injeção - ucs · Ângelo pradella titton, carlos alberto costa , felipe meneguzzo pasquali,...

1
Ângelo Pradella Titton, Carlos Alberto Costa , Felipe Meneguzzo Pasquali, Robinson C. D. Cruz [email protected], [email protected], [email protected], [email protected] INSTITUTO DE MATERIAIS CERÂMICOS, UNIVERSIDADE DE CAXIAS DO SUL, 95765-000, BOM PRINCIPIO - RS 56° Congresso Brasileiro de Cerâmica 1º Congresso Latino-Americano de Cerâmica IX Brazilian Symposium on Glass and Related Materials O processo de moldagem por injeção de materiais cerâmicos a baixa pressão é uma alternativa que vem sendo utilizada para a fabricação de peças de geometria complexa em pequenos lotes de produção. Este processo consiste na injeção de uma suspensão de pó cerâmico e veículo orgânico (VO) em um molde metálico. Após a injeção o VO é extraído e finalmente a peça é sinterizada. A composição da suspensão, a geometria da ferramenta, os parâmetros de injeção e o processo de remoção dos ligantes são fatores críticos de controle do processo para a obtenção de peças livre de defeitos. Este trabalho apresenta um estudo das correlações entre os parâmetros de injeção, pós-injeção e das variações dimensionais e planicidade de peças injetadas em baixa pressão. Os resultados preliminares mostraram a influência predominante da operação de recalque na estabilidade geométrica das amostras, principalmente nos desvios de planicidade (empenamentos). Por outro lado a aplicação do alívio de tensões (recozimento) bem como a remoção dos ligantes via leito de pó (debinding by wicking 1 e 2) reduziram o empenamento das amostras. Estudos complementares que associam heterogeneidades na distribuição do VO e o empenamento da peça estão em andamento. A equipe agradece o apoio incondicional da Profª. Janete Zorzi na definição das etapas de injeção e pós-injeção da mistura alumina/VO. Introdução Metodologia Resultados e discussão Considerações finais Agradecimentos MOLDAGEM POR INJEÇÃO A BAIXA PRESSÃO DE DISCOS CERÂMICOS: INFLUÊNCIA DOS PARÂMETROS DE PROCESSO NOS ASPECTOS DIMENCIONAIS DA PEÇA Mistura e injeção: Injetora baixa pressão Peltsman MIGL-33, 90°C /30 horas Remoção do VO: Forno Sanchis B CER (ciclo térmico obtido por TGA) Sinterização: Forno Lindberg/blue M Box Furnace (2°C/min - 1600 ºC/2h) Suspensão cerâmica (feedstock): - Alumina: A1000SG (Almatis) 86%p. - VO (Parafina, Cera de Polietileno e Carnaúba, Ácidos Graxos) - 14%p. Medições: - Planicidade: ZEISS, GageMax (0,0001mm) - Peso: Balança Multitec, BG 4000 (0,01g) - Diâmetro: Paquímetro Mitutoyo, Nº 500-145B (0,01mm) - Espessura: Micrometro Feinmesszeugfabrik Suhl, TGL 15046/I (0,01mm) As amplitude dos desvios de planicidade em função da temperatura de remoção dos ligantes e diferentes tratamentos térmico para 6 diferentes grupos de amostras, são apresentados nas Fig. 1a e Fig. 1b. Nas peças submetidas ao tratamento de alívio de tensões, a amplitude do empenamento é menor em relação as amostras sem o alívio. As peças sem recalque na injeção, com alívio de tensão e com leito de pó apresentaram os menores empenamentos. 25 1000 1600 40 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 10 100 1000 10000 SR/SA/SL SR/CA/SL CR/SA/SL CR/CA/SL Temperatura [°C] Amplitude [mm] 25 40 250 1000 1600 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 10 100 1000 10000 SR/CA/CL CR/CA/CL Temperatura [°C] Amplitude [mm] Fig. 1. Amplitude dos desvios de planicidade (empenamento) em função da temperatura e das etapas de pós- injeção para amostras com a remoção do VO (a) sem leito e (b) em leito de pó. Fig.2 (a) Comparação do peso médio, (b) amplitude média, (c) espessura média e (d) diâmetro médio para todas as amostras em função das etapas de pós-injeção 36,89 37,08 36,92 36,64 32,67 32,61 31,73 32,10 31,70 31,66 31,55 31,54 30 31 32 33 34 35 36 37 Peso [g] Peso Médio 0,16 0,17 0,17 0,19 0,25 0,36 0,55 0,62 0,31 0,35 0,55 0,57 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 Amplitude Média Amplitude [mm] 2,89 2,90 2,88 2,88 2,86 2,85 2,88 2,94 2,86 2,87 2,34 2,36 2,2 2,4 2,6 2,8 3 Espessura Média Espessura [mm] 78,83 79,01 78,93 78,87 78,48 78,12 78,12 78,43 78,24 67,35 67,39 65 67 69 71 73 75 77 79 Diâmetro Médio Diâmetro [mm] (a) (b) (c) (d) Peso médio, amplitude média dos desvios de planicidade, espessura média e diâmetro médio das amostras foram comparados após cada etapa dos tratamentos térmicos aplicados. O efeito do recalque sobressai em todas as medições. A variação do peso médio das amostras não foi afetada de modo significativo pela aplicação de recalque (Fig. 2a). Para a amplitude média dos desvios de planicidade, o recalque afetou de modo expressivo as demais etapas de pós injeção. O empenamento das peças produzidas com recalque foi amplificado em 44% no Wicking 1, de 12 a 13% com Alívio, Wicking 2 e Pré-Sint e 4% na sinterização (Fig. 2b). Assim como para o peso médio, tanto a espessura média quanto o diâmetro médio foram pouco afetados pelo recalque (Fig. 2c e 2d) Peça Verde Peça Sinterizada (a) (b) Diâmetro: 80mm Espessura: 3mm Diâmetro: 78,87mm Espessura: 2,86mm Diâmetro: 67,35mm Espessura: 2,34mm Com Recalque Sem Recalque Com Alívio Debinding por wicking 1 e 2 Injeção Sem Alívio Com Alívio Sem Alívio Sinterização Debinding por wicking 1 e 2 Debinding por wicking 1 e 2 Debinding por wicking 1 e 2 Debinding sem wicking Debinding sem wicking Debinding sem wicking Debinding sem wicking

Upload: ngoanh

Post on 24-Nov-2018

215 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Injeção - UCS · Ângelo Pradella Titton, Carlos Alberto Costa , Felipe Meneguzzo Pasquali, Robinson C. D. Cruz aptitton@ucs.br, cacosta@ucs.br, fmpasquali@ucs.br, rcdcruz@ucs.br

Ângelo Pradella Titton, Carlos Alberto Costa , Felipe Meneguzzo Pasquali, Robinson C. D. Cruz [email protected], [email protected], [email protected], [email protected]

INSTITUTO DE MATERIAIS CERÂMICOS, UNIVERSIDADE DE CAXIAS DO SUL, 95765-000, BOM PRINCIPIO - RS

56° Congresso Brasileiro de Cerâmica

1º Congresso Latino-Americano de Cerâmica

IX Brazilian Symposium on Glass and Related Materials

O processo de moldagem por injeção de materiais cerâmicos a baixa pressão é uma alternativa que vem sendo utilizada para a fabricação de peças de geometria complexa em pequenos lotes de produção. Este processo consiste na injeção de uma suspensão de pó cerâmico e veículo orgânico (VO) em um molde metálico. Após a injeção o VO é extraído e finalmente a peça é sinterizada. A composição da suspensão, a geometria da ferramenta, os parâmetros de injeção e o processo de remoção dos ligantes são fatores críticos de controle do processo para a obtenção de peças livre de defeitos. Este trabalho apresenta um estudo das correlações entre os parâmetros de injeção, pós-injeção e das variações dimensionais e planicidade de peças injetadas em baixa pressão.

Os resultados preliminares mostraram a influência predominante da operação de recalque na estabilidade geométrica das amostras, principalmente nos desvios de planicidade (empenamentos). Por outro lado a aplicação do alívio de tensões (recozimento) bem como a remoção dos ligantes via leito de pó (debinding by wicking 1 e 2) reduziram o empenamento das amostras. Estudos complementares que associam heterogeneidades na distribuição do VO e o empenamento da peça estão em andamento. A equipe agradece o apoio incondicional da Profª. Janete Zorzi na definição das etapas de injeção e pós-injeção da mistura alumina/VO.

Introdução

Metodologia

Resultados e discussão

Considerações finais

Agradecimentos

MOLDAGEM POR INJEÇÃO A BAIXA PRESSÃO DE DISCOS CERÂMICOS: INFLUÊNCIA DOS PARÂMETROS DE PROCESSO

NOS ASPECTOS DIMENCIONAIS DA PEÇA

Mistura e injeção: Injetora baixa pressão Peltsman MIGL-33, 90°C /30 horas

Remoção do VO: Forno Sanchis B CER (ciclo térmico obtido por TGA) Sinterização: Forno Lindberg/blue M Box Furnace (2°C/min - 1600 ºC/2h)

Suspensão cerâmica (feedstock): - Alumina: A1000SG (Almatis) – 86%p. - VO (Parafina, Cera de Polietileno e Carnaúba, Ácidos Graxos) - 14%p. Medições: - Planicidade: ZEISS, GageMax (0,0001mm) - Peso: Balança Multitec, BG 4000 (0,01g) - Diâmetro: Paquímetro Mitutoyo, Nº 500-145B (0,01mm) - Espessura: Micrometro Feinmesszeugfabrik Suhl, TGL 15046/I (0,01mm)

As amplitude dos desvios de planicidade em função da temperatura de remoção dos ligantes e diferentes tratamentos térmico para 6 diferentes grupos de amostras, são apresentados nas Fig. 1a e Fig. 1b. Nas peças submetidas ao tratamento de alívio de tensões, a amplitude do empenamento é menor em relação as amostras sem o alívio. As peças sem recalque na injeção, com alívio de tensão e com leito de pó apresentaram os menores empenamentos.

25

1000

1600

40

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1 10 100 1000 10000

SR/SA/SL

SR/CA/SL

CR/SA/SL

CR/CA/SL

Temperatura [°C]

Am

plit

ud

e [m

m]

25

40

250

1000

1600

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1 10 100 1000 10000

SR/CA/CL

CR/CA/CL

Temperatura [°C]

Am

plit

ud

e [m

m]

Fig. 1. Amplitude dos desvios de planicidade (empenamento) em função da temperatura e das etapas de pós-injeção para amostras com a remoção do VO (a) sem leito e (b) em leito de pó.

Fig.2 (a) Comparação do peso médio, (b) amplitude média, (c) espessura média e (d) diâmetro médio para todas as amostras em função das etapas de pós-injeção

36,8937,08 36,92

36,64

32,67 32,61

31,7332,10

31,70 31,66 31,55 31,54

30

31

32

33

34

35

36

37

Pe

so [

g]

Peso Médio

0,16 0,17 0,17 0,190,25

0,36

0,550,62

0,310,35

0,55 0,57

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

Amplitude Média

Am

plit

ud

e [

mm

]

2,89 2,90 2,88 2,88 2,86 2,852,88

2,94

2,86 2,87

2,34 2,36

2,2

2,4

2,6

2,8

3

Espessura Média

Esp

ess

ura

[mm

]

78,83 79,01 78,93 78,87 78,48 78,12 78,12 78,43 78,24

67,35 67,39

65

67

69

71

73

75

77

79

Diâmetro Médio

Diâ

me

tro

[mm

]

(a) (b)

(c) (d)

Peso médio, amplitude média dos desvios de planicidade, espessura média e diâmetro médio das amostras foram comparados após cada etapa dos tratamentos térmicos aplicados. O efeito do recalque sobressai em todas as medições. A variação do peso médio das amostras não foi afetada de modo significativo pela aplicação de recalque (Fig. 2a). Para a amplitude média dos desvios de planicidade, o recalque afetou de modo expressivo as demais etapas de pós injeção. O empenamento das peças produzidas com recalque foi amplificado em 44% no Wicking 1, de 12 a 13% com Alívio, Wicking 2 e Pré-Sint e 4% na sinterização (Fig. 2b). Assim como para o peso médio, tanto a espessura média quanto o diâmetro médio foram pouco afetados pelo recalque (Fig. 2c e 2d)

Peça Verde Peça Sinterizada

(a) (b)

Diâmetro: 80mm Espessura: 3mm

Diâmetro: 78,87mm Espessura: 2,86mm

Diâmetro: 67,35mm Espessura: 2,34mm

Com Recalque Sem Recalque

Com Alívio

Debindingpor wicking

1 e 2

Injeção

Sem Alívio Com Alívio Sem Alívio

Sinterização

Debindingpor wicking

1 e 2

Debindingpor wicking

1 e 2

Debindingpor wicking

1 e 2

Debindingsem wicking

Debindingsem wicking

Debindingsem wicking

Debindingsem wicking