Tecnologia de corte usando fio diamantado com movimento recíproco

Por Carlos Alberto Fazano*

Por meio corte por fio diamantado usando movimento recíproco podem ser cortados com extrema precisão os mais diversos tipos de materiais, tais como: cristais, vidros, silício, metais, compósitos etc. Esta grande variedade de possibilidades é sobremaneira importante no desenvolvimento de novos tipos de produtos, os quais, tanto para fins de controle como de produção, devem ser precisamente seccionados tendo em mente equipamentos de baixo custo de aquisição como operacional.

Atualmente existe disponível uma grande variedade de tecnologias para o corte de materiais. Entretanto, cada uma delas deve ser cuidadosamente avaliada quanto à sua aplicação, pois, devido ao seu princípio de funcionamento, apresentam limitações como: precisão, flexibilidade, custo operacional etc.

Entre eles, os mais conhecidos são aqueles através de discos, usando diamante ou óxido de alumínio como meio abrasivo, tanto a úmido como a seco, além das conhecidas serras circulares. No entanto, esses métodos apresentam várias limitações. Assim, neste método tanto o material como o disco de corte devem estar firmemente fixados, devido à grande força envolvida no mesmo.

As deformações mecânicas geradas durante o corte podem ser minimizadas pelo uso de discos mais finos. Estes, porém, tendem a flambar, podendo acarretar danos tanto na seção como no próprio disco de corte.
Para cortes mais profundos, os discos têm maior espessura, o que por sua vez aumenta a remoção de material bem como a frição, gerando conseqüentemente o calor responsável por deformações térmicas na superfície em trabalho.

Além dos métodos que usam força e velocidade constantes, existe ainda o corte anular, muito usado para obtenção de seções que requeiram um acabamento superficial de qualidade . Entretanto, é um método bastante limitado, não somente pelo custo do equipamento envolvido, mas pelo fato de produzir seções não maiores que 50 mm.

A serra de fita é outro método bastante comum usado para o corte de materiais. Geralmente ela é feita empregando uma associação de tipos de aços ou, para cortes de materiais específicos, uma camada de diamante é fixada na lâmina suporte por eletrodeposição de uma matriz de níquel.

Entretanto, devido ao esforço contínuo gerado pelo deslocamento da lâmina de corte em torno das polias do aparelho, há uma tendência de se fendilhar a matriz de níquel ou, em certos casos, até quebrá-la, podendo acarretar um acidente para o operador.

Outra limitação deste processo se refere à baixa velocidade da serra, geralmente não superior a 1 metro/segundo, que tende a gerar uma grande quantidade de calor e, assim, também danificar a camada de diamante. Além disso, desde que o arco da serra é formado pela solda das extremidades da lâmina, o esforço criado pelo seu contínuo deslocamento tende a limitar tanto a sua tensão como sua vida útil.

O método de corte usando fio de diamante contínuo devido a sua seção circular é também bastante usado para cortar perfis e seções. Quando comparado com a serra de fita, este método usa velocidades mais baixas e, portanto, imprime baixas tensões no material. Entretanto, ele apresenta limitações semelhantes àquelas inerentes a serra de fita, uma vez que o arco do fio diamantado também é obtido pela solda das suas extremidades.

Caso o diamante seja aplicado sobre o material-base por eletrodeposição, podem ocorrer também danos na camada aglutinante. Outro aspecto a ser considerado é a fragilização pelo hidrogênio, onde o metal se torna menos dúctil e, devido à contaminação por este elemento, pode danificar o fio suporte. Isto é mais sentido em fios diamantados com menor diâmetro.

Dado ao esforço contínuo do arco, os fios com maiores diâmetros tendem a sofrer quebras, o que limita consideravelmente o desempenho da serra.
Além destes, existem ainda outros métodos usados para o corte de materiais como metais, cerâmicas e vidro, entre os quais se tem: a usinagem por ultra-som, o corte por jato de água, a usinagem por descarga elétrica e o corte por feixe de luz coerente (laser).

Enquanto a usinagem por ultra-som é raramente usada para o corte, por outro lado pode ser bastante útil para produzir formas especiais ou furação de precisão em material cerâmico. Assim, é possível obter furos abaixo de 1 mm de diâmetro, bem como usinar substratos com espessura menores que 200 micra.

Neste método, uma suspensão do meio abrasivo é colocada entre a amostra e a ferramenta de corte. As vibrações longitudinais de alta freqüência (ultra-sônica) produzidas pela ferramenta de corte fazem com que as partículas abrasivas sejam projetadas contra a superfície em trabalho e, desta maneira, removam o material.

O corte por jato de água é uma técnica relativamente nova. Nela, pequenos jatos d’água com alta pressão são usados para cortar o material. Entretanto, este método é raramente empregado para o corte de cerâmicas extraduras, além de não ter a devida precisão para o corte de peças espessas, uma vez que os jatos tendem a se dispersar sobre a peça e, conseqüentemente, a perder energia.

Na usinagem por descarga elétrica, a remoção do material é feita pelas sucessivas descargas elétricas entre dois materiais eletricamente condutivos, colocados em um meio não condutor. A forma das ferramentas determina a geometria das peças com precisão milesimal.
Entretanto, somente materiais com baixíssima condutividade elétrica, de cerca de 10 (-1) e 10 (-2) S/cm, podem ser trabalhados por este processo. Como exemplo destes tipos de materiais tem-se o carboneto de boro ou boreto de titânio.

Finalmente, no corte por feixe de luz coerente (laser), uma enorme quantidade de energia é concentrada sobre uma pequena área, fundindo e vaporizando o material. Geralmente é limitado para demarcar por riscos substratos finos, os quais são então quebrados em pequenas peças ao longo da demarcação previamente feita.

Uma derivação deste método é a técnica conhecida como “usinagem a quente assistida por laser”, na qual o feixe de alta energia é combinado com ferramentas especiais feitas com abrasivo CBN (nitreto de boro cúbico, desenvolvido em 1957 pela General Electric e patenteado sob o nome comercial de Borazon), atuando simultaneamente em um centro de usinagem CNC. Este processo é bastante empregado para a usinagem de cerâmicas com baixa expansão térmica.

Apesar da elevada temperatura do método, superior a 1.100° C, são geradas apenas deformações plásticas parciais, cujo resultado é a remoção direta de material com formação definida de cavacos, obtendo-se uma superfície isenta de deformações ou tensões.

Corte com o uso de fio diamantado com movimento recíproco é uma alternativa para aplicações que requerem cortes de precisão com baixo custo operacional. Originalmente introduzido no mercado em 1976, consiste em se usar um fio diamantado com movimento recíproco no lugar de discos de corte ou lâminas contínuas. Por meio de um fio revestido com grãos de diamantes, com deslocamento no seu eixo, com mínimas exigências operacionais, torna-se assim um eficiente processo de corte.

Por sua vez, o fio deve ter grande resistência mecânica e à corrosão, com baixo limite de enlongamento, características necessárias para um corte preciso, enrolamento contínuo e grande durabilidade. As partículas do meio abrasivo devem ser extremamente duras e devidamente ancoradas sobre o fio, além de terem uma distribuição granulométrica uniforme e espaçada para assegurar a remoção contínua do material.

Desta forma, os grãos do material abrasivo – diamante – são dispostos sobre o fio base de uma forma não convencional, mantendo-se uma profundidade controlada para não ultrapassar a metade do tamanho da partícula.

Este processo de fabricação permite a obtenção de fios diamantados com pequenos diâmetros, o que aumenta sobremaneira a precisão de corte da máquina, além de evitar a fragilização da camada de ancoragem pelo hidrogênio. Por não ser contínuo, o fio diamantado tem um comprimento ativo entre 10 a 40 metros, dependendo da sua aplicação, deslocando-se tanto para frente como para trás num movimento recíproco. Uma vez que o fio não é soldado pelas suas extremidades, inexistem problemas relativos a defeitos de junção como pontos de sobre-aquecimento.

Devido a sua concepção tecnológica, este processo de corte oferece diversas vantagens quando comparadas com aqueles anteriormente vistos.
Primeiramente, o fio altamente tencionado permanece em uma posição lateral fixa através de toda a sua área de excursão, tornando possíveis cortes tanto em superfícies como em planos paralelos.

Como o fio diamantado é extremamente fino, com diâmetro entre 0,08 e 0,7 mm, a superfície produzida é de alta qualidade, com baixa deformação, excelente retenção de borda, geralmente tornando-se desnecessário qualquer estágio subseqüente de acabamento como lixamento ou polimento, o que reduz consideravelmente o tempo de preparação da peça e a perda de material.

Para facilitar o corte na remoção de cavacos e aparas, o fio é umectado com uma solução de base alcoólica, permitindo assim uma velocidade contínua e uniforme de 2,5 m/segundo com baixíssima pressão de corte.
Devido a estas características operacionais, o fio diamantado praticamente não gera calor ou, mesmo quando gera, a pequena quantidade é rápida e diretamente dissipada pelo tambor de acionamento.

Assim sendo, não existe qualquer influência do corte na deformação na superfície ou estrutura interna do material por sobre-aquecimento, permitindo obter desde lâminas com espessura de 25 µmetro até seções com de 470 x 470 mm.

A tecnologia do processo de corte usando fio diamantado com movimento recíproco vem sendo empregada com sucesso numa grande variedade de aplicações. Entre elas tem-se a fabricação de pequenas peças de quartzo entre 4 a 6 mm, partes óticas em sílica fundida, cristais e materiais de tecnologia avançada.

Para reduzir o tempo de corte, já estão disponíveis fios diamantados mais espessos, com diâmetro de 0,9 mm, que, combinado com inovações eletromecânicas nas máquinas de corte, permitem obter seções com diâmetro de 700 mm.

Através deste método já é possível cortar cristais de silício e peças em cerâmicas com enorme rapidez, bem como, num futuro próximo, já estarão disponíveis no mercado máquinas providas com cabeçotes porta-fios múltiplos, capazes de executar diversos tipos de corte simultaneamente, possibilitando a plena automação do processo de corte.

*Carlos Alberto Fazano é químico industrial, autor dos livros A Prática Metalográfica e Tintas, Métodos de Controle de Pinturas e Superfícies, e consultor da Quality Control. 

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