O aço para ferramentas é frequentemente um dos mais resistentes quando os engenheiros trabalham com materiais duros. A sua dureza pode desgastar rapidamente as ferramentas de corte, tornar a maquinagem mais lenta e aumentar os custos se for manuseado incorretamente. No entanto, a maquinagem de ferramentas de aço não é impossível. Com a configuração e as técnicas corretas, torna-se muito mais fácil de gerir. Os projectos podem cumprir o calendário e as peças podem atingir a qualidade exigida.
Nesta publicação, vamos analisar o comportamento do aço para ferramentas durante a maquinagem, a sua importância para a produção e as melhores práticas que os profissionais seguem para obter resultados fiáveis.
O que é a maquinagem de aço-ferramenta?
A maquinagem de aço para ferramentas significa cortar, perfurar ou moldar aço para ferramentas numa peça específica. Isto pode ser feito com máquinas CNC ou à mão. O aço para ferramentas é um aço-carbono e um aço-liga fabricado para ser muito duro e resistente ao desgaste. Pode também manter uma aresta afiada. As qualidades mais comuns incluem D2, O1, A2 e M2.
Uma vez que o aço para ferramentas é mais duro do que a maioria dos metais, a sua maquinação não é simples. As ferramentas de corte desgastam-se mais rapidamente e o calor acumula-se rapidamente. Para reduzir estes problemas, os maquinistas utilizam ferramentas de metal duro ou revestidas. Ajustam as taxas de avanço e as velocidades do fuso para gerir o calor e reduzir o atrito.
Tipos de aço para ferramentas
Os aços para ferramentas são selecionados com base no trabalho que têm de realizar. Cada classe tem a sua mistura de força, tenacidade, resistência ao desgaste e facilidade de maquinagem. Abaixo encontram-se as qualidades mais comuns e as suas utilizações.
Aço para ferramentas D2
O D2 é um aço endurecido ao ar com elevado teor de carbono e crómio. Tem uma excelente resistência ao desgaste e mantém uma aresta afiada durante muito tempo, tornando-o adequado para matrizes, lâminas de cisalhamento e punções. No entanto, a maquinagem do D2 é um desafio devido à sua dureza. Requer velocidades de corte mais lentas e configurações estáveis.
Aço para ferramentas A2
O A2 é também um aço endurecido ao ar. Proporciona um bom equilíbrio entre tenacidade e resistência ao desgaste. Comparado com o D2, é mais fácil de maquinar e mais estável durante o tratamento térmico. O A2 é frequentemente utilizado para ferramentas de conformação, calibres e facas.
Aço para ferramentas S7
O S7 é conhecido como um aço para ferramentas resistente ao choque. Tem uma resistência ao impacto muito elevada com uma resistência ao desgaste moderada, o que o torna ideal para cinzéis, punções e ferramentas que têm de suportar impactos pesados. As máquinas S7 são mais fáceis de utilizar do que as máquinas D2 e podem ser tratadas termicamente para níveis de dureza mais elevados sem perder a tenacidade.
Aço para ferramentas O1
O1 é um aço ferramenta de endurecimento em óleo valorizado pelo seu tamanho estável durante o endurecimento. É mais fácil de maquinar do que a maioria dos outros aços para ferramentas, razão pela qual é frequentemente escolhido pelos principiantes. O O1 é amplamente utilizado para matrizes, moldes e peças de precisão.
Aço para ferramentas M2
O M2 é um aço de alta velocidade que mantém a dureza mesmo a altas temperaturas, razão pela qual é utilizado em ferramentas de corte como brocas, fresas de topo e machos. No entanto, o M2 é difícil de maquinar e normalmente requer ferramentas de metal duro revestidas ou esmerilhamento quando é necessária uma elevada precisão.
Aço ferramenta A3
O A3 é menos comum, mas ainda é utilizado em aplicações gerais. Oferece uma maquinabilidade razoável e uma boa resistência ao desgaste. O A3 é frequentemente escolhido para ferramentas que necessitam de dureza e tenacidade moderadas, tais como punções e matrizes para materiais mais macios.
Propriedades dos materiais que afectam a maquinagem
O aço para ferramentas é forte e duradouro, mas estas qualidades tornam-no mais difícil de maquinar. A sua dureza, tenacidade e resistência ao desgaste têm impacto no desempenho das ferramentas de corte. Abaixo estão as principais propriedades que afectam a maquinagem.
Dureza e resistência
O aço para ferramentas é muito duro, o que lhe permite durar mais tempo ao cortar e moldar ferramentas. No entanto, a elevada dureza também provoca um desgaste mais rápido das ferramentas de corte. Para maquinar o aço ferramenta, as fresas devem ser mais fortes do que a peça de trabalho. Por esta razão, são frequentemente utilizadas ferramentas de carboneto.
A dureza é a capacidade do aço para absorver energia sem partir. Um aço para ferramentas de grau duro resiste a fissuras ou lascas, tornando-o mais difícil de cortar. Os maquinistas devem equilibrar a dureza e a tenacidade ao selecionar o aço para ferramentas adequado.
Resistência ao desgaste e condutividade térmica
O aço ferramenta resiste muito bem ao desgaste, razão pela qual funciona tão bem em punções, matrizes e ferramentas de corte que enfrentam fricção constante. No entanto, a mesma propriedade torna a maquinagem mais lenta e mais exigente. As arestas de corte desgastam-se mais rapidamente, o que significa mais trocas de ferramentas e custos mais elevados.
Outro desafio é a sua fraca condutividade térmica. O calor permanece na zona de corte em vez de se afastar através do material. Isto faz com que a aresta de corte amoleça e fique cega rapidamente. O líquido de refrigeração, as velocidades mais lentas e as taxas de avanço adequadas ajudam a controlar o calor e a prolongar a vida útil da ferramenta.
Tratamento térmico e sua influência na maquinabilidade
A maioria dos aços para ferramentas são tratado termicamente para melhorar a dureza e a resistência ao desgaste. Mas uma vez endurecidos, tornam-se muito mais difíceis de maquinar. Os aços pré-endurecidos requerem ferramentas de corte fortes e um controlo rigoroso dos parâmetros de maquinação.
Algumas lojas preferem o aço para máquinas-ferramenta no estado recozido (amolecido) e endurecem-no mais tarde. Isto reduz o desgaste da ferramenta e diminui o tempo de ciclo. O torneamento duro ou a retificação são frequentemente utilizados após o tratamento térmico para trabalhos de alta precisão. Em qualquer dos casos, o processo de tratamento térmico afecta significativamente a forma como o aço para ferramentas pode ser cortado e acabado.
Considerações antes da maquinagem
A maquinagem do aço para ferramentas é mais fácil quando se tomam as medidas corretas antes do início do corte. Uma boa preparação reduz o desgaste da ferramenta, melhora a precisão e evita o desperdício de tempo.
Selecionar o tipo certo de aço para ferramentas
Diferentes graus servem diferentes objectivos. Graus como D2 ou M2 são escolhas comuns para uma elevada resistência ao desgaste. Se a peça for submetida a um forte impacto, é preferível utilizar S7. Quando a maquinabilidade é uma prioridade, é frequentemente utilizado o O1 ou o A2.
Também é importante planear o tratamento térmico. Alguns projectos requerem aço que se maquina facilmente no estado recozido, enquanto outros necessitam de aço que se mantenha estável durante o endurecimento. Escolher a qualidade correta significa ter em conta a função da peça e os limites de maquinação da oficina.
Preparação da peça de trabalho
O material de partida deve estar limpo, plano e corretamente dimensionado. As arestas ásperas e a escala da superfície devem ser removidas antes da maquinação. Isto evita danos na ferramenta e assegura cortes mais suaves.
Se o material estiver deformado ou irregular, a pressão de aperto pode dobrá-lo durante a maquinagem, criando erros na peça final. Inspeccione cuidadosamente o material antes de o colocar. Para trabalhos com vários passos, marcar as arestas de referência ajuda a manter a orientação consistente.
Alívio de tensões e tratamento térmico antes da maquinagem
O aço para ferramentas tem frequentemente tensões internas resultantes da laminagem ou do processamento anterior. Estas tensões podem fazer com que a peça se desloque à medida que é cortada. O tratamento térmico de alívio de tensões ajuda a reduzir este problema.
Este tratamento é efectuado a temperaturas mais baixas do que o endurecimento. Torna o aço mais estável sem perder a tenacidade. Para algumas qualidades, a maquinagem após recozimento é a melhor abordagem. A peça pode então ser endurecida e acabada à medida mais tarde. Esta sequência reduz a distorção e torna o processo mais previsível.
Seleção de ferramentas de corte para aço ferramenta
A ferramenta de corte escolhida tem um grande impacto na maquinagem do aço para ferramentas. Influencia a vida útil da ferramenta, o acabamento da superfície e a eficiência global. Utilizar a ferramenta correta ajuda a evitar tempos de paragem e reduz os custos.
Ferramentas de metal duro
As ferramentas de metal duro são o padrão para a maquinação de ferramentas de aço. Mantêm-se afiadas durante mais tempo do que outros tipos de ferramentas e podem funcionar a velocidades de corte mais elevadas, o que as torna a melhor opção para aços para ferramentas endurecidos e trabalhos de grande volume.
Como o carboneto é frágil, requer configurações rígidas com o mínimo de vibração. Uma máquina estável e uma fixação firme são essenciais. O líquido de refrigeração também é importante; ajuda a controlar o calor e prolonga a vida útil da ferramenta.
Ferramentas de aço rápido
As ferramentas de aço rápido (HSS) são menos dispendiosas e mais resistentes do que as de metal duro. Podem suportar cargas pesadas sem quebrar, o que as torna úteis para maquinação manual, pequenas séries ou desbaste de aço para ferramentas mais macio e recozido.
A desvantagem é uma vida útil mais curta da ferramenta. O HSS não consegue igualar as velocidades de corte ou a durabilidade do metal duro, especialmente quando se trabalha com aços endurecidos. Funciona melhor quando a precisão não é crítica ou quando os baixos custos são uma prioridade.
Ferramentas revestidas e suas vantagens
Os revestimentos de ferramentas acrescentam outra camada de desempenho. Os revestimentos comuns incluem nitreto de titânio (TiN), carbonitreto de titânio (TiCN) e nitreto de alumínio e titânio (AlTiN).
Estes revestimentos reduzem o atrito, resistem ao calor e melhoram a resistência ao desgaste. Ajudam as ferramentas a cortar mais suavemente, a durar mais tempo e a produzir melhores acabamentos de superfície. As ferramentas de metal duro revestidas são muitas vezes a escolha mais eficaz para aços para ferramentas difíceis. O tipo de revestimento deve corresponder à velocidade de maquinagem, ao material da ferramenta e ao líquido de refrigeração utilizado.
Vantagens da maquinagem de aço-ferramenta
A maquinagem de aço para ferramentas traz várias vantagens que ajudam os fabricantes a criar componentes fiáveis e duradouros. A configuração correta oferece resistência e precisão num só processo.
Durabilidade
As peças em aço-ferramenta duram muito tempo. Depois de maquinadas e tratadas termicamente, resistem ao desgaste, ao impacto e à deformação. Isto torna-as ideais para matrizes, ferramentas de corte e moldes que funcionam durante milhares de ciclos sem falhar. A maquinagem realça esta durabilidade, moldando as peças para suportarem uma utilização intensiva.
Precisão
O aço ferramenta mantém tolerâncias apertadas. Quando maquinado corretamente, fornece dimensões limpas e precisas. Isto é fundamental para peças como punções, ferramentas de moldagem e gabaritos que necessitam de ajustes exactos. O comportamento estável do material ajuda a evitar deslocamentos ou distorções durante a maquinagem, o que conduz a resultados consistentes.
Versatilidade
O aço para ferramentas está disponível em muitos tipos, cada um com pontos fortes únicos. Quer o trabalho necessite de dureza, tenacidade ou resistência à temperatura, existe um tipo que se adequa. Isto faz com que o aço para ferramentas seja uma boa escolha em muitas indústrias - desde a automóvel à aeroespacial e ao fabrico de moldes.
Boa maquinabilidade
Alguns aços ferramenta, como o O1 e o A2, oferecem uma maquinabilidade decente. Quando recozidos, cortam suavemente e permitem um desbaste rápido. Outros podem necessitar de mais esforço, mas mesmo o aço endurecido pode ser maquinado com precisão com ferramentas e avanços adequados. Uma boa maquinabilidade encurta o tempo de ciclo e reduz os custos das ferramentas.
Aplicações industriais do aço para ferramentas maquinado
O aço para ferramentas é utilizado em indústrias que exigem elevada força, resistência ao desgaste e precisão. O seu desempenho sob tensão faz dele um material de confiança em muitos sectores.
Aeroespacial
No sector aeroespacial, o aço para ferramentas é utilizado para gabaritos, acessórios e ferramentas de moldagem. Estas peças têm de manter a sua precisão durante operações de grande esforço. O aço para ferramentas mantém bem a sua forma e tamanho, mesmo sob tensão repetida. Também é utilizado em ferramentas de corte de alta velocidade para componentes de aeronaves.
Automóvel
As peças para automóveis têm de resistir ao desgaste, ao impacto e ao calor. O aço para ferramentas é frequentemente utilizado para fabricar matrizes e punções de estampagem e para formar ferramentas para painéis de carroçaria e peças de transmissão. Estas ferramentas têm de funcionar rapidamente e manter-se afiadas durante longos ciclos de produção, e o aço para ferramentas maquinado proporciona esse desempenho.
Fabricação de moldes e matrizes
Esta é uma das maiores utilizações do aço para ferramentas. Os moldes de injeção, os moldes de fundição sob pressão e as matrizes de forjamento dependem do aço para ferramentas para lidar com o calor, a pressão e a abrasão. Classes como H13, D2 e P20 são comuns aqui. As superfícies maquinadas devem ser lisas e precisas para que os moldes funcionem corretamente.
Ferramentas de corte
As brocas, fresas de topo, brochas e alargadores são frequentemente fabricados em aço para ferramentas. O aço de alta velocidade (como o M2) permite que estas ferramentas continuem a cortar mesmo quando estão quentes. A maquinagem destas ferramentas requer precisão e um controlo cuidadoso do calor. Uma ferramenta de corte bem maquinada pode durar mais tempo e ter um melhor desempenho sob carga.
Melhores Práticas para Maquinação de Aço Ferramenta
A maquinagem de aço para ferramentas é exigente, mas os hábitos corretos tornam-na mais fácil de gerir. Ao concentrarem-se no estado da ferramenta, no controlo do calor e nas velocidades de corte, os maquinistas podem melhorar a precisão, a qualidade da superfície e a vida útil da ferramenta.
Utilizar ferramentas afiadas
Comece cada trabalho com arestas de corte afiadas. Uma ferramenta cega cria mais fricção, acumula calor e desgasta-se rapidamente. Pode também deixar maus acabamentos e causar erros dimensionais. As ferramentas afiadas cortam mais suavemente, reduzindo a força da máquina e da peça de trabalho.
Verificar regularmente as ferramentas durante a maquinagem. Substitua-as ou rectifique-as antes que o desgaste se torne grave. Em peças de alta precisão, mesmo um ligeiro desgaste da ferramenta pode afetar as tolerâncias.
Controlo do calor
O aço para ferramentas retém o calor na aresta de corte em vez de o espalhar pela peça. Isto faz com que o controlo do calor seja um dos maiores desafios. Os jactos de ar ou de líquido de refrigeração ajudam a limpar as aparas e a reduzir a temperatura na ponta da ferramenta.
O excesso de calor pode provocar a quebra da ferramenta, a distorção da peça ou queimaduras na superfície. Para ferramentas de metal duro e operações de alta velocidade, a maquinação a seco com fortes jactos de ar funciona frequentemente melhor. Para operações mais lentas, o líquido de arrefecimento por inundação transporta o calor de forma mais eficaz.
Otimizar velocidades
As velocidades de corte e as taxas de avanço devem corresponder à ferramenta e ao tipo de aço. Se forem demasiado rápidos, provocam sobreaquecimento e reduzem a vida útil da ferramenta. Se a velocidade for demasiado lenta, perde-se tempo e pode provocar fricção em vez de corte.
Confie nas tabelas dos fornecedores de ferramentas para um ponto de partida. As velocidades mais baixas são melhores para os aços para ferramentas endurecidos ou tratados termicamente. Aumente a velocidade apenas se a configuração for rígida e o corte se mantiver limpo.
Conclusão
A maquinação de aço ferramenta requer planeamento, as ferramentas certas e um controlo cuidadoso. O material é forte, mas com a configuração correta, corta de forma limpa e mantém tolerâncias apertadas. Do torneamento à retificação, cada passo deve corresponder à dureza, resistência ao desgaste e comportamento térmico do aço. Selecionar a classe, as ferramentas e as técnicas corretas ajuda a evitar o desgaste das ferramentas, o sobreaquecimento e o retrabalho.
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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.
