A Tecnologia do Corte é uma área tecnológica que exige “Know-How” em matérias distintas, tais como:
- Desenho Técnico;
- Projecto de ferramentas e seus acessórios;
- Sistemas de alimentação de prensas;
- Caracterização dos materiais utilizados como matéria-prima;
- Selecção dos materiais dos elementos das ferramentas;
- Tratamentos térmicos dos componentes das ferramentas;
- Novos materiais;
- Revestimentos.
Vamos procurar abordar os temas relacionados com a selecção dos materiais dos elementos das ferramentas e respectivos tratamentos térmicos.
Sabemos que houve um extraordinário avanço tecnológico nos últimos anos com a utilização dos “Metais Duros”, sob a forma de inserções ou “postiços” nas matrizes (carbonetos), o que permitiu aumentar consideravelmente a longevidade das ferramentas. Este assunto não será abordado neste trabalho.
Não abordaremos também a crescente utilização de Revestimentos obtidos por PVD – “Physical Vapour Deposition”, decomposição física em fase de vapor, e CVD – “Chymical Vapour Deposition”, deposição química em fase de vapor, nas ferramentas, processos que têm aumentado de forma considerável as suas performances.
NECESSIDADES DO UTILIZADOR
O objectivo comum de todos os que utilizam e dos que fabricam as ferramentas, é um produto acabado satisfatório e económico para ambas as partes.
Assim, o fabricante de ferramentas, irá procurar os aços para as ferramentas disponíveis no mercado e que pelas suas dimensões e acabamentos sejam os mais adequados para assegurar uma fabricação rápida e fiável. Vai portanto exigir um aço que seja:
- Isento de defeitos e descarbonação;
- Fácil de maquinar e rectificar;
- Estável no tratamento térmico.
Por outro lado, o utilizador de ferramentas, está interessado na entrega atempada das mesmas e que possuam características fiáveis que proporcionem:
- Ritmo de produção elevado e constante;
- Qualidade dos componentes uniforme, dentro dos limites de tolerâncias requeridas;
- Longa duração;
- Baixos custos de manutenção.
O fabricante de ferramentas está interessado nas várias propriedades do aço para ferramentas que influenciem os seus custos de produção:
- Qualidade do Aço;
- Maquinabilidade e Rectificabilidade;
- Propriedades no Tratamento Térmico.
QUALIDADE
Todos os materiais devem ser submetidos a verificações de controlo da qualidade durante a sua produção (incluindo testes ultrasónicos) de modo a garantir altos e uniformes padrões de Qualidade.
Aços para punções e matrizes
| Aço extremamente versátil, adequado para punções e matrizes, ferramentas de corte, cisalhamento, recorte e rebarba, rolos de conformação, calibres, buchas e peças de construção para trabalhos pesados. | |
| Aço ligado ao crómio, com alto teor de carbono, combinando alta resistência ao desgaste e boa tenacidade. Boas propriedades de têmpera, quando temperado ao ar ou no Vácuo. | |
| Aço ligado ao crómio, com alto teor de carbono, para uma superior resistência ao desgaste. Recomendado para ferramentas de corte e cisalhamento de materiais duros e pouco espessos e em séries de produção longas. | |
| Aço de grande temperabilidade, adequado para ferramentas de estampagem para trabalhos pesados, matrizes para cunhar a frio e lâminas de tesoura (a quente ou a frio). | |
| Aço resistente ao choque, apropriado para punções e cinzeís para trabalhos pesados. | |
| Aço rápido pulverometalúrgico conhecido pela sua elevada resistência ao desgaste. Boa tenacidade e rectificabilidade. Recomendado para grandes séries de produção de peças de corte fino convencionais, forjamento a frio, extrusão por impacto, etc. | |
| Aço rápido de grande utilização, especialmente indicado para punções, pequenas matrizes e peças resistentes ao desgaste. | |
| Aço com teor de carbono médio, apropriado para placas superiores e inferiores, peças de apoio de esforço elevado, placas retentoras de punções e placas extractoras. | |
| Aço pré-tratado para placas de resistência elevada. |
MAQUINABILIDADE
Uma maquinabilidade boa e uniforme, é de enorme importância para o fabricante de ferramentas.
Os aços devem ser adquiridos nas condições ideais de recozimento, de modo a possibilitar a melhor maquinagem possível para cada Qualidade.
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RECTIFICAÇÃO
A utilização de técnicas de rectificação correctas, terá sempre uma influência positiva no futuro comportamento das ferramentas.
A tensão criada localmente na superfície da ferramenta, pela combinação de temperaturas elevadas, fricção e pressão durante a operação de rectificação, deve ser mantida no mínimo, por:
- utilização de refrigerante apropriado;
- redução da pressão da mó/velocidade de remoção;
- utilização de mós adequadas.
As ferramentas feitas com aços de alta liga que foram revenidas a baixas temperaturas, são particularmente sensíveis durante as operações de rectificação, exigindo portanto, cuidados redobrados.
Em condições desfavoráveis, de rectificação, o material da ferramenta pode ser afectado da seguinte maneira:
- redução da dureza superficial;
- ocorrência de fissuras de rectificação;
- possibilidade de surgirem efeitos de retêmpera;
- introdução de tensões importantes na peça trabalhada.
Depois de uma operação de rectificação extensa, é importante:
- que a tolerância seja suficiente para a rectificação final, pois pode ser necessário remover a camada superficial afectada pelas tensões. As tensões de rectificação podem também ser aliviadas através de uma operação de redução de tensões, feita a cerca de 25ºC abaixo da temperatura de revenido anterior;
- que os ângulos vivos provenientes da rectificação sejam cuidadosamente acabados manualmente com pedra abrasiva.
Notas relevantes:
- Deve ter-se em atenção que existe grande perigo de fissuras superficiais ao rectificar ferramentas que tenham sido sobreaquecidas, mantidas demasiado tempo à mesma temperatura ou revenidas a temperatura demasiado baixa durante o tratamento térmico. Isto deve-se à presença, na microestrutura, de um constituinte macio “austenite residual”. O calor e pressão produzidos durante as operações de rectificação podem transformá-la em nova martensite, que por não estar revenida, se apresenta dura e quebradiça, originando microfissuras.
- Os aços para ferramentas pulverometalúrgicos, AISI M3, com carbonetos de dimensões extremamente finos, possuem uma rectificabilidade consideravelmente superior à que se poderia esperar de um material de alta liga, equivalente.
Têm sido registados excepcionais rendimentos em ferramentas de trabalho a frio, produzidas a partir de aços rápidos pulverometalúrgicos:
- corte e conformação de peças estampadas de grande volume;
- estampagem progressiva;
- estampagem profunda;
- corte fino;
- extrusão a frio;
- prensagem pulverometalúrgica.
A sua elevada resistência ao desgaste e à compressão, a boa tenacidade, estabilidade durante a têmpera e a boa rectificabilidade, residem no facto da sua microestrutura ser formada por pequenos carbonetos uniformemente distribuídos.
As fotomicrografias que se seguem, ilustram a diferença entre os aços AISI M3 e os aços rápidos convencionais.
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| M3 (carbonetos uniformemente distribuídos) | |
| Aço rápido convencional (carbonetos grandes e desigualmente distribuídos e prováveis segregações em banda) | |
Ferramentas de corte – recomendações gerais
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| Matriz | ARNE/BCW, RIGOR,SVERKER 21/C265,SVERKER 3/RL 203ASP 23 | ||
| Casquilho da matriz | SVERKER 21/C265SVERKER 3RL203 ASP 23 | ||
| Serra Chapas | UHB 11/F10 maquinado fino, placas rectificadas | ||
| Punções | Igual a “1”, REGIN 3/D 249 | ||
| Placa Batente do calcador guia do punção | UHB 11/F10, PORTAX | ||
| Suporte da matriz | UHB 11/F10, PORTAX | ||
| Placa porte punção | ARNE/BCW | ||
| Placa de batente do punção | ARNE/BCW | ||
| Base porta punções | UHB 11/F10, DOMEX 5 | ||
| Base da matriz | UHB 11/F10, DOMEX 5 | ||
| Guia da matriz | UHB 11/F10 maquinado fino, placas rectificadas | ||
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| Dureza recomendada para matrizes de corte e perfuração |
Quanto maior for a espessura do material, maiores serão as exigências da ferramenta. O quadro acima, mostra a dureza recomendada para ferramentas considerando as diferentes espessuras de material e as diferentes qualidades de aço para ferramenta.
TRATAMENTO TÉRMICO
As ferramentas são submetidas a tratamento térmico com o objectivo de obter propriedades mecânicas convenientes, tais como: Dureza, Tenacidade e Resistência.
Os principais problemas que podem surgir associados ao Tratamento Térmico são sobretudo deformações e alterações dimensionais que podem resultar de:
- Tensões de Maquinagem;
- Tensões Térmicas;
- Tensões de Transformação.
Nota: Este tema será convenientemente abordado no item “Tratamentos Térmicos”.
Selecção de Aços para Ferramentas de Corte
| Estampagem progressiva | ||
| Corte fino | ||
| Corte a quente | ||
| Corte a frio – materiais finos | ||
| Corte a frio – materiais espessos | ||
| Corte de chapa | ||
| Punções e matrizes normalizadas | ||
| Utilização em pernos, parafusos e porcas |
Selecção de Aços para Ferramentas de Conformação
| Conformação pouco profunda ferramentas simples de guiar | ||
| Idem, mas para grandes séries ou de elevados requisitos na resistência ao desgaste | ||
| Embutidura profunda (*) | ||
| Extrusão por impacto – alumínio | ||
| Extrusão por impacto – aço | ||
| Prensagem, estampagem a frio, embutidura | ||
| Ferramentas de compactação aplicadas em pulverometalurgia | ||
| Rolos de Conformação | ||
| Estampagem de roscas | ||
| Ferramentas para conformação de tijolos, azulejos, mós de rectificação e materiais cerâmicos |
DESENHO E EFICÁCIA DA FERRAMENTA
As recomendações que se seguem, apesar de muito básicas, têm como principal objectivo, evitar falhas prematuras das ferramentas, quer no tratamento térmico, quer na sua utilização:
- utilizar dimensões adequadas a fim de assegurar uma resistência e apoio básicos da ferramenta;
- evitar ângulos vivos – sempre que possível, opte por curvaturas de grande raio
- evitar, sempre que possível, secções adjacentes com diferenças acentuadas de massa;
- evitar marcas que possam produzir tensões, por exemplo, marcas por estampagem a frio ou maquinagem grosseira;
- deixar uma espessura suficiente de material, entre os orifícios e os bordos;
- em ferramentas complexas, por vezes é preferível construí-las por elementos, pois oferecem menos risco ao tratamento térmico e são mais fáceis de rectificar e substituir.
RENDIMENTO ÓPTIMO DAS FERRAMENTAS
Com o objectivo de obter um rendimento óptimo das ferramentas, deve:
- prestar atenção cuidadosa à montagem das ferramentas e ao alinhamento da prensa;
- assegurar-se de que as ferramentas estão devidamente apoiadas a fim de obter uma estabilidade máxima e evitar desvios;
- utilizar lubrificantes e técnicas de lubrificação recomendadas;
- rectificar regularmente as ferramentas, antes que seja necessário uma mais ampla operação de rectificação;
- revenir, para redução de tensões, após cada nova rectificação;
- o trabalho de ferramentas, sujeitas a cargas pesadas repetidas, melhorará com um tratamento de redução de tensões após uma prolongada série de produção;
- não utilizar ferramentas para corte de espessuras muito diferentes daquelas para que foram concebidas.
TABELA DE EQUIVALÊNCIAS DE AÇOS DE VÁRIOS FABRICANTES