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FABRICAÇÃO DE COMPONENTES DE ULTRAPRECISÃO

H. M. Pierini (1), R. L. Stoeterau(1), R. B. Schroeter (1)

(1) Departamento de Engenharia Mecânica, EMC, Universidade Federal de Santa Catarina, Laboratório de Mecânica de Precisão, Campos Universitário - Trindade, Florianópolis - SC, CEP 88.040-900

Palavras-chave: : usinagem de ultraprecisão, heat pipes, ferramentas de diamante monocristalino, superfícies espelhadas.

Resumo

A tecnologia de usinagem de ultraprecisão, também denominada de tecnologia de usinagem nanométrica, além da qualidade superficial também garante uma elevada exatidão dimensional e de forma dos componentes, em geral na ordem de 0,1 mm para as tolerâncias. Esta tecnologia pode ser considerada como o limite tecnológico dos processos de usinagem com ferramenta de corte de geometria definida.

Os fatores que influenciam o processo de usinagem de ultraprecisão são similares com o que se tem na usinagem convencional. No entanto, devido às exigências e as características excepcionais que devem ser garantidas nos componentes, a atenção que deve ser dada a cada um dos fatores influentes é mais importante do que em relação aos processos convencionais.

Este trabalho tem como objetivos apresentar os resultados obtidos na fabricação de microtrocadores de calor e espelhos metálicos para óptica laser, pelo processo de usinagem de ultraprecisão. Em geral componentes eletrônicos têm seu desempenho afetado pelo excesso de calor que eles geram. Desta forma a retirada de calor torna-se um fator de extrema importância podendo ser feito de diversas maneiras, cada qual com sua eficiência. Heat Pipes permitem a retirada de calor de maneira mais eficiente, contudo sua fabricação com dimensões reduzidas exige condições especiais de fabricação. Precisão e qualidade que só podem ser obtidas por usinagem de ultraprecisão com ferramentas de diamantes monocristalino


Estes dispositivos são fabricados a partir de duas finas chapas de cobre com 99,9991% de pureza, sem oxigênio (OFHC), que possuem 100 mm de comprimento, 10 mm de largura, e 0,25 mm de espessura, onde são usinadas ranhuras com 130 mm de profundidade e espaçamento de 150 mm. A ferramenta de diamante monocristalino utilizada tem um raio de quina de 2 mm. Os parâmetros de usinagem foram 3000 rpm, avanço transversal de 0,05 mm/min, e como fluido de corte foi utilizada uma mistura de ar/álcool. O fluido tem como objetivo arrastar os cavacos e evitar que estes produzam danos na superfície.

Análises revelam que as ranhuras ficaram livres de rebarba e com superfícies internas espelhadas que caracterizam um valor de Ra inferior a 50 nm. A eficiência entre os microtrocadores de calor e os trocadores de calor convencionais se assemelha; porém as principais vantagens estão nas pequenas dimensões e conseqüentemente pouca massa.

Entre dispositivos que podem ser fabricados por usinagem de ultraprecisão pode-se citar a obtenção de superfícies espelhadas que são utilizadas em máquinas fotocopiadoras (cilindros espelhados), indústrias ópticas, equipamentos a laser, entre outras aplicações. Tais qualidades superficiais só são obtidas a partir de parâmetros de corte que só são possíveis com a utilização de ferramentas de diamante monocristalino. Acabamentos com rugosidade de poucos nanômetros são conseguidos porque com estas ferramentas conseguem-se gumes extremamente afiados; cerca de 1000 vezes mais afiados se comparados com os gumes das ferramentas de metal-duro.

Tais superfícies são obtidas a partir de condições que devem estar corretamente relacionadas. Estas condições, que vão desde da utilização de parâmetros de corte corretos, até à influência das forças passivas, são essenciais e incontestáveis para obtenção dos resultados finais. Abaixo se mostram fotos comprovando a qualidade superficial que é obtida através da usinagem por ultraprecisão.


A qualidade superficial obtida na usinagem de ultraprecisão foi satisfatória, contudo não pôde ser avaliada quantitativamente pela Universidade Federal de Santa Catarina por falta de equipamentos adequados, porém seus resultados podem ser comprovados pelo cumprimento das funções como espelhos para laser e lentes para aplicações diversas.


Agradecimentos: Prof. Márcia Mantelli do LABSOLAR - UFSC.

Referências:

SCHROETER, R. B. Usinagem de Ultraprecisão de Elementos Ópticos Transmissivos no Espectro Infravermelho. Florianópolis: UFSC,1997. Tese de Doutorado.

STOETERAU, R. L. Desenvolvimento do Protótipo de uma Máquina-ferramenta comandada numericamente para Usinagem de Ultraprecisão com Ferramenta de Geometria Definida. Florianópolis: UFSC,1999. Tese de doutorado.