Na primeira coluna desta série, dissemos que a origem do lubrificante de matrizes está na invenção do DAG (Defloculated Acheson Graphite) por Edward Goodrich Acheson, há mais de 100 anos quando Thomas Edison encomendou uma solução para a trefilação do tungstênio do filamento da lâmpada incandescente que estava inventando. Sabendo da extrema severidade do processo, Acheson escolheu fazer uma grafitização completa de carvão vegetal e obteve um grafite sintético de altíssima pureza numa granulometria ao redor de 1µm.
Não há registros de onde ele tirou a ideia do sistema de dispersão das partículas de grafite em água que ele usou no DAG, mas foi perfeito, com uma temperatura de molhamento altíssima e uma cobertura excepcional, tornando possível a trefilação do tungstênio e a conclusão do invento de Edison. Vale dizer que este produto continua sendo usado pelos fabricantes de filamentos pelo mundo na sua fórmula original. Logo se viu que este produto seria muito útil para os demais processos de conformação de metais a quente.
Inicialmente, o sistema de aplicação utilizado foi o mesmo da trefilação do tungstênio: um sistema de recirculação usado normalmente na aplicação de fluido refrigerante em usinagem. Um tanque de armazenagem e uma bomba que bombeia o líquido para o ponto de uso. Debaixo da prensa um coletor de lubrificante escorrido o levava para um tanque inferior. Uma bomba recirculava o lubrificante escorrido para o tanque de trabalho. Este sistema ficou conhecido como flooding.
Acredita-se que as propriedades do lubrificante com grafite sintético eram tão extremas que a mistura com o lubrificante usado não diminuía o seu desempenho. O lubrificante de grafite sintético se adequou perfeitamente desde os sistemas mais primitivos até modernos sistemas de pulverização de atomização externa.
A única referência é que havia, sem dúvida, uma enorme diferença entre usar ou não usar o lubrificante.
Por exemplo, num processo em que, tradicionalmente, não se usava lubrificante nenhum, um forjamento em martelo de um alicate universal, a vida de matriz, de 2.500 peças, passou a 25.000 com este lubrificante. Onde havia o monitoramento da força de prensagem notava-se uma redução considerável, garantindo ao equipamento uma melhor preservação.
A fácil maneira de encher a gravura possibilitava a redução do peso do billet ou do tarugo, resultando num excelente acabamento superficial das peças forjadas.
Em diversos processos de forjamento a quente e em prensas automáticas de alta velocidade tais como: soquetes de ferramentas manuais, ponteiras em geral, peças de transmissão de motos.
Forjamento a Morno
Para redução da carepa, foi desenvolvido o forjamento a morno com temperaturas do billet abaixo de 900°C. Nesta temperatura a tendência de oxidação do aço aquecido é bastante reduzido, possibilitando peças forjadas com menor sobre-metal e necessidade de usinagem reduzida, conhecido como near net forging.
Foi utilizado o lubrificante de grafite sintético como lubrificante de matriz e como billet coating, um invólucro impermeável de alta temperatura para evitar/reduzir a formação de carepa. Em ambos os casos, o lubrificante diluído é jorrado sobre as matrizes e sobre os billets antes do aquecimento. A boa estabilidade da dispersão de grafite sintético, mesmo em situação diluída, garantia um bom desempenho do banho de recirculação.
Nos anos 70, Aqui no Brasil
O lubrificante de grafite sintético era importado e naquela época o governo brasileiro baixou medidas para restringir as importações, atingindo diretamente os usuários deste produto que tiveram que procurar outras alternativas. A alternativa ao grafite sintético, de alta pureza, era o grafite natural, de pureza menor e principalmente de granulometria bem maior, já que a redução do tamanho das partículas seria antieconômica e encareceria o produto.
Assim, as forjarias limitaram o uso do lubrificante de grafite sintético a casos especiais e passaram a usar o lubrificante de grafite natural nas outras operações de forjamento mais simples.
Nos casos onde os benefícios com o uso do lubrificante de grafite sintético passaram a não se tornar mais visíveis, palpáveis ou mensuráveis, principalmente no forjamento a quente tradicional, em pequenas prensas excêntricas, prensas de parafuso e martelos, com tempos de ciclo relativamente longos começaram a ser preferidos produtos mais simples, com grafite natural com purezas menores e moídas por menos tempo a granulometrias mais grossas, dentro da filosofia “também funciona”.
Custo x Benefícios
Em empresas onde os argumentos econômicos custo conseguiam se sobrepor aos argumentos técnicos (benefícios), os forjadores precisaram se adaptar às novas condições oferecidas pelos lubrificantes de grafite natural. Pouco a pouco, os lubrificantes de grafite natural foram conquistando processos mais exigentes e prensas maiores. Também tem que ser considerado que, uma vez acostumados ao superior desempenho do grafite sintético fica difícil de provar porque ele é tão bom e merece ser pago tão caro.
E devido a unidades de aquecimento antigas, máquinas de forjaria com necessidade de recuperação de energia, havia tempo no ciclo de forjamento para se aplicar o lubrificante e refrigerar as matrizes.
Em todos estes processos já havia se instalado a prática da aplicação de lubrificante através de sistemas de pulverização manuais, o que, sem dúvida era mais propício ao grafite natural.
Novos métodos de planejamento de produção reduziram os estoques, o que levou ao forjamento de lotes menores, em geral bastante abaixo da vida útil das ferramentas o que mascarou a verdadeira vida útil, um dos principais argumentos de uso de um lubrificante de grafite sintético.
Há 15 Anos
Face ao “sucesso econômico” dos lubrificantes de grafite natural e ao “esquecimento” dos benefícios do lubrificante de grafite sintético, começou-se a procurar uma forma de deslocar o lubrificante de grafite sintético em processos onde ainda tinha que ser usado.Descobriu-se uma forma de reduzir o tamanho das partículas de grafite natural de forma econômica abaixo de 10µm, mas, claro com um sobrepreço do grafite, era o grafite natural semi-coloidal.
Hoje, esta granulometria já está disponível no mercado.
Volume Maior de Grafite Natural
Uma experiência interessante foi realizada há alguns anos. Numa prensa automática de alta velocidade que sempre trabalhou com lubrificante de grafite sintético, tentou-se usar grafite natural com tamanho de grãos 3x maior (semi-coloidal).
Embora tenha-se conseguido uma vida de matriz equivalente, foi necessária uma quantidade 3x maior, o que acabou tirando a vantagem econômica do grafite natural. A grande quantidade deste lubrificante recirculando pela prensa e a forte tendência de sedimentação do grafite natural entupiu as saídas e o enorme build-up causou tempos de parada para limpeza. Esta proporção (quantidade 3x maior) foi confirmada em diversos outros testes de substituição. Mais do que um substituto do grafite sintético, o grafite semi-coloidal é uma alternativa interessante ao grafite natural não coloidal com um desempenho intermediário.
Mais Considerações
Não adianta colocarmos o melhor grafite que proporcione um bom poder de cobertura no lubrificante se este não é capaz de formar camada a altas temperaturas.
Por isso, primeiro temos que formar a camada.
Se não houver tempo disponível para a refrigeração das matrizes para que a temperatura chegue na temperatura de molhamento do lubrificante, ele terá que formar camada naquela temperatura alta.
O desenvolvimento de sistemas de pulverização de atomização externa facilitou o trabalho para todos lubrificantes. Sistemas de diluição automática possibilitaram a parametrização das diluições e a utilização de diluição customizadas por peça forjada.
Grafite Sintético Acessível
Há pouco tempo, o grafite sintético, que era de uso exclusivo, passou a ser oferecido para o mercado por preços mais interessantes.
O sistema de dispersão artesanal foi substituído por dispersantes químicos disponíveis no mercado.
Hoje, temos um lubrificante de matriz de grafite sintético com um desempenho excepcional a um custo interessante.
Ou seja, um caso claro de custo/benefício.
Benefícios do Uso de Lubrificantes de Grafite Sintético
– Menor consumo de lubrificante (com menos, faça mais);
– Vidas mais longas de ferramental, necessidades de reparação são postergadas;
– Desempenhos excelentes do processo, maior produtividade;
– Qualidade ótima das peças forjadas. Excelente capacidade de cópia da gravura;
– Baixos coeficientes de atrito das camadas permitem ótimo fluxo metálico e rápido preenchimento da gravura da matriz;
– Economia de matéria-prima devido ao melhor enchimento;
– Os baixos coeficientes de atrito permitem baixas forças de prensagem poupando o equipamento de conformação.
Conclusão
O lubrificante inventado há 110 anos para viabilizar a lâmpada incandescente já possuía os atributos necessários e suficientes para atender forjamentos de alta velocidade de peças near net e net shape de hoje em processos de forjamento a quente e a morno.
Pode, perfeitamente, substituir lubrificantes de grafite natural semi e não coloidal com enormes vantagens. Não requer nenhuma modificação/adaptação do sistema de lubrificação, apenas pequenos ajustes reversíveis.
Por isso, o retorno às origens.
