AÇOS PARA

MOLDES

Aspectos da Fabricação de MoldesOs processos de usinagem e polimento podem consumir até 80% do recurso total de fabricação de moldes e matrizes. E, para o caso de moldes que possuem longos tempos de utilização e difi cilmente chegam ao fi m

de vida, podem ser considerados os principais itens ligados ao custo fi nal do molde.

Dentre os processos convencionais de usinagem de uma cavidade, o fresamento é aquele responsável pela fabricação de superfícies complexas. Vários aspectos devem ser considerados, como: os parâmetros de corte,

o material a ser usinado, a ferramenta de corte, a estratégia de corte e os recursos tecnológicos disponibilizados pela máquina/ferramenta.

Outro ponto fundamental na fabricação de moldes são os processos de acabamento, principalmente o polimento e a texturização. O documento a seguir refere-se a algumas considerações básicas de modo a facilitar

as operações de fabricação de cavidades.

FresamentoNo processo de fresamento, é necessário o conhecimento de técnicas para a minimização do desgaste de fl anco e de controle de vibrações, de

modo a evitar avarias.

O sentido de corte pode ser realizado tanto no modo concordante quanto no discordante. No fresamento concordante, o movimento de corte e de

avanço tem o mesmo sentido, enquanto que no discordante não (ver Figura ao lado).

• Velocidade de corte (vc) – infl uencia no desgaste da ferramenta de corte, pois amplifi ca as condições de atrito, aumentando a temperatura na zona de corte e levando desde a fenômenos relacionados à difusão até

problemas relacionados a choques de origem térmica e/ou mecânica.

• Avanço por dente (fz) – com o aumento do avanço por dente ocorrem maiores solicitações mecânicas, aumentando a defl exão da ferramenta. Com baixo avanço ocorre um aumento do percurso usinado pelo gume,

provocando elevado desgaste de fl anco. Objetiva-se sempre a busca da condição intermediária.

• Profundidade de corte axial (ap) – é responsável direta pelo aumento da potência de corte, limitando o processo de desbaste.

• Profundidade de corte radial (ae) – grandes incrementos radiais (>50% do diâmetro da ferramenta) aumentam o percurso usinado para cada gume. No entanto, melhoram a característica de impacto, direcionando

o esforço para dentro da ferramenta. O caso contrário ocorre para condições de engajamento pequeno (<50% do diâmetro da ferramenta).

• Número de dentes (z) – uma fresa de passo grande gera menor potência que uma fresa de passo pequeno, mantendo-se o mesmo avanço por volta, já que na primeira o avanço por dente é maior que na segunda,

para uma mesma taxa de cavaco removido. A Tabela 1 apresenta um resumo das aplicações de acordo com o passo da ferramenta.

Tipo de fresa Aplicação

Passo Grande – poucos dentes. Desbaste e semiacabamento de aço ou onde há tendência à

vibração.

Passo Pequeno – maior número de dentes e espaços entre

os dentes pequenos.

Corte de ferro fundido, desbaste leve e acabamento de aço.

Passo Extra Pequeno – muitos dentes e bolsões de

armazenamento do cavaco muito pequenos.

Corte interrompido de ferro fundido e liga de titânio,

acabamento de aço.

Algumas Recomendações Práticas Adicionais

• Desbastar o máximo possível com ferramentas com raios de quina grandes.

• Uma superfície deve ser acabada com a maior ferramenta possível.

• A usinagem deve ter um contato contínuo da fresa em corte concordante e com um mínimo de variação de direção da linha de fresamento.

• Recomenda-se utilizar movimentos suaves de aproximação e sempre num único sentido de corte em materiais de difícil usinabilidade.

• Importante fazer com que a ferramenta permaneça em contato com a peça o maior tempo possível (para aumentar sua vida útil).

• Durante o acabamento ou superacabamento é recomendado utilizar pequenas profundidades de corte. A relação profundidade de corte axial (ap) e profundidade de corte radial (ae) deve ser menor ou igual a 0,2 (ap/ae ≤ 0,2).

• Muitas vezes é vantajoso usar o avanço por dente (fz) igual à profundidade radial de corte (ae), com vantagens em tempo de usinagem e menor rugosidade (melhor acabamento).

• Investir tempo no método de interpolação a ser aplicado, de modo a reduzir o tempo de usinagem e melhorar as condições de acabamento da superfície usinada.

Cálculo dos Parâmetros

Velocidade de corte (m/min.)

Velocidadede avanço(mm/min.)

Taxa de remoção de cavaco (mm³/min.)

nfzv zf ⋅⋅= fpe vaaQ ⋅⋅=vcd n

1000Onde: d = diâmetro da ferramenta (mm); n = rotação (rpm); z = número de dentes da ferramenta; fz = avanço por dente (mm/dente); ae = penetração de trabalho (mm);ap = profundidade ou largura de usinagem (mm)

Exemplo de Parâmetros de CorteVelocidades de corte recomendadas para faceamento por fresamento com metal duro revestido.

Material VP20ISO VP20ISOF VP20ISOFS VH13IM VP420IM N2711M VP50IM

Estado Beneficiado Beneficiado Beneficiado Recozido Recozido Beneficiado Beneficiado

Dureza 32 HRC 32 HRC 32 HRC 200 HB 200 HB 40 HRC 40 HRC

Desbaste* 120 a 150 120 a 150 170 a 190 180 a 260 180 a 260 80 a 110 100 a 150

Acabamento** 220 a 240 220 a 240 260 a 280 220 a 300 260 a 300 100 a 150 110 a 160

*fz : 0,15 a 0,3 mm/dente e ap : 2 a 4 mm Classe: P25 – P35.

**fz : 0,05 a 0,2 mm/dente e ap : 0,5 a 1 mm Classe: P10 – P20.

AÇOS PARA MOLDES UTILIZADOS NA INDÚSTRIA

VILLARES METALS VP20ISO VP20ISOFS VP50IM VP100 N2711M

SIMILARES ≅Wnr 1.2738 ≅Wnr 1.2312 SEM SIMILAR SEM SIMILAR Wnr 1.2711 MOD.

COMPOSIÇÃOQUÍMICA (%)

C 0,36 - Mn 1,60Cr 1,80 - Mo 0,20

Ni 0,70

C 0,36 - Mn 1,60Cr 1,80 - Mo 0,20

S 0,06

C 0,15 - Cu 1,00Ni 3,00 - Mo 0,30Al 1,00 - S 0,10

Cr - Ni - MnC 0,56 - Mn 0,70Cr 0,70 - Mo 0,30Ni 1,65 - V 0,075

CARACTERÍSTICAS

Aço fornecido no estado beneficiado. Possui boa polibilidade e resposta à texturização. Possui usinabilidade me-lhorada por tratamentos es-peciais de aciaria. Para me-lhoria da resistência ao desgaste pode ser nitretado ou cementado.

Aço fornecido no estado beneficiado. Ótima usinabilidade. Boa resposta à ni-tretação. Não recomendado para peças que requerem processos de texturização, cromação e elevada polibilidade.

Aço-ferramenta para moldes desen-volvido especialmente para ser endure-cido por tratamento térmico de envelheci-mento, com resistência superior à do aço VP20. Possui excelentes propriedades de polimento e texturização. Apresenta ex-celente soldabilidade.

Aço elaborado sob desgaseificação a vá-cuo, de usinabilidade melhorada através de tratamento das inclusões ao Cálcio. Os principais benefícios são: alta unifor-midade de dureza, com variação inferior a 2 HRC ao longo de toda secção trans-versal da peça. Excelente soldabilidade. Alta polibilidade (exceto grau es pelhado) e alta reprodutividade de desempe-nho e confecção.

Aço fornecido no estado beneficiado. Possui boa polibilidade e resposta à tex-turização. Para melhoria da resistência ao desgaste pode ser nitretado ou ce-mentado. Devido à alta dureza de forneci-mento são necessários cuidados para a usinagem, especialmente a furação.

ESTADO DEFORNECIMENTO

Temperado e Revenido(30 - 34 HRC)

Temperado e Revenido(30 - 34 HRC)

Solubilizado e Envelhecido (40 - 42 HRC) ou Solubilizado (330 HB máx.)

Fornecido beneficiado(285 a 321 HB)

Temperado eRevenido

(38 - 42 HRC)

TRATAMENTOTÉRMICO INDICADO

- -Realizar Envelhecimento (no caso de

fornecimentono estado Solubilizado)

- -

FAIXA USUAL DEDUREZA DO MOLDE

28 - 37 HRC 28 - 37 HRC 38 - 42 HRC 30 - 34 HRC 38 - 42 HRC

POLIBILIDADE Média para Alta Baixa Alta Alta Média para Alta

RESISTÊNCIA ÀCORROSÃO

Baixa Baixa Baixa para Média Baixa Baixa

RESPOSTA À

NITRETAÇÃOMédia Média Alta Média Média

RESPOSTA ÀTEXTURIZAÇÃO

Média para Alta Baixa Alta Média para Alta Média para Alta

SOLDABILIDADE Média Média Alta Alta Média

RESISTÊNCIA AO

DESGASTEBaixa para Média Baixa para Média Média Baixa para Média Média para Alta

COR DE IDENTIFICAÇÃO DO AÇO Lilás-Preto-Lilás Verde-Marrom-Verde Lilás-Ouro-Lilás Vermelho-Azul-Vermelho Verde-Amarelo

APLICAÇÕES

Moldes para injeção e extrusão de ter-moplásticos não-clorados e pouco abra-sivos.Moldes de grandes dimensões.

Moldes para injeção e extrusão de termo-plásticos não-clorados e pouco abrasivos que possuem baixa exigência de polibili-dade. Bases e estruturas de moldes para plástico. Machos para moldes de injeção.

Moldes para injeção e extrusão de termo- plásticos não-clorados. Moldes para ter-moplásticos reforçados com carga.

Porta-moldes, moldes para injeção de plásticos não-clorados, matrizes para ex-trusão de termoplásticos não-clorados, moldes para sopro, câmaras quentes, quando não necessária alta resistência à corrosão, e aplicações diversas em mol-des para plásticos. Não recomendável para aplicações em que a tenacidade e grau espelhado são requisitos de projeto.

Moldes para injeção de plásticos não-clorados. Moldes para sopro. Matrizes para extrusão de termoplásticos não-clorados.

A classificação Baixa, Baixa para Média, Média, Média para Alta e Alta são orientativas, servindo como um guia comparativo apenas para este grupo de aços.Devido à necessidade de rompimento da camada passivadora (materiais inoxidáveis), é recomendada a utilização de processo de nitretação por via iônica (sob plasma).

DE PLÁSTICOS E DE VIDROS

VP ATLAS VH13IM VP420IM V630 VIMCOR

-AISI H13

Wnr 1.2344AISI 420

≅Wnr 1.2083AISI 630

≅Wnr 1.4548SEM SIMILAR

Cr - Mo - MnC 0,40 - Si 1,00

Cr 5,20 - Mo 1,50V 0,90 P 0,015 máx S 0,003 máx.

C 0,40 - Si 0,80Cr 13,5 - V 0,25

C 0,035 - Cr 15,40 - Ni 4,40 - Cu 3,50 - Nb+Ta 0,25

C 0,05 - Mn2,5Cr 12 - Si 0,4 - S 0,1

Aço fornecido no estado beneficiado. Possui boa polibilidade e resposta à texturização. Para melhoria da resistência ao desgaste pode ser nitretado ou cementado. Devido à alta dureza de fornecimento são necessários cuidados para a usinagem, especialmente a furação, porém possui vantagens em usinabilidade quando comparado com o DIN 1.2711.

Aço-ferramenta utilizado para aplicações em moldes quando se desejar durezas superiores às dos aços VP20 e VP50. Possui excelente capacidade de poli-mento.

Aço inoxidável após têmpera e reve-nimento. Possui como vantagem principal uma elevada resistência à corrosão, que permite o trabalho em ambientes úmidos.

Aço inoxidável endurecível por precipita-ção. Possui excelentes propriedades de: - Estabilidade dimensional e de forma;- Soldabilidade;- Resistência à corrosão; - Polibilidade e resposta à texturização.

Aço inoxidável ressulfurado, forneci-do no estado beneficiado. Possui excelente desempenho em usinagem e principal-mente em furação profunda.Propriedades:- Excelente usinabilidade- Excelente soldabilidade- Boa resistência à corrosão;- Homogeneidade de dureza.

Temperado e Revenido (38 - 42 HRC)

Recozido(235 HB máx.)

Recozido (máx.200 HB) ou Temperadoe Revenido

(30 - 34 HRC)

Solubilizado (máx.38 HRC) ou Solubilizado e Envelhecido

(máx.40 HRC)

Beneficiado:(290 - 330 HB)

-Têmpera e

RevenimentoTêmpera e Revenimento (para o material

Recozido)

Realizar Envelhecimento (no caso de fornecimento no estado Solubilizado).

-

38 - 42 HRC 42 - 52 HRC 48 - 54 HRC 24 - 40 HRC 29 - 34 HRC

Média para Alta Alta Alta Alta Baixa

Baixa Baixa para Média Alta Alta Alta

Alta Alta Alta* Alta* Alta*

Média para Alta Alta Alta Alta Baixa

Média para Alta Baixa para Média Baixa para Média Alta Alta

Média para Alta Média para Alta Média para Alta Média Baixa para Média

Azul-Branco Verde-Prata-Verde Azul-Marrom Prata-Vermelho Preto-Branco

Aço ligado ao Cr-Mo-Mn, com micro-adições já fornecido no estado benefi-ciado. Devido à sua composição química balanceada, este material possui boa usinabilidade, soldabilidade, polibilidade, resposta à texturização e nitretação. É indicado para moldes para injeção de plásticos não clorados, em especial para aplicações que necessitem de maior re-sistência mecânica e ao desgaste que os aços AISI P20 ou DIN 1.2738; Matrizes para extrusão de termoplásticos não-clo-rados; Aplicações diversas em moldes para plástico.

Moldes para injeção de termoplásticos não-clorados em que se requer maior resistência ao desgaste, aliada com boa polibilidade. Moldes para vidros.

Moldes para injeção de termoplásticos clorados. Trabalho ou estocagem em at-mosfera úmida. Indústria de vidros.

Ferramentas para a conformação de termoplásticos inclusive em processo corrosivo (conformação de polímeros clo-rados). Pode trabalhar e ser estocado em locais úmidos.

Câmaras quentes, placas de refr i-geração, porta-moldes. trabalho ou estocagem em atmosfera úmida.

Polimento de MoldesO polimento é empregado em moldes para atender a vários requisitos da peça injetada:

• Requisitos estéticos: brilho e transparência.

• Mecânicos: evitar entalhes e quebras por fadiga ou sobrecarga.

• Funcionais: ex. dispositivos óticos (lentes).

O polimento é uma etapa que consome tempo e recursos. O tempo médio gasto no polimento manual de moldes de grande porte

está em torno de 300 a 400 horas por molde. Duas observações são importantes na avaliação da qualidade da superfície do

molde. Primeiro, a superfície deve ter a forma geométrica correta, sem qualquer ondulação; estas são derivadas de operações

recentes de usinagem. Segundo, a avaliação da condição de polimento espelhado do molde metálico é muitas vezes realizada

por comparação visual do molde ou da superfície da peça injetada, baseada na experiência do operador.

A qualidade fi nal da superfície polida de um aço depende de fatores como: a técnica de polimento, o tipo de aço-ferramenta e o

tratamento térmico aplicado no material. Em geral, pode-se dizer que a técnica de polimento é o fator mais importante.

Um exemplo típico é mostrado no gráfi co abaixo, do fenômeno de polimento excessivo (do inglês “over polishing”), causado por

um encruamento mecânico de camadas muito fi nas na superfície do molde. No polimento excessivo, a rugosidade aumenta com

o aumento do tempo de polimento. O problema é apenas solucionado com a remoção de parte da superfície (décimos de mm)

por usinagem e aplicação de novo polimento.

Visualmente, o fenômeno normalmente aparece como “casca de laranja”.

50

Tempo (min)

VA2 - 60 HRC

P20 - 32 HRC

Polimento Excessivo(over polishing)

Ru

go

sid

ad

e R

A (

mm

)

45

40

35

30

25

20

15

10

5

0

0 5 10 15 20 25

Gráfico mostrando o efeito do polimento excessivo (“over polishing”), para dois aços com diferentes durezas.

a) Convencional ASTM G 2,0

b) ISOMAX, ASTM 1,0F

Inclusões do tipo D:

a) Nível 2,0, aceitável para materiais de Convencional.

b) Nível 1,0, típica de material produzido via ESR. Fonte: ASTM E 45.

Para um bom polimento, a superfície do molde deve estar livre de arranhões, poros, do efeito “casca de laranja”, pites (pitting) e pontos pretos (pinholes). No Brasil, os problemas de pites e pontos pretos são comumente

denominados de “porosidades”. Apesar de visualmente parecer correto, o termo porosidade é erroneamente aplicado neste caso, pois deveria ser usado apenas para vazios preexistentes no material. No caso de

pontos ou pites observados após polimento, o problema é normalmente causado por um processo mal-realizado (para um determinado aço e dureza), por aços com um nível inadequado de inclusões não-metálicas ou

mesmo pela combinação desses dois fatores. Outras possíveis fontes de problemas são superfícies com defeitos de eletroerosão ou encruamento excessivo de usinagem.

Em relação às inclusões, elas podem ser entendidas mecanicamente como partículas na superfície do aço com dureza e ductilidade muito diferentes do metal. Todo aço possui inclusões, porém a quantidade e

distribuição dependem do processo de fabricação. Para aplicações de alto requisito de polimento, portanto, recomenda-se a refusão via ESR (processo ISOMAX®). Como mostra o esquema abaixo, existe redução

signifi cativa do nível de inclusões:

TexturizaçãoA resposta à texturização mede a facilidade de se aplicar uma textura ao aço-ferramenta utilizado no molde. O tratamento de texturização é normalmente realizado por ataque químico (photo-eaching), diferencialmente

aplicado na superfície do molde, gerando “o negativo” do aspecto fi nal desejado na peça injetada.

O controle do processo, em termos do meio ácido empregado e do procedimento aplicado, é fundamental para um bom resultado de texturização. Em relação à qualidade do aço, requisitos similares aos de polimento

são necessários: homogeneidade de microestrutura e dureza, além de alto grau de limpeza quanto a inclusões não-metálicas.

4 mm

4 mm

2 mm

2 mm

Vários exemplos de superfícies texturizadas no aço VP100, observadas em estereoscópio.

Janeiro/2

013

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