APOSTILA - Usinagem Química e Eletroquímica

APOSTILA - Usinagem Química e Eletroquímica

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Nesta aula vocŒ vai estudar dois mØtodos nªo convencionais de usinagem, que tŒm em comum entre si apenas o fato de aproveitarem a capacidade que certos materiais apresentam de reagirem quimicamente com outros.

Estes dois processos - a usinagem química e a usinagem eletroquímica - baseiam-se em princípios diferentes e mobilizam diferentes formas de energia.

A usinagem química Ø um meio de usinar os metais pela sua dissoluçªodissoluçªodissoluçªodissoluçªodissoluçªo em uma soluçªo agressiva, Æcida ou bÆsica, enquanto a usinagem eletroquímica funciona por remoçªoremoçªoremoçªoremoçªoremoçªo e transportetransportetransportetransportetransporte, Ætomo por Ætomo, do metal usinado, mergulhado numa soluçªo eletrolítica. Na usinagem eletroquímica, nªo Ø levada em conta a capacidade de a soluçªo eletrolítica dissolver o metal.

A œnica energia utilizada na usinagem química Ø libertada pela reaçªo química da soluçªo agressiva sobre o metal, enquanto na usinagem eletroquímica a energia, de natureza elØtrica, provØm de uma fonte externa.

A usinagem química Ø mais lenta e dÆ resultados mais exatos. A usinagem eletroquímica necessita de ferramenta específica, semelhante a uma ferramenta mecânica.

A seguir, vocŒ terÆ uma descriçªo detalhada de cada um desses mØtodos de usinagem. Ao final da aula, esperamos que vocŒ seja capaz de identificar suas principais características.

Usinagem química: como tudo começou

Os pioneiros na utilizaçªo da via química para conformar metais foram os gravadores. Esses artistas empregavam, e usam atØ hoje, uma mistura de Æcido nítrico e Ægua para desoxidar e gravar metais, conhecida como Ægua-forte. A fim de obter as gravuras, o Æcido era preparado para corroer as partes expostas da estampa, enquanto as partes protegidas permaneciam em relevo.

Usinagem química e usinagem eletroquímica

Nossa aula

AULAEntretanto, por mais espetaculares que sejam esses trabalhos artísticos, eles nªo correspondem às exigŒncias atuais de um trabalho de usinagem industrial.

A usinagem requer a obtençªo de formas, arestas, dimensıes e estados de superfície bem definidos. A Química permite cercar estes parâmetros, com exatidªo suficiente para garantir o Œxito das aplicaçıes industriais.

HÆ mais ou menos quinze anos a indœstria aeronÆutica vem se beneficiando dos procedimentos de usinagem química para diminuir o peso das aeronaves, eliminando quimicamente os materiais desnecessÆrios de determinadas peças, a fim de melhorar a relaçªo resistŒncia/peso, sem prejuízo da sua resistŒncia mecânica.

Os conhecimentos adquiridos com a aplicaçªo desta tØcnica na indœstria aeronÆutica tornaram possível aplicar a usinagem química a outros metais, alØm do alumínio, como o ferro, os aços, os aços inoxidÆveis , o titânio, o tântalo etc.

A usinagem química recebeu um impulso adicional da exigente indœstria eletrônica, para produzir um nœmero crescente de peças precisas, delicadas, de pequenas dimensıes, sem nenhum tipo de deformaçªo do metal. Esta tØcnica Ø bastante difundida, tambØm, para produçªo de circuitos eletrônicos impressos em chapas.

HÆ cerca de cinco anos, as indœstrias elØtricas e a de mecânica de precisªo tambØm aderiram a este mØtodo, para confeccionar um nœmero crescente de materiais miniaturizados, que devem ser produzidos em sØrie.

Novas necessidades continuam surgindo, abrindo outros campos de aplicaçªo para a usinagem química. Empresas especializadas nessa Ærea sªo capazes de atender às exigŒncias de qualquer cliente, com base em um desenho tØcnico ou croquis com as dimensıes e tolerâncias definidas, com custos e prazos bastante competitivos, pois este mØtodo dispensa o elevado investimento na confecçªo de ferramental e permite o trabalho em diversos tipos de materiais, inclusive temperados, mesmo em produçıes em pequenas escalas.

A figura a seguir mostra alguns exemplos de peças produzidas por usinagem química.

AULAPrincípio de funcionamento

A usinagem química consiste em submeter certas partes de peças metÆlicas à açªo de uma soluçªo agressiva. Isso implica que as outras partes devem ser protegidas desta açªo, o que Ø feito colocando-se uma “mÆscara” sobre a peça, feita de material insensível à substância corrosiva, com as formas e dimensıes adequadas.

Etapas do processo

As principais etapas de execuçªo da usinagem química sªo: •preparaçªo da superfície do metal

•confecçªo da mÆscara e revestimento da peça

•usinagem química propriamente dita e

• limpeza

Preparaçªo da superfície do metal:Preparaçªo da superfície do metal:Preparaçªo da superfície do metal:Preparaçªo da superfície do metal:Preparaçªo da superfície do metal: A superfície do metal, que ficarÆ coberta durante a usinagem, deve ser cuidadosamente limpa e desengordurada. Às vezes, Ø necessÆrio submetŒ-la a um leve ataque corrosivo. Isso proporciona uma boa aderŒncia da mÆscara, durante a usinagem, principalmente quando feita de resinas fotossensíveis.

Depois de limpo, o metal deve ser protegido da poeira e manipulado o mínimo possível, de preferŒncia com luvas.

Confecçªo da mÆscara e revestimento da peça:Confecçªo da mÆscara e revestimento da peça:Confecçªo da mÆscara e revestimento da peça:Confecçªo da mÆscara e revestimento da peça:Confecçªo da mÆscara e revestimento da peça: Diversos materiais podem ser empregados na confecçªo de mÆscaras, tais como: borracha, plÆsticos, resinas fotossensíveis, vernizes etc. O importante Ø que esses materiais resistam à soluçªo agressiva utilizada, apresentem boa aderŒncia à peça, o tempo suficiente para obter o resultado desejado e possam ser recortados nas dimensıes estabelecidas.

As mÆscaras devem apresentar uma diferença dimensional, para menor, em relaçªo às cotas finais desejadas, pois a dissoluçªo do metal nªo se faz rigorosamente na vertical: um pouco da soluçªo sempre penetra sob a mÆscara. O cÆlculo das dimensıes da mÆscara Ø feito de acordo com a espessura a dissolver, o tipo de metal e o ambiente em que Ø feito o trabalho, para uma velocidade de dissoluçªo determinada.

As pinturas ou borrachas sintØticas sªo aplicadas sobre um gabarito, o qual, depois de retirado, deixa aparecer o metal nªo protegido, que serÆ exposto à soluçªo corrosiva.

Suponha, por exemplo, que vocŒ precise de uma peça conforme o desenho ao lado.

AULAA usinagem serÆ feita sobre uma chapa retangular de alumínio, com as seguintes dimensıes: 4 m · 50 m · 110 m. Depois de limpar o mate-

rial, conforme as recomendaçıes feitas anteriormente, vocŒ deverÆ aplicar sobre a chapa um gabarito feito de aço laminado, com as partes que vocŒ deseja proteger vazadas, como mostra a figura a seguir.

Depois de colocado o gabarito sobre a chapa de alumínio, o próximo passo serÆ a aplicaçªo, sobre a parte vazada, de uma camada de tinta especial resistente ao agente corrosivo usado neste caso: a soda cÆustica (NaOH).

Isso feito, basta remover cuidadosamente o gabarito. Apenas a parte nªo protegida serÆ dissolvida pelo agente corrosivo.

Outra possibilidade, se vocŒ puder utilizar um material que possa ser facilmente recortado, como as borrachas, por exemplo, consiste em desenhar o contorno desejado na própria borracha, recortar a silhueta contornada e aplicÆ- la diretamente sobre a peça.

AULANesse processo nªo se admite nenhuma poeira. O bom resultado depende de uma camada homogŒnea, de espessura constante, sem rugas nem bolhas.

As camadas protetoras devem ser suficientemente espessas e aderentes.

Para trabalhos que exigem grande exatidªo, as resinas fotossensíveis sªo preferidas. Essas resinas devem ser submetidas a radiaçªo ultravioleta e depois devem ser reveladas. A revelaçªo faz aparecer o desenho da peça e deixa a descoberto o metal a dissolver.

A vantagem das resinas fotossensíveis Ø a possibilidade de reduçªo fotogrÆ- fica, em grande escala, com exatidªo, do desenho da parte a ser protegida. Quando se usa gabarito ou recorte manual, esta exatidªo fica dependendo da habilidade do operador.

Para aumentar a aderŒncia e resistŒncia da resina aos Æcidos, depois da revelaçªo, a peça deve ser submetida a recozimento controlado e uniforme. Esse processo pode ser feito em estufas, a temperaturas relativamente baixas, ou por açªo de radiaçªo infravermelha, desde que se tome o cuidado de exposiçªo correta de todas as partes da peça.

Assim, a peça estarÆ pronta para ser usinada quimicamente. Mas, atençªo!

Alguns testes preliminares sªo necessÆrios para determinar se a qualidade das superfícies dissolvidas e das arestas serªo satisfatórias com o uso do agente corrosivo escolhido.

Usinagem química: Usinagem química: Usinagem química: Usinagem química: Usinagem química: Neste estÆgio, realiza-se a dissoluçªo das partes das peças que devem desaparecer. A soluçªo agressiva Ø colocada em contato com o metal, e a dissoluçªo se processa atØ ser atingido o equilíbrio químico. As soluçıes cÆusticas (para alumínio e aço) e Æcidas (para níquel e cobre) sªo agentes corrosivos típicos.

Para que a soluçªo nªo perca suas propriedades, ela deve ser constantemente renovada, por meio de dispositivos acoplados ao tanque de usinagem.

Limpeza da peça: Limpeza da peça: Limpeza da peça: Limpeza da peça: Limpeza da peça: Esta operaçªo consiste em livrar a peça das mÆscaras aplicadas. Terminada a usinagem, deve ser feito um escovamento mecânico da peça, seguido de um banho. Quando a fragilidade da peça nªo permite um escovamento mecânico, pode-se recorrer a açªo dos ultra-sons.

Vantagens e desvantagens da usinagem química

Um inconveniente importante da usinagem química Ø que o recorte nªo Ø rigorosamente perpendicular à superfície e os ângulos obtidos sªo mal reproduzidos.

A execuçªo da mÆscara, nas dimensıes ideais, Ø uma tarefa complicada, que só chega a bom termo após vÆrias tentativas e aproximaçıes. Muitas vezes, Ø preciso ter uma peça terminada para, com base na verificaçªo dos erros dimensionais, corrigir a mÆscara. Este procedimento deve ser repetido tantas vezes quantas forem necessÆrias, atØ se chegar à regulagem definitiva.

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