Projeto On-Surf - Newsletter n.º4 | Nov 2020
No âmbito do PPS1 - Superfícies Auto Adaptativas, continua o desenvolvimento de soluções para aplicação em ferramentas de estampagem de aços de elevado limite elástico, nomeadamente, a análise da performance tribológica dos revestimentos auto-lubrificantes do tipo W-S-C em situação de serviço. Como referência e para efeitos de comparação foram também testados corpos de prova não revestidos e revestidos industrialmente (W-S-C e DLC da TEandM).
Os ensaios de atrito dinâmico tipo "cilindros cruzados" foram realizados para estudar (i) o comportamento dos revestimentos em situação de contato renovado com a superfície a ser testada (semelhante ao observado em serviço) e (ii) a capacidade dos mesmos em reduzir o desgaste na região de contato, possibilitando assim o aumento da vida útil da matriz de estampagem. Esse último pârametro é avaliado por meio da análise do desgaste observado na amostra revestida (figura 1).
Para tal foram realizados ensaios de atrito dinâmico utilizando um dinamómetro num torno convencional (figura 2), para a monitorização das forças de corte em 3 direções (figura 3): radial (X), tangencial (Z) e longitudinal (Y). Os ensaios foram modelados para permitir o estudo da resposta auto-lubrificante dos revestimentos em contato com chapas de aço revestidas com zinco não lubrificadas. Nessa etapa do trabalho, os ensaios foram realizados num varão de aço inoxidável.
Figura 1. Cratera de desgaste observada na amostra revestida com W-S-C.
Figura 2. Ensaio de atrito dinâmico tipo "cilindros cruzados": dinamómetro.
Figura 3. Ensaio de atrito dinâmico tipo "cilindros cruzados": monitorização das forças de corte nas 3 direções principais do eixo.
Os revestimentos com propriedades antiaderentes abrangem um largo espectro de aplicações entre elas a redução da adesão de polímeros ao molde durante o processo de injecção. É por isso fundamental avaliar os mecanismos de adesão, os quais estão intimamente relacionados com a molhabilidade dos polímeros às superfícies de molde que, por sua vez, depende da energia de superfície e rugosidade destas.
Para alterar a composição química e morfologia da superfície de modo a dotá-la de propriedades antiaderentes, foi utilizada a Deposição de Camada Atómica de Al2O3 (ALD, do inglês Atomic Layer Deposition), na Universidade de Aveiro. Para além disso, o Centimfe, em colaboração com a Universidade do Minho, desenvolveu um acessório para o equipamento de medição de ângulos de contacto que simula da interação polímero-molde durante o processo de injeção. A superfície do aço revestido com Al2O3 por ALD ficou com menos polímero aderido após o processo de simulação de moldação por injeção quando comparada com a superfície do aço só tratada com polimento mecânico (Fig.4). Estes resultados sugerem que a modificação superficial por ALD pode ser utilizado para melhorar a antiaderência do polímero ao molde.
Fig.4. Comparação das superfícies do aço polído mecanicamente e com o revestimento de ALD antes e após simulação da moldação por injeção. (a) superficie do aço antes da simulação de moldação por injeção (b) superficie do aço após simulação de moldação por injeção.
Novas soluções de Engenharia de Superfícies em teste na Volkswagen AutoEuropa
O projeto mobilizador On-SURF reúne no total 21 parceiros, entre entidades do SI&I e empresas, relacionadas com o setor da Engenharia de Superfícies. A Volkswagen Autoeuropa - produção de ferramentas de estampagem é um dos parceiros industriais do On-SURF, cujo foco principal é colocar em prática em ambiente industrial, os conceitos desenvolvidos no âmbito do projeto.
As ferramentas de estampagem utilizadas deparam-se com elevadas cadências de produção, da ordem dos milhares de peças por ciclo produtivo, dando origem a diversos problemas produtivos que condicionam o seu funcionamento (acumulação de zinco em zonas indesejadas, desgaste, etc.), obrigando a paragens para limpeza e manutenção. Com a participação no mobilizador On-SURF, a Volkswagen Autoeuropa espera melhorar a eficiência do processo produtivo no que toca a ferramentas para estampagem, encontrando uma forma inovadora de diminuir os intervalos de limpeza/ intervenções e o aumento do tempo de vida útil da ferramenta.
No âmbito do projeto mobilizador On-SURF, no passado dia 25 de setembro tiveram início os primeiros testes de estampagem de um componente selecionado do modelo T-Roc, produzido na Volkswagen AutoEuropa, em Lisboa. Neste caso de estudo em concreto, no âmbito do PPS1 do citado projeto, as ferramentas para estampagem foram revestidas com sistemas auto-adaptativos, que vão permitir minimizar/eliminar o desprendimento do zinco durante o processo de estampagem.
Do ponto de vista industrial, as indicações dadas por estes primeiros testes foram de sucesso e as peças produzidas serão agora avaliadas internamente, a fim de aferir a capacidade de usar ferramentas revestidas (protótipo do projeto) na produção de grandes séries.
O consórcio ON-SURF tem procurado minimizar o impacto da pandemia no que toca às atividades do projeto e tem-se adaptado, pelo que, a articulação entre os vários parceiros está a ocorrer recorrendo a ferramentas de comunicação online. Decorreram desta forma, para além das reniões de coordenação, as reuniões de PPS, que têm uma elevada taxa de participação.