Seleção de aço ferramenta para fresas e brochas
As fresas rotativas são ferramentas de corte rotativas usadas para gerar dentes de engrenagem e outras formas repetidas, enquanto as brochas são ferramentas lineares com múltiplos dentes que removem material em uma única passada por meio de dentes progressivamente maiores. Apesar dessa diferença no movimento, ambas são ferramentas de corte que operam sob alta tensão localizada, alto atrito e altas temperaturas nas arestas de corte.
Durante o corte, a deformação plástica na zona de cisalhamento e o atrito na interface ferramenta-cavaco geram calor substancial, e as temperaturas da aresta podem chegar a 1000 °C em operações exigentes. As brocas também suportam altas cargas estruturais, pois muitos dentes engatam sequencialmente, e o corpo da ferramenta deve transmitir grandes forças de tração ou compressão, às vezes próximas a 0,9 MN. Nessas condições, os principais modos de falha são desgaste de cratera, desgaste de flanco, lascamento da aresta, entalhe por profundidade de corte e amolecimento térmico. A seleção do aço ferramenta, portanto, depende de qual modo de falha limita primeiro a vida útil da ferramenta.
Fatores de seleção
Para fresas de engrenagem, o principal requisito é a resistência ao desgaste progressivo. Como a usinagem por engrenagem depende da manutenção da precisão do perfil do dente ao longo de longos períodos de produção, o desgaste de flanco e o desgaste de cratera geralmente são mais importantes do que a resistência ao impacto. Na prática, isso significa que a resistência ao desgaste e a dureza a quente são normalmente mais importantes do que a tenacidade máxima.
Para brocas, o equilíbrio é mais delicado. Os dentes de brochamento devem resistir ao desgaste, mas também estão sujeitos a cargas seccionais mais elevadas, vibração e ao risco de sobrecarga localizada durante a entrada ou cortes irregulares. Se a dureza for levada ao extremo sem o devido suporte da tenacidade, o lascamento ou a quebra dos dentes tornam-se falhas comuns. Por essa razão, os aços para brocas devem combinar boa resistência ao desgaste com resistência suficiente da aresta de corte para suportar cargas de corte reais.
A dureza a quente torna-se mais importante à medida que a temperatura de corte aumenta. Ao usinar aços-liga, ferros fundidos duros ou ligas resistentes ao calor, um aço que perde dureza em temperaturas elevadas sofrerá desgaste rápido, mesmo que sua dureza à temperatura ambiente seja alta. Nesses casos, o processo de aumento da dureza geralmente ocorre por amolecimento térmico, e não por simples abrasão.
Aços para ferramentas recomendados
Aço ferramenta AISI M2 | 1.3343 | SKH51
O aço M2 continua sendo o ponto de partida padrão tanto para fresas quanto para brochas, pois oferece um equilíbrio prático entre dureza, tenacidade, disponibilidade e custo de fabricação. É adequado quando as condições de corte são estáveis e o principal objetivo é um desempenho confiável, em vez da máxima vida útil da ferramenta.
A dureza de corte típica é de 64–66 HRC. Nesse nível, o aço M2 oferece resistência ao desgaste adequada para muitas aplicações gerais de fresagem e brochamento, mantendo ainda tenacidade suficiente para garantir resistência da aresta de corte e confiabilidade do corpo da ferramenta.
Sua limitação se manifesta quando o desgaste se torna muito rápido ou quando a temperatura de corte sobe além do que o aço rápido padrão (HSS) consegue suportar eficientemente. Nessa situação, o aço M2 geralmente é substituído não por falhar imediatamente, mas sim por se desgastar rápido demais para continuar sendo economicamente viável.
Aço ferramenta AISI M42 | 1.3247 | SKH59
O aço M42 é utilizado quando a dureza a quente é o principal requisito. Com alto teor de cobalto e dureza de até 69 HRC, é ideal para ligas de difícil usinagem, especialmente materiais resistentes ao calor e de alta resistência, onde o calor de corte é a principal causa da rápida deterioração da aresta de corte.
Comparado ao M2, o M42 oferece melhor resistência ao amolecimento térmico. No entanto, não proporciona a mesma margem de tenacidade, portanto, seu melhor desempenho é obtido em condições de corte estáveis, com choques e vibrações limitados e bom alinhamento.
Em termos práticos de seleção, o M42 geralmente é preferido quando o principal problema é a perda de resistência da aresta em função da temperatura, em vez da quebra dos dentes devido à sobrecarga mecânica.
M3 (Classe 2) e M4: Resistência ao desgaste aprimorada
As classes M3 2 e M4 são melhorias lógicas quando a classe M2 perde precisão de corte muito rapidamente devido ao desgaste de flanco ou ao desgaste de cratera. Seus maiores teores de carbono e vanádio aumentam o volume de carboneto e melhoram a resistência ao desgaste, o que as torna úteis para lotes de produção mais longos e materiais de trabalho mais abrasivos.
O aço M4 é especialmente relevante em situações onde o desgaste é o principal fator limitante da vida útil e a estabilidade do processo é boa. A vantagem é uma melhor resistência ao arredondamento das arestas e à perda por abrasão, mas a desvantagem é uma menor tenacidade em comparação com o M2.
As versões produzidas por metalurgia do pó reforçam a vantagem dessas classes de metal. Sua distribuição de carbonetos mais fina e uniforme melhora a confiabilidade estrutural e reduz a fragilidade associada à segregação de carbonetos grosseiros. Isso é particularmente valioso em brochas de grandes dimensões, onde tanto a resistência ao desgaste quanto a integridade interna são cruciais.
T15: Dureza a quente e resistência à abrasão premium
O aço T15 é selecionado quando tanto a resistência à abrasão quanto a dureza a quente precisam ser superiores às dos aços M2 e M4. Seu alto teor de tungstênio, cobalto e vanádio o torna adequado para o corte de aços de alta resistência à tração, ferros fundidos duros e ligas aeroespaciais que geram altas temperaturas nas bordas da lâmina.
Com dureza de 66–68 HRC, o aço T15 mantém o desempenho de corte em aplicações onde os aços rápidos padrão amolecem muito rapidamente. Sua principal vantagem não é apenas a alta dureza, mas também a capacidade de reter essa dureza sob altas temperaturas.
Sua limitação reside no fato de que esse tipo de aço é mais difícil e custoso de retificar e processar. Isso significa que seu uso se justifica quando a carga térmica e o desgaste abrasivo são suficientemente severos para reduzir a vida útil do aço M2 ou M4, e não quando o trabalho se resume a um corte de rotina para fins gerais.
ASP 30: Aço de Metalurgia do Pó de Alto Desempenho
O ASP 30 é um aço de metalurgia do pó de alta qualidade para serviços severos, onde tanto a resistência ao desgaste quanto a resistência ao lascamento precisam ser aprimoradas simultaneamente. Sua estrutura de metalurgia do pó minimiza a segregação de carbonetos e proporciona uma microestrutura mais uniforme, o que resulta em melhor estabilidade de borda do que o aço rápido convencional em lingotes com níveis de dureza semelhantes.
Isso torna o ASP 30 adequado para operações exigentes de fresagem e brochamento, onde os aços rápidos padrão sofrem com desgaste combinado e microlascamento. Nessas aplicações, o valor do ASP 30 reside não apenas na maior vida útil, mas também no desempenho mais previsível e no menor risco de falha instável da aresta de corte.
Devido ao seu custo, o ASP 30 geralmente se justifica quando o tempo de inatividade das ferramentas, a frequência de reafiação ou a perda prematura de ferramentas representam uma clara penalidade de produção. Não é a escolha padrão para trabalhos de rotina; é a solução para operações em que os aços rápidos convencionais não oferecem mais uma relação custo-benefício estável.
Tabela Resumo
| Aço ferramenta de alta qualidade | Dureza típica | Vantagem primária |
| M2 | 64–66 HRC | Melhor equilíbrio geral entre resistência, durabilidade e custo. |
| M3 (Cl 2) / M4 | 64–67 HRC | Maior resistência ao desgaste para ciclos de operação mais longos e condições mais abrasivas. |
| T15 | 66–68 HRC | Alta dureza a quente e resistência à abrasão para corte em altas temperaturas. |
| M42 | Até 69 HRC | Alta dureza a quente para ligas resistentes ao calor e de alta resistência. |
| ASP 30 (P/M) | 65–67 HRC | Resistência superior ao desgaste e lascamento com melhor uniformidade estrutural. |