser conduzidas em um único forno (por exemplo, em um forno Nabertherm) com um ciclo de aquecimento e gaseificação programável;

[0023] - desaglutinação baseada em solvente na qual algunsconstituintes do aglutinante se dissolvem facilmente, enquanto que os constituintes remanescentes garantem a aglutinação até a sinterização; ainda que no passador solventes orgânicos tenham sido usados, por razões ambientais, uma mudança para constituintes solúveis em água (moléculas polares, tal como, por exemplo, polietilenoglicol) vem ocorrendo; esta é a obviamente preferida; entre os exemplos disponíveis comercialmente está a carga de alimentação PolyMIM®, que é desagregada em um forno de desaglutinação de água LoMI; e

[0024] - erosão em fase catalítica; nesse sistema dedesaglutinação, um dos constituintes é reagido por interação com um reagente; Por exemplo, o constituinte pode ser polioximetileno, enquanto o reagente é vapor de ácido nítrico em nitrogênio; o formaldeído resultante deve ser queimado; uma carga de alimentação bem conhecida é Catamold® da BASF, que pode ser desagregada em um forno CM com uma instalação de queima.

[0025] A sinterização é conduzida no mesmo forno que o dadesaglutinação (no caso de desaglutinação térmica) ou em fornos dedicados. As temperaturas usadas dependem do tipo de pó metálico suado, mas, para aços, essa é usualmente acima de 1.200°C. Gases protetores, tais como nitrogênio, hidrogênio ou argônio, são usados para impedir oxidação dos pós metálicos. A finalidade da sinterização é fundir o pó e consolidar a peça. O fato de que a manga ter sido produzida por rastreável no produto final, pelo fato de que cavidades esféricas mínimas ficam visíveis em uma seção transversal metalográfica.

[0026] O uso de moldagem por injeção de metal propicia a produçãode mangas metálicas a um baixo custo, com um grande grau de liberdade na forma. Tem-se apenas que considerar que ocorre uma retração, que acontece durante a sinterização da manga castanha no produto final. O fator de retração linear "f" (isto é, a retração em apenas uma dimensão, e não em volume) pode ser estimado da fração volumétrica de pó metálico "y" na carga de alimentação e da relação de densidade mássica do metal obtido após sinterização para seu "a" máximo teórico: F = (a/y)1/3. Isso considera que a retração é isotrópica. Em geral, "a" deve ser superior a 95%, para que tenha um adensamento suficiente.

[0027] O pó metálico usado vai determinar, em grande parte, aspropriedades mecânicas e geométricas da manga resultante. As composições de pós metálicos particularmente preferidas são com base em aço, em virtude de sua resistência mecânica e térmica. Uma composição preferida é um aço compreendendo até 0,8% em peso de carbono, menos de 0,5% em peso de silício, e uma ou mais metais do grupo compreendendo níquel, manganês, molibdênio, cromo, cobre, com o restante sendo ferro.

[0028] Os exemplos preferidos são:

[0029] - aço de ferro - níquel (menos de 0,2% em peso C; 1,9 a 8,0%em peso Ni; o restante sendo ferro);

[0030] - aços inoxidáveis tal como 316L austenítico (C < 0,03% empeso; 16 a 18% em peso Cr; 10 - 14% em peso Ni; Mn < 2%; 2 - 3% em peso Mo; Si < 1% em peso; o restante sendo ferro);

[0031] aços endurecíveis por precipitação 17-4PH (C < 0,07% empeso; 15 a 17,5% em peso Cr; 3 - 5% em peso Ni; 0,15 - 0,45% em peso Nb; Mn < 1%; Si < 1% em peso; o restante sendo ferro); e

[0032] - 304L (C < 0,08% em peso; 18 a 20% em peso Cr; 8 - 10,5%em peso Ni; o restante sendo ferro).

[0033] Como a manga metálica deve ser mecanicamente resistentepara que não sofra ruptura durante serração, um limite de resistência à ruptura (UTS) de 250 MPa é considerado pelos inventores como sendo mínimo. Especialmente, prefere-se um limite de resistência à ruptura superior a 500 MPa ou ainda superior a 1.000 MPa. Por outro lado, alguma ductilidade é esperada da manga metálica, pois ela pode sofrer um forte impacto durante uso, e é melhor que essa energia de impacto seja absorvida plasticamente. Portanto, a relação entre o limite convencional de elasticidade Rp0,2 e o UTS entre cerca de 50 e 85% é preferida.

[0034] Em particular, o metal da manga metálica deve ser capaz desuportar temperaturas superiores a 1.000°C, que ocorrem durante recobrimento a laser do filete. Por outro lado, o ponto de fusão não deve ser tão alto, para que propicia a formação de uma camada aglutinante, quando a camada abrasiva é aplicada por meio de recobrimento a laser. Portanto, é melhor se a temperatura de sinterização para a carga de alimentação de pó metálico seja aproximadamente igual à temperatura que ocorre durante recobrimento a laser. A janela para a temperatura de sinterização entre 1.200 e 1.400°C é considerada, portanto, como um bom equilíbrio entre ambos os requisitos.

[0035] As misturas de cargas de alimentação são obtidas, depreferência, na forma de pelotas pré-misturadas. O tipo de sistema de desaglutinação não é essencial à invenção. No entanto, o teor do pó metálico na carga de alimentação tem alguma importância para obter uma manga metálica adequada para uso como um portador de uma camada abrasiva. Durante sinterização, as partículas de pó metálico coalescem em grãos maiores, resultando em um modelo ladrilhado na superfície da manga metálica, cujas características dimensionais são determinadas em grande parte pelo tamanho dos grãos coalescidos. Esses grãos coalescidos resultam em uma certa rugosidade da superfície externa da manga com propriedades vantajosas para uso da manga metálica como um portador para a camada abrasiva do filete de serração. Portanto, os inventores preferem que um tamanho de partícula médio dos pós metálicos seja pelo menos 2 μm, de preferência, 5 μm ou 10 μm ou mais. Quando os pós são muito pequenos, a superfície fica muito lisa. Os tamanhos de partículas superiores a 50 μm resultam em problemas para a manutenção da tolerância geométrica global da manga metálica.

[0036] A rugosidade superficial externa da manga é tambéminfluenciada pela superfície interna do molde, no qual a manga é produzida. Essa superfície interna pode ser texturizada (por exemplo, por jateamento com areia), de modo a impor um modelo de rugosidade isotrópico na superfície da manga. Isso promove uma rugosidade superficial altamente reprodutível, que é desejável para recobrimento a laser.

[0037] Em mangas metálicas convencionais, qualquer tipo decaracterística adicional tal como a moldagem interna ou externa da manga, um rosqueamento interno ou tratamento superficial, todos originando manuseio extra, o que significa um custo extra. Para as mangas metálicas de acordo com a invenção, essas características adicionais incorporam um custo desprezível da grande série considerada.

[0038] Tipicamente, o tamanho da manga metálica é de umcomprimento de cerca de 11 mm, com um diâmetro externo de 7 mm e um diâmetro interno de 5 mm (que pesa cerca de 1,6 grama). A camada abrasiva na parte de topo dela origina um diâmetro externo de 9 a 11 mm. Esse é o tamanho da manga usada tipicamente para extração por bloco em pedreiras. As mangas de filetes para laminação de placas são de um comprimento de cerca de 11 mm, com um diâmetro interno de 3,7 mm, um diâmetro externo de 5,0 mm (7,0 a 7,5 mm com a camada abrasiva). Pesam apenas 0,77 gramas. No futuro, mangas com diâmetros internos ainda menores, tais como de 3,0 mm ou mesmo inferiores a 2,5 mm, um diâmetro externo de no máximo 4 mm, com uma espessura de parede inferior a 0,5 mm, um comprimento de 11 mm ou menos, com um peso inferior a 0,5 grama, e um diâmetro global inferior a 7,0 mm são considerados.

[0039] Os inventores verificaram que a forma da manga metálicatem uma grande influência em - entre outras - no tempo de vida útil sob fadiga do cordão de serração e na adesão dos filetes. As concretizações preferíveis de uma manga, com um comprimento axial "L", têm um furo axial com uma parte intermediária axial e aberturas chanfradas ou em degraus em qualquer extremidade. A parte intermediária axial é cilíndrica com um comprimento entre 0,25 x L a 0,75 x L. Embora seja preferido, não é necessário que na invenção a parte intermediária axial fique exatamente no meio. É suficiente que a parte intermediária axial compreenda o ponto intermediário da manga.

[0040] As aberturas chanfradas são tais que o diâmetro interno"dmin" seja mínimo nas partes intermediárias da dita manga e aberto a um diâmetro interno "dmax" nas extremidades da manga. Por exemplo, as aberturas chanfradas, em qualquer extremidade, podem ser de forma cônica. Especialmente, prefere-se que a superfície interna das aberturas chanfradas, em qualquer extremidade, seja descrita por uma revolução axial de uma curva de segundo grau. Por exemplo, uma elipse ou uma parábola.

[0041] Preferivelmente, a abertura chanfrada apresenta um raio decurvatura que segue a curva do cordão de aço, quando encurvado. O raio de curvatura do cordão é determinado pela rigidez do cordão de aço, pela força de tração aplicada e pelo ângulo de saída do cordão de serração. Com "ângulo de saída", quer-se mencionar o ângulo de desvio que o cordão de serração faz quando saindo da pedra (ou entrando nela). Para os cordões de aço usados atualmente (tendo um diâmetro de cerca de 3,0 a 5,0 mm), o raio de curvatura da abertura chanfrada deve ser entre 10 e 30 mm, de preferência, entre 10 e 20 mm.

[0042] Preferivelmente, o furo axial tem um rosqueamento helicoidalinterno, no qual as ranhuras são mais profundas na parte intermediária do furo axial e menos profundas nas aberturas chanfradas. O rosqueamento serve para aperfeiçoar a ancoragem da manga no polímero no cordão de aço. Essa ancoragem é importante para transferir as forças que agem na camada abrasiva para o cordão de aço. Uma superfície interna lisa não promove uma aderência suficiente. O rosqueamento tem um certo "ângulo de rosca", que corresponde ao ângulo entre o rosqueamento e o eixo da manga, quando projetada em um plano axial.

[0043] Quanto menor for o ângulo de rosca, melhor a manga vairesistir ao torque exercido pelo cordão no filete, durante serragem. No entanto, um ângulo de rosca muito baixo resulta em uma perda de ancoragem axial, com um risco que a manga seja puxada do polímero no cordão. Por outro lado, o ângulo de rosca não deve ficar próximo de um ângulo reto, porque então - embora a ancoragem axial seja ótima - o filete vai começar a girar em torno do cordão, resultando em filetes soltos. Os filetes soltos devem ser evitados pois promovem um desgaste assimétrico do filete.

[0044] Uma concretização particularmente preferida da mangametálica é quando o ângulo entre o rosqueamento interno da manga e os filamentos do cordão é próximo de perpendicular. Na medida em que as forças, agindo no cordão de aço, são transferidas pelos filamentos, a força de retenção máxima é quando as nervuras, formas no rosqueamento pelo polímero, são aproximadamente perpendiculares aos filamentos. Prefere-se, portanto, que a direção de disposição dos filamentos no cordão seja oposta à direção de rosqueamento da manga metálica. Por exemplo, se o cordão forma para a direita ("disposição em z"), o rosqueamento deve ser para a esquerda ("hélice em S").

[0045] Além do mais, como o ângulo de fixação por cabo forgeralmente abaixo de 25°, tipicamente em torno de 15°, mas pode ser também inferior a isso, o ângulo de rosqueamento deve ser o complemento desse ângulo. Por conseguinte, o ângulo de rosqueamento deve ser inferior a 86° ou, particularmente, inferior 75°, mas superior a 15° ou superior a 25°.

[0046] Preferivelmente, o rosqueamento tem ranhuras com platôsno meio delas, em que os platôs são mais largos do que as ranhuras. Isso é para impedir que a manga fique estruturalmente muito fraca devido à falta de material.

[0047] A vantagem inventiva das mangas metálicas, feitas pormoldagem por injeção de metal, é que a superfície externa da manga em uma rugosidade superficial específica, que é, de preferência, isotrópica. A presença de uma rugosidade superficial isotrópica é útil para manufatura posterior do filete. Em filetes de serração ligados classicamente - isto é, em que um anel abrasivo é soldado na manga - a rugosidade superficial ajuda a aumentar a resistência mecânica aglutinante entre o anel abrasivo e a manga. Quando a camada abrasiva é aplicada por meio de recobrimento a laser, a reflexão especular da luz de laser é reduzida e a superfície absorve melhor a luz, promovendo um aquecimento mais rápido da superfície e a formação mais rápida de um depósito de material fundido. Também, uma camada de ligação entre o material recoberto a laser e a manga metálica se forma mais rapidamente.

[0048] Primeiramente, a superfície externa da manga metálica deveter um grau de rugosidade mensurável. Se a rugosidade for muito baixa, não vai haver quaisquer vantagens no uso da manga em termos de força aglutinante ou capacidade de recobrir com um laser. Em segundo lugar, a rugosidade deve ser isotrópica. Uma superfície é dita como tendo uma rugosidade superficial isotrópica, quando apresenta características idênticas de rugosidade independentemente da direção de medida.

[0049] O requisito de que a superfície da manga mostra umarugosidade, que é isotrópica, pode já ser determinado com um simples microscópio óptico. Uma superfície brilhante não vai oferecer uma boa ligação de solda, ou refletir a luz de laser suficiente para que seja útil para esse fim. As mangas metálicas convencionais apresentam ranhuras circulares na superfície externa, devido ao ferramental em um torno mecânico, na medida em que a superfície é girada, esmerilhada ou escovada. Por conseguinte, apresentam uma rugosidade superficial anisotrópica.

[0050] Embora o requisito de ter uma "rugosidade superficialisotrópica" possa ser facilmente verificado sob um microscópio, há também a possibilidade de quantificar isso, de acordo com o padrão ISO 25178-2:2012(E), em uma medida de rugosidade superficial 3D.

[0051] A "altura média aritmética sa" é a medida para rugosidade nadireção perpendicular à superfície de referência (chamada direção Z) e é definida (4.1.7 do padrão ISO 25178-2):

pela área de definição: A. Z(x, y), que é o valor da ordenada medido na posição (x, y) relativa à superfície de referência, que é, nesse caso, uma superfície cilíndrica, que é ajustada pelos mínimos quadrados nos pontos medidos. Outras medidas de rugosidade são possíveis - tal como a "altura da raiz quadrada média" - mas não são consideradas no presente relatório descritivo.

[0052] Os inventores verificaram que a "altura média aritmética sa"deve ser pelo menos 0,8 μm.

[0053] Uma medida para quantificar o grau de anisotropia narugosidade superficial é a "razão de aspecto de textura str". Determina- se por meio da "função de autocorrelação fACF" (3.2.8 do padrão ISO 25178) que pela área de definição, "A" pode ser definido como>:

[0054] A função apresenta um pico em (0, 0) quando é "1". Quando da feitura da seção transversal

, s sendo estabelecido como 0,2, a zona central em torno da origem vai apresentar uma direçãode decaimento mais rápido, em que a distância

é mínima eigual a Rmin, e uma direção de decaimento mais leno em que a distância é máxima e igual a Rmax. A "razão de aspecto de textura Str" é então definida como (4.2.2 do padrão ISO 25178) Rmin / Rmax. Uma superfície isotrópica vai ter um Str próximo de um. Preferivelmente, o Str é maior do que 0,8 ou 80% para a manga metálica, de acordo com a invenção.

[0055] De acordo com um segundo aspecto da invenção, umprocesso para produção de uma manga metálica, para uso como um portador de uma camada abrasiva de um filete de serração, é reivindicado, como definido pelas etapas na reivindicação de processo principal. Outras características específicas e inventivas são incorporadas ao processo nas reivindicações dependentes do processo.

[0056] A manga metálica tem a geometria descrita e tem pelomenos um furo axial, com uma parte intermediária axial e aberturas chanfradas em qualquer extremidade. Basicamente, o processo é moldagem por injeção de metal, que compreende etapas conhecidas de moldagem por injeção de uma mistura de pó metálico e aglutinante na cavidade de um molde, formando, desse modo, uma "manga verde".

[0057] A cavidade de molde é projetada especificamente paraproduzir mangas metálicas para uso como um portador de uma camada abrasiva de um filete de serração. A cavidade do molde é formada por uma crosta externa, tendo uma superfície interna delimitada por uma superfície de revolução. Essa pode ser, por exemplo, a superfície cilíndrica obtida por rotação de uma linha paralela ao eixo da manga em torno desta. Alternativamente, se essa linha for oblíqua ao eixo, mas não cruzá-lo, a superfície formada vai ser uma hiperboloide de uma folha. O vale circular na parte intermediária pode servir para receber a camada abrasiva durante recobrimento a laser.

[0058] Na medida em que os aros da manga ficam finos, devido àsaberturas chanfradas em qualquer extremidade, os aros podem ser dotados com um material externo extra, para resistir ao impacto durante uso. Ainda que esses aros impossibilitem o deslizamento de um anel abrasivo (como na rota de metalurgia do pó existente) pela manga, esse não é um problema para um filete recoberto a laser. Vantajosamente, essa extremidade de aro saliente pode ajudar como um indicador para o desgaste do filete.

[0059] Alternativamente, protuberâncias circunferenciais podem serproporcionadas em qualquer extremidade da cavidade, que vá formar recessos na extremidade da manga metálica acabada. Esses recessos podem receber material polimérico e proporcionar ancoragem extra. Vantajosamente, esses recessos são obtidos sem qualquer custo extra.

[0060] Em uma concretização particularmente preferida, asuperfície interna do casco externo podem ser texturizadas, para conferir uma rugosidade à superfície externa da manga metálica. Esse é um modo alternativo para obter rugosidade suficiente.

[0061] Nas últimas três concretizações, o casco externo deve serfeito de duas metades, que podem ser separadas por um plano compreendendo o eixo da cavidade do molde, para remover a manga verde do molde.

[0062] Um primeiro e um segundo pinos podem ser introduzidos eextraídos de qualquer lado do casco externo. Quando introduzidos, os primeiro e segundo pinos se associam entre si na parte intermediária da cavidade do mole, e fecham, ao mesmo tempo, a cavidade do molde. Os primeiro e segundo pinos definem a superfície interna da manga metálica. Os primeiro e segundo pinos são afilados no sentido dos seus pontos de associação. Podem ser extraídos axialmente com ou sem um pequeno movimento de rotação. Em uma etapa adicional opcional, a manga verde assim formada é rosqueada internamente, antes de transformar-se em uma manga castanha. Como a manga verde é ainda muito macia, isso pode ser feito facilmente.

[0063] Em uma concretização alternativa preferida, os primeiro esegundo pinos apresentam uma rosca saliente. A direção da rosca é igual para ambos o primeiro e o segundo pinos. De preferência, a hélice formada pela parte de topo da rosca tem um raio constante. O passo da rosca é tal que o ângulo da hélice da rosca com o seu eixo é inferior a 86°. Durante abertura do molde, os pinos são retraídos rotativamente da manga verde, de modo que o furo axial não seja danificado. Quando a retração rotativa é feita, enquanto a manga está ainda quente, após injeção, o aglutinante macio ajuda a desatarraxar os pinos, pois age como um lubrificante.

[0064] De preferência, o molde tem de 4 a 12 cavidades individuais.Isso deve ser suficiente para a produção de séries de mais de um milhão de peças economicamente. Entradas para injeção de carga de alimentação quente na cavidade do molde podem ser proporcionadas na superfície externa do casco externo. Alternativamente, as entradas podem ser situadas na base dos pinos primários ou secundários. Isso pode ser um pouco melhor, pois evita defeito na superfície externa da manga. Ventilação pode ser promovida por meio de recessos de ventilação no aro de fechamento, entre o primeiro ou segundo pino e o casco externo.

[0065] Vantajosamente, nenhum maquinário extra é necessáriopara fazer o rosqueamento interno da manga, em comparação com as mangas da técnica anterior. Vai ser o suficiente se um dos pinos for removido por retração rotativa. O ciclo de liberação pode ser, por exemplo, similar a:

[0066] A: o primeiro pino é removido por retração rotativa da mangaverde;

[0067] B: as duas metades do molde externo abertas; e

[0068] C: o segundo pino é desatarraxado da manga.

[0069] Alternativamente, a ordem A, depois C, depois B pode sertambém seguida. A manga verde é livre do seu aglutinante, de acordo com um dos processos conhecidos descritos no parágrafo [0015], resultando em uma "manga castanha". Finalmente, esta é sinterizada no produto final.

[0070] A manga resultante é muito bem adequada para produzir umfilete de serração por meio de recobrimento a laser. Neste processo de produção, uma camada abrasiva é depositada na manga metálica por fusão de uma matriz de pó metálico (alimentado por meio de um fluxo de gás ou por meio de alimentação de fio) na manga metálica por meio de um laser de alta energia. Concorrentemente, os materiais abrasivos são alimentados no depósito de metal em fusão. Esse processo de produção é descrito amplamente no pedido de patente internacional WO 2012/119946, parágrafos [26] a [48], incorporada por referência no presente relatório descritivo. Embora diferentes estruturas metalográficas na camada abrasiva possam ser obtidas por recobrimento a laser - tais como celulares, estratificadas ou dendríticas - os inventores notaram ser a estrutura dendrítica a mais adequada. A manga metálica de acordo com a invenção é particularmente adequada para recobrimento a laser, porque a rugosidade isotrópica da manga impede reflexão especular do feixe de laser, desse modo, aperfeiçoando o acoplamento de energia da luz de laser no material da manga. As mangas da técnica anterior são muito brilhantes e/ou têm uma rugosidade anisotrópica na direção circular, que não elimina suficientemente a reflexão especular.

[0071] Os inventores verificaram que para propiciar o ingressosuficiente de polímero no filete de serração, quando da selagem do cordão de serração com polímero, deve haver um vão suficiente entre o cordão e o furo axial da manga. O diâmetro interno mínimo da manga metálica deve ser entre 2 e 8%, particularmente, entre 3 e 6% maior do que o diâmetro do cordão de aço. Observou-se que um vão abaixo de 2% resulta em um comportamento de fadiga inferior para o cordão de aço. Por outro lado, quando o vão é superior a 8%, o diâmetro global da manga fica muito grande, provocando um maior diâmetro do filete de serração.

[0072] A presença de um rosqueamento interno ajudaadicionalmente o ingresso de polímero durante a injeção dele. De preferência, o molde de injeção, como descrito no pedido de patente internacional WO 2013/102A42 A1 pelo presente requerente, é usado para esse fim. O molde garante moldagem central do cordão de aço e uma boa penetração do polímero sob as mangas.

[0073] Adicionalmente, quando o rosqueamento interno éaproximadamente perpendicular aos filamentos do cordão de aço, a transferência de força do filamento à manga metálica vai ser ótima, durante serração. Por conseguinte, prefere-se, portanto, que a direção da rosca interna da manga seja oposta à direção de disposição do cordão de aço.

[0074] Em um quinto aspecto da invenção, o uso do processo demoldagem por injeção de metal, para produzir uma manga para uso como um portador de uma camada abrasiva para um filete de serração, de acordo com a descrição acima, é reivindicado.BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS NOS DESENHOS

[0075] A Figura 1 descreve a geometria da manga metálica.

[0076] A Figura 2 representa medidas de rugosidade superficial dediferentes tipos de mangas.

[0077] As Figuras 3a e 3b são um primeiro processo preferido paraa produção de manga metálica, de acordo com a invenção.

[0078] As Figuras 4a e 4b são um segundo processo preferido paraa produção de manga metálica, de acordo com a invenção.

[0079] As Figuras 5a e 5b mostram a superfície de uma mangametálica convencional e uma manga metálica inventiva.

MODO(S) PARA CONDUZIR A INVENÇÃO

[0080] A Figura 1 mostra uma seção transversal da mangainventiva. A manga tem um comprimento global "L" e um diâmetro externo "D". Tem um furo axial com uma parte intermediária axial com um diâmetro mínimo "dmin" e um comprimento "l". As aberturas em qualquer extremidade são chanfradas e apresentam um raio de curvatura de "R". A parte intermediária é um cilindro coaxial com o eixo da manga. Nesse caso, a chanfradura é em forma de trompa com um raio de curvatura constante. Quando um rosqueamento está presente, tem um certo ângulo de passo denotado por "a".

[0081] Cinco mangas de teste (identificadas com S3.6/"l" foramproduzidas nas seguintes dimensões:

[0082] "L" = 11 mm

[0083] "D" = 4,98 mm

[0084] "dmin" = 3,6 mm

[0085] "l"= 0(S3,6/0), 3 (S3,6/3), 5 (S3,6/5), 7 (S3,6/7) e 11 mmS3,6/11)(i.e, l = 0xL, 0,272 xL, 0,454xL, 0,636xL e 1xL)

[0086] "R" é para os respectivos projetos 36,22 mm (S3,6/0), 19,26mm (S3,6/3), 10,92 mm (S3,6/5), 4,97 mm (S3,6/7) e 0 mm (S3,6/11)

[0087] Nenhum rosqueamento foi proporcionado para testar ainfluência dos parâmetros de forma. Em qualquer caso, a espessura do aro de manga, em ambas as extremidades, foi mantida constante em 0,27 mm, para que não se tenha as consequências de resistência mecânica na extremidade.

[0088] Assim sendo, uma manga com "l = 0" não vai apresentar umaparte cilíndrica interna, mas apenas uma curvatura constante de raio 36,22 mm. No outro extremo "l = 1 x L", a parte cilíndrica se estende de uma extremidade para a outra extremidade e na ausência de chanfradura. No projeto intermediário com "l = 3 mm", a chanfradura apresenta um raio de curvatura constante de 19,26 mm.

[0089] As mangas foram submetidas a um aparelho de teste defadiga 600, como descrito esquematicamente na Figura 6. Um cordão de aço 604 do tipo 7 x 7, com um diâmetro de 3,5 mm, é mantido esticado entre os mandris de perfuração rotativos 602, 602'. A força de tração "F" no cordão é mantida constante a 2.000 N (que é aproximadamente a tração normal de um cordão de serração). Os eixos dos mandris de perfuração 602, 602' são montados a um pequeno ângulo 610 de 12°. Na parte intermediária dos mandris de perfuração, uma manga sob teste 606 é montada em um retentor de manga rotativo 608. O cordão sai por qualquer extremidade do retentor de manga a 6° relativo ao eixo de rotação do retentor de manga 608. O cordão com manga é embutido em poliuretano antes do teste. O cordão é feito para girar a 400 rpm. O número de revoluções até ruptura do cordão é registrado por pelo menos cinco repetições. Depois, outra manga sob teste é montada. Foram obtidos resultados, que são apresentados a seguir (Tabela I):

Tabela I

[0090] Melhores resultados são obtidos com uma manga tendo umcomprimento de parte intermediária axial cilíndrica "l" entre 0,25 x L a 0,75 x L, e um raio de curvatura entre 10 e 20 mm. Resulta na seleção do projeto de manga S3.6/5.

[0091] Mangas com a geometria mencionada acima podem serproduzidas por moldagem por injeção de metal, como descrito nas Figuras 3a e 3b. Nesse caso, um molde cilíndrico 310 é feito de duas metades de molde 312, 312', que são passíveis de união em um plano compreendendo o eixo da manga. Quando unidas, as duas metades de molde 312, 312' formam uma crosta externa, na qual a superfície interna apresenta uma superfície de revolução com o eixo da manga, como o eixo de revolução. Os primeiro e segundo pinos metálicos 314 e 314' são inseríveis de qualquer extremidade da crosta externa. Os pinos têm extremidades de junção, que são unidas quando inseridas na crosta externa. A superfície interna da crosta externa é dotada com um aro 330, para enchimento com poliuretano quando o cordão de serração é produzido para proporcionar um selo melhor entre o poliuretano e a manga.

[0092] A carga de alimentação 320 é injetada a uma alta pressãopor um parafuso de injeção por êmbolo usual por um furo de descarga 316, enquanto que o furo de ventilação 316' propicia o escapamento de ar e de carga de alimentação desnecessária. A cavidade interna do molde é enchida em um período de milissegundos. Depois, o molde é aberto e uma manga verde é obtida. Como nessa concretização os primeiro e segundo pinos 314, 314' são afilados no sentido da parte intermediária e são lisos, eles podem ser retraídos axialmente do molde. Após abertura das duas metades de molde 312, 312', uma "manga verde" 322 é obtida. Essa manga verde pode ser facilmente rosqueada internamente, pois é ainda muito macia e facilmente deformável.

[0093] Um projeto alternativo do molde 410 é mostrado na Figura4a. De novo, uma cavidade de molde é formada por uma crosta externa feita de duas metades de molde 412, 412'. Os primeiro e segundo pinos 414, 414' mostram ambos um parafuso saliente 424, nesse caso, em uma direção "S". De novo, os furos de descarga 416 e de ventilação 416' são proporcionados. A injeção na direção axial da carga de alimentação é preferida, pois isso não gera qualquer mancha na superfície externa da manga. A manga verde 422 é então liberada por desatarraxamento dos primeiro e segundo pinos 414, 414' da crosta externa, antes da abertura das duas metades de molde 412, 412'. Nesse caso, é importante que o desatarraxamento seja feito enquanto a manga verde está ainda quente, para impedir aderência dos pinos na manga verde e impedir degradação do rosqueamento.

[0094] Uma característica inventiva adicional é que as metades demolde 412, 412' são também dotadas com um recesso circular 413, 413' em qualquer extremidade da cavidade do molde. Após injeção, isso resulta em material extra 426, 426' estando presente no aro, em qualquer extremidade da manga. Esse material extra 426, 426' reforça a manga e a torna mais resistente a impacto quando da entrada na peça em trabalho. Os recessos 413, 413' têm nesse caso, uma seção transversal semicircular, mas podem ter, naturalmente qualquer seção transversal, tal como retangular ou triangular.

[0095] Embora esse processo seja um pouco mais complicado,permite um rosqueamento interno da manga. Diferentemente da rosca de aperto métrica padronizada (consultar o padrão ISO 68-1), esse rosqueamento apresenta platôs na parte intermediária da rosca. Isso é para manter a manga suficientemente forte, enquanto tendo ainda um ingresso suficiente de material. Nesse caso, um rosqueamento interno, que faz um ângulo de 85° com o eixo da manga, foi selecionado. Os seguintes materiais de carga de alimentação foram testados:

[0096] carga de alimentação disponível da PolyMIM®

[0097] - composição de liga nominal MIM 2200 FN02::Ni (1,5 a 2,5% em peso), Mo (0,5 % em peso máx.), Si (1,0 % em peso máx.), C (0,1 % em peso máx.), Fe (o restante),;

[0098] - composição de liga nominal MIM 2200 FN08: Ni (6,5 a 8,5 % em peso), Mo (0,5 % em peso máx.), Si (1,0 % em peso máx.), C (0,4 - 0,6 % em peso), Fe (o restante),

[0099] - composição de liga nominal MIM 17-4 PH;:Cr (15 -17,5 % em peso), Ni (3,0 - 5,0 % em peso), Mn (1,0% máx.), Si (1,0 % em peso máx.), Cu (3,0 a 5,0 % em peso), C (0,07% máx.), Fe (o restante).

[00100] O sistema PolyMIM permite que a desaglutinação baseada em água da manga verde (água desmineralizada a 40 - 60°C por cerca de 5 horas, mais 2 horas de secagem). No sistema PolyMIM, o molde é mantido a 40 - 60°C, a temperatura da carga de alimentação no bocal a 190°C, enquanto que a pressão de injeção entre 750 - 900 é necessária. A taxa de alimentação é entre 3 e 25 cm3/s.

[00101] carga de alimentação de acordo com o sistema Catamold® da BASF (consultar, por exemplo, a patente U.S. 5.802.437):

[00102] - composição de liga nominal aço inoxidável 316L:

[00103] Cr (16 - 18% em volume); Ni (10 - 14% em peso), Mo (2 - 3% em peso), Mn (2% máx., Si (1,0% máx.), C (0,03% mín.), Fe (o restante).

[00104] O sistema Catamold® é baseado em desaglutinação catalítica a 110°C em um meio de HNO3 (queima posterior necessária).

[00105] Os ciclos de sinterização são recomendados pelo fornecedor da carga de alimentação. Tipicamente, incluem uma etapa de retenção por cerca de 1 a 2 horas a 600°C e uma etapa de retenção de 2 a 3 horas na temperatura final (1.290 a 1.380°C dependendo da liga). As mangas sinterizadas apresentaram uma boa densidade acima de 95% da densidade teórica possível. Em uma seção transversal metalográfica, os poros de dimensão de microns (de 1 a 5 μm) se mantêm visíveis. Isso prova que as mangas foram feitas por moldagem por injeção de metal.

[00106] Uma medida de rugosidade 3D com um microscópio a laser de medida 3D OLS4000 da Olympus® foi feita em mangas convencionais e em mangas produzidas por injeção de metal. A "altura aritmética superficial" do parâmetro Sa foi medida. Os resultados estão resumidos na Figura 2. As amostras C1, C2 e C3 foram feitas de modo convencional. As amostras I1 e I2 foram feitas por moldagem por injeção de metal. A amostra I1 era um amostra de aço 316L produzida pela rota Catamold®, enquanto que a amostra I2 foi produzida de MIM 17-4PH, obtido pela rota PolyMIM. Há uma diferença acentuada em rugosidade entre ambas as amostras: as amostras do tipo MIM mostram claramente uma maior rugosidade do que as amostras convencionais.

[00107] As imagens de microscópio eletrônico de varredura (Figuras 5a e 5b) mostram claramente uma diferente topografia entre o processo convencional (Figura 5a) e o processo inventivo (Figura 5b) para a produção de mangas. As mangas convencionais apresentam traços de usinagem na direção perpendicular ao eixo da manga, resultando em uma anisotropia clara. A amostra inventiva (Figura 5b) apresenta uma estrutura superficial pavimentada, isotrópica. Notar que as imagens foram apresentadas com um contraste acentuado para antecipar as diferenças

[00108] O teste de recobrimento a laser preliminar mostrou que as mangas inventivas precisam de 10 a 20% menos de energia de laser para iniciar o recobrimento, em comparação com o convencional. Os inventores atribuem essa redução à maior rugosidade superficial, o que promove uma reflexão especular menor do feixe de laser e, desse modo, um melhor acoplamento da energia de laser.

[00109] As mangas do tipo S36/5 feitas de FN02 foram usadas com sucesso para produzir filetes de serração por meio de recobrimento a laser. As mangas foram usadas em um cordão do tipo 7x7 de diâmetro 3,5. Os filamentos externos nesse cordão foram dispostos na direção "Z" oposta ao rosqueamento "S" dentro da manga.

Claims

1. Processo para produzir uma manga metálica, para uso como um portador de uma camada abrasiva de um filete de serração, a dita manga tendo um furo axial com uma parte intermediária axial e aberturas chanfradas em qualquer extremidade, o dito processo sendo uma moldagem por injeção de metal de uma mistura de pó metálico e aglutinante em um molde (310, 340), tendo uma cavidade de molde, formando, desse modo, uma manga verde, que é subsequentemente libertada do seu aglutinante e sinterizada à forma final,caracterizado pelo fato de quea dita cavidade de molde é formada por uma crosta externa (312, 312’, 412, 412’), tendo uma superfície interna delimitada por uma superfície de revolução e um primeiro (314, 414) e um segundo (314’, 414’) pinos que podem ser introduzidos e retraídos das extremidades opostas da dita crosta externa, desse modo, fechando ou abrindo a dita cavidade de molde, os ditos primeiro e segundo pinos unindo-se entre si na parte intermediária da dita cavidade de molde, em que os ditos pinos (314, 414, 314’, 414’) são afilados no sentido do ponto de união deles.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os ditos primeiro (414) e segundo (414’) pinos têm uma rosca saliente (424), o dito primeiro e/ou o segundo pino é(são) retraído(s) da dita manga verde (422).

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a dita crosta externa é feita de duas metades de molde (312, 312’, 412, 412') separadas por um plano compreendendo o eixo da dita cavidade do molde.

4. Processo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a dita superfície interna da dita crosta externa é texturizada.

5. Processo, de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que as ditas metades de molde (414, 414') são dotadas com recessos circulares (413, 413') em qualquerextremidade da dita cavidade do molde.

6. Processo, de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que as ditas metades de molde (314, 314') são dotadas com protuberâncias circunferenciais (330) em qualquer extremidade da dita cavidade do molde.

7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 6, caracterizado pelo fato de que o passo da dita rosca saliente é tal que o ângulo (α) da hélice da rosca com o seu eixo da dita cavidade do molde é inferior a 86°.

8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o dito pó metálico tem um tamanho de partícula médio, em que o dito tamanho de partícula médio é entre 2 μm e 50 μm.

9. Manga metálica obtida pelo processo como definido na reivindicação 8, para uso como um portador de uma camada abrasiva de um filete de serração, a dita manga tendo um furo axial com uma parte intermediária axial e aberturas chanfradas em qualquer extremidade,caracterizada pelo fato de quea superfície externa da dita manga tem uma rugosidade superficial isotrópica com uma altura média aritmética Sa de pelo menos 0,8 μm.

10. Manga metálica, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que o dito furo axial tem um rosqueamento interno, que é mais profundo na parte intermediária do furo axial e é menos profunda nas aberturas chanfradas e em que o dito rosqueamento interno faz um ângulo inferior a 86° com o eixo do dito furo.

11. Manga metálica, de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracterizada pelo fato de que a dita manga é feita de um aço, que compreende carbono em um teor inferior a 0,8% em peso, um teor de silício que é inferior a 0,5% em peso, e um ou mais metais do grupo de níquel, manganês, silício, molibdênio, cromo e cobre, o restante sendo ferro.

12. Manga metálica, de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que o dito aço é aço ferro - níquel.

13. Filete de serração, que compreende uma camada abrasiva em uma manga, como definida em qualquer uma das reivindicações de 9 a 12, caracterizado pelo fato de que a dita camada abrasiva apresenta uma microestrutura metalográfica dendrítica obtida por recobrimento a laser.

14. Cordão de serração, caracterizado pelo fato de que compreende um cordão de aço de diâmetro "dc", vários filetes de serração, como definidos na reivindicação 13, rosqueados nele, os ditos filetes de serração tendo uma manga com um diâmetro mínimo entre 1,02 x dc e 1,08 x dc, e em que o dito rosqueamento interno da dita manga tem uma direção de rosca, que é oposta à direção de disposição do dito cordão de aço.