BR0313058B1 - Method of manufacture of composite wire, composite part, cutting tool, roller of two pairs of rolls, device for manufacture of compound metal parts, and heating materials, method of manufacture of compound metal part, method of manufacture of sierra, method of manufacture of compound wire, composite part, cutting tool, - Google Patents

Method of manufacture of composite wire, composite part, cutting tool, roller of two pairs of rolls, device for manufacture of compound metal parts, and heating materials, method of manufacture of compound metal part, method of manufacture of sierra, method of manufacture of compound wire, composite part, cutting tool,

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Description

“MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE PEÇA DE METAL COMPOSTO, MÉTODO DE FABRICAÇÃO LÂMINA DE SERRA, MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE ARAME COMPOSTO, PEÇA COMPOSTA, FERRAMENTA DE CORTE, LAMINADORA DE DOIS PARES DE ROLOS, DISPOSITIVO DE FABRICAÇÃO DE PEÇA DE METAL COMPOSTO, E MEIOS DE AQUECIMENTO” Campo da Invenção A presente invenção trata de peças de metal feitas a partir de metais diferentes, assim como de métodos melhorados de fabricação de lâminas de serra e, em particular, lâminas de serra compostas.
Descrição do Estado da Técnica Fitas de serra e lâminas de serra precisam ter uma alta estabilidade dimensional em suas bordas de corte, bem como alta resistência ao desgaste. Elas devem também ser capazes de suportar as altas cargas produzidas por forças de compressão, flexão e cisalhamento, mesmo sob as temperaturas que resultam do atrito entre a lâmina de serra e o material sendo serrado. Considerando-se que é difícil combinar as propriedades mencionadas acima em um único material, as lâminas de serra atualmente incorporam em geral uma base de metal relativamente duro, com alta resistência à fadiga por flexão, e uma banda de borda cortante de aço rápido que é menos duro, mas altamente resistente ao desgaste. A banda da borda cortante é de uma largura tal que, ao menos as pontas dos dentes da banda de serra ou lâmina, ou mesmo os dentes cortantes como um todo, possam ser ali usinados.
As lâminas de serra compostas, quais sejam, lâminas de serra feitas de dois ou mais materiais diferentes, têm sido preparadas por soldagem de uma fina fita de aço de ferramenta de corte a uma borda suporte feita de liga de aço flexível. Uma técnica comum de soldagem é a solda por feixe de elétrons; entretanto, a solda resultante, uma liga de dois metais e uma área adjacente a ela afetada por calor, é materialmente enfraquecida. Na preparação da solda, e em particular para a solda por feixe de elétrons, o material suporte e a fina fita de aço de ferramenta de corte são laminados e recozidos repetidamente para se atingir a dimensão desejada da solda. Quando as dimensões da solda são atingidas, ambos, o metal suporte e a fita ainda precisam ser condicionados para se obter bordas agudas e regulares na região da solda. Este processo pode ser demorado e caro.
Peças de metal composto têm sido também preparadas pelo lançamento de aço de ferramenta de corte fundido contra uma fita de metal suporte. O aço de ferramenta de corte fundido é alimentado em um espaço adjacente à fita de metal suporte, onde ele se liga. A ligação de borda na fase sólida tem sido usada para união lado a lado de fitas metálicas, pela aplicação de calor e pressão em uma atmosfera redutora. A ligação em estado sólido é realizada aquecendo-se as fitas metálicas sob suficiente pressão para formar uma união metalúrgica. Embora a ligação em estado sólido possa produzir uma união metalúrgica sem efeitos deletérios para a área de metal vizinha, ela não gera em quantidades suficientes novas superfícies de ligação, calor e pressão, para formar uma união forte, e as fitas ligadas não resistem a um processamento posterior. A laminação a quente de metais é conhecida, e a laminação a quente de lingotes de aço tem sido uma prática comum por muitos anos. A laminação a quente é usualmente realizada em temperaturas ao redor de 1093° C (2000° F), e o aço laminado a quente é normalmente laminado a frio para atingir as dimensões finais. É muitas vezes necessário, quando se lamina aço rápido, recozê-lo a cada 10 a 30% de trabalho de redução a frio executados, devido aos danos, isto é, endurecimento resultante do trabalho a frio. Assim, trabalho a frio requer passos adicionais de processamento que consomem tempo e são custosos. União a quente tem sido usada para preparar peças de metal composto, tais como aços revestidos de cobre, pelo aquecimento de um núcleo de aço e duas tiras de cobre a temperaturas de laminação a quente, usando aquecimento elétrico por resistência. Os três componentes são introduzidos em uma câmara com uma atmosfera redutora e são em seguida passados pela laminação, onde a pressão e o aquecimento ligam os materiais. Como acontece com a laminação a quente, muitas vezes torna-se necessário submeter a peça a um trabalho a frio para se atingir as dimensões finais.
Assim, métodos melhorados para produzir artigos compostos que tenham uma liga de alta resistência entre diferentes metais são muito procurados. Permanece a necessidade para a produção eficiente de peças de metal composto. Permanece uma necessidade adicional de peças de metal composto com uma forte liga entre os componentes metálicos e com o mínimo de dano na região da união. Estas e outras limitações do início da arte são consideradas na seguinte invenção.
Sumário da Invenção A presente invenção proporciona uma peça de metal composto que apresenta uma ligação superior entre metais diferentes. A peça composta pode receber um tratamento posterior para se transformar em lâminas de serra ou outros artigos úteis. Obtém-se assim uma lâmina de serra com propriedades superiores com relação à capacidade de corte e resistência ao desgaste. A presente invenção também proporciona um método simples e efetivo de se formar um artigo de metal composto. De acordo com um aspecto da invenção, um método de fazer uma peça de metal composto a partir de dois metais diferentes inclui a utilização de uma base de metal, consistindo no primeiro metal que tenha uma primeira face e uma segunda face, opostas, sendo que a dita base tem ao menos uma depressão posicionada longitudinalmente em ao menos uma das referidas primeira e segunda faces opostas, para receber um arame; introduzindo-se um elemento metálico alongado que se constitui no segundo metal, nas referidas primeira ou segunda depressões da base de metal para formar um conjunto composto; e aquecendo-se o conjunto composto sob pressão, para possibilitar que as superfícies adjacentes dos elementos do segundo metal e as depressões se juntem e formem uma peça única.
Em uma ou mais concretizações, a base de metal é uma chapa ou tira. A chapa ou tira tem seu significado convencional e inclui uma dimensão, como por exemplo, espessura, que é significativamente menor do que as outras duas dimensões, quais sejam, o comprimento e a largura. Dimensões ótimas incluem uma razão de aspecto (largura: espessura) maior do que 5.
Em uma ou mais concretizações, a base de metal é uma barra metálica. A barra metálica tem seu significado convencional e inclui uma dimensão, por exemplo, espessura, que é menor do que as outras duas dimensões, quais sejam, comprimento e largura; entretanto a razão de aspecto (largura: espessura) não é tão grande, isto é, 1:1 até cerca de 4:1.
Conforme utilizado aqui, "direção transversal” é considerada como sendo a direção perpendicular ao plano da base, ou na direção da pressão aplicada. A direção transversal é normalmente perpendicular à espessura da peça.
Em um aspecto da invenção, um método de fabricar uma base de metal composto a partir de dois metais diferentes implica utilizar um metal base, que se constitui no primeiro metal, tendo a primeira e a segunda faces opostas, sendo que a dita base tem ao menos uma depressão longitudinal em ao menos uma das referidas primeira e segunda superfícies opostas, para receber um arame; introduzindo-se um arame, que se constitui no segundo metal, na referida e ao menos uma depressão da base de metal para formar um conjunto composto; e aquecendo-se o conjunto composto sob pressão, para possibilitar que as superfícies adjacentes dos elementos do segundo metal e as depressões se juntem e formem uma peça única.
Em outro aspecto da invenção, um método de fazer um artigo de metal composto a partir de dois metais diferentes, inclui a utilização de uma base de metal que se constitui no primeiro metal, tendo uma primeira e uma segunda superfícies opostas, e a introdução de ao menos um arame, que se constitui em um segundo metal, em um local nas ditas primeira e segunda superfícies; restringindo-se o movimento lateral do arame em relação à sua localização na referida superfície para formar um conjunto composto; e aquecendo-se o conjunto composto sob pressão, para obrigar as superfícies adjacentes de pelo menos um arame e o metal a se unirem para formar uma liga.
Ainda em outro aspecto da invenção, um método de fabricar um arame composto inclui a utilização de uma barra de metal, que se constitui no primeiro metal, tendo uma primeira e uma segunda superfície oposta, tendo a dita base ao menos uma depressão longitudinal em ao menos uma das referidas primeira e segunda superfícies opostas, para receber um arame; introduzindo-se um arame, que se constitui em um segundo metal, na referida, em pelo menos uma depressão da base de metal para formar um conjunto composto; e aquecendo-se o conjunto composto sob pressão para forçar as superfícies adjacentes dos elementos do segundo metal e as depressões a se unirem para formar uma liga.
Em outro aspecto da invenção, um artigo de metal composto inclui uma base, que se constitui em um primeiro metal, tendo uma primeira e uma segunda superfícies opostas; e ao menos um elemento alongado, que se constitui em um segundo metal, sendo o dito pelo menos um elemento alongado, embutido em ao menos uma das referidas primeira e segunda superfícies opostas, e posicionado ao longo do comprimento da base, onde a superfície da base contendo o elemento alongado embutido e a superfície oposta formam superfícies planas, e onde a base e o elemento alongado embutido formam uma liga metalúrgica ao longo da interface de ambos.
Em outro aspecto da invenção, uma ferramenta de corte de metal composto inclui uma base que se constitui em um primeiro metal, tendo uma primeira espessura em uma primeira borda e uma região que se estreita na borda oposta da base da referida primeira espessura em direção a uma segunda menor espessura; e, ao menos, um elemento de borda adjacente a região estreitada da borda da base, esse elemento de borda se constitui em um segundo metal e forma uma liga metalúrgica com a superfície da região que se estreita da base de metal, de tal forma que a espessura do elemento de borda e a região que se estreita da base de metal é a mesma que a primeira espessura da referida base.
Ainda em outro aspecto da invenção, uma laminadora de quatro rolos, tendo melhorado a contenção lateral, inclui um primeiro par de rolos horizontais; e um segundo par de rolos verticais localizados nas bordas dos rolos horizontais, onde o eixo de rotação dos rolos verticais é deslocado para diante do eixo de rotação dos rolos horizontais, sendo o dito deslocamento dentro do arco de contato dos rolos horizontais com o material a ser processado.
Ainda em outro aspecto da invenção, um dispositivo para fabricar o metal composto inclui: - Meios de introduzir uma base de metal em uma primeira atmosfera controlada; - Meios para introduzir o primeiro e segundo elementos em uma primeira atmosfera controlada e para posicionar o primeiro e segundo elementos adjacentes à base de metal em um local onde a liga deve ocorrer; - Meios para aquecer a base de metal e o primeiro e segundo arames; - Ao menos um par de rolos para aplicar pressão na base de metal e nos dois arames; - Meios para monitorar e controlar a tensão.
Conforme usado aqui e ao longo de toda a especificação, o termo “cerca de” refere-se a +/-10% do valor mencionado.
Breve Descrição dos Desenhos Vários itens, característicos e vantagens da presente invenção podem ser melhor apreciados em relação à seguinte descrição detalhada da invenção, quando considerados em conjunto com as seguintes figuras, nas quais os números de referência identificam elementos correspondentes no texto. Os seguintes desenhos têm o propósito de somente ilustrar e não de ser um limite para a invenção, cujo escopo é demonstrado nas reivindicações que se seguem. As figuras ilustram: - A Figura 1A é uma vista lateral, - Figura 1B é uma perspectiva, vista de uma seção transversal através da seção 1B-1B’, - A Figura 1C é uma vista de uma seção transversal antes do corte da peça, ilustrando as características de um artigo composto de acordo com uma ou mais concretizações da invenção. - A Figura 2 é uma vista de uma seção transversal antes do corte da peça (2A), depois do corte (2B), e após afiar em forma de gume de faca de um artigo composto (2C), de acordo com uma ou mais concretizações da invenção. - A Figura 3A é uma vista de uma seção transversal de uma peça com solda convencional e 3B é uma vista de uma seção transversal de uma peça resultante de liga, de acordo com uma mais concretizações da presente invenção, mostrando a linha de corte da liga. - A Figura 4 é uma ilustração de uma seção transversal de uma ou mais concretizações de um artigo de metal composto da invenção, na qual o elemento da borda tem várias camadas alternadas de metal de corte duro e um metal suporte mais flexível. - A Figura 5 ilustra uma ferramenta de corte de acordo com uma ou mais concretizações da presente invenção. - A Figura 6 é uma ilustração de um composto agregado a partir de dois metais diferentes de acordo com uma ou mais concretizações da invenção (A) antes da liga; (B) após no mínimo um passo de consolidação (setas indicam pressão aplicada); e (C) após passos adicionais de consolidação, e (D) uma ampliação da região da liga. - As Figuras 7A a 7D são ilustrações de cortes transversais de várias concretizações da base de metal e depressões usadas em uma ou mais concretizações da presente invenção. - As Figuras 8A a 8C são ilustrações de um composto agregado a partir de dois metais diferentes de acordo com uma ou mais concretizações da invenção, (A) antes da liga; (B) depois de ao menos um passo de consolidação; (C) após passos adicionais de consolidação. - A Figura 9 ilustra um conjunto composto de acordo com uma ou mais concretizações da presente invenção. - As Figuras 10A a 10D ilustram a preparação e uso de um metal composto, arame, de acordo com uma ou mais concretizações da presente invenção. - A Figura 11A é uma ilustração de uma apresentação da presente invenção na qual a região da liga na base de metal é deslocada do centro, e 11B é um método de fazer uma peça composta, no qual, os elementos da borda são deslocados do centro, de acordo com uma ou mais concretizações da invenção. - A Figura 12 ilustra uma apresentação da presente invenção com contenção lateral da expansão da peça composta usando um par combinado macho/fêmea de rolos. - A Figura 13 ilustra outra concretização da presente invenção com contenção lateral da expansão da peça composta usando dois pares de rolos defasados. - A Figura 14 ilustra uma laminadora com várias estações para fabricação de peças compostas da presente invenção.
Descrição Detalhada da Invenção A presente invenção possibilita a fabricação de um artigo de metal composto com liga de qualidade superior entre dois metais diferentes. O artigo de metal composto é formado entre ao menos dois metais diferentes. Conforme usado aqui, entende-se que o termo “metais” inclui ligas metálicas. A peça de metal composto é constituída de uma base de metal, e um ou mais elementos metálicos, que formam uma liga forte com a base de metal. A liga é formada sem alteração deletéria nas propriedades químicas, metalúrgicas e/ou mecânicas do material adjacente à liga.
Em uma ou mais concretizações, um elemento metálico de borda é ligado em ambos os lados da base de metal ao longo de um lado do corpo da base. Um exemplar de peça de metal composto de acordo com uma ou mais concretizações da invenção é mostrado nas Figuras 1A e 1B. A peça (100) inclui a base (110), tendo uma borda que se estreita progressivamente (125), compreendendo um primeiro metal e um elemento de borda (128), localizado adjacente à borda estreitada (125) da base (110). A Figura 1A também mostra um exemplo de produto acabado, isto é, uma lâmina de serra, tendo dentes cortantes (140) no elemento da borda (128) da peça composta. Conforme mostrado na vista em perspectiva da Figura 1B, a base de metal (110) inclui a seção afilada (125), que está em contato com os elementos de borda (128, 128’) em superfícies opostas (129, 129’) da seção afilada e estreitada progressivamente (125). Elementos de borda são estreitados progressivamente em complemento ao estreitamento da seção (125), de tal forma que a superfície da peça é plana. O estreitamento pode ser linear ou curvo, ou com uma geometria mais complexa resultante do fluxo do material durante a fabricação. Os elementos da borda (128, 128’) e a seção afilada e estreitada (125) da base (110), formam uma liga forte, isto é, metalúrgica, nas superfícies opostas. Conforme mostrado na Figura 1C, a peça composta é preparada a partir de uma folha intermediária composta (180), incluindo dois elementos de metal alongados (126, 126’) embutidos e ligados à base de metal (110). Os elementos alongados de metal (126, 126’) são como tiras entrincheiradas que correm ao longo da folha composta (180). A folha composta é cortada ao longo da linha (130) na Figura 1C para se obter a peça mostrada na Figurai B. A folha composta opcionalmente é também cortada ao longo da linha da crista (140) para proporcionar uma borda reta e uniforme à peça final.
Devido à alta eficiência da liga metalúrgica dos dois materiais diferentes em nível atômico, a interface é muito limpa, com uma discreta interface na ligação. Entretanto, não existem ligas quebradiças formadas na zona de união, como é típico das peças soldadas a feixe de elétrons. A espessura da seção estreitada (125) pode variar de acordo com o uso dado à peça da invenção, podendo variar cerca de 70% a um valor insignificante da espessura total, conforme medido na face exposta (160) da peça cortada, ou conforme medido no ponto mais estreito (150) entre elementos opostos (ou adjacente ao elemento metálico, naquelas concretizações que tem somente um elemento metálico alongado). Em uma ou mais concretizações, a espessura da base de metal na extremidade (150) ou (160) pode variar até cerca de 30%, ou é cerca de 5-15% da espessura total.
Os membros de borda (128, 128’) (ou os elementos metálicos alongados (126, 126’)) podem ter essencialmente espessura igual em cada lado da seção progressivamente estreitada da base, entretanto, reconhece-se que o processo de manufatura pode causar variações significativas na espessura dos elementos de borda (128, 128’) (ou nos elementos metálicos alongados (126, 126’)). Em uma ou mais concretizações, os elementos da borda (128, 128’), (ou os elementos metálicos alongados (126, 126’)) podem ser de forma, tamanho e espessura diferentes. Propriedades de corte melhoradas têm sido observadas em lâminas preparadas a partir do metal composto da invenção.
Em uma ou mais concretizações, uma folha de metal composto (200) inclui um elemento metálico alongado (210) embutido e ligado a um lado da base de metal (220), conforme mostrado na Figura 2A. A folha de metal composto (200) é cortada na linha (240) da Figura 2A para gerar uma peça composta (245) que está ilustrada na Figura 2B. A peça de metal composto (245) inclui um elemento de borda (215) ligado a uma seção afilada e estreitada progressivamente (218) da base (220) ao longo do comprimento de um lado da base. O estreitamento da seção que se estreita (218) se complementa com elemento de borda (215) de tal forma que a superfície (225) da peça (245) é plana. Conforme a Figura 1A abaixo, dentes cortantes podem ser usinados em uma borda cortante (250) da peça. Alternativamente a borda pode ser afiada para formar um gume de faca (270), conforme mostrado na Figura 2C. Tais bordas são usadas em lâminas de serra e/ou na manufatura de facas. A espessura da seção afilada e estreitada progressivamente (218) ou (260) pode variar cerca de 1 a 70%, ou cerca de 1 a 30% da espessura total da peça. A região estreitada progressivamente (218) ou (260) da base de metal pode ser extremamente fina no seu ponto mais estreito, a ponto de não poder ser facilmente observada (a olho nu) ou detectada somente com ampliação.
Em uma ou mais concretizações da presente invenção, o primeiro metal é mais duro, isto é, tem uma dureza maior do que o segundo metal. Em uma ou mais concretizações, a base é um metal tendo propriedades desejadas de estabilidade mecânica e térmica necessárias, por exemplo, sob condições encontradas normalmente em operações de serragem ou de corte.
Em geral, a base de metal pode ser laminada a quente ou a frio, ou ainda de liga metálica, que é resistente e apresenta características de material de mola. A base de metal apresenta flexibilidade e metais que apresentam flexibilidade, como, por exemplo, metais de mola, podem ser usados na presente invenção.
Em uma ou mais concretizações da presente invenção, o segundo metal usado como borda de corte é mais duro ou mais resistente ao desgaste do que o primeiro metal. Em uma ou mais concretizações, o elemento de borda é um metal resistente ao desgaste; por exemplo, o elemento da borda é feito de um metal capaz de suportar as condições abrasivas normalmente encontradas pelo bordo cortante em operações de serragem ou corte. O elemento de borda pode ser um ou mais aços rápidos, incluindo metais em pó. A título de exemplo, somente, aços rápidos incluem Matrix II, M2, M42, M51, M3 Tipo II, ou similares.
Uma característica da presente invenção é que a peça não é limitada a nenhum material específico ou liga metálica para uso tanto na base de metal quanto no metal da borda. Porque a liga depende da difusão do metal através de um aumento dramático da interface, quase qualquer combinação de metais pode ser usada na prática da presente invenção. Essa versatilidade se apresenta em evidente contraste com operações convencionais de solda utilizadas na fabricação de ferramentas de corte, as quais requerem muitas vezes composições específicas de ligas para uma solda de sucesso.
Artigos mais complexos são contemplados em conformidade com a presente invenção. Em uma ou mais concretizações da presente invenção, uma borda de corte (400) de uma peça de metal composto (410), conforme mostrado na Figura 4, inclui várias camadas alternadas de metal duro de ferramenta de corte (420) e um mais flexível, metal de suporte (430). A seção mais interna (440) representa a seção afilada e estreitada progressivamente da base de metal. O material usado para as seções flexíveis de metal suporte (430) pode ser o mesmo ou pode ser diferente do metal da base de metal (440). Os componentes metálicos da borda cortante são ligados metalurgicamente nas superfícies partilhadas. A espessura das seções de metal flexível de suporte (430) pode ser a mesma ou pode ser diferente da espessura da seção mais interna (440). Por exemplo, a Figura 4 ilustra a peça de metal composto tendo três seções (430, 440, 430’), de metal suporte flexível de várias espessuras. O número, espessura e localização das diferentes regiões de metal no elemento de borda são selecionados para proporcionar uma propriedade desejada na peça. A base e os elementos de borda da peça composta formam uma liga metalúrgica usando o método da presente invenção, conforme descrito aqui abaixo. A liga resulta da interação atômica e rearranjo na interface dos dois metais a temperaturas moderadas, isto é, abaixo da temperatura de qualquer transformação metalúrgica (Tm) de qualquer metal. Diferentemente dos métodos mais convencionais de ligação, tais como solda por feixe de elétrons ou técnicas de solda a laser, a área circunvizinha à solda não é materialmente afetada, isto é, não é enfraquecida pelo processo de união. A resistência da liga também resulta das diferenças na linha de corte entre uma peça soldada e a peça ligada da presente invenção. A linha de corte (310) em uma peça soldada convencionalmente (320) é mostrada na Figura 3; e as linhas de corte (330) de uma peça composta (340), de acordo com uma ou mais concretizações da presente invenção estão mostradas na Figura 3B. O comprimento (e a área relacionada) da linha de corte é muito maior para o artigo engenhoso mostrado na Figura 3B, em comparação com o artigo convencional da Figura 3A. Assim, mesmo se as resistências fossem idênticas, a peça composta da presente invenção seria muito mais sólida, duradoura e mais resistente a falha por cisalhamento. A resistência metalúrgica resultante da liga varia de acordo com os materiais e os métodos utilizados na sua manufatura; entretanto, a liga é resistente o suficiente para suportar etapas subseqüentes de fabricação após a liga. No caso de fabricação de lâminas de serra, a resistência resultante da liga metalúrgica, entre a base de metal e a borda de metal, é suficiente o bastante para suportar o corte, a usinagem e o travamento dos dentes da serra, os quais são etapas típicas de fabricação após a liga. Após a fabricação, o artigo resultante é normalmente submetido a tratamento térmico para endurecimento. O metal composto da invenção é útil na fabricação de ferramentas de corte, isto é, lâminas. Qualquer variação da ferramenta de corte é prevista de acordo com a presente invenção. Uma borda de corte de qualquer geometria pode ser usinada no elemento de borda da peça composta. Em uma ou mais concretizações da presente invenção, a lâmina é dentada, isto é, uma lâmina de serra, tal como, as usadas em serras de arco, manuais e motorizadas, serras copo, serra tico-tico, serras vai-e-vem, e serras de fita. Em uma ou mais concretizações, a lâmina é sem dentes, isto é, uma faca. Somente a título de exemplo, uma lâmina pode ser soldada, ou seja, soldada de topo para formar uma lâmina de serra de fita, ou a superfície pode ser usinada para formar uma borda de serra lisa, sem dentes ou um gume de faca.
Os dentes cortantes são usinados na borda de corte utilizando-se processos convencionais. Os dentes podem ser de qualquer geometria e orientação, adequados para uma aplicação particular de corte. Os dentes cortantes podem ser arranjados de qualquer maneira desejada ao longo da superfície de corte. Os dentes podem estar dentro ou fora do plano da base, conforme seja necessário, em uma aplicação de corte em particular. Em resumo, tem-se toda a liberdade para projetar a ferramenta de corte que mais se adapta a uma particular aplicação de corte.
Em uma ou mais concretizações da presente invenção, os dentes cortantes são formados a partir de uma combinação de metal duro de ferramenta de corte e um metal de suporte, mais mole. A borda de corte que se apresenta à superfície a ser cortada inclui regiões alternadas de metal duro de ferramenta de corte e de metal mais mole. Em uma ou mais concretizações da invenção, a borda de corte é produzida na forma de um metal composto. A borda de corte inclui regiões alternadas ou seções de metal duro e mole, que foram ligadas entre si em estado sólido, e inclui os elementos de borda e regiões da peça de metal composto que se estreitam progressivamente, conforme mostrado nas Figuras 1,2 e 4.
Em uma ou mais concretizações, a ferramenta de corte é uma peça híbrida, incluindo uma tira de corte de metal composto que é preparada em uma etapa separada e então é soldada após a fabricação à base de metal. A Figura 5 mostra uma lâmina de serra híbrida (1245), usando uma base convencional (1250). Uma borda cortante de metal composto (1260) inclui um composto ligado no estado sólido em camadas alternadas de aço duro de ferramenta de corte (1265) e metal de suporte mais mole (1270). A borda cortante de metal composto é formada em uma tira que é então soldada à base usando-se técnicas de solda convencionais. Dentes cortantes são então usinados na borda cortante de metal composto de tal forma que as camadas alternadas de aço de ferramenta de corte e metal mole proporcionam as bordas cortantes da presente invenção. A peça de metal composto da presente invenção é preparada pelo aquecimento sob pressão de um conjunto de componentes metálicos diferentes, para formar uma peça ligada, em um processo conhecido como liga em fase sólida. O conjunto composto inclui uma base de metal, tal como uma folha ou uma fita, tendo ao menos uma depressão ou sulco posicionado longitudinalmente em um ou em ambos os lados da base de metal, que é capaz de receber um elemento metálico alongado. Os termos “arame” ou “inserto de arame” podem ser usados como alternativa para “elemento alongado de metal”, sem perda do escopo contido no último termo. O arame pode ser de várias formas, e é selecionado com base em uma série de fatores, incluindo disponibilidade de matéria prima, facilidade de fabricação e a necessidade de preencher a forma da depressão longitudinal da base de metal. Um exemplar de conjunto composto (500), incluindo uma base de metal (510), e elementos alongados (520, 525), posicionados nas depressões (530, 535), da base de metal (510), respectivamente, é mostrado na seção transversal da Figura 6A. Considera-se que o inserto de arame pode se projetar acima do plano da chapa de metal. Em uma ou mais concretizações, a base de metal (510) é feita de um primeiro metal que é diferente do metal usado como inserto de arame (520, 525). Insertos de arame (520, 525) não precisam ser feitos do mesmo metal. Os componentes são limpos usando-se detergentes e técnicas de escovação convencionais antes da montagem.
Os sulcos e os respectivos elementos alongados podem ser de qualquer forma ou geometria. Em uma ou mais concretizações, o elemento alongado é uma haste, barra ou arame. O elemento alongado ou arame pode ter qualquer geometria na seção transversal; por exemplo, são consideradas seções transversais redonda, oval, poligonal, quadrada, retangular, romboidal ou outras similares. O elemento alongado pode ser usado no tamanho e forma conforme fornecido pelo fabricante. Alternativamente, o arame pode ser processado por qualquer método convencional até atingir um tamanho e forma particulares, incluindo, mas não se limitando a, repuxo, laminação ou extrusão. O arame pode ser reduzido a partir de uma dimensão inicial por laminação a quente ou a frio (abaixo de Tm).
Os elementos alongados podem, embora não obrigatório, preencher completamente o sulco na base de metal. Uma grande gama de variações é possível na formação de combinações entre os insertos e a base de metal, desde que a forma do sulco se adapte para receber o inserto de arame. Em uma ou mais concretizações, a combinação é escolhida de forma a “travar” o arame no sulco da base de metal. Isto é normalmente realizado ao se estabelecer, ao menos, dois pontos de contato entre o inserto de arame e o sulco. Assim, a título de exemplo, somente, um arame redondo em um sulco em “v”, ou um arame trapezoidal em um sulco redondo proporcionam contato suficiente. Em uma ou mais concretizações da presente invenção, o inserto de arame e o sulco podem ser de forma que se complementam de tal forma que o elemento alongado se casa com a forma do sulco ou depressão da base de metal. O conjunto composto é então aquecido sob pressão, proporcionando um íntimo contato entre a base de metal e o elemento alongado para assim formar uma liga metalúrgica entre os componentes metálicos. Em uma ou mais concretizações, o conjunto composto é primeiramente aquecido a uma temperatura que esteja acima da temperatura ambiente e abaixo da temperatura de qualquer transformação metalúrgica (Tm) de qualquer um dos metais do conjunto, e em seguida, é passado através de um par de rolos (um “rolo de laminação”), exercendo-se então pressão de liga e reduzindo-se a espessura da peça.
Embora as temperaturas efetivas utilizadas variem em função dos materiais e da pressão do método, elas estão na faixa de cerca de 427° C (800° F) a 871° C (1600° F), ou em algumas das concretizações de cerca de 538° C (1000° F) a 843° C (1500° F). O aquecimento pode ser feito através de qualquer método convencional. A título de exemplo, o conjunto composto pode ser aquecido através de aquecimento indutivo ou resistência elétrica. Em uma ou mais concretizações, o calor é suprido por uma forma de radiação, como por exemplo, radiação a laser.
Da mesma forma, as pressões efetivas utilizadas na prática do método da invenção podem variar dentro de uma vasta gama, dependendo dos materiais e do método de pressão utilizado. A pressão pode ser gerada através de qualquer método convencional. A título de exemplo, a pressão pode ser gerada por laminação convencional ou laminação com dois pares de rolos. A pressão é função de muitas variáveis incluindo-se entre outras, o diâmetro do rolo, a resistência à deformação do material (dureza), espessura do metal e o coeficiente de atrito entre o rolo e o metal sendo laminado, e as forças geradas na laminação são bem conhecidas na indústria. Em uma ou mais concretizações da presente invenção, a laminação ocorre sem a lubrificação dos rolos, o que faz aumentar a pressão de laminação. Em uma ou mais concretizações, a adição de um inserto de arame duro, e em particular, a adição de dois arames empilhados em um mesmo alinhamento, um em cima e outro abaixo da base de metal, ocasiona maior pressão no ponto de contato (local específico onde a alta pressão é desejada para melhorar a liga). A espessura adicional localizada, devido à presença do elemento alongado, proporciona pressão adicional para uma liga melhorada durante a operação de liga na fase sólida. A base de metal tem um ou mais sulcos ou depressões posicionadas longitudinalmente em um ou ambos os lados da base. A Figura 7 mostra exemplares de concretizações da base de metal. A Figura 7A é uma vista de uma seção transversal de uma base de metal (600) tendo sulcos (610), retangulares no caso do exemplo, nas superfícies de cima e de baixo. Essa base de metal é referida como sendo uma chapa “duas-acima”, pois, seccionando-se a base através do centro do sulco obtêm-se duas peças. As Figuras 7C e 7D são mostradas com sulcos com outros perfis, como por exemplo, um perfil triangular (620) ou um perfil redondo (630). Note, por exemplo, que a Figura 7C tem um sulco em um único lado da base de metal. Essa configuração é utilizada quando um único elemento alongado é ligado, tal como foi discutido com referência à Figura 2. Em uma ou mais concretizações, uma chapa de metal (640), inclui duas ou mais depressões (650), conforme mostrado na Figura 7B. Cada depressão é capaz de receber um elemento alongado, tal como um arame, e a chapa de metal (640) pode ser dividida em várias peças compostas após a liga, pelo corte adequado da peça ligada através do centro do sulco e a área entre os sulcos, conforme indicado pelas linhas pontilhadas (660) na Figura 7B. Em uma ou mais concretizações, a peça laminada pode ser de chapa 1-acima, 2-acima, 4-acima, 6-acima, 8-acima, ou equivalente. Embora não haja limite para o número e largura das peças que podem ser obtidas utilizando-se o método da presente invenção, quanto mais largo o material a ser laminado mais desafiador é o processo. A Figura 6B é uma ilustração da peça (545) em um ponto intermediário do processo de aquecimento e o processo de laminação. Os insertos de arame (520, 525) são pressionados contra e para dentro da base de metal. Em uma ou mais concretizações, a base de metal está também sendo reduzida na espessura. Quanto maior a redução da espessura da base de metal (expressa em % de redução), maiores as forças manifestadas na interface entre os componentes metálicos. Assim, o tamanho e a forma do arame, a espessura da chapa de metal e o tamanho e a forma do sulco estabelecem uma relação com as forças para a liga, forças essas, sentidas pelo conjunto composto, e no ponto onde o(s) inserto(s) é (são) introduzido(s) no sulco da base maiores forças de redução favorecem uma liga mais forte no estado sólido. A Figura 6C ilustra uma peça já ligada (558), na qual a pressão forçou o segundo metal do inserto de arame para dentro da base de metal, e a superfície da peça é essencialmente plana. A área de contato entre o arame e a base aumentou consideravelmente durante o processo de liga, devido à redução de espessura e ao alongamento da peça. Áreas de contato vincadas proporcionam uma ampla superfície na interface da liga, contribuindo assim para a alta qualidade da liga. A base de metal (548) afinou-se consideravelmente na área da liga (548), de tal forma que somente uma fina tira (540) da base de metal sobrou entre as regiões superior e inferior (550, 555) que resultaram dos insertos de arame do início do processo. Em uma ou mais concretizações, a área pode ser suficientemente afinada de tal forma que somente uma pequena quantidade da base de metal permanece, e a seção transversal (560) se compõe essencialmente do segundo metal dos insertos de arame, conforme mostrado na região ampliada da liga (570), na Figura 6D.
Assim, em poucos e simples (e rápidos) passos, o método de uma ou mais concretizações da invenção proporciona uma peça resultante de uma liga com a espessura desejada. No início do processo os materiais podem ser mais espessos do que aqueles usados em processos de solda por feixe de elétrons, mas a espessura final é alcançada em menos etapas e em menos tempo, dando como resultado economias significativas em custo e materiais.
Em uma ou mais concretizações que usam inserto de arame acima e abaixo da base de metal, deseja-se manter os arames fixos no local. Em situações em que o arame pode se mover lateralmente, nas seções do inserto de arame na liga pode haver deslocamento durante a laminação, de tal forma que as regiões da liga fiquem defasadas uma da outra. A utilização de uma geometria do inserto de arame e do sulco que proporcione um contato multiponto pode ser útil na redução do movimento lateral na região da liga do segundo metal.
Em uma ou mais concretizações da presente invenção, o arranjo e a geometria do arame e da base de metal e dos rolos, são selecionados de forma a reduzir o movimento relativo entre a base e o arame. Se o arame se movimenta durante o processo, o elemento de metal resultante da liga pode estar fora de posição para o processamento posterior, que é o corte. Em particular, para o caso em que um par de arames é posicionado acima e abaixo da base de metal, é desejável se manter um posicionamento preciso entre os componentes do conjunto composto. Em uma ou mais concretizações, as depressões superior e inferior são mantidas em alinhamento preciso em relação à posição final pretendida.
Em uma ou mais concretizações da presente invenção, o rolo, a base de metal ou ambos, contêm um sulco que sujeita o inserto de arame para impedir o movimento lateral do inserto de arame. Conforme mostrado na Figura 6A, o rolo (575) tem um sulco (580) que recebe o arame e o mantém na posição em relação ao rolo. Um rolo inferior (não mostrado), com um sulco similar segura o inserto inferior nas apresentações em que aparecem esses insertos.
Em uma ou mais concretizações, o arame (1300) é fixado em um sulco (1310) de um rolo (1320) que corre na direção da laminação. Quando há um sulco profundo nos rolos (mostrado na Figura 8A a título de exemplo como Ά d, onde “d” é o diâmetro do arame), a depressão na base de metal (1330) não é necessária para manter o arame em posição. Uma primeira passagem do rolo mostrada na Figura 8B fixa a posição do arame através do embutimento do mesmo na base de metal, e assim, fixo em um passo posterior (Figura 8C) o arame é empurrado para dentro da base de metal, aumentando o embutimento do mesmo na faixa de metal (1335), e diminuindo nesse processo a espessura da base de metal na região da liga (1340).
Em uma ou mais concretizações, o arame é fixado na depressão da base de metal e não se utiliza sulco no rolo para fixar as posições dos componentes. Conforme mostrado na Figura 9, quando o arame (900) é achatado de tal forma que ele se acomoda profundamente na depressão (910) da base de metal (915), o movimento lateral é suficientemente contido fazendo com que não seja necessário um rolo sulcado (920) para manter a posição relativa entre o arame e a base de metal. A peça de metal composto da invenção pode ser processada posteriormente para se obter um artigo desejado. Por exemplo, na fabricação de lâminas de serra a peça composta é dividida em duas peças semelhantes por um corte através da mesma na região central (548) ou (570). Veja Figura 6.
Em uma ou mais concretizações, os elementos metálicos superiores e inferiores da liga são essencialmente simétricos, e são posicionados um em cima do outro, de tal forma que, a peça de metal composto possa ser dividida mais ou menos no ponto central da região da liga para assim se obter praticamente duas peças idênticas. A peça cortada de um artigo que apresente o centro do primeiro metal afinado, conforme a região (548), apresenta uma borda com a estrutura mostrada na Figura 1C.
Em uma ou mais concretizações, o elemento alongado de metal usado como inserto de arame é também um metal composto. A Figura 10 A é um desenho em perspectiva de um elemento de metal alongado (arame) (700) da presente invenção. O elemento (700) inclui um metal (710), por exemplo, um que seja similar ou o mesmo que o utilizado na chapa de metal (755), e um metal diferente (720). Em uma ou mais concretizações, o metal (720) é mais duro que o metal (710). Os componentes metálicos são arranjados em regiões alternadas e as regiões metálicas são ligadas nas suas interfaces. Em uma ou mais concretizações, o metal mais duro (720) está localizado em uma superfície externa, de tal forma que o mesmo proporcione ao composto uma resistência aumentada ao desgaste. A Figura 10C ilustra um conjunto composto (750) que utiliza o elemento de metal composto (700) e uma base de metal (755). Deseja-se que o arame composto esteja alinhado em um plano da base de metal e permaneça assim alinhado durante a consolidação e liga. O alinhamento correto inclui o posicionamento do arame composto na base de metal de tal forma que as camadas alternadas de metal (710, 720) estejam substancialmente paralelas ao plano da base de metal. Em uma ou mais concretizações, o arame composto se acomoda ou se encaixa firmemente em um sulco (725) da base de metal (755) e/ou em um sulco do rolo do laminador (não mostrado). Em uma ou mais concretizações, o arame composto é de uma forma tal, como por exemplo, trapezoidal ou similar, que impede a rotação do arame composto no interior do sulco. Em uma ou mais concretizações, os rolos da laminação e/ou a base de metal contém um sulco em V. Em uma ou mais concretizações, nem a depressão da base de metal nem o arame composto são arredondados. Os componentes aquecidos são unidos e pressionados para formar a peça ligada. A Figura 10D ilustra a peça final de metal composto (560), após o tratamento de aquecimento e a pressão da presente invenção. A região da liga (765) inclui camadas alternadas de metais (710, 720), dispostas em uma região de liga (765) da base de metal. A chapa composta assim obtida é cortada verticalmente através da seção central da região da liga (765), revelando uma borda de camadas alternadas de seções de metal duro (720) e suporte de metal flexível (710, 755). Um exemplar de uma peça resultante é mostrado na Figura 4. A Figura 10B ilustra um método de união de arame composto. Uma barra convencional de aço (730) é pré-formada em uma forma, aqui um haltere, que possa acomodar arames arredondados (ou outra forma) de aço resistentes ao desgaste (740, 740’). A barra possui depressões acima e abaixo, as quais podem ser produzidas em uma barra convencional ou arame redondo por laminadoras de repuxo de quatro rolos ou por laminação convencional de um sulco em forma de “v”. Os três componentes são limpos utilizando-se técnicas de escovação e detergentes convencionais, e posteriormente são ligados e laminados até atingir uma dimensão final consolidada. A liga do arame pode ser realizada utilizando-se um processo de laminação a quente ou de acordo com o método da presente invenção ou outra técnica qualquer que sirva para ligar metalurgicamente os componentes de arame. Alternativamente, o conjunto pode ser processado em um processo de laminação de quatro rolos, utilizando-se uma laminadora de quatro rolos com um rolo de sulco invertido que proporcione pressão adequada para ligar o arame composto.
Os artigos finais já unidos podem ter várias espessuras, como por exemplo, variando de cerca de 0,508 mm (0,020 pol.) até cerca de 2,54 mm (0,100 pol.). Peças que tenham espessura final pequena e/ou relativamente grande porcentagem de redução, (como, por exemplo, grandes aumentos da área da interface) tendem a formar ligas bastante resistentes. Em situações em que a espessura final é relativamente grande, ou seja, 1,651 mm (0,065 pol.) ou maior, ou quando o porcentual de redução na espessura não é muito grande, a resistência da liga não é tão alta. Em outras circunstâncias nas quais a peça como um todo é muito larga, pode-se não querer usar a laminação para se atingir toda a largura, pois as propriedades de fluxo podem variar para as maiores distâncias. Nesses (e em outros) casos, uma borda cortante composta pode ser soldada à borda da base de metal usando-se técnicas convencionais de solda para se obter a borda de corte da presente invenção. Um exemplo de tal artigo já foi descrito anteriormente (Figura 5).
Um método para se produzir um produto soldado tendo uma borda de metal composto é agora descrito com referência à Figura 11A. Um arame de metal composto (700) é preparado conforme descrito acima tendo como referência a Figura 10. O arame consolidado é ligado usando-se calor e pressão e laminado até atingir uma seção transversal retangular (1100), por exemplo, através de laminadora de dois pares de rolos ou através de etapas alternadas de laminação vertical e horizontal. Uma borda da beirada (1110) é opcionalmente cortada a partir de uma forma retangular (1100) para expor uma superfície (1125) que tem regiões alternadas de metal duro (1120) e metal mais mole (1130). A forma retangular cortada (1100) é soldada a uma base (1140) no lado oposto ao da superfície exposta para formar uma peça soldada de metal composto (1150). A base de metal e o metal mole da borda composta são do mesmo metal ou de metais similares.
Da mesma forma, a peça pode ser de qualquer largura, a qual pode variar, por exemplo, em uma faixa de menos de 6,35 mm (¼ pol.) a 88,9 mm (3 Vz pol.) ou mais. A Figura 11B ilustra um método e uma peça que utiliza uma liga defasada, isto é, liga em um local deslocado do centro e próximo da borda da peça. Nesses casos nos quais uma lâmina larga (1160) com, por exemplo, 88,9 mm é desejada, pode não ser conveniente unir uma peça “2-acima”. Nesses casos a depressão longitudinal (1170) pode ser deslocada para um lado da base de metal e uma peça de largura única (peça “1-acima”) é laminada. A borda é cortada na linha da beirada (1180) para revelar uma borda cortante composta, com o restante se tornando beirada, conforme é mostrado na Figura 11B.
Em uma ou mais concretizações, a liga em estado sólido de metais diferentes é realizada usando-se laminadores de liga e/ou laminadores de dois pares de rolos para aplicação do calor e/ou pressão. Em uma ou mais concretizações, a laminação para a liga é realizada usando-se uma laminadora de vários rolos ou “estações”. Uma estação é um componente de uma laminadora usada para a operação de liga. Cada estação compreende um par de rolos para a liga, que é acionado independentemente e possui também um conjunto “compressor” independente de engrenagens para ajustar a posição vertical dos rolos para aplicação e alívio da pressão nos mesmos e assim controlar a espessura do material. Uma laminadora inclui várias estações de laminação operando em linha que se comunicam entre si através de “pontes" ou cabines, que se estendem entre a saída de uma e a entrada da próxima estação, com o intuito de se manter os materiais, sendo unidos em uma atmosfera normalmente redutora. Em uma ou mais concretizações, a laminadora inclui duas ou mais estações, podendo também possuir de 3 a 6 estações, ou até mais.
Muitas modificações e variações do processo estão no escopo da invenção. Considera-se que uma operação de prensagem tal como a laminação irá ou alongar ou alargar a peça composta. Na presente invenção, há mais um motivo para o espalhamento lateral, qual seja a presença de material adicional (os elementos alongados), o qual está sendo forçado para dentro do centro da chapa de metal, diretamente um sobre o outro. Se houver descuido, o espalhamento lateral causa fratura no centro da peça sendo laminada. Em uma ou mais concretizações, a cavidade da liga, isto é, o espaço entre os rolos de laminação tem a capacidade de restringir o espalhamento lateral. “Restrição do espalhamento lateral”, que é o termo aqui utilizado, significa que a expansão lateral é substancialmente reduzida ou eliminada (reconhece-se que uma pequena quantidade de espalhamento lateral deverá ocorrer, a despeito, dos cuidados tomados para evitá-la), ou que se permite que o material se espalhe lateralmente até uma determinada largura, em um ponto em que, o mesmo é contido para se evitar espalhamento adicional.
Os materiais sendo reduzidos na cavidade da liga estão liberados para se expandir para frente e para trás, ao longo do eixo da chapa ou fita de metal. Em adição ao fato de se produzir um produto com dimensões uniformes, a contenção do espalhamento lateral mostrou-se útil na manutenção das pressões da liga, de forma a realçar a qualidade da mesma.
Em uma ou mais concretizações, o espalhamento lateral é contido em uma operação de laminação quando se emprega um arranjo de rolos macho (1000)/fêmea (1005), tal qual mostrado na Figura 12A, com uma área livre (1010) nas bordas dos rolos. Sob a pressão da laminação o material da base de metal tenta fluir para a ampla área livre (1010). Os espaços nas bordas do rolo são projetados de forma a permitir que a base de metal laminada flua (deformação plástica) parcialmente para o espaço criado. Este fluxo para cima é limitado pelo atrito que o interrompe. Em ao menos uma (ou mais) ou mais concretização (ões), as bordas (1020) dos rolos são curvas para facilitar o fluxo do material. A área livre pode ser em ângulo, de tal forma que quanto mais o metal flua para dentro da área, mais estreito o caminho do metal se torna, e, portanto, maior o atrito para conter o fluxo. Em uma ou mais concretizações, os rolos possuem um sulco (1040) na superfície para receber uma parte do conjunto composto e reduzir o movimento lateral dos componentes unidos no rolo, durante a operação de laminação. O sulco ajuda a manter os elementos alongados da liga (derivados dos insertos de arame) presos no lugar, seja em um local específico ao longo do rolo e/ou empilhados um sobre o outro. Em uma ou mais concretizações, uma segunda estação de laminação (1070) reverte à direção da área livre, conforme mostrado na Figura 12B. Na operação o conjunto composto é laminado sob calor e pressão em uma primeira estação de laminação macho/fêmea, na qual o elemento alongado é preso no sulco da chapa de metal e o fluxo lateral é contido. O conjunto composto é laminado até uma dimensão mais fina em uma segunda estação na qual a direção da área livre é revertida e o segundo metal é introduzido ainda mais e comprimido contra a chapa de metal. Para os rolos subseqüentes não é necessário o arranjo macho/fêmea, pois o espalhamento lateral não mais ameaça romper o fino entrelaçamento do material e todos os rolos subseqüentes (1080) são planos (com uma pequena coroa como é convencional para acomodar a sobre-laminação das bordas).
Em uma ou mais concretizações, o espalhamento lateral é contido usando-se um sistema de rolo de borda, isto é, uma laminadora com dois pares de rolos. Essa laminadora se constitui numa configuração especial de laminadora de rolos, ou seja, duas laminadoras arranjadas para laminar no mesmo plano. Uma laminadora de rolos se transforma em uma laminadora de dois pares de rolos quando um par adicional de rolos é usado de forma que o eixo de rotação deste par esteja posicionado a 90° em relação ao eixo de rotação dos rolos normais da laminadora. O eixo de rotação de uma laminadora de quatro rolos é coplanar com o plano de redução. Conforme o material passa através de um rolo da laminadora e se espalha lateralmente para os lados do rolo, esse aplica uma força oposta ao material nas suas bordas. A laminadora de quatro rolos é empregada nos estágios iniciais de laminação, ou seja, nas duas primeiras estações onde um fluxo lateral significativo poderia causar o rompimento da base de metal ao longo do sulco. Enquanto todas as estações da laminadora reduzem a espessura da base (trama) no mesmo grau aproximadamente, uma grande porcentagem da redução da espessura ocorre no inserto de arame ou ao redor do mesmo nos estágios iniciais, quando o arame é embutido na base de metal.
Para os propósitos dessa invenção deseja-se que os rolos laterais não produzam um “espirro” (uma fina bolha de metal que flui entre os pares de rolos horizontais e verticais). A presente invenção revelou que o espirro pode ser evitado localizando-se os rolos laterais ligeiramente à frente (à montante) dos rolos horizontais da laminadora. Em uma ou mais concretizações, o deslocamento dos rolos verticais está dentro do arco de contato do rolo horizontal com o material a ser laminado. O arco de contato (1400), conforme mostrado na Figura 13A, na vista em elevação, é o ângulo através do qual o rolo horizontal (1410) gira a partir do ponto inicial de contato (1430) do rolo com o material (1420) até o ponto mais estreito do contato (1440) (no estreito). Tão logo o material entra em contato com o rolo de laminação, ele passa a receber forças de magnitude sempre crescente, e como conseqüência um espalhamento lateral pode ocorrer antes que o material passe através do estreito. Assim, posicionando-se os rolos verticais ligeiramente à frente do estreito evita-se o fluxo lateral do material. A Figura 13B é uma vista em planta dos rolos deslocados (1450) da presente invenção. O rolo de laminação de cima foi omitido para maior clareza, mas as linhas pontilhadas (1455) indicam sua localização. A área hachurada (1460) representa a área de contato do material com os rolos de laminação na extensão do arco de contato. A linha interrompida (1465) indicada com “+" mostra o aumento típico na largura que se observaria se o espalhamento não fosse contido. Nota-se que o material começa a se alargar logo depois do contato com o rolo e bem antes do estreito.
Para se conter esse fluxo para os lados, rolos laterais (1470) são posicionados à montante do eixo de rolamento dos rolos de laminação, (os quais coincidem com a localização do estreito (1440)). Os rolos laterais proporcionam uma força de laminação adicional que se opõe e contém o fluxo lateral do material. Note que os rolos de laminação são da mesma largura final para que os rolos laterais sejam capazes de conter o fluxo lateral.
Em uma ou mais concretizações da presente invenção, a defasagem está na faixa de 6,35 mm (1/4 pol.) a cerca de 19,05 mm (3/4 pol.). No caso de se utilizar conjuntos de rolos macho/fêmea, a laminadora de dois pares de rolos não é necessária uma vez que a espessura do material é reduzida em 2 ou 3 passadas. Em uma ou mais concretizações, a laminadora de dois pares de rolos é usada na primeira, segunda e opcionalmente terceira estações.
Em uma ou mais concretizações, a laminadora de dois pares de rolos é utilizada para limitar o espalhamento lateral a um valor pré-determinado. Em uma ou mais concretizações, a laminadora de dois pares de rolos pode permitir o espalhamento lateral ou pode ser localizada a uma determinada distância da borda do rolo de laminação. Quando o material entra na laminadora de rolos, uma quantidade pré-determinada do mesmo se espalhará até o ponto em que encontra os rolos verticais. Em uma ou mais concretizações, a base de metal é mais estreita do que a largura do rolo de laminação, e os rolos verticais são posicionados na borda dos rolos de laminação (ou podem ser localizados a uma determinada distância da borda do rolo de laminação). De novo, o material é passível de se espalhar lateralmente, mas somente até um ponto no qual ele entra em contato com os rolos verticais. O controle do espalhamento lateral pode resultar no controle do afinamento da base, particularmente na região da liga onde os insertos de arame e a base de metal estão em contato. O controle lateral do espalhamento pode ser usado para afinar a base de metal na região da liga até o ponto em que ela quebra ou até o ponto em que ela afina tanto que praticamente desaparece.
Um exemplo do processo para fabricação de uma peça de metal composto de acordo com uma ou mais apresentações é descrito a seguir. O inserto de arame (1500) é conformado até a dimensão e seção transversal desejados, por exemplo, através de trabalho a frio ou a quente. O arame assim formado é limpo através de processos padrões de limpeza de metais para remoção de resíduos de óleos e óxidos. Os arames podem ser soldados de topo para formar grandes comprimentos para um melhor aproveitamento dos tempos de processo. Como exemplar desse processo, podemos citar um arame redondo de 2,413 mm (0,095 pol.), por exemplo, M2, que é laminado até uma forma romboidal de 2,032 mm (0,080 pol.) por 2,667 mm (0,105 pol.). A base de metal (6150) (1510) é inicialmente obtida com uma espessura 1,651-6,35 mm (0,065-0,250 pol.), e com a largura necessária para produzir a largura final desejada e em seguida é passada através de uma laminadora de dois pares de rolos para formar uma depressão em forma de “v” (sulco invertido) de cada lado, sem alterar a espessura e com pequena alteração na largura. A técnica de tração da laminadora de dois pares de rolos permite obter um alinhamento entre os sulcos de cima e de baixo dentro de uma precisão de 0,051 mm (0,002 pol.), e uma precisão de centralização na tira de +/- 0,127 mm (0,005 pol.) e também manter a espessura da base (embora a base possa se alargar ligeiramente).
Os materiais (inserto de arame (1500) e a base de metal (1510)) são alimentados a partir de rolos e aquecidos quando se aproximam das estações de laminação, através de aquecimento por corrente contínua. Com referência à Figura 14, o(s) arame(s) da borda e a tira da base de metal são desenrolados dentro (ou através) de um contato de alto potencial de um retificador de corrente contínua, isto é, itens (1520, 1530), respectivamente, para aquecimento até a temperatura de operação (cerca de 676° C - 1250° F), e então são introduzidos em uma retorta de entrada (1540) que contém uma atmosfera óxido-redutora, como por exemplo, hidrogênio. A limpeza por oxidação/redução é um processo conhecido através do qual o material é aquecido no ar para que se forme uma fina camada de óxido, e posteriormente é passado através de uma retorta contendo H2 para redução. Quaisquer resíduos orgânicos ou H2O remanescentes da limpeza são também removidos. O arame da borda é posicionado acima e abaixo da tira da base de metal tão logo os componentes se aproximam da primeira laminação (1550). A Figura 14 ilustra uma laminadora de três estações; entretanto, peças de metal composto têm sido preparadas com sucesso usando-se uma laminadora de seis estações. O número de estações de laminação utilizadas depende em parte da porcentagem de redução a ser conseguida em cada estação e da espessura total final.
As estações da laminadora incluem rolos de laminação que são envolvidos por uma câmara de gás (1555) que mantém o material em uma atmosfera redutora, embora ele possa estar exposto ao ar por breves períodos. Uma retorta em ponte (1560) se estende entre estações da laminadora e mantém uma atmosfera redutora para a tira aquecida conforme essa passa de um estágio de laminação para outro. De outra forma a exposição à atmosfera nessas temperaturas elevadas resultaria em oxidação da superfície. Os rolos de laminação são feitos de materiais duros e duráveis, tais como aços rápidos, tipo H13, ou carbeto de tungstênio. Os rolos de laminação são selecionados de forma a minimizar a aderência do material laminado. Os rolos de laminação são normalmente ocos; e eles podem ser resfriados a ar ou a água. Por exemplo, eles são rolos do tipo encamisado, que são suportados por uma árvore, e com previsão para resfriamento a água.
Cada retificador da laminadora opera a partir do seu próprio circuito, de maneira a poder ser controlado individualmente. A queda de temperatura do material quando ele sai de uma estação de laminação e entra na subsequente é monitorada, e o retificador ajusta o aquecimento (isto é, a voltagem), de forma a compensar a queda.
Um sistema de aquecimento híbrido utilizando resistência e aquecimento por indução é também possível. Em um sistema híbrido a primeira estação de laminação é montada com uma configuração convencional com contato com o ponto de aterramento na primeira estação. O reaquecimento dos materiais entre as sucessivas estações de laminação a quente é realizado com unidades de indução de alta freqüência. Tão logo o conjunto arame/base de metal entra na primeira estação de laminação que se encontra na temperatura alvo, a carga de laminação é elevada a esse alvo de temperatura. Uma célula de carga em cada estação monitora a carga de laminação. Na medida em que cada estação se equilibra na temperatura alvo e na carga de laminação, os rolos de laminação subseqüentes são ativados.
Normalmente a velocidade do rolo da primeira estação de laminação é controlada pelo operador e as velocidades dos rolos subseqüentes são ajustadas em função da velocidade do anterior. A porcentagem de redução é proporcional ao diferencial de velocidade dos rolos à medida que o material é reduzido em bitola. A tensão da trama do material entre estações de laminação pode ser monitorada usando-se um tensiômetro (1570) e as velocidades de laminação podem ser ajustadas, conforme necessário, para controlar essa tensão; entretanto, vários outros métodos convencionais de monitoramento da velocidade e espessura podem ser utilizados. O controle de tensão é realizado usando-se um rolo sobre o qual a tira quente passa em um ângulo raso. Um arranjo transmite a força a uma célula de carga. Essa célula de carga realimenta o controlador, o qual monitora a tensão e faz os ajustes de velocidade de acordo com as necessidades. A peça unida sai das estações de laminação como uma tira unida contínua (1580), que é recebida em uma bobina (1590). O corte é feito em uma operação separada.
Embora várias concretizações que incorporam os ensinamentos da presente invenção tenham sido aqui mostradas e descritas em detalhes, àqueles práticos na arte podem rapidamente imaginar muitas outras apresentações variadas que utilizem esses ensinamentos. Todas as referências aqui mencionadas são incorporadas por referência.
Reivindicações

Claims (31)

1. MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UM ARTIGO DE METAL COMPÔSITO A PARTIR DE DOiS METAIS DIFERENTES, caracterizado por compreender: fornecer uma base de metal constituída por um primeiro metal e ter uma primeira e segunda superfícies opostas, tendo a referida base pelo menos uma depressão longitudinal em pelo menos uma das referidas primeira e segunda superfícies opostas para receber um fio; Introdução de um fio constituído por um segundo metal na referida pelo menos uma depressão da base metálica para formar um conjunto composto; e aquecer o conjunto compósito sob pressão para impulsionar as superfícies adjacentes do fio e as pelo menos uma depressão em conjunto para formar um artigo colado.
2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a base de metal compreende uma folha ou tira.
3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a base de metal compreende pelo menos uma depressão em cada uma das referidas primeira e segunda superfícies.
4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a base de metal compreende duas ou mais depressões em pelo menos uma das referidas primeira e segunda superfícies opostas.
5. MÉTODO, de acordo com as reivindicações 1 ou 4, caracterizado pelo fato a referida pelo menos uma depressão está localizada no centro da superfície da base de metal,
6. MÉTODO, de acordo com as reivindicações 1, 3 ou 4, caracterizado pelo fatop de que referida pelo menos uma depressão está deslocada do centro da superfície da base de metal.
7. MÉTODO, de acordo com as reivindicações 1 ou 3, caracterizado pelo fato de que a etapa de aquecimento do conjunto compósito sob pressão compreende a incorporação do fio na base metálica e a redução da espessura da base metálica na interface arame/base.
8. MÉTODO, de acordo com as reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato de que a etapa de aplicação de pressão é realizada por rolamento ou estam pagem.
9. MÉTODO, de acordo com as reivindicações 1 ou 3, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a restrição de uma expansão lateral do conjunto compósito durante pelo menos uma porção da etapa de aquecimento e prensagem.
10. MÉTODO, de acordo com as reivindicações 1 ou 3, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma depressão está na forma selecionada do grupo que consiste em ranhura em v, ranhura quadrada, ranhura arredondada e ranhura rectangular.
11. MÉTODO, de acordo com as reivindicações 1 ou 3, caracterizado pelo fato de que a forma de secção transversal do fio é selecionada do grupo que consiste em redondo, quadrado, oval, poligonal, retangular e romboide.
12. MÉTODO, de acordo com as reivindicações 1 ou 3, caracterizado pelo fato de que o fio é um fio metálico composto.
13. MÉTODO DE PRODUZIR UMA FERRAMENTA DE CORTE COMPÓSITA A PARTIR DE DOIS METAIS DIREFENTES, caracterizado por compreender: fornecer uma base de metal composta por um primeiro metal e tendo primeira e segunda superfícies opostas; posicionar pelo menos um fio composto de um segundo metal em um local em pelo menos uma das referidas primeira e segunda superfícies; restringir o movimento lateral do fio em relação à sua localização na referida superfície para formar um conjunto compósito; e aquecer o conjunto compósito sob pressão para impulsionar as superfícies adjacentes do pelo menos um fio e o metal em conjunto para formar um artigo colado.
14. MÉTODO, de acorco com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a etapa de restringir o movimento lateral do fio em relação à sua posição na base de metal compreende proporcionar pelo menos uma depressão posicionada longitudinalmente em pelo menos uma das referidas primeira e segunda superfícies para receber o referido fio .
15. MÉTODO, de acorco com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o conjunto compósito é pressionado rolando o conjunto compósito através de um rolo tendo uma ranhura na superfície do rolo na direção da rotação, em que o fio está engatado na ranhura e a pressão do rolo sobre o fio assim a base de metal restringe o movimento lateral.
16. MÉTODO, de acorco com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma primeira etapa de rolamento consolida o conjunto compósito e restringe a propagação lateral.
17. MÉTODO, de acorco com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a etapa de aquecimento do conjunto compósito sob pressão incorpora o fio na base metálica e reduz a espessura da base metálica na interface arame/base.
18. MÉTODO, de acorco com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: o segundo metal compreende um aço grau de corte e é mais duro do que o primeiro metal, a etapa de aquecimento do conjunto compósito sob pressão para impulsionar as superfícies adjacentes do fio e a pelo menos uma depressão em conjunto para formar um artigo colado reduz a espessura da base de metal pelo menos na interface arame/base, e dito método compreende ainda: restringir a propagação lateral do conjunto compósito utilizando uma cabeça turca durante pelo menos uma porção da etapa de aquecimento sob pressão sob condições para manter uma pressão de ligação lateral no conjunto compósito; e formar o artigo colado em um artigo com uma aresta que compreende o aço de corte da ferramenta.
19. MÉTODO, de acorco com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o segundo metal compreende um aço grau de corte e é mais duro do que o primeiro metal, em que: A etapa de aquecer o conjunto compósito sob pressão para impulsionar as superfícies adjacentes do pelo menos um fio e a base de metal em conjunto para formar um artigo ligado reduz a espessura da base de metal na interface base/fio, pelo menos uma primeira etapa de rolamento usando uma cabeça de turco consolida o conjunto compósito e mantém uma pressão de ligação lateral no conjunto compósito; e dito método compreende ainda a formação do artigo colado em uma ferramenta de corte com uma aresta de corte que compreende o aço de corte da ferramenta.
20. MÉTODO, de acorco com as reivindicações 18 ou 19, caracterizado pelo fato de que a espessura da base metálica é reduzida em substancialmente a base inteira.
21. MÉTODO, de acorco com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que é proporcionado um par de bases metálicas, cada uma tendo pelo menos uma depressão longitudinal, e o fio sendo introduzido na depressão longitudinal de cada base.
22. MÉTODO, de acorco com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a etapa de restringir a propagação lateral compreende restringir a propagação lateral numa primeira etapa de rolamento.
23. MÉTODO, de acorco com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que a etapa de restringir a expansão lateral compreende ainda a limitação da propagação lateral numa segunda etapa de rolamento.
24. MÉTODO, de acorco com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a etapa de restrição compreende proporcionar a distância de deslocamento na faixa de cerca de 0,25 a cerca de 0,75.
25. MÉTODO, de acorco com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a etapa de restrição compreende proporcionar a distância de deslocamento que está localizada dentro de um arco de contato do conjunto compósito com os rolos de ligação.
26. MÉTODO, de acorco com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a etapa de aquecimento e a etapa de restrição proporcionam uma espessura predeterminada da base de metal na interface fio/base.
27. MÉTODO, de acorco com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a etapa de aquecimento e a etapa de restrição compreendem aquecer o conjunto compósito sob pressão e restringir lateralmente o conjunto compósito para aumentar lateralmente a interface fio/base.
28. MÉTODO, de acorco com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a etapa de formação de um artigo ligado compreende a usinagem cortando dentes na borda de corte.
29. MÉTODO, de acorco com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a etapa de formação de um artigo ligado compreende formar a aresta de corte dentro de uma borda de faca.
30. MÉTODO, de acorco com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a etapa de aquecimento sob pressão reduz a espessura da base metálica no seu ponto mais estreito para cerca de 1 -30% da espessura total do artigo.
31. MÉTODO, de acorco com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a etapa de aquecimento sob pressão reduz a espessura da base metálica no seu ponto mais estreito para cerca de 5-15% da espessura total do artigo.
BRPI0313058A 2002-07-29 2003-07-07 Method of manufacture of composite wire, composite part, cutting tool, roller of two pairs of rolls, device for manufacture of compound metal parts, and heating materials, method of manufacture of compound metal part, method of manufacture of sierra, method of manufacture of compound wire, composite part, cutting tool, BR0313058B1 (pt)

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Free format text: NAO CONHECIDA A PETICAO NO 020100031350 DE 12/04/2010, POR CONTRARIAR O ART. 218, INCISO I DA LPI.

B12F Appeal: other appeals
B15G Petition not considered as such [chapter 15.7 patent gazette]

Free format text: DESCONHECO A PETICAO NO NPRJ020150017005 DE 16/11/2015, COM BASE NO DISPOSTO NO ART. 219, II DA LEI DA PROPRIEDADE INDUSTRIAL, UMA VEZ QUE O INTERESSADO NAO TEM LEGITIMIDADE PARA O ATO.

B65X Notification of requirement for priority examination of patent application
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B153 Others concerning applications: republication
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B09A Decision: intention to grant [chapter 9.1 patent gazette]
B16A Patent or certificate of addition of invention granted