Muitas oficinas de maquinagem deparam-se frequentemente com problemas quando trabalham com aço-carbono. Este material é forte, mas pode desgastar as ferramentas rapidamente. As peças podem também dobrar-se fora de forma ou o acabamento da superfície pode não corresponder às expectativas do cliente. No entanto, saber como se comporta o aço-carbono pode fazer uma grande diferença. Com os métodos adequados e algumas alterações, pode melhorar os seus resultados.
A maquinagem de aço-carbono requer passos claros, escolhas de ferramentas adequadas e atenção aos detalhes. Um bom planeamento ajuda a evitar problemas como o desgaste excessivo da ferramenta ou a distorção da peça. A escolha das velocidades de corte, avanços e líquidos de refrigeração corretos faz uma grande diferença. Compreender o grau e o estado do aço permite-lhe obter os melhores resultados.
Curioso sobre os principais métodos e como obter melhores resultados com o aço-carbono? As secções seguintes apresentam dicas e melhores práticas comprovadas.
O que é o aço-carbono?
O aço-carbono é uma liga composta maioritariamente por ferro e carbono. O teor de carbono varia normalmente entre 0,05% e 2,0%. Níveis mais elevados de carbono tornam o aço mais duro e resistente, mas menos dúctil. Os graus de carbono mais baixos são mais fáceis de maquinar e moldar.
A maquinagem de aço-carbono cria peças para muitas indústrias - automóvel, construção, ferramentas e maquinaria. As oficinas trabalham frequentemente com este tipo de aço porque é fácil de obter, é económico e está disponível em vários tipos.
Tipos de aço-carbono e sua maquinabilidade
Os diferentes tipos de aço-carbono actuam de forma diferente durante a maquinagem. A escolha do tipo de aço correto ajuda a reduzir o desgaste da ferramenta e a melhorar a velocidade de produção.
Aço com baixo teor de carbono (aço macio)
O aço de baixo carbono tem menos de 0,3% de carbono. Os tipos mais comuns incluem o AISI 1008, 1010 e 1018. Estes aços são macios, flexíveis e fáceis de cortar. São uma boa escolha quando se pretende uma vida útil mais longa da ferramenta e um acabamento de superfície suave. Também resistem a fissuras durante a conformação e a dobragem.
No entanto, uma vez que são macios, podem não segurar muito bem roscas finas ou tolerâncias apertadas. Poderá ser necessário reduzir ligeiramente a velocidade de avanço para evitar manchas na superfície.
Aço Médio Carbono
O aço de médio carbono contém entre 0,3% e 0,6% de carbono. Os tipos típicos são o AISI 1040, 1045 e 1144. Estes aços são mais fortes e mais resistentes ao desgaste do que os tipos de baixo carbono. São frequentemente utilizados em peças como veios, eixos e engrenagens.
Mas são mais difíceis de maquinar. As ferramentas desgastam-se mais rapidamente e o calor acumula-se durante o corte. É necessário um controlo razoável das aparas, ferramentas afiadas e uma configuração estável. A utilização de fluido de corte ajuda a reduzir a fricção e o calor.
Aço de alto carbono
O aço de alto carbono contém entre 0,6% e 1,0% de carbono. As qualidades mais comuns incluem o aço para ferramentas AISI 1080, 1095 e W1. Estes aços são muito fortes e resistentes ao desgaste, o que os torna uma escolha popular para ferramentas de corte, matrizes e molas.
A maquinagem destes aços é um desafio. A sua dureza desgasta as ferramentas rapidamente. São necessárias velocidades de corte mais lentas, máquinas rígidas e pastilhas de alta qualidade. A utilização de material recozido (amolecido) ou de pré-aquecimento pode facilitar a maquinagem.
Efeitos do teor de carbono no comportamento da maquinagem
À medida que o teor de carbono aumenta, o aço torna-se mais duro e resistente, mas também mais difícil de maquinar. Os aços com elevado teor de carbono necessitam de mais potência para cortar, produzem mais calor e reduzem a vida útil da ferramenta.
Os aços com baixo teor de carbono são mais fáceis de cortar. Permitem velocidades mais rápidas e reduzem o desgaste da ferramenta. Mas não oferecem a mesma resistência ou durabilidade.
Principais propriedades que afectam a maquinabilidade
Antes de maquinar aço-carbono, é útil saber como as suas propriedades físicas afectam o processo de corte. A dureza, a ductilidade e o comportamento térmico influenciam a vida útil da ferramenta, a velocidade e a qualidade do acabamento.
Considerações sobre dureza e resistência
O aço-carbono mais duro resiste ao corte. Este facto aumenta o desgaste da ferramenta e pode levar a acabamentos rugosos. Uma maior resistência também exige mais força de corte, o que coloca mais tensão nas máquinas e ferramentas.
Os aços com baixo teor de carbono são mais macios e fáceis de cortar. Mas a sua resistência é menor, pelo que as peças podem necessitar de um suporte de design adicional. Os aços de médio e alto carbono requerem velocidades mais lentas e ferramentas mais resistentes para manter o desempenho.
Factores de ductilidade e de tenacidade
A ductilidade é a capacidade de se dobrar sem fissurar. A tenacidade é a resistência ao impacto ou à força súbita. Ambas afectam a forma como as aparas partem e como as superfícies reagem durante o corte.
Os aços altamente dúcteis podem criar limalhas longas e fibrosas que entopem as ferramentas. Os aços mais duros podem resistir à fissuração, mas exercem mais pressão sobre a aresta de corte. A utilização de separadores de aparas e o ajuste da alimentação ajudam a reduzir estes efeitos.
Condutividade térmica e resistência ao calor
O aço-carbono não transfere o calor tão bem como outros metais. Isso significa que mais calor permanece na zona de corte. Isto provoca um desgaste mais rápido da ferramenta e pode distorcer a peça.
Os aços com elevado teor de carbono aquecem durante a maquinagem. Necessitam frequentemente de refrigeração adicional ou de velocidades mais baixas para se manterem dentro de intervalos de temperatura seguros. O controlo do calor ajuda a manter a forma da peça e o acabamento da superfície.
Técnicas Essenciais de Maquinação para Aço Carbono
Cada método de maquinagem requer diferentes configurações e escolhas de ferramentas. O aço-carbono responde bem a muitas técnicas de corte, mas cada uma delas deve ter em conta a dureza, o calor e o controlo das aparas para obter os melhores resultados.
Operações de torneamento
Girando é utilizado para criar formas redondas ou superfícies exteriores lisas. Utilize pastilhas de metal duro ou de aço rápido para aço-carbono. Para os tipos de aço com baixo teor de carbono, as velocidades e os avanços mais elevados funcionam bem. Para aços mais duros, reduza a velocidade de corte para proteger as ferramentas.
Mantenha sempre a ferramenta afiada. Os rebordos baços provocam fricção e aumentam o calor. Aplique líquido de refrigeração para controlar a temperatura e prolongar a vida útil da ferramenta. Utilize uma configuração rígida para evitar vibrações e maus acabamentos.
Estratégias de fresagem
Fresagem forma superfícies planas ou com contornos. A fresagem escalonada é frequentemente preferida para o aço-carbono. Permite uma melhor remoção de aparas e um acabamento mais limpo. Para aços macios, os avanços mais rápidos funcionam bem. Para aços duros, abrande e utilize ferramentas revestidas.
Verifique os percursos da ferramenta para transições suaves. As mudanças repentinas aumentam a tensão da ferramenta e podem partir as pastilhas. Mantenha um engate consistente para reduzir a vibração e melhorar a qualidade da peça.
Melhores práticas de perfuração e rosqueamento
Quando perfuração de aço-carbonoUtilizar brocas de ponta dividida ou brocas de cobalto para uma entrada limpa. Utilize velocidades moderadas e uma pressão constante. Para furos mais profundos, a perfuração por picagem ajuda a remover as aparas e a reduzir o calor.
Tocando precisa de um alinhamento preciso e do lubrificante adequado. Escolha machos classificados para aço e reduza a velocidade para evitar quebras de rosca. Para os tipos mais duros, utilize fresas de rosca ou machos de rolo para minimizar a tensão no macho.
Métodos de retificação e acabamento
Retificação refina as superfícies e aperta as tolerâncias. Utilizar discos de óxido de alumínio para aço-carbono. Mantenha as velocidades baixas para evitar o sobreaquecimento. Demasiado calor provoca queimaduras na superfície ou alterações na dureza.
Após a moagem, verificar se existem rebarbas ou arestas afiadas. Rebarbar e polir para terminar a peça. Para obter uma superfície mais lisa, utilize cintas de lixa fina ou compostos de polimento. Isto ajuda a preparar as peças para revestimento, pinturaou montagem.
Ferramentas de corte e materiais de ferramentas
A escolha das ferramentas corretas faz uma grande diferença na maquinagem de aço-carbono. A geometria da ferramenta, o material e o revestimento afectam o desempenho da ferramenta e a sua durabilidade.
Melhores geometrias de ferramentas para aço carbono
As arestas afiadas e os ângulos de folga adequados ajudam a reduzir a força de corte. Utilize um ângulo de inclinação positivo para tornar o corte mais suave e reduzir o calor. Um desenho de quebra-cavacos é útil, especialmente com aços de carbono dúcteis que formam limalhas longas.
Para aços mais duros, um raio de ponta mais pequeno permite um melhor controlo e reduz a pressão da ferramenta. A geometria deve ser sempre adaptada ao tipo de aço e ao método de corte para evitar vibrações e lascas nas arestas.
Ferramentas de metal duro vs. aço rápido (HSS)
As ferramentas de metal duro são mais complexas e duram mais tempo. Resistem ao desgaste e aguentam-se melhor a altas velocidades. Funcionam melhor para aços de médio e alto teor de carbono ou para o corte de grandes lotes.
As ferramentas de HSS são mais baratas e mais fáceis de retificar. São adequadas para aços com baixo teor de carbono ou para pequenas séries. Utilize-as para cortar materiais mais macios ou quando o custo for uma preocupação.
Revestimentos para aumentar a vida útil das ferramentas
Os revestimentos melhoram a resistência ao desgaste, reduzem a fricção e controlam o calor. O nitreto de titânio (TiN) é uma escolha comum para maquinagem geral. Funciona bem em aços com baixo e médio teor de carbono.
Para trabalhos mais exigentes, utilize Carbonitreto de Titânio (TiCN) ou Nitreto de Alumínio e Titânio (TiAlN). Estes revestimentos suportam mais calor e prolongam a vida útil da ferramenta em aços mais duros.
Parâmetros de maquinagem e otimização
Ajustar as definições de maquinagem ajuda a reduzir o desgaste da ferramenta, a melhorar a qualidade da superfície e a aumentar a produtividade. Obter as velocidades, os avanços e o líquido de refrigeração corretos torna a maquinagem do aço-carbono mais estável e repetível.
Velocidades e feeds
Comece com velocidades de corte mais baixas para aços de carbono mais duros para proteger a ferramenta. Utilize velocidades mais elevadas para os tipos de aço macio e com baixo teor de carbono. Mantenha as taxas de avanço estáveis para evitar vibrações.
Se a velocidade for demasiado elevada, as ferramentas desgastam-se rapidamente. Se o avanço for demasiado baixo, a ferramenta pode roçar em vez de cortar. Siga as tabelas do fabricante da ferramenta para obter os valores iniciais e, em seguida, faça o ajuste fino com base nos resultados.
Profundidade de corte e controlo de aparas
Os cortes mais profundos removem mais material mas geram mais calor e tensão. Para o desbaste, efectue cortes mais pesados com avanços mais lentos. Para o acabamento, efectue cortes mais leves para melhorar a precisão e o acabamento da superfície.
Observe como se formam as aparas. As limalhas longas e onduladas são comuns no aço de baixo teor de carbono. Utilize separadores de limalha para evitar o entupimento da ferramenta. Um controlo razoável das limalhas reduz o tempo de paragem e protege a aresta da ferramenta.
Técnicas de refrigeração e lubrificação
Os fluidos de refrigeração mantêm as temperaturas de corte baixas e ajudam a eliminar as aparas. Utilize fluidos solúveis em água para a maioria dos trabalhos em aço-carbono. Aplicar diretamente na zona de corte.
Para furar e roscar, os óleos de corte funcionam melhor. Eles aderem à ferramenta e reduzem o atrito. Mantenha o líquido de refrigeração limpo e a fluir. Um arrefecimento deficiente leva à deformação da peça, ao desgaste da ferramenta e a superfícies rugosas.
Desafios comuns na maquinagem de aço-carbono
A maquinagem do aço-carbono nem sempre é fácil. Podem surgir vários problemas durante o corte. Estes problemas afectam a qualidade da superfície, a precisão da peça e a vida útil da ferramenta. Saber o que deve ser observado ajuda-o a resolver os problemas atempadamente.
Endurecimento por trabalho e integridade da superfície
O endurecimento por trabalho ocorre quando a superfície do aço se torna mais dura após o corte. Isto torna o corte seguinte mais difícil e aumenta o desgaste da ferramenta. Pode dar origem a superfícies rugosas e erros dimensionais.
Para reduzir o endurecimento por trabalho, utilize ferramentas afiadas e mantenha a velocidade de avanço constante. Evite esfregar a ferramenta na superfície sem cortar. Corte sempre abaixo da camada endurecida para obter uma passagem limpa.
Prevenção de arestas postiças (BUE)
O BUE forma-se quando o material adere à aresta da ferramenta. Altera o ângulo de corte e conduz a um mau acabamento da superfície. Também aumenta o atrito e pode causar a quebra da ferramenta.
Para evitar BUE, utilize ferramentas revestidas e a velocidade de corte correta. Aumente ligeiramente a velocidade ou utilize uma aresta de ferramenta mais afiada. Os líquidos de refrigeração também ajudam a reduzir a aderência, diminuindo o calor no ponto de contacto.
Gerir o calor e a distorção térmica
O aço-carbono retém o calor perto da área de corte. O excesso de calor faz com que as peças se expandam ou deformem, levando a erros de tamanho. Também reduz a vida útil da ferramenta e pode danificar a qualidade da superfície.
Utilize líquido de refrigeração suficiente e mantenha os passos de corte curtos quando maquinar peças com tolerâncias apertadas. Deixe a peça arrefecer entre passos, se necessário. Configurações de máquina estáveis e ferramentas afiadas também ajudam a manter o calor sob controlo.
Conclusão
A maquinação de aço-carbono requer o equilíbrio certo entre o conhecimento do material, a seleção de ferramentas e o controlo do processo. Cada tipo de aço-carbono - baixo, médio ou alto - comporta-se de forma diferente durante o corte. Factores como a dureza, o controlo de aparas e a acumulação de calor devem ser cuidadosamente tratados para proteger as ferramentas e manter a qualidade das peças elevada.
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Olá, chamo-me Kevin Lee
Nos últimos 10 anos, tenho estado imerso em várias formas de fabrico de chapas metálicas, partilhando aqui ideias interessantes a partir das minhas experiências em diversas oficinas.
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Kevin Lee
Tenho mais de dez anos de experiência profissional no fabrico de chapas metálicas, especializando-me em corte a laser, dobragem, soldadura e técnicas de tratamento de superfícies. Como Diretor Técnico da Shengen, estou empenhado em resolver desafios complexos de fabrico e em promover a inovação e a qualidade em cada projeto.
