BRPI0817931B1 - aparelho para remoção de aparas e método para fabricação do mesmo - Google Patents

Abstract

produto e método para sua fabricação em um processamento de material a presente invenção refere-se a um aparelho para aplicações de remoção de aparas, compreendendo um material de amortecimento de vibração, sendo que o material de amortecimento de vibração é um material arranjado em forma de grupamento nanodimensional. a presente invenção adicionalmente refere-se a um método de fabricação do dito aparelho. a presente invenção refere-se ainda a um aparelho obtenível pelo referido método. além disso, a presente invenção refere-se a um artigo ou peça de trabalho para uso em um aparelho para aplicações de remoção de aparas. ainda, um programa de computador é provido para controlar o método acima referido.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para APARELHO PARA REMOÇÃO DE APARAS E MÉTODO PARA FABRICAÇÃO DO MESMO.

[0001] A presente invenção refere-se a um porta-ferramenta e a um método para a fabricação do mesmo por meio do qual uma camada de amortecimento de vibração de um material cerâmico está presente no dito porta-ferramenta.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [0002] Os porta-ferramentas em máquinas de produção têm a tendência de vibrar e dar origem a ruído quando em uso. Essa vibração perturba o processo de trabalho por ter um efeito negativo sobre a exatidão do resultado. As vibrações também dão origem a um ruído perturbador problemático que piora o ambiente ao redor da máquina de produção.

[0003] Uma máquina de produção perfeita não dá origem a qualquer vibração, e toda a energia é passada para o processo que deve ser realizado. Na prática, as vibrações sempre surgem quando as várias peças da máquina trabalham umas contra as outras. À medida que a máquina se torna cada vez mais desgastada, mudanças em suas propriedades dinâmicas acontecem. Isso significa que novos tipos de vibração podem surgir durante diferentes períodos da vida útil da máquina. As vibrações podem levar a um acabamento de superfície inadequado da peça de trabalho e menor precisão da peça de trabalho, além de desgaste na máquina e ferramentas, por exemplo, nas ferramentas de corte, e, no pior dos casos, danos irreparáveis como consequência.

[0004] Durante o processamento de materiais, como metal, plástico, madeira ou materiais compósitos, também surgem problemas que são causados pelo alto nível de ruído provocado por vibrações do processamento e pelo barulho da máquina. É importante ser capaz de

Petição 870190053941, de 12/06/2019, pág. 3/68

2/34 remover os componentes principais do ruído de vibração dentro do intervalo de frequência que são desconfortáveis ao ouvido humano. É desejável que o nível seja reduzido a um nível abaixo de 80 dB.

[0005] Um outro problema é a taxa de deposição relativamente lenta disponível nos métodos previamente conhecidos para a deposição de material de amortecimento de vibração. Outro problema com os métodos já conhecidos para a deposição de material de amortecimento de vibração é que a deposição precisa ser realizada a uma temperatura relativamente elevada, o que pode ser prejudicial para as características do artigo ou da peça de trabalho a ser depositada. Assim, os ditos métodos para deposição podem, por exemplo, danificar a estrutura interna e/ou externa do artigo ou peça de trabalho a ser depositado ou danificar o recozimento do referido artigo ou peça de trabalho.

[0006] Um problema com insertos de corte para uso em um portainserto é o seu tempo de vida curto devido, por exemplo, a choques e vibrações. Ao aplicar uma camada de amortecimento de vibração entre um inserto e um porta-inserto, será possível diminuir ou eliminar os choques e desta forma aumentar o tempo de vida dos insertos.

[0007] Portanto, seria desejável se ter porta-ferramentas amortecidos à vibração, por meio dos quais o desgaste e/ou vibração é reduzido. Além disso, seria desejável se ter porta-ferramentas amortecidos à vibração que mantivessem alta precisão e por meio dos quais a fadiga do material pudesse ser evitada. Assim, seria desejável se ter um porta-ferramenta amortecido à vibração que elimine ou minimize os inconvenientes acima mencionados.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [0008] A presente invenção resolve um ou mais problemas acima, oferecendo, de acordo com um primeiro aspecto, um aparelho para aplicações de remoção de aparas compreendendo um material antivibração, sendo que o material de amortecimento de vibração é um maPetição 870190053941, de 12/06/2019, pág. 4/68

3/34 terial disposto em uma forma de agrupamento nanodimensional.

[0009] A presente invenção provê ainda, de acordo com um segundo aspecto, um método para a fabricação de um aparelho para aplicações de remoção de aparas de acordo com o primeiro aspecto, compreendendo as seguintes etapas:

a) criação de um aparelho, e

b) precipitação no dito aparelho de um material em forma de agrupamento nanodimensional, que, de preferência, é cerâmico, dando assim um efeito de amortecimento de vibração no referido aparelho.

[00010] De acordo com um terceiro aspecto da presente invenção é provido um aparelho obtenível por um método de acordo com o segundo aspecto.

[00011] De acordo com um quarto aspecto da presente invenção, é provido o uso de uma peça de trabalho ou de um artigo obtenível a partir de um método para a deposição de um material de nitreto de carbono sobre uma peça de trabalho ou artigo em um reator compreendendo um cátodo magnetron (sendo que o dito material de nitreto de carbono de preferência quando aplicado consiste em agrupamentos/agregados nano e/ou subnano dimensionais), o dito método compreendendo:

(a) uma provisão de modo que o cátodo tenha um campo magnético (de preferência um campo magnético do tipo magnetron) no reator;

(b) a colocação de uma peça de trabalho ou um artigo no reator;

(c) a introdução de um ou mais gases de processo contendo carbono e gás reativo no reator;

(d) a energização do gás de processo e do gás reativo de modo a formar um plasma para decompor o gás de processo em radi

Petição 870190053941, de 12/06/2019, pág. 5/68

4/34 cais e ainda depositar material de carbono na peça de trabalho ou artigo substrato e ionizar o gás reativo a fim de aumentar a taxa de quimissorção de nitrogênio ao carbono, e (e) a exaustão dos gases após a decomposição e quimissorção da câmara, em um aparelho para aplicações de remoção de aparas, de preferência em ferramentas de corte, mais preferido em ferramentas que giram, perfuram, brocam, alargam, roscam, fresam, aplainam, rebarbam, deslocam e/ou mandrilam. O campo magnético pode ser de uma topologia diferente. De preferência, o mesmo pode ser um campo magnético do tipo magnetron. No método acima de acordo com o quarto aspecto da invenção, uma das pedras angulares é um processo CVD que permite a quebra dos gases contendo carbono, como o metano, o acetileno, o óxido de carbono, o dióxido de carbono, em radicais e, portanto, permite a deposição de radicais contendo carbono sobre a peça de trabalho ou artigo. A outra pedra angular é a ferragem PVD que é utilizada no referido método.

[00012] De acordo com um quinto aspecto da presente invenção, é provido um programa de computador armazenado em uma portadora de dados para a realização do método de acordo com o terceiro aspecto.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [00013] Pretende-se por toda a presente descrição que a expressão aparelho para aplicações de remoção de aparas abrange qualquer ferramenta de remoção de aparas, fixa ou rotativa, como as ferramentas para tornear, fresar, furar, rebarbar, mandrilar ou deslocar, etc., ou de arestas cortantes ou insertos de corte para uso nas ditas ferramentas, e dispositivos de fixação para as ditas ferramentas de remoção de aparas, como pinças, porta-ferramentas, dispositivos de montagem, etc. para montagem em uma ferramenta de máquina.

[00014] Há duas abordagens principais no desenho de amorteci

Petição 870190053941, de 12/06/2019, pág. 6/68

5/34 mento: o amortecimento passivo e o ativo. Os métodos passivos de amortecimento utilizam materiais de amortecimento de alta capacidade no projeto de máquinas e/ou aplicação das camadas de amortecimento entre peças de máquina. Estes métodos são simples e confiáveis. O amortecimento ativo emprega sensores e atuadores, e pode ser usado para excitações de baixa frequência. A presente invenção refere-se à abordagem passiva.

[00015] O amortecimento de vibração pode ser alcançado através da aplicação de um material de amortecimento à máquina em questão. A capacidade de amortecimento dos materiais refere-se à capacidade de converter energia de vibração mecânica em energia térmica pelo atrito interno entre limites de domínios ou fases. Este mecanismo é característico para ligas de metal. Outro mecanismo de transformação da energia de vibração em calor é realizado no material viscoelástico. Estes são plásticos ou elastômeros poliméricos viscoelásticos. Esses materiais são conhecidos como viscoelásticos, porque eles têm as propriedades de ambos os materiais viscosos (de dissipação de energia) e elásticos (de armazenamento de energia).

[00016] As ligas metálicas de alto amortecimento, apesar de terem melhores propriedades de amortecimento que os metais comuns, não proporcionam o mesmo nível de amortecimento que os materiais viscoelásticos. Vide a Patente US5573344 e o Pedido de Patente US2005084355. No entanto, os materiais viscoelásticos são, em geral, apenas eficazes para uma pequena faixa de temperatura e têm propriedades tribológicas fracas.

[00017] A propriedade de baixo amortecimento das ligas com relação aos elastômeros em particular é causada pelas grandes dimensões dos domínios de arranjo material que limitam fortemente a superfície de atrito do limite entre os domínios. O tamanho característico do domínio é de cerca 1 a 20 micrômetros. Vide: Y. Liu, G. Yang, Y. Lu, L.

Petição 870190053941, de 12/06/2019, pág. 7/68

6/34

Yang, Damping behaviour and tribological properties of asspraydeposited high silicon alloy ZA27, Journal of Materials Processing Technology, 87 (1999) 53-58 e K.K. Jee , W.Y. Jang, S.H. Baik, M.C. Shin, Damping mechanism and application of Fe-Mn based alloys, Materials Science and Engineering A273-275 (1999) 538-542. Mais geralmente, pode-se falar sobre o tamanho típico de domínio das ligas metálicas tão grande como centenas de micrômetros.

[00018] Os polímeros viscoelásticos, tais como um polímero viscoelástico acrílico, são arranjados por moléculas de cadeia longa. Mais comum do ponto de vista comercial são as estruturas lineares, ramificadas, e de rede. A espessura característica da camada de amortecimento viscoelástica que demonstra a alta capacidade de amortecimento é de cerca de centenas de micrômetros (tanto quanto o tamanho de domínio nas ligas). Vide a Patente US2005084355 e o documento 3M™ Damping Foil 2552, Product description, Industrial adhesives and tape division, 3M centre, Building 21-1W-10, 900 Bush Street, St. Paul, USA.

[00019] Assim, pode-se concluir que a tecnologia de amortecimento de vibração baseia-se nos revestimentos que têm boas propriedades tribológicas, porém fracas propriedades de amortecimento ou fracas propriedades tribológicas opostas e boas propriedades de amortecimento.

[00020] A presente invenção pode, de uma forma, ser resumida como uma criação de um novo tipo de revestimento combinando boas propriedades tribológicas e de amortecimento de vibração. Além disso, os novos revestimentos de amortecimento de vibração têm uma notável capacidade de amortecimento já no nível de décimos de mícrons de espessura e podem ser usados na microtecnologia. Para alcançar essas propriedades, a presente invenção refere-se a materiais subnano e nanoestruturados de arranjo de camadas de amortecimento (re

Petição 870190053941, de 12/06/2019, pág. 8/68

7/34 vestimentos) aplicado entre as peças de contato das máquinas. [00021] Esta abordagem é considerada eficaz para o amortecimento devido a:

1. Nos sistemas de estrutura mecânica, existe rigidez de contato e amortecimento de contato na interface de duas peças. Eles têm um grande efeito sobre o comportamento, especialmente sobre o comportamento dinâmico de todo o sistema. As interfaces são frequentemente as cadeias mais fracas em todo o sistema estrutural mecânico. Portanto, o amortecimento e sua importância nas estruturas tornaram-se cada vez mais significativos para o controle dos efeitos indesejáveis da vibração.

2. Materiais arranjados por domínios de tamanho subnano e nano têm várias décadas de superfície maior entre domínios na mesma espessura de camada de amortecimento. Portanto, a eficiência da transformação de energia de vibração em calor pelo atrito entre os domínios de superfícies é várias décadas maior comparativamente aos materiais arranjados por microdomínios.

[00022] Pretende-se por toda a presente descrição que a expressão fases materiais de amortecimento abranja os domínios, ou agregados, ou cristalitos, ou grupamentos, ou camadas de arranjo do material.

[00023] O aparelho, que pode, por exemplo, ser um portaferramenta, um inserto de corte, uma broca ou lima rotativa, pode consistir em um metal essencial puro ou uma liga metálica (aço, por exemplo) compreendendo dois ou mais metais diferentes, além do amortecimento de vibração (que de preferência é um material cerâmico), que é adicionado como definido no segundo aspecto da presente invenção.

[00024] De acordo com uma modalidade preferida do primeiro aspecto da presente invenção é provido um aparelho no qual o dito maPetição 870190053941, de 12/06/2019, pág. 9/68

8/34 terial é um material cerâmico.

[00025] De acordo com uma modalidade preferida do primeiro aspecto da presente invenção, é provido um aparelho, sendo que o dito aparelho é móvel ou imóvel.

[00026] De acordo com uma modalidade preferida do primeiro aspecto da presente invenção, é provido um aparelho no qual o dito material cerâmico está presente como uma camada sobre a superfície do dito aparelho, sendo que a dita camada é de 1 pm a 1 cm, de preferência de 1 pm a 1000 pm, mais preferido de 50 a 500 pm.

[00027] De acordo com uma modalidade preferida do primeiro aspecto da presente invenção, é provido um aparelho no qual o dito grupamento nanodimensional do referido material cerâmico tem um tamanho de 0,5 a 100 nm.

[00028] De acordo com uma modalidade preferida do primeiro aspecto da presente invenção, é provido um aparelho no qual o dito material cerâmico é selecionado do grupo constituído por CNx, TiN, TiAlN, Al2O3 ou misturas dos mesmos.

[00029] De acordo com uma modalidade preferida do primeiro aspecto da presente invenção, é provido um aparelho no qual o dito material cerâmico é CNx.

[00030] De acordo com uma modalidade preferida do primeiro aspecto da presente invenção, é provido um aparelho no qual o material de amortecimento aplicado é um material compósito arranjado por uma estrutura de multicamadas que consiste em camadas alternadas de metal ou compostos de metal de um tipo e de metal ou compostos de metais de outro tipo.

[00031] De acordo com uma modalidade preferida do primeiro aspecto da presente invenção, é provido um aparelho no qual o material de amortecimento aplicado é um material compósito arranjado por uma estrutura de multicamadas que consiste em camadas de metal

Petição 870190053941, de 12/06/2019, pág. 10/68

9/34 alternadas e nitreto de metal.

[00032] De acordo com uma modalidade preferida do primeiro aspecto da presente invenção, é provido um aparelho no qual o material de amortecimento aplicado é um material compósito arranjado por uma estrutura de multicamadas que consiste em camadas de metal alternadas e óxido de metal.

[00033] De acordo com uma modalidade preferida do primeiro aspecto da presente invenção, é provido um aparelho no qual o material de amortecimento aplicado é um material compósito arranjado por uma estrutura de duas camadas que consiste em uma camada viscoelástica e uma camada de nitreto de carbono, de preferência a dita camada de nitreto de carbono é uma camada de restrição. A dita camada viscoelástica pode incluir uma Folha de Amortecimento 3M® 2552 (ver Product description, Industrial adhesives and tape division, 3M centre, Building 21-1W-10, 900 Bush Street, St. Paul, USA).

[00034] De acordo com uma modalidade preferida do primeiro aspecto da presente invenção, é provido um aparelho no qual a uniformidade da espessura da camada de amortecimento de vibração é de 0,1 a 10%.

[00035] De acordo com uma modalidade preferida do primeiro aspecto da presente invenção, é provido um aparelho no qual a camada de amortecimento de vibração em uma forma de grupamento nanodimensional tem um número de subcamadas em uma supertreliça que é de 10 a 10000, de preferência de 100 a 1000.

[00036] De acordo com uma modalidade preferida do primeiro aspecto da presente invenção, é provido um aparelho no qual o dito aparelho é um porta-ferramenta, um inserto de corte, uma broca, uma lima rotativa, um alargador (cortador de raspagem), uma pinça ou um dispositivo de montagem.

[00037] De acordo com uma modalidade preferida do primeiro as

Petição 870190053941, de 12/06/2019, pág. 11/68

10/34 pecto da presente invenção, é provido um aparelho em que o dito aparelho é um porta-ferramenta 1 compreendendo: um eixo 2 destinado a ser arranjado em uma máquina de produção ou em um portaferramenta de uma máquina de produção; uma cabeça 3 sobre a qual um cortador (inserto de corte) se destina a ser arranjado, e um material de amortecimento de vibração 4 disposto de tal forma que o cortador fique em contato com a máquina de produção, unicamente através do material de amortecimento de vibração 4. O dito porta-ferramenta pode ter um inserto de corte que é permanente ou móvel, ou seja, substituível.

[00038] De acordo com uma modalidade preferida do primeiro aspecto da presente invenção, é provido um aparelho, em que o dito material de amortecimento de vibração está presente como uma fina camada sobre a superfície do dito porta-ferramenta, essencialmente, de preferência apenas sobre a superfície que fica em contato com a borda de corte/inserção e/ou sobre a superfície que fica em contato com a máquina de produção que contém o dito porta-ferramenta ou um portaferramenta de uma máquina de produção que contém o dito portaferramenta. O inserto/borda de corte pode ainda ser depositado com o dito material antivibração sobre uma ou em todas as superfícies.

[00039] De acordo com uma modalidade preferida do primeiro aspecto da presente invenção, é provido um aparelho, no qual o eixo 2 é provido com uma cavidade.

[00040] De acordo com uma modalidade preferida do primeiro aspecto da presente invenção, é provido um aparelho, no qual a cavidade é um cilindro perfurado.

[00041] De acordo com uma modalidade preferida do primeiro aspecto da presente invenção, é provido um aparelho, que é um portaferramenta, no qual pelo menos as partes da superfície 5 do eixo 2 que são destinadas a ficarem em contato com a máquina de produção

Petição 870190053941, de 12/06/2019, pág. 12/68

11/34 ou com um porta-ferramenta de uma máquina de produção que contém o dito porta-ferramenta são providas com o material de amortecimento de vibração.

[00042] De acordo com uma modalidade preferida do primeiro aspecto da presente invenção, é provido um aparelho, no qual a superfície total do aparelho é provida com o material de amortecimento de vibração.

[00043] De acordo com uma modalidade preferida do primeiro aspecto da presente invenção, é provido um aparelho, no qual o material de amortecimento de vibração 4 envolve a superfície 5 do eixo 2.

[00044] De acordo com uma modalidade preferida do primeiro aspecto da presente invenção, é provido um aparelho, no qual o eixo 2 e a cabeça 3 são duas partes distintas, unidas através do material de amortecimento de vibração 4.

[00045] De acordo com uma modalidade preferida do primeiro aspecto da presente invenção, é provido um aparelho para uso em uma ferramenta de corte rotativa.

[00046] De acordo com uma modalidade preferida do primeiro aspecto da presente invenção, é provido um aparelho no qual a referida ferramenta de corte rotativa é uma fresadora, moinho de fenda ou uma fresa de extremidade.

[00047] De acordo com uma modalidade preferida do primeiro aspecto da presente invenção, é provido um aparelho para uso com insertos de cerâmica, insertos de diamante, insertos de nitreto de boro cúbico (CBN), insertos de HSS ou insertos de carboneto (metal duro).

[00048] De acordo com uma modalidade preferida do primeiro aspecto da presente invenção, é provido um aparelho em que o dito aparelho é uma broca ou uma lima rotativa compreendendo um eixo equipado com um material de amortecimento de vibração.

[00049] De acordo com uma modalidade preferida do segundo as

Petição 870190053941, de 12/06/2019, pág. 13/68

12/34 pecto da presente invenção, é provido um método no qual o dito aparelho é móvel ou imóvel.

[00050] De acordo com uma modalidade preferida do segundo aspecto da presente invenção, é provido um método no qual o dito material cerâmico é precipitado como uma fina camada sobre a superfície do referido aparelho.

[00051] De acordo com uma modalidade preferida do segundo aspecto da presente invenção, é provido um método no qual o dito material cerâmico é precipitado como uma fina camada sobre a superfície do dito aparelho, sendo que a dita camada é de 1 pm a 1 cm, de preferência de 1 pm a 1000 pm, mais preferido de 50 a 500 pm.

[00052] De acordo com uma modalidade preferida do segundo aspecto da presente invenção, é provido um método no qual o dito grupamento nanodimensional do referido material cerâmico tem um tamanho de 0,5 a 100 nm.

[00053] De acordo com uma modalidade preferida do segundo aspecto da presente invenção, é provido um método no qual o dito material cerâmico é um nitreto de metal ou óxido de metal, de preferência, selecionados do grupo constituído por CNx, TiN, TiAlN, Al2O3 ou suas misturas; mais preferido, CNx é usado. Os materiais de amortecimento de vibração também podem se basear apenas em cerâmica, ou em metais ou em compósitos de metal e cerâmica. As seguintes cerâmicas nanoestruturadas podem ser utilizadas: CNx - nitreto de carbono, Tin - Nitreto de Titânio, Al2O3 - óxido de alumínio, estruturas multicamadas nanoescaladas (supertreliças) que são dispostas em uma forma para que haja uma ligação a cada uma dentre as outras camadas de diferentes metais ou cerâmicas, ou metal e cerâmicas. Assim, a modalidade preferida da presente invenção refere-se ao nitreto de carbono - CNx, nitreto de titânio - TiN, óxido de alumínio - ALO3 e/ou materiais compósitos arranjados por estes materiais. O material preferido

Petição 870190053941, de 12/06/2019, pág. 14/68

13/34 é CNx. Este material demonstra propriedades que são típicas das ligas metálicas, bem como aos polímeros viscoelásticos. É bem-conhecido que os materiais acima mencionados têm perfeitas propriedades tribológicas e são amplamente utilizados na tecnologia, em especial como revestimento duro para ferramentas de corte, e também como revestimentos decorativos. Foi encontrado inesperadamente que uma camada de CNx aplicada entre duas peças de máquina fixadas uma à outra (junta fixa) demonstra notável capacidade de amortecimento já na espessura de camada de 30 a 50 micrômetros e tem propriedades de amortecimento tão boas quanto os polímeros viscoelásticos. A presente invenção também refere-se, conforme acima exposto, a materiais compósitos que são arranjados pela camada viscoelástica, e por uma camada de restrição de CNx ou TiN, assim como aos compósitos feitos por meta metal de nano e microcamadas ou supertreliças de metal cerâmica. O teor de nitrogênio no material CNx é mostrado por x como uma percentagem atômica de 10 a 50%.

[00054] De acordo com uma modalidade preferida do segundo aspecto da presente invenção, é provido um método no qual a precipitação da etapa b) é realizada utilizando a tecnologia de deposição por pulverização catódica de magnetron, como DC, RF, pulsada, pulsada de alta potência, de revestimento reativo ou uma tecnologia de arco, como o arco direcionado ou não-direcionado ou uma tecnologia de deposição de vapor químico (CVD), como RF, DC, de baixa pressão, de alta pressão, assistida por plasma, ou a tecnologia de deposição de vapor físico (PVD) ou a tecnologia de spray de plasma ou uma combinação dessas tecnologias, de preferência a deposição PVD e a deposição CVD são usadas.

[00055] De acordo com uma modalidade preferida do segundo aspecto da presente invenção, é provido um método no qual a precipitação da etapa b) é realizada utilizando Ar, N, CH4 e C2H2, ou CO, ou

Petição 870190053941, de 12/06/2019, pág. 15/68

14/34 gás de CO2, ou uma combinação dos mesmos.

[00056] De acordo com uma modalidade preferida do segundo aspecto da presente invenção, é provido um método no qual a precipitação da etapa b) é realizada a uma temperatura do referido artigo ou peça de trabalho de 50 a 1500°C, de preferência a uma temperatura de 50 a 400°C.

[00057] De acordo com uma modalidade preferida do segundo aspecto da presente invenção, é provido um método no qual o material de amortecimento aplicado é um material compósito arranjado pela estrutura de multicamadas que consiste em camadas alternadas de metal ou de compostos de metal de um tipo e de metal ou compostos de metal de outro tipo.

[00058] De acordo com uma modalidade preferida do segundo aspecto da presente invenção, é provido um método no qual o material de amortecimento aplicado é um material compósito arranjado pela estrutura de multicamadas que consiste em camadas alternadas de metais e de óxido de metal.

[00059] De acordo com uma modalidade preferida do segundo aspecto da presente invenção, é provido um método no qual o material de amortecimento aplicado é um material compósito arranjado pela estrutura de multicamada que consiste em camadas alternadas de metais e óxidos de metal.

[00060] De acordo com uma modalidade preferida do segundo aspecto da presente invenção, é provido um método no qual o material de amortecimento aplicado é um material compósito arranjado por uma estrutura de duas camadas, que consiste em uma camada viscoelástica e uma camada de nitreto de carbono, de preferência, a dita camada de nitreto de carbono é uma camada de restrição.

[00061] De acordo com uma modalidade preferida do segundo aspecto da presente invenção, é provido um método no qual a uniformi

Petição 870190053941, de 12/06/2019, pág. 16/68

15/34 dade da espessura da camada de amortecimento de vibração é de 0,1 a 10%.

[00062] De acordo com uma modalidade preferida do segundo aspecto da presente invenção, é provido um método no qual a camada de amortecimento de vibração em forma de grupamento nanodimensional tem um número de subcamadas em uma supertreliça que é de 10 a 10000, de preferência de 100 a 1000.

[00063] De acordo com uma modalidade preferida do segundo aspecto da presente invenção, é provido um método no qual a precipitação da etapa b) é realizada em um reator, opcionalmente equipado com um alvo no cátodo de magnetron no dito reator, compreendendo um cátodo e um ânodo separados por um campo magnético e, por meio da:

(a) provisão para que o cátodo provenha um campo magnético do tipo magnetron no reator;

(b) colocação de um aparelho em uma câmara;

(c) introdução de um ou mais gases de processo contendo carbono e de gás reativo na câmara;

(d) energização do gás de processo e do gás reativo para formar um plasma a fim de decompor o gás de processo em radicais e ainda para depositar material de carbono sobre o aparelho e ionizar o gás reativo a fim de aumentar a taxa de quimissorção de nitrogênio ao carbono, e (e) exaustão dos gases após a decomposição e quimissorção a partir da câmara.

[00064] De acordo com uma modalidade preferida do segundo aspecto da presente invenção, é provido um método no qual o aparelho é girado a uma velocidade de cerca de 0,25 rpm.

[00065] De acordo com uma modalidade preferida do segundo aspecto da presente invenção, é provido um método no qual os gases de

Petição 870190053941, de 12/06/2019, pág. 17/68

16/34 processo é acetileno e/ou metano e/ou óxido de carbono, e/ou dióxido de carbono e o gás reativo é nitrogênio, de preferência a razão entre o gás de processo e o gás reativo é de cerca de 1/10 - 10/1, mais preferido a razão entre acetileno e/ou metano e nitrogênio é de cerca de 50/50.

[00066] De acordo com uma modalidade preferida do segundo aspecto da presente invenção, é provido um método no qual a pressão no reator é de 0,013 Pa a 133 KPa (10-4 torr a 1000 torr), de preferência de 1,33 KPa a 1,33 KPa (10-3 torr a 10 torr).

[00067] De acordo com uma modalidade preferida do segundo aspecto da presente invenção, é provido um método no qual a amplitude da corrente é de cerca de 1 a 1000 A, de preferência, de 5 a 6 A, a duração do pulso é de aproximadamente 10ps a 10 s, e a frequência é de cerca de 0,1 a 10000 Hz.

[00068] De acordo com uma modalidade preferida do segundo aspecto da presente invenção, é provido um método onde a potência pulsada é de cerca de 100 W a 1 MW, de preferência de cerca de 1 kW a 3 kW.

[00069] De acordo com uma modalidade preferida do segundo aspecto da presente invenção, é provido um método que combina o processo de quebra de deposição CVD e o ferramental de quebra de deposição PVD que é cátodo tendo o magnetron equilibrado ou desequilibrado como o campo magnético.

[00070] De acordo com uma modalidade preferida do segundo aspecto da presente invenção, é provido um método no qual a descarga de alta corrente elétrica pulsada de ânodo - cátodo é normal, ou anormal, ou de transição anormal para a descarga luminescente ao arco.

[00071] De acordo com uma modalidade preferida do segundo aspecto da presente invenção, é provido um método no qual a força do campo magnético durante a deposição é de 0,01 a 0,3 Tesla, de prefePetição 870190053941, de 12/06/2019, pág. 18/68

17/34 rência não acima de 300 Gauss.

[00072] De acordo com uma modalidade preferida do terceiro aspecto da presente invenção, é provido um aparelho no qual o dito aparelho é um porta-ferramenta, um inserto de corte, uma broca, uma lima rotativa, uma pinça ou um dispositivo de montagem.

[00073] A presente invenção consequentemente também provê um eixo destinado a ser arranjado em um porta-ferramenta de uma máquina de produção ou diretamente em uma máquina de produção, uma cabeça sobre a qual um cortador é determinado a ser arranjado e um material de amortecimento de vibração arranjado de tal forma que o cortador fique em contato com a máquina de produção, unicamente através do material de amortecimento de vibração no qual o material de amortecimento de vibração é um material cerâmico. O portaferramenta, desta maneira, não fica em contato direto com a máquina de produção, e, assim, tem as condições necessárias para o amortecimento de vibrações, em grande extensão.

[00074] Devido à pequena espessura das camadas de amortecimento arranjadas por materiais nanoestruturados, quaisquer tecnologias de precipitação de camadas convencionais conhecidas podem ser utilizadas. Exemplos destas são os acima enunciados, mas não estão limitados à: tecnologia de deposição de vapor químico (CVD), à tecnologia de deposição de vapor físico (PVD), à tecnologia de arco, e à tecnologia de pulverização de plasma. Verificou-se que, a fim de diminuir a temperatura da peça de trabalho, isto é, o porta-ferramenta, através do uso das tecnologias de deposição CVD e PVD para a fabricação e fixação de materiais de amortecimento, pode ser necessário aumentar a porção de plasma do gás e do vapor de sólidos em fluxos que correm para as peças de arranjo de juntas. No caso da abordagem de plasma, a temperatura da peça de trabalho pode ficar na faixa abaixo de 400 graus Celsius.

Petição 870190053941, de 12/06/2019, pág. 19/68

18/34 [00075] O método da modalidade acima preferida pode ter a precipitação da etapa b) realizada por meio do uso de uma descarga elétrica de cerca de 100 A, durante cerca de 20 ms a 40 ms por pulso, uma tensão de cerca de 500 V, uma temperatura de cerca de 20° a cerca de 200°C, de preferência de cerca de 130 para cerca de 170°C, e com uma frequência de cerca de 10 Hz.

[00076] Os domínios característicos ou dimensão de grânulos para os materiais que são atualmente utilizados para amortecimento de vibração é da faixa de décimos de mícron a centenas de mícrons e a espessura correspondente das camadas de amortecimento é na faixa de milímetros até décimos de milímetros. Outra vantagem da presente invenção é que se descobriu que a espessura das camadas dos materiais nanoestruturados nos porta-ferramentas acima mencionados revela a alta capacidade de amortecimento na escala de décimos de mícrons até centenas de mícrons. Na prática, isso significa que a aplicação destes materiais cerâmicos acima mencionados para o amortecimento de vibração em juntas mecânicas já elaboradas e usadas já não exige a espessura da camada anterior.

[00077] As descargas poderosas pulsadas em campos elétricos e magnéticos cruzados (as chamadas descargas EXB) são usadas no método de acordo com o terceiro aspecto da presente invenção e este tipo de descargas elétricas é utilizado em um sistema que compreende ânodo e cátodo que são separados pelo campo magnético. Em particular, os eletrodos de descarga podem ser arranjados por ânodo e cátodo tendo nas proximidades do cátodo o campo magnético do tipo magnetron. As distintas características da tecnologia de plasma vêm a ser uma reatividade de plasma extremamente elevada, uma taxa de deposição muito elevada, uma adesão superior e a possibilidade de afetar plasmas por meio de campos elétricos e magnéticos.

[00078] O efeito de amortecimento é pensado como sendo o resul

Petição 870190053941, de 12/06/2019, pág. 20/68

19/34 tado das nanoestruturas formadas no interior do material cerâmico durante o método de acordo com o segundo aspecto da presente invenção. No entanto, esta hipótese não é nada que deva ser considerada de qualquer forma obrigatória para o âmbito da presente invenção. Os porta-ferramentas obtidos pelo método de acordo com o segundo aspecto da invenção exibem uma capacidade maior de amortecer oscilações mecânicas. Pensa-se que a melhoria das propriedades de amortecimento desses materiais é obtida através da efetiva transformação da energia mecânica em calor pelo atrito entre domínios nanoescalados, ou grânulos, ou materiais de moléculas grandes. Materiais cerâmicos podem assim ser eficientemente utilizados para o amortecimento das vibrações em peças de trabalho, nomeadamente nas juntas mecânicas.

[00079] O amortecimento pode ser usado para evitar a fadiga precoce, atenuando as amplitudes das oscilações e suprimindo ressonâncias indesejáveis. Através da aplicação de um material de amortecimento da estrutura em questão, a energia mecânica pode ser dissipada ao converter a mesma em energia térmica.

[00080] No sistema de estrutura mecânica, existem rigidez de contato e amortecimento de contato na interface de duas peças. Estes têm um grande efeito sobre o comportamento, especialmente sobre o comportamento dinâmico do sistema como um todo. As interfaces geralmente são as cadeias mais fracas em todo o sistema estrutural mecânico. A vibração estrutural é um problema de desenho principal e, na maioria das vezes, projetistas tentam minimizar as amplitudes de vibração a fim de eliminar o perigo de falha por fadiga. Qualquer máquina tem a tendência de vibrar. É um recurso comum depositar uma camada entre peças juntadas a fim de amortecer a vibração. Mais comum, a camada de amortecimento consiste em um material viscoelástico ou resina. A presente invenção refere-se a outros tipos de materi

Petição 870190053941, de 12/06/2019, pág. 21/68

20/34 ais para amortecimento. Estes são os materiais subnano e nano estruturados, tais como CNx, TiN, TiAlN, e ALO3. O material preferido é o nitreto de carbono CNx. Foi observado que camadas destes materiais a serem aplicadas entre peças juntadas de máquinas demonstram uma eficaz transformação da energia mecânica (vibração) em calor já na espessura de camada de 10 micrômetros. A pesquisa com nitreto de carbono começou em 1922. Durante muitas décadas, esforços de amplitude mundial foram feitos no sentido de investigar as suas propriedades materiais. Muitos esforços são feitos no sentido de investigar suas propriedades tribológicas. Até agora, a maior parte dos filmes de CNx produzidos contém 20 a 45% atômico de nitrogênio. O nitreto de carbono demonstra uma elasticidade muito alta (de até 85 e 90%) e rigidez (de 40 a 60 GPa). Os filmes de nitreto de carbono podem ser sintetizados a temperaturas de 50 a 600o C. Vide: D. Li, Y.W. Chung, M.S. Wong, e W.D. Sproul, Tribology Transactions 37, 479 (1994), H. Sjõstrõm et al., Thin Solid Films, 246 (1994) 103-109. É fato bemconhecido que os filmes de CNx podem ser amorfos, uma matriz amorfa contendo grupamentos cristalinos, e filmes do tipo turboestáticos. Geralmente, o filme de nitreto de carbono consiste em fases diferentes. A microestrutura turboestática pode ser descrita como um conjunto aleatório das unidades de estrutura basal (flocos). Uma unidade de estrutura basal é esquematicamente mostrada na figura 4. As estruturas basais são montadas em agregados. A dimensão típica dos agregados e dos grupamentos cristalinos incorporados em uma matriz amorfa é de 0,5 a 10 nm. A distância entre os cristalitos é também de uma faixa em nanômetros. É óbvio que tal estrutura ultrafina tem de ter uma superfície extremamente grande entre fases, tais como as unidades de estrutura basal, os cristalitos, e a matriz amorfa.

[00081] Outros materiais com boas propriedades tribológicas e estruturas de nanodimensão são o nitreto de titânio (TiN) e o óxido de

Petição 870190053941, de 12/06/2019, pág. 22/68

21/34 alumínio (AI2O3) cerâmicos. As figuras 5 e 6 demonstram esse fato. A figura 5 é uma vista lateral de um filme de TiN clivado obtido por Microscópio Eletrônico de Varredura. Como se pode ver, a estrutura do filme de TiN é colunar. As camadas de TiN foram depositadas por meio da tecnologia de deposição PVD. O Al2O3 tem uma estrutura granular (vide: O. Zywitzki, G. Hoetzsch, Surface and coating technology 76-77 (1995) 754-762). A largura característica da coluna é de cerca de 50 a 100 nm. A altura das colunas é igual à espessura do filme. É óbvio que se pode desenhar estruturas do tipo sanduíche. Por exemplo, a mesma pode ser supertreliças de Ti-TiN. As tecnologias modernas permitem que os filmes de precipitados tenham uma espessura de cerca de alguns nanômetros. Como se pode ver, a tecnologia moderna permite a criação das supertreliças com milhares de camadas e uma superfície de correspondência extremamente grande entre camadas e uma interface ajustável entre as mesmas. O tempo de deposição para a supertreliça baseada em Ti é de aproximadamente algumas horas, o que é industrialmente razoável.

[00082] As características preferidas de cada aspecto da presente invenção são, quanto a cada um dos demais aspectos, mutatis mutandis. A presente invenção é ainda descrita nos exemplos a seguir em conjunto com as figuras em anexo, as quais de forma alguma limitam o âmbito de aplicação da presente invenção. As modalidades da presente invenção são descritas em mais detalhes com o auxílio de exemplos de modalidades e figuras, cujo único propósito é ilustrar a presente invenção e em nenhuma hipótese tem a intenção de limitar a sua extensão.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A figura 1 mostra uma análise modal.

[00083] As figuras 2 e 3 mostram os resultados dos testes no exemplo abaixo.

Petição 870190053941, de 12/06/2019, pág. 23/68

22/34 [00084] A figura 4 é uma apresentação esquemática dos planos basais do CNx.

[00085] A figura 5 é um micrografia da nanoestrutura colunar de TiN cerâmico.

[00086] A figura 6 é uma apresentação esquemática da nanoestrutura granular de Al2O3 cerâmico.

[00087] A figura 7 é uma apresentação esquemática de como a peça de trabalho, de acordo com o segundo aspecto da presente invenção, foi testada para amortecimento de vibração.

[00088] A figura 8 é uma diminuição da amplitude de vibração após uma excitação pulsada. Barra não revestida.

[00089] A figura 9 é uma diminuição da amplitude de vibração após uma excitação pulsada. Barra revestida.

[00090] A figura 10 é uma análise modal da vibração.

[00091] A figura 11 é a influência da não-uniformidade da espessura de camada de amortecimento sobre um espectro de vibração e uma apresentação esquemática da excitação de vibração contínua.

[00092] A figura 12 mostra uma outra configuração da peça de trabalho acima ao medir o amortecimento de vibração.

[00093] A figura 13 é uma fotografia da superfície da peça de trabalho após a usinagem por uma barra não revestida.

[00094] A figura 14 é uma fotografia da superfície da peça de trabalho após usinagem por uma barra revestida.

[00095] A figura 15 é uma amplitude de som por meio da excitação de vibração contínua de uma barra não revestida e a amplitude de som por meio da excitação de vibração contínua da barra revestida.

[00096] A figura 16 mostra o Aparelho, de acordo com um décimo segundo aspecto da presente invenção, o qual foi usado para a fabricação da peça de trabalho acima.

[00097] A figura 17 mostra uma comparação entre os métodos de

Petição 870190053941, de 12/06/2019, pág. 24/68

23/34 deposição, sendo que o Número 8 é o método de acordo com o quarto aspecto.

[00098] A figura 18 mostra um porta-ferramenta de acordo com o primeiro aspecto da presente invenção. Com referência à figura 18, um primeiro aspecto da presente invenção é constituído por uma portaferramenta 1, consistindo em um eixo 2 e uma cabeça 3. Um cortador é concebido para ser arranjado sobre a cabeça 3. O eixo 2 do portaferramenta 1 é provido com um material de amortecimento de vibração 4 em torno de sua superfície 5. Um tubo de ferro não obrigatório 6 é disposto em torno do material 4 concebido para distribuir mais igualmente as forças de montagem quando o porta-ferramenta 1 é fixado a uma máquina de produção.

[00099] A figura 19 mostra um porta-ferramenta de acordo com o primeiro aspecto da presente invenção. Com referência à figura 19, uma outra modalidade da presente invenção é constituída por um porta-ferramenta 1. O porta-ferramenta 1 é fisicamente dividido em duas partes, uma cabeça frontal 3 concebida para acomodar um cortador, e um eixo traseiro 2 concebido para ser montado em uma máquina de produção. O eixo 2 e a cabeça 3 são separados entre si por meio de um material de amortecimento de vibração 4. O material de amortecimento de vibração 4 pode ser disposto em qualquer local no portaferramenta entre a fixação do cortador na extremidade frontal do portaferramenta e a região concebida para montagem na máquina de produção. É preferido que o material de amortecimento de vibração 4 seja disposto na extremidade frontal da maneira mostrada na figura 19. O eixo 2 do porta-ferramenta 1 é provido com um material de amortecimento de vibração na forma de um material cerâmico que cobre a superfície sobre a superfície do porta-ferramenta, conforme mostrado na figura 18 ou entre o eixo 2 e a cabeça 3, conforme mostrado na figura

19.

Petição 870190053941, de 12/06/2019, pág. 25/68

24/34 [000100] A figura 20 mostra:

(a) uma broca sobre cujo eixo o material de amortecimento de vibração é provido, (b) (c) I, II, III um cortador fresador em diferentes desenhos, e (d) um cortador fresador em uso.

EXEMPLOS [000101] Nos exemplos a seguir, será apresentado em mais detalhes o método de acordo com o primeiro aspecto da presente invenção. Exemplo 1 [000102] O experimento foi direcionado à aplicação de materiais nanoestruturados que foram mostrados de modo a drasticamente amortecer a vibração das ferramentas de corte. Os resultados de uma face de estudo de concepção inicial foram muito positivos e são apresentados abaixo. A tecnologia que foi usada para esta síntese de materiais nanoestruturados e precipitação foi o uso de descargas poderosas nos campos magnéticos e elétricos cruzados.

DEPOSIÇÃO E AVALIAÇÃO DOS REVESTIMENTOS DE AMORTECIMENTO DE CNx

1. O Método e Procedimento (PPD) [000103] A pressão básica era de 1,33 mPc (10^-6 Torr). Os gases operacionais foram o acetileno e o nitrogênio. A pressão operacional era de 1,33 Pa a 0,133 Pa (10-2 a 10-3 Torr). A proporção de acetileno/nitrogênio era de 50/50. A fonte de alimentação era um gerador de corrente pulsada. A amplitude da corrente é de 5 a 750A. O comprimento de pulso era de 5 ms a 30 qs. A frequência dos pulsos era de 50Hz. A potência média era de 1 kW. A potência pulsada era de 2 a 300kW. As descargas de transição normal, anormal, e de brilho para arco foram utilizadas.

[000104] O ferramental foi tipicamente um ferramental de pulverização catódica de magnetron (tecnologia PVD). A quebra do gás de ace

Petição 870190053941, de 12/06/2019, pág. 26/68

25/34 tileno é um gás típico para a tecnologia de deposição CVD. A taxa de deposição para a deposição PVD com uma mistura de argônio + nitrogênio era de 0,5 micrômetro por hora. A taxa de deposição para a deposição CVD com uma mistura de acetileno + nitrogênio (deposição CVD) era de 15 a 20 micrômetros por hora e é 30 a 40 vezes maior do que a para a deposição PVD. Isto significa que para o acetileno, a taxa de deposição rate é de 15 a 20 micrômetros por hora por kilowatt. Isto significa que o processo de deposição CVD teve uma influência principal sobre a taxa de deposição. Mais de 90% do carbono depositado vieram do acetileno e o resto do carbono depositado veio do cátodo de carbono tendo um campo magnético do tipo magnetron. Pode-se, portanto, dizer que o presente método de acordo com os primeiro e quarto aspectos é um processo de deposição CVD provido pelo ferramental de deposição PVD ou a técnica de deposição PVD é usada como uma célula de rachadura de modo a prover o processo de deposição CVD. O ânodo foi o vaso de vácuo (câmara de processamento).

[000105] A deposição foi feita em duas etapas:

1. A deposição da camada de terra de 30 micrômetros de espessura

2. A deposição da camada superior de 20 micrômetros de espessura [000106] Entre as etapas, a peça de trabalho foi resfriada e testada para amortecimento de vibração.

2. Teste de barras de limalha de PPD

1. Método [000107] Barras de limalha revestidas por meio da tecnologia de deposição PPD foram testadas com o auxílio da análise modal experimental (EMA). Os resultados foram comparados com uma barra não revestida. As medições foram feitas em três etapas:

1. Medição sobre barra não revestida

Petição 870190053941, de 12/06/2019, pág. 27/68

26/34

2. Medição sobre barra revestida com deposição PPD com 30 D

3. Medição sobre barra revestida com deposição PPD com 30 D +20 D [000108] A seção transversal das barras de limalha era circular. Portanto, as barras eram presas em um prendedor mecânico desenvolvido pela KTH, SPANO. O comprimento das barras é de 250 mm.

[000109] As barras foram presas sobre um comprimento de 55 mm. O comprimento sobressalente era de 195 mm. O desempenho dinâmico das barras foi comparado com base nos seguintes parâmetros:

- Rigidez Dinâmica,

- Amortecimento,

- Rigidez Estática,

- Formas de Modo.

[000110] A análise modal foi realizada em 7 nós por excitação de martelo. Os parâmetros foram calculados como uma média de 5 valores.

3. Resultados [000111] Para a barra não revestida convencional, a EMA mostrou o seguinte:

Autofrequência: 552 Hz,

Rigidez Dinâmica: 63.59 m/s²/N

Para barra de deposição PPD de 30D:

Autofrequência: 513 Hz,

Rigidez Dinâmica: 53.46 m/s²/N

Para barra de deposição PPD de 50D:

Autofrequency: 465 Hz,

Rigidez Dinâmica: 29.65 m/s²/N [000112] Estes resultados são apresentados na figura 1.

[000113] Para as barras de PPD, torna-se aparente que um segundo

Petição 870190053941, de 12/06/2019, pág. 28/68

27/34 modo aparece em frequência próximo ao primeiro modo.

Razão de Amortecimento

Barra não amortecida: 1,19%

PPD-30D: 1,66%

PPD-50D: 2,75% e 4,11% [000114] A partir das figuras 2 e 3, pode ser observado que a rigidez estática entre os dois resultados de FRF não se altera de maneira significativa. Este resultado demonstra as vantagens de se usar revestimentos duros no lugar de materiais de VE.

4. Conclusão [000115] Os cerâmicos de CNx (considerado do tipo Fullerene) podem ser usados para revestimentos de amortecimento de vibração elásticos rígidos. A taxa de deposição pode ser tão alta quanto 50 micrômetros por hora, que é um valor industrialmente aceitável para o desenho de máquina de revestimento. A espessura estimada da camada de amortecimento eficaz é de cerca de 200 micrômetros, que resulta em um período de deposição de 5 horas. Não existe limitação, a princípio, para o número de peças de trabalho que pode ser carregado para a máquina de revestimento de lote. O único limite é o fator geométrico, ou seja, as dimensões das máquinas. Por exemplo, para 1000 peças de trabalho carregadas para máquina, o período de processamento equivalente de uma das mesmas pode ser de 0,3 min.

[000116] O princípio da deposição de plasma de alta corrente pulsada resulta na boa adesão do filme depositado na peça de trabalho de aço. A camada de 50 micrômetros de espessura não foi delaminada durante os testes de amortecimento de vibração.

[000117] Assim, descobriu-se que as camadas de Nitreto de carbono fixadas a uma ferramenta de corte na parte da ferramenta presa no porta-ferramenta amorteceram significativamente a vibração da ferramenta e, desta maneira, aumentou a precisão do processamento da

Petição 870190053941, de 12/06/2019, pág. 29/68

28/34 superfície das peças de trabalho. Um outro efeito importante do amortecimento de vibração das ferramentas de corte por meio da usinagem das peças de trabalho é a possibilidade de aumentar a revolução da peça de trabalho sem vibração destrutiva. Isto resulta no aumento da eficiência de produção. Uma outra propriedade importante das peças de trabalho acima é a sua rigidez que permite a junção das partes mecânicas sem a adição de uma camada rígida que é necessária no caso de polímeros viscoelásticos que são normalmente usados como material de amortecimento.

[000118] Uma outra propriedade importante das peças de trabalho acima é a resistência de alta temperatura de até várias centenas de graus Celsius. O método de acordo com o segundo aspecto da presente invenção permite o uso destas cerâmicas nas juntas disponíveis em turbinas e em motores de avião.

Exemplo 2 [000119] O método de amortecimento de vibração que é usado na presente invenção pode também ser demonstrado pelas camadas de TiN. Atualmente, na indústria, TiN é usado como um revestimento rígido de insertos de corte. Para isto, TiN é depositado no topo do inserto de corte que opera oposto à peça de trabalho de usinagem. O inserto de corte é juntado (aparafusado) no prendedor de inserto. O inserto e o prendedor são dispostos na ferramenta de corte. É um fenômeno comum que a ferramenta de corte vibre durante a usinagem de uma peça de trabalho. É um método da presente invenção que a camada de TiN de amortecimento de vibração ou uma camada de outros materiais acima mencionados seja depositada sobre a superfície de fundo do inserto na interface entre o inserto e o porta-ferramenta. Também para o amortecimento de vibração, TiN pode ser depositado no lado traseiro de uma ferramenta de corte em uma área onde a ferramenta é presa nas máquinas de tornear ou fresar.

Petição 870190053941, de 12/06/2019, pág. 30/68

29/34 [000120] Foi descoberto que os materiais nanoestruturados acima mencionados apresentam boas propriedades de amortecimento. A ilustração disto é ainda feita no exemplo a seguir sobre o nitreto de carbono.

[000121] A figura 7 é uma apresentação esquemática de uma excitação de vibração de uma vibração. Aqui I é a plataforma onde uma barra cilíndrica testada é fixada pelo cabo elástico 2 e o ponto de fixação da barra de cabo é 3. A barra é mostrada com o número 4. 5 é o amortecimento da camada de vibração. Para a deposição da camada de amortecimento, uma deposição de vapor químico foi usada. O nitrogênio e o acetileno foram os gases operacionais. O ponto da excitação de vibração de choque é mostrado como o número 6. O detector de vibração foi fixado no ponto 7. A barra foi feita de aço. Após fabricação, a barra foi temperada. O comprimento da barra era de 220 mm e o diâmetro é de 31,4 mm. O material de amortecimento de vibração era uma camada de nitreto de carbono de 300 micrômetros, portanto o diâmetro integral da barra revestida era de um total de 32 mm.

[000122] O amortecimento de vibração foi detectado como uma diminuição da amplitude de vibração após uma excitação de choque. A amplitude de vibração é mostrada como uma função de tempo que foi medida por um detector de aceleração. Os resultados são mostrados nas figuras 8 e 9. Foi observado que a diminuição constante é de 0,1 ms para uma barra não revestida e de 0,02 ms para uma barra revestida. O resultado foi comparado com uma camada de amortecimento fabricada a partir de um material viscoelástico. Foi observado que o nitreto de carbono como um material de amortecimento é tão eficaz quanto um polímero viscoelástico. Na figura 10, a ressonância da barra revestida e não revestida é mostrada. A frequência de ressonância da barra não revestida era de 2985 Hz. A frequência de ressonância da barra revestida era de 3110 Hz. A temperatura da barra durante a

Petição 870190053941, de 12/06/2019, pág. 31/68

30/34 precipitação da camada de amortecimento era abaixo de 100^o C. A baixa temperatura de precipitação resulta no fato de que a frequência natural fundamental antes e após a precipitação é quase igual, por exemplo, a barra não foi recozida durante a precipitação. Pequenas diferenças podem ser explicadas pelas diferenças de diâmetro de uma barra revestida e não revestida. Isto é um resultado importante que mostra claramente que as camadas de amortecimento de vibração podem ser precipitadas sobre as peças de trabalho de aço/componentes/peças (ferramentas de corte, engrenagens, mancais) sem alterar as suas propriedades. Além disso, a baixa temperatura poderá permitir a aplicação de camadas de nitreto de carbono como uma camada de restrição sobre o topo das camadas viscoelásticas.

[000123] Foi descoberto que a eficiência do amortecimento de vibração depende não apenas do material, mas também da uniformidade de espessura da camada de amortecimento. Isto é demonstrado pela figura 11. A barra foi presa. O comprimento do grampo era de 80 mm. No comprimento do grampo, a espessura da camada de amortecimento variou em 30% ao longo do eixo de barra. Foi usada uma excitação de o de impulso. A não-uniformidade de camada resulta na aparência de vibração de alta frequência que ultrapassa a frequência natural fundamental.

[000124] Na figura 12, é mostrado um esquema de excitação de vibração contínua. A barra 7 foi presa no grampo 11 da máquina de tornear. A partir do outro lado, o inserto de corte 9 foi aparafusado a uma barra. A peça de trabalho de aço 8 foi presa em um eixo da máquina de tornear. O ponto de usinagem da peça de trabalho é 10. Os parâmetros de usinagem foram escolhidos de modo que uma vibração intensiva fosse produzida pela barra não revestida. A vibração da peça de trabalho de junta - a ferramenta de corte foi registrada pelo microfone como um som produzido durante a produção da peça de trabalho.

Petição 870190053941, de 12/06/2019, pág. 32/68

31/34

Foi observado que a camada de amortecimento não é destruída pela característica de forte aperto para prender as ferramentas de corte. Foi observado que a barra revestida com uma camada de 300 micrômetros de nitreto de carbono não excita nenhuma vibração com os mesmos parâmetros de usinagem. Isto é demonstrado nas figuras 15 e 14. Na figura 15, a amplitude do som é refletida. Nas figuras 13 e 14, a figura 13 corresponde a uma barra revestida e a figura 14 corresponde a uma barra não revestida. Este resultado mostra claramente que ao aplicar camadas de nitreto de carbono às ferramentas de corte, é possível aumentar a suavidade e precisão da superfície da peça de trabalho na mesma velocidade de usinagem ou aumentar a capacidade de produção ao aumentar a velocidade de usinagem, uma vez que esta não é limitada por uma vibração desordenada. Um outro resultado importante do amortecimento de vibração e correspondente ruído é o significativo aperfeiçoamento das condições de trabalho do pessoal. Um outro resultado importante do amortecimento de vibração é o aumento da vida útil dos insertos de corte. É bem-conhecido o fato de que a vida útil característica dos insertos ao processar metais duros é de aproximadamente 15 min. Isto acontece porque a vibração dos insertos é similar aos choques de alta frequência periódicos. Ao aplicar uma camada de amortecimento de vibração entre o inserto o prendedor de inserto (junta fixa) será possível diminuir ou eliminar os choques e, desta forma, aumentar a vida útil dos insertos.

[000125] A configuração usada para a fabricação da peça de trabalho acima, ou seja, o porta-ferramenta, foi constituída pelos seguintes componentes (Vide também figura 16, na qual os números se encontram indicados).

- vaso de vácuo (câmara de processamento)

- cátodo de pulverização catódica de magnetron (80 mm planar, circular) com carbono-alvo

Petição 870190053941, de 12/06/2019, pág. 33/68

32/34

- barra

- prendedor de barra

- eletromotor

- vedação a vácuo

- fonte de alimentação

- direção de rotação da barra [000126] A pressão básica era de 1,33 mPa (10-6 Torr). Os gases operacionais eram o acetileno e o nitrogênio. A pressão operacional era de 1,33 Pa a 0,133 Pa (10-2 a 10-3 Torr). A proporção de acetileno/nitrogênio era de 50/50.

[000127] A fonte de alimentação era um gerador de corrente pulsada. A amplitude da corrente era de 5 a 750A. O comprimento de pulso era de 5 ms a 30 ps. A frequência dos pulsos era de 50 Hz. A potência média era de 1 kW. A potência pulsada era de 2 a 300 kW. A tensão era de 10 kV e 1 kV em média. A peça de trabalho, que foi depositada, foi girada a uma velocidade de cerca de 0,25 rps. As descargas de transição normal, anormal, e luminescente ao arco foram utilizadas.

[000128] O ferramental era tipicamente uma ferramenta de pulverização catódica de magnetron (tecnologia de deposição PVD). A quebra do gás acetileno é um gás típico para a tecnologia de deposição CVD. A taxa de deposição para a deposição PVD com uma mistura de argônio + nitrogênio foi de 0,5 micrômetro por hora. A taxa de deposição para a deposição CVD com a mistura de acetileno + nitrogênio (mistura CVD) foi de 15 - 20 micrômetros por hora e é 30 a 40 vezes maior do que a deposição PVD. Isto significa que para o acetileno, a taxa de deposição rate é de 15 a -20 micrômetros por hora por kilowatt. Isto significa que o processo de deposição CVD teve a principal influência sobre a taxa de deposição. Mais de 90% do carbono depositado vieram do acetileno e o restante do carbono depositado veio do cátodo de carbono tendo um campo magnético do tipo magnetron.

Petição 870190053941, de 12/06/2019, pág. 34/68

33/34

Pode-se dizer, então, que o processo de deposição CVD é provido (realizado) pelo ferramental da deposição PVD ou a técnica de deposição PVD é usada como célula de quebra de modo a prover o processo de deposição CVD. O ânodo era o vaso de vácuo (câmara de processamento).

[000129] Ainda, uma comparação foi feita ao usar diferentes métodos de deposição e o resultado é refletido pela figura 17. Foi mostrado que o método híbrido de deposição de plasma pulsado apresentou praticamente uma taxa de deposição industrial. Isto é demonstrado na figura 17. Os itens 1 a 7 correspondem a métodos convencionais, e o item 8 é uma deposição PPD (vide lista abaixo). O círculo menor já atingiu a espessura e temperatura de camada. Como se pode observar, este é um resultado importante. A porção oval acima do dito círculo corresponde a uma máquina de revestimento industrial.

= Pulverização de plasma = Deposição eletrolítica e química = Fosfatação = Nitruração (camada branca) = Boronização = CVD = PVD, PACVD = Tecnologia PVD+PACVD de novos híbridos, isto é, um aspecto da presente invenção

PVD = Deposição de Vapor Físico

PACVD = Deposição de Vapor Químico Assistida por Plasma [000130] Várias modalidades da presente invenção foram descritas acima, mas uma pessoa versada na técnica poderá perceber outras alterações menores, que recaem no âmbito de aplicação da presente invenção. A abrangência e o âmbito da presente invenção não devem

Petição 870190053941, de 12/06/2019, pág. 35/68

34/34 se limitar a nenhuma das modalidades exemplares acima descritas, mas, sim, devem ser definidas apenas de acordo com as reivindicações a seguir e seus equivalentes. Por exemplo, quaisquer dos métodos acima notados podem ser combinados com outros métodos conhecidos. Outros aspectos, vantagens, e modificações dentro do ambiente da presente invenção tornar-se-ão aparentes aos versados na técnica à qual a presente invenção pertence.

Claims (12)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Aparelho para remoção de aparas (1) compreendendo um material de amortecimento de vibração (4), em que o aparelho é um porta-ferramenta (1) compreendendo:

   um eixo (2) concebido para ser arranjado em uma máquina de produção, ou em um porta-ferramenta de uma máquina de produção;

   uma cabeça (3) sobre a qual um cortador é concebido para ser arranjado, e um material de amortecimento de vibração (4), arranjado de tal forma que o cortador fique em contato com a máquina de produção unicamente através do material de amortecimento de vibração (4), e em que pelo menos tais partes da superfície (5) do eixo (2) que são concebidas para ficar em contato com a máquina de produção ou um porta-ferramenta de uma máquina de produção que segura o dito porta-ferramenta são providas com o material de amortecimento de vibração, dito aparelho sendo caracterizado pelo fato de que o material de amortecimento de vibração (4) é um material cerâmico compreendendo nitreto de carbono CNx disposto em forma de grupamento nanodimensional, em que dito agrupamento nanodimensional possui um tamanho de 0,5 a 100 nm.
2. 2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito material cerâmico está presente como uma camada sobre a superfície do aparelho, em que a dita camada é de 1 pm a 1000 pm, preferencialmente 50 a 500 pm.
3. 3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o material de amortecimento (4) aplicado é um material compósito arranjado por uma estrutura de duas camadas, que consiste em uma camada viscoelástica e uma camada de nitreto de carbono, de preferência a dita camada de nitreto de carbono é uma

   Petição 870190053941, de 12/06/2019, pág. 37/68

   2/4 camada de restrição.
4. 4. Aparelho, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que dito aparelho é um portaferramenta (1), um inserto de corte, uma broca, uma lima rotativa, um alargador, uma pinça, um cortador fresador, uma fresa de fenda, uma fresa de extremidade ou um dispositivo de montagem compreendendo: um eixo (2) concebido para ser disposto em uma máquina de produção ou em um porta-ferramenta (1) de uma máquina de produção; e uma cabeça (3) na qual um cortador é concebido para ser disposto.
5. 5. Método para a fabricação de um aparelho para aplicações de remoção de aparas, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas de:

   a) prover um método para a fabricação de um aparelho para aplicações de remoção de aparas em um aparelho, e

   b) precipitar sobre o dito aparelho um material cerâmico compreendendo nitreto de carbono CNx disposto em uma forma de grupamento nanodimensional, proporcionando, assim, um efeito de amortecimento de vibração ao dito aparelho.
6. 6. Método de acordo com a reivindicação 5 caracterizado pelo fato de que o dito material cerâmico é precipitado como uma fina camada sobre a superfície do aparelho, sendo que a dita camada é de 1 pm a 1000 pm, preferencialmente de 50 pm a 500 pm.
7. 7. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a precipitação da etapa b) é realizada utilizando uma tecnologia de deposição por pulverização catódica de magnetron, como DC, RF, pulsada, pulsada de alta potência, revestimento reativo ou uma tecnologia de arco, como o arco direcionado ou não-direcionado ou uma tecnologia de deposição de vapor químico (CVD), como RF, DC, de baixa pressão, de alta pressão, assistida por plasma, ou a tec

   Petição 870190053941, de 12/06/2019, pág. 38/68

   3/4 nologia de deposição de vapor físico (PVD) ou a tecnologia de spray de plasma ou uma combinação das ditas tecnologias, de preferência a deposição PVD e a deposição CVD são usadas.
8. 8. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a precipitação da etapa b) é realizada usando Ar, N, CH4 ou C2H2, ou CO, ou gás CO2 ou uma combinação dos mesmos.
9. 9. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a precipitação da etapa b) é realizada em um reator, opcionalmente equipado com um alvo no cátodo de magnetron no dito reator, compreendendo um cátodo e um ânodo separados por um campo magnético, e pela:

   (a) provisão para que o cátodo provenha um campo magnético do tipo magnetron no reator;

   (b) colocação de um aparelho em uma câmara, (c) introdução de um ou mais carbono contendo gases de processo e gás reativo na câmara;

   (d) energização do gás de processo e do gás reativo de modo a formar um plasma para decompor o gás de processo em radicais e ainda depositar o material de carbono sobre o aparelho e ionizar o gás reativo a fim de aumentar a taxa de quimissorção de nitrogênio no carbono, e (e) exaustão dos gases após a decomposição e quimissorção a partir da câmara.
10. 10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 9, caracterizado pelo fato de que o aparelho gira a uma velocidade de cerca de 0,25 rpm.
11. 11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que os gases de processo são acetileno e/ou metano e/ou óxido de carbono, e/ou dióxido de carbono e o gás reativo é nitrogênio, de preferência, a razão entre o gás de

    Petição 870190053941, de 12/06/2019, pág. 39/68

    4/4 processo e o gás reativo é de cerca de 1/10 - 10/1, mais preferido a razão entre o acetileno e/ou metano e nitrogênio é de cerca de 50/50.
12. 12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que a pressão no reator é de 0,133 Pa a 133,3 KPa (10^-4 torr a 1000 torr), de preferência de 1,33 Pa a 1,33 KPa (10^-3 torr a 10 torr).