ES2248597T3 - Procedimiento para el mezclado y fabricacion de una superficie con un grado de brillo. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la fabricación de un estampado sobre la superficie de una pieza de trabajo, caracterizado por el uso de una herramienta de prensado (1) con un revestimiento (3) sobre la superficie de la herramienta de prensado (2) que está hecho de carbono con capas similares al diamante, y presenta una dureza de la superficie por encima de 1.800 HV según Vickers, en el que se presiona un material poco viscoso de la superficie contra la pieza de trabajo.

Description

Procedimiento para el mecanizado y fabricación de una superficie con un grado de brillo.

La invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de un estampado sobre la superficie de una pieza de trabajo con un grado de brillo reproducible, así como a una herramienta de prensado para la aplicación del procedimiento.

El procedimiento genérico o la herramienta de prensado necesaria para él, se emplea fundamentalmente en el revestimiento de materiales en forma de plancha, en particular materias derivadas de la madera con, por ejemplo, películas de resina aminoplástica. El revestimiento de las materias derivadas de la madera en forma de plancha, que en la práctica también son conocidas como planchas de virutas, planchas MDF (Medium Density Fireboards), o planchas HDF (High Density Fireboards), se lleva a cabo por regla general en prensas de secado hidráulicas bajo presión y temperatura, y se requiere para la industria del mueble. Del mismo modo, las planchas de laminado se fabrican de la misma manera. Las superficies que se han de mecanizar se pueden fabricar de modo satinado, brillante, o con brillo intenso, y para ello, dado el caso, se pueden proveer de una estructura de superficie. Para proteger las herramientas de prensado, relativamente caras, de daños de la superficie o de un desgaste prematuro, las herramientas de prensado se provén preferentemente de una capa de cromo duro, que puede tener un grosor de hasta 20 \mum. En el revestimiento de chapas HDF con superficies resistentes a la abrasión, que se usan en las regiones del suelo, las herramientas de prensado que se encuentran hasta ahora en el mercado tienen una vida útil relativamente corta. Después de 15.000 ciclos de prensado, como máximo 25.000, las herramientas de prensado, a pesar del cromado duro existente, ya muestran una variación clara del grado de brillo, de manera que las superficies de las planchas de prensado se han de mecanizar y cromar de nuevo. La fuerte abrasión de las herramientas de prensado se debe a sustancias que están integradas en las superficies que se han de trabajar. En este caso se trata, por ejemplo, de añadiduras de corindón o bien de óxido de aluminio Al_{2}O_{3}, que son añadidas a las superficies para conseguir los valores de abrasión requeridos para planchas del suelo. Puesto que los valores de abrasión requeridos son correspondientemente elevados, pueden tener un valor de hasta 15.000 revoluciones Taber según el estándar MEMA nº LD 1991 3.01, o hasta 6500 revoluciones Taber según la nueva norma pr EN 13329, se añaden a estas superficies las sustancias mencionadas anteriormente en partículas muy finas. El Al_{2}O_{3} se integra muy bien, como consecuencia de su índice de refracción 1,57, en el compuesto de celulosa con 1,53 y en la resina de melamina con 1,55, y gracias a ello, después del endurecimiento de las resinas de melamina consigue superficies relativamente transparentes. Preferentemente, se pretende conseguir superficies altamente transparentes, ya que la película superpuesta tiene la función de proteger la película de resina de melamina decorativa que se encuentra por debajo de la destrucción de la capa decorativa. La distribución de las partículas de Al_{2}O_{3} en la película superpuesta difiere mucho, y por esa razón también se encuentran partículas en la superficie. En el revestimiento de planchas HDF, se producen en la instalación de prensado movimientos relativos, debido a lo cual las partículas de la superficie del óxido de aluminio rozan con la capa de cromo, y provocan una modificación del grado de brillo de las superficies de la herramienta de prensado, y con ello un desgaste prematuro. Por medio de las mezclas existentes se mejora la resistencia a la abrasión de las planchas del suelo HDF, si bien muestran respecto a las herramientas de prensado cromadas el efecto negativo mencionado anteriormente. Como consecuencia de la gran diferencia de dureza, el Al_{2}O_{3} posee una dureza Vickers de 1.800 a 2.000 HV, mientras que la capa de cromo sólo de 900 a 1.000 HV, se produce, con ello, un desgaste prematuro de la superficie de la herramienta, y se reduce de un modo extremo la resistencia.

De la solicitud de patente europea EP A 0 509 875 se conoce, por ejemplo, la fabricación de una capa dura de un pseudocarbono a modo de diamante, en la que este revestimiento está previsto fundamentalmente para moldes hechos de acero o de aluminio para la fabricación de piezas de plástico. Otros campos de aplicación se indican en la solicitud de patente, por ejemplo, para la construcción de máquinas, la hidráulica, la neumática, técnicas de pintura, la construcción de herramientas y la deformación de plásticos, así como la técnica de vacío. Sin embargo, debido al hecho de que esta solicitud de patente se refiere exclusivamente a la fabricación de la capa de pseudocarbono a modo de diamante, no se revelan ejemplos de realización detallados generales, o finalidades de uso especiales.

Así pues, la invención se basa en el objetivo de indicar un procedimiento y una herramienta de prensado para la aplicación del procedimiento, con el que se pueda incrementar de un modo considerable la resistencia.

Otro objetivo de la invención reside en el hecho de incrementar la resistencia química de la superficie de la plancha para prensado contra monómeros de resina fenólica.

Según la invención, el objetivo se consigue por medio del uso de una herramienta de prensado con un revestimiento sobre la superficie de la herramienta de prensado, que está hecho de carbono y de capas similares al diamante, y que presenta una dureza de la superficie por encima de 1.800 HV según
Vickers, presionándose un material de la superficie poco viscoso con la pieza de trabajo. Por medio de las capas similares al diamante hechas de carbono como revestimiento adicional, se mejora fundamentalmente la dureza de la superficie, de manera que la herramienta de prensado empleada aguanta una carga mayor, y no se observa ningún empeoramiento del grado de brillo en el material acabado. Debido a ello, este tipo de herramientas de prensado son muy apropiadas para el procesado de superficies altamente resistentes a la abrasión, que están enriquecidas, por ejemplo, con sustancias adicionales como corindón u óxido de aluminio Al_{2}O_{3} o materiales similares. En este caso, dado el caso, hay que prestar atención al hecho de que la dureza de la superficie de las sustancias que se han de mecanizar está por debajo de la del revestimiento de la herramienta de prensado, para no perjudicar las duraciones de las herramientas. Con una revestimiento de este tipo se ha mostrado que las superficies usadas que contienen Al_{2}O_{3} apenas provocan una abrasión sobre las superficies de la herramienta de prensado, aunque en el mecanizado se produce un movimiento relativo entre la pieza de trabajo y la herramienta de prensado que es responsable de la abrasión en la herramienta de prensado. Por medio del uso de las capas similares al diamante hechas de carbono, con ello, de un modo sorprendente, se aumenta considerablemente la duración de función de las herramientas prestadoras, y adicionalmente se produce sólo una ligera variación del grado de brillo de la pieza de trabajo que se ha de mecanizar, incluso con un gran número de procesos de prensado. Con la herramienta de prensado, según esto, se lleva a cabo el mecanizado del material de la superficie poco viscoso para la conformación de una superficie lisa o estructurada por medio de la plastificación, conformación y solidificación dentro del proceso de prensado. Preferentemente, las herramientas de prensado se emplean para el mecanizado de superficies refrentadas planas de gran formato y de piezas de trabajo de una o varias capas, en particular materiales plásticos, sustancias, materias derivadas de la madera en forma de plancha, laminados con o sin papeles superpuestos u hojas laminadas. Para la plastificación de los materiales que se han de mecanizar, se lleva a cabo un calentamiento de la herramienta de prensado en un intervalo de temperaturas reducidas, que está claramente por debajo del umbral de recristalización de los materiales de la herramienta de prensado usados, y que llega hasta el punto de fusión de los plásticos, revestimientos plásticos o películas superpuestas usadas. Con ello, sin causar perjuicio a los materiales básicos de la herramienta de prensado, se puede llevar a cabo en un intervalo de temperatura reducido una conformación de los materiales de la superficie que se han de mecanizar, que va unida a un endurecimiento posterior de la superficie.

Preferentemente, en este caso se emplean para el mecanizado hojas duroplásticas o revestimientos que en primer lugar se plastifican por medio del calentamiento realizado, gracias a lo cual se produce una fluidificación de los materiales duroplásticos que todavía no se han endurecido, y por medio del proceso de esmaltado y la policondensación posterior se generan estructuras espaciales que se corresponden con la estructura de la superficie deseada de la herramienta de prensado. Después de haber realizado la conformación y la policondensación posterior de los materiales duroplásticos usados se produce una solidificación, que lleva a la superficie resistente deseada de las piezas de trabajo. De un modo sorprendente, en este caso se ha mostrado que aumenta de un modo considerable la duración de las placas de presión respecto a la tecnología empleada hasta el momento.

Para la aplicación del procedimiento está prevista una herramienta de prensado para superficies refrentadas planas en forma de una placa de presión, una cinta sinfín o un cilindro de presión, que esté prevista para la compresión de un material de la superficie poco viscoso con una pieza de trabajo, en la que la superficie de la herramienta de prensado está conformada de modo muy adherente, y presenta un grosor de capa de 0,1 a 10 \mum y una dureza de la superficie por encima de 1.800 HV según Vickers, de manera que la herramienta de prensado está provista de una capa de protección altamente resistente a la abrasión, y gracias a ello se evita una abrasión prematura en el proceso de revestimiento de por ejemplo planchas HDF con películas superpuestas que contienen Al_{2}O_{3} incluso en el caso de un movimiento relativo repetitivo permanentemente entre la superficie de la herramienta de prensado y la superficie que se ha de mecanizar. Las herramientas de prensado, en este caso, después del tratamiento previo conocido de la superficie, como el amolado de tolerancias, el pulido, el estructurado y el mateado, se provén de un recubrimiento de carbono con capas similares al diamante, muy adherente, altamente resistente a la abrasión. Con un recubrimiento de este tipo se ha mostrado, sorprendentemente, que las películas superpuestas que contienen Al_{2}O_{3} apenas generan una abrasión sobre las superficies empleadas de la placa de presión, y debido a ello se aumenta de un modo considerable el tiempo de funcionamiento, o la duración, de las placas de presión o de las herramientas de prensado. Este recubrimiento, que contiene carbono con capas similares al diamante, se puede aplicar sobre las superficies en un proceso de precipitación activado por plasma desde la fase gaseosa (chemical vapour deposition) a temperaturas relativamente reducidas por debajo de 200ºC. El proceso de precipitación tiene lugar en un aparato de alto vacío, en el que después de la evacuación hasta la región de alto vacío se introducen hidrocarburos en forma de gas. Para la mejora de la adherencia de las capas similares al diamante hechas de carbono sobre la superficie de la herramienta, ésta puede ser cromada previamente.

Para la conformación de la capa es necesario poner a la herramienta de prensado, por ejemplo la placa de presión, a una tensión eléctrica (tensión continua o alterna) hasta algunos kV, preferentemente de 100 a 800 voltios. La placa de presión se dispone en este caso en un electrodo en el aparato de vacío. Adicionalmente, para la conformación de las capas es necesario que los gases hidrocarburos usados, después de la disociación en el plasma, conformen por un lado carbono, y por otro lado iones de alta energía.

Se recomienda llevar a cabo la disociación en un campo de alta frecuencia, por un lado, para separar las capas gruesas, y por otro lado, para garantizar la replicabilidad del proceso.

Adicionalmente, para una mejor adhesión del revestimiento, la placa de presión se ha de corroer ligeramente con anterioridad. Esto se lleva a cabo, preferentemente, en el mismo aparato en el que también se ha separado el recubrimiento.

La corrosión ligera se produce por medio de pulverización catódica por medio de un gas noble, siendo ventajoso, por ejemplo, el argón. La introducción del gas noble se interrumpe en tanto que los gases que son responsables del recubrimiento (hidrocarburos) se hayan introducido.

Para mejorar aún más la fuerza de adhesión del recubrimiento a la superficie de la placa de presión, se puede aplicar una capa intermedia hecha de silicio, óxido de silicio y carburo de óxido de titanio según los procedimientos conocidos, por ejemplo, por medio de la pulverización catódica.

Asimismo, se ha mostrado como una ventaja el hecho de que la adhesividad del recubrimiento se eleve por medio del cromado previo de la superficie de la placa de presión. Las chapas de acero inoxidable con una proporción elevada de cromo se pueden recubrir igualmente sin un cromado adicional previo con capas similares al diamante hechas de carbono. En este caso es importante que los metales empleados sean buenos conformadores de carburos. Los aceros finos con elevadas proporciones de níquel, de modo correspondiente, no se pueden recubrir bien, y en este caso se recomienda aplicar anteriormente las capas intermedias recomendadas.

La precipitación a temperaturas relativamente reducidas se ha mostrado, asimismo, como una ventaja, ya que la estructura del metal, o la trabazón cristalina del metal, por ejemplo en el acero inoxidable en el ejemplo de realización posterior, no se ve influida, ya que la temperatura de recubrimiento está claramente por debajo del umbral de recristalización para aceros. Adicionalmente se evita el alabeo de la placa de presión, tal y como suele ser habitual a temperaturas elevadas.

Un ejemplo para el revestimiento con una superficie altamente resistente a la abrasión de la herramienta de prensado, que puede estar conformada como placa de presión, cinta sinfín o cilindro de presión, está dado según la invención por medio del hecho de que una chapa de acero del material nº DIN 1.4006 o AISI 410, en primer lugar, reciba por ambos lados un amolado de tolerancia para establecer el paralelismo plano requerido, a continuación reciba un amolado fino y un pulido para preparar la chapa para la estructuración posterior. A continuación se aplica una reserva cáustica por medio de presión de cilindro, serigrafía o recubrimiento directo de una capa fotoeléctrica. La placa de presión preparada de esta manera se estructura entonces según los procedimientos corrosivos conocidos (remoción de metal electrolítica por medio de procedimiento de mecanizado electrolítico, corrosión convencional con ácidos, etc.). El grado de brillo se establece a continuación por medio de perlas de vidrio u otros abrasivos en un procedimiento de soplado. A continuación se recubre la placa de presión con una capa de cromo en un baño de cromado. El grosor de la capa de cromo, en el presente caso, tenía un valor de aproximadamente 20 \mum. En la superficie de la placa de presión se aplicó ahora un revestimiento de carbono con capas similares al diamante y un grosor de capa de aproximadamente 2,5 \mum en alto vacío. La precipitación se lleva a cabo según el procedimiento descrito anteriormente, a partir de la fase gaseosa (hidrocarburo) en un proceso de precipitación activado por plasma. La placa de presión se pone a una tensión de polarización correspondiente de por ejemplo 100 V en tensión alterna con una frecuencia de 25 - 30 MHz. Después de haber generado un alto vacío, para una mejor transmisión de la adherencia se conecta en serie un proceso de corrosión por medio de pulverización catódica con por ejemplo gas argón a una presión de 0,03 - 0,06 Pa. A continuación, el gas de hidrocarburo requerido para el revestimiento, por ejemplo etileno, se introduce en el aparato, al mismo tiempo se apaga la alimentación de argón. La presión de gas del gas etileno tenía un valor de 1,0 - 1,5 Pa.

Se consiguió una placa de presión con un revestimiento de carbono con capas similares al diamante en la que la dureza de la superficie presentaba 3000 HV. Con ello, el recubrimiento, o bien el revestimiento tiene una dureza que está claramente por encima del valor del óxido de aluminio que se emplea en películas superpuestas, y se produjeron valores de abrasión claramente inferiores en comparación con las superficies de placas de presión que únicamente estaban cromadas.

La invención se vuelve a explicar a partir de la única Figura. La Figura muestra en una ampliación de una sección una herramienta de prensado 1 con una superficie de la herramienta de prensado 2 hecha de acero al cromo DIN 1.4006/AISI 410 1 con un revestimiento 3 de carbono con capas similares al diamante y una capa cromada 4 como capa intermedia que presenta una estructura de poros de madera 5.

Las herramientas de prensado 1, preferentemente, se emplean en la fabricación de planchas de materia derivada de la madera o planchas de laminado revestidas de plástico, que se usan, por ejemplo, en la fabricación de muebles. Para la conformación de la superficie, las herramientas de prensado 1 pueden presentar una estructura 5 estampada en su superficie. La estampación de una estructura de este tipo 5 en los materiales que se han de mecanizar se lleva a cabo con la ayuda de las herramientas de prensado 1 en forma de placas de presión o cintas sinfín de gran formato. Las herramientas de prensado 1 están formadas o bien a partir de chapa de acero o de latón con una estructuración de la superficie, o bien a partir de una plancha de acero revestida con cobre o con latón, en la que la estructuración de la superficie está incorporada en el otro revestimiento que se provee a continuación, dado el caso, con un cromado duro, y recibe un revestimiento 3 conforme a la invención. Este tipo de herramientas de prensado 1 se montan en dispositivo de prensado con el que se fabrican las planchas de construcción de muebles revestidas de plástico, los laminados o similares. Para la fabricación continuada también se conocen en este caso prensas con dos cintas sinfín circulares entre las que se presiona el material para prensar para formar planchas. En las dos realizaciones, las superficies opuestas al material para prensar pueden presentar una estructura 5 que se estampe en el laminado de prensado. En tanto que se empleen laminados u hojas superpuestas que estén provistos de partículas resistentes a la abrasión, como por ejemplo corindón o bien óxido de aluminio Al_{2}O_{3}, se emplea la realización conforme a la invención de una herramienta de prensado 1 con un revestimiento 3 de carbono con capas similares al diamante, que se aplica adicionalmente sobre la superficie estructurada existente. La ventaja especial viene dada por el hecho de que, como consecuencia de la dureza existente, existe una resistencia de abrasión fundamentalmente mayor respecto a las superficies que se han de mecanizar, y con ello se aumenta la resistencia.

Claims (15)

1. Procedimiento para la fabricación de un estampado sobre la superficie de una pieza de trabajo, caracterizado por el uso de una herramienta de prensado (1) con un revestimiento (3) sobre la superficie de la herramienta de prensado (2) que está hecho de carbono con capas similares al diamante, y presenta una dureza de la superficie por encima de 1.800 HV según Vickers, en el que se presiona un material poco viscoso de la superficie contra la pieza de trabajo.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el mecanizado de materiales con una superficie altamente resistente a la abrasión por medio de la adición de corindón o bien de óxido de aluminio Al_{2}O_{3} o materiales similares, cuya dureza de la superficie está por debajo de la del revestimiento (3).

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por la conformación de una superficie plana o estructurada mediante la plastificación, conformación y solidificación.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizado por el mecanizado de piezas de trabajo de una o varias piezas, en particular hechas de materiales plásticos, materias derivadas de la madera en forma de planchas o laminados con o sin papeles superpuestos.

5. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por el calentamiento de la herramienta de prensado (1) en un intervalo de temperaturas reducidas claramente por debajo del umbral de recristalización de los materiales de la herramienta de prensado usados hasta el punto de fusión de los plásticos, revestimientos plásticos o papeles superpuestos usados.

6. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por el mecanizado de superficies planas de gran formato de las piezas de trabajo.

7. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por el mecanizado de materiales duroplásticos como material o revestimiento de material.

8. Herramienta de prensado (1) para la aplicación del procedimiento según una o varias de las reivindicaciones 1 a 7 en forma de una placa de presión, una cinta sinfín o cilindro de presión, caracterizada porque para el prensado de un material poco viscoso de la superficie con una pieza de trabajo, la superficie de la herramienta de prensado (2) presenta un revestimiento (3) endurecido, conformado de modo muy adherente hecho de carbono con capas similares al diamante, en la que el revestimiento presenta un grosor de capa de 0,1 a 10 \mum, y una dureza de superficie por encima de 1.800 HV según Vickers.

9. Herramienta de prensado según la reivindicación 8, caracterizada porque el revestimiento (3) está hecho de carbono amorfo.

10. Herramienta de prensado según la reivindicación 8 ó 9, caracterizada porque la superficie de la herramienta de prensado (2) prevista para el mecanizado está conformada de modo plano o estructurado.

11. Herramienta de prensado según la reivindicación 8, 9 ó 10, caracterizada porque el material básico de la herramienta de prensado está conformado a partir de acero, en particular acero inoxidable, o bien es un material de latón.

12. Herramienta de prensado según una o varias de las reivindicaciones 8 a 11, caracterizado porque la superficie de la herramienta de prensado (2) se corroe ligeramente antes de la aplicación del revestimiento (3) hecho de carbono con capas similares al diamante con un gas noble por medio de pulverización catódica.

13. Herramienta de prensado según una o varias de las reivindicaciones 8 a 12, caracterizada porque entre el revestimiento (3) de carbono con capas similares al diamante existe una capa intermedia hecha de cromo sobre la superficie de la herramienta de prensado (2).

14. Herramienta de prensado según una o varias de las reivindicaciones 8 a 13, caracterizada porque entre el revestimiento (3) de carbono con capas similares al diamante se aplica una capa intermedia de silicio, óxido de silicio y carburo de óxido de titanio por medio de pulverización catódica, o porque la capa intermedia está formada por nitrito de titanio, y se precipita en alto vacío por medio de un arco plasmático.

15. Herramienta de prensado según una o varias de las reivindicaciones 8 a 14, caracterizada porque el revestimiento (3) de carbono con capas similares al diamante se lleva a cabo en un proceso de precipitación desde la fase gaseosa (chemical vapour deposition) a temperaturas reducidas por debajo de 200º Celsius bajo alto vacío en la superficie de la herramienta de prensado (2).