Polimento e Texturização de Aço para Moldes Plásticos
Uma peça plástica reproduz a superfície do molde até o menor detalhe, então o acabamento na cavidade decide o acabamento no produto. Esta página reúne o que governa a polibilidade e a resposta ao ataque químico em aços para moldes de plástico, os defeitos que aparecem na bancada, e a forma como dureza, limpeza e tamanho do bloco se alinham com as operações da oficina de moldes.
Onde está o dinheiro em um molde
O aço é a parte pequena da conta e as operações ao seu redor são a parte grande, razão pela qual uma pequena diferença no bloco altera uma grande diferença no custo.
| Item de custo | Participação | O que está incluído |
|---|---|---|
| Machining | 70% | Fresamento de desbaste e acabamento, furação, EDM. O maior item individual em um molde. |
| Engineering | 10% | Projeto e programação. |
| Aço ferramenta | 10% | O próprio bloco, cotado em 10 a 20 por cento do custo total do molde no texto fonte. |
| o tratamento térmico | 5% | Têmpera, revenimento, alívio de tensões, nitretação quando especificado. |
| Acabamento superficial | 5% | Polimento e texturização, a etapa que decide a aparência da peça. |
Fonte: Tool Steels, Properties and Performance (R. A. Mesquita, CRC Press), Figura 6.3a, elaborada a partir de dados industriais para fabricação de moldes de injeção. O aço é cotado em 10 a 20 por cento do custo total do molde no texto.
A consequência prática
Como a usinagem representa cerca de 70 por cento do custo, um aço que usina bem e chega com dureza uniforme economiza mais do que um bloco mais barato jamais poderia. A fonte o descreve como um iceberg, com o preço visível do aço no topo e o custo de fabricação abaixo. Um bloco com dureza irregular ou alta carga de inclusões custa mais em cada etapa posterior e pode comprometer o acabamento superficial para o qual a peça foi encomendada.
Polibilidade em função da dureza e da condição de fornecimento
A curva de polibilidade sobe acentuadamente com a dureza até a região de 40 HRC e depois se achata. As faixas abaixo seguem a condição de fornecimento dos mold steels.
| Faixa de dureza | Graus típicos e condição | O que esperar |
|---|---|---|
| Condição pré-endurecida | ||
| 28–32 HRC | P20, 1.2311, 1.2312, 1.2738 | As placas de molde padrão. A polibilidade sobe acentuadamente nesta faixa e se estabiliza dentro da faixa polível, que cobre a maioria das peças visíveis que não exigem espelho. |
| 38–42 HRC | 1.2711 e graus similares de 40 HRC | Fornecido pré-endurecido, com dureza mais alta e aparência polida melhor que a família de 32 HRC. Furação longa e soldagem tornam-se mais difíceis neste nível. |
| Endurecido após usinagem | ||
| 50–60 HRC | ESR H13, inoxidável 420, D2, graus PM | Alta polibilidade. A fonte situa a parte mais acentuada da curva de polibilidade abaixo de 40 HRC, portanto o ganho de 32 para 60 HRC é real, mas menor que o ganho de 25 para 35. |
| Superfície tratada | ||
| Acima de 800 HV | Nitretado, cementado, com revestimento de Cr, com revestimento de N | A faixa mais alta do gráfico da fonte, acima da faixa de qualquer aço para ferramentas comum. Um revestimento altera a rota de polimento, não o aço. |
Fonte: Tool Steels, Properties and Performance (R. A. Mesquita, CRC Press), Figura 6.9a e a discussão na Seção 6.3.1.
Polir é abrasão, e o tempo não é neutro
O polimento remove material riscando-o com um abrasivo fino, e uma superfície mais dura mantém o abrasivo mais alto, de modo que os riscos permanecem mais rasos e a superfície se apresenta como espelho. Essa é toda a razão pela qual a dureza ajuda.
Funciona apenas até certo ponto no tempo. Nas curvas da fonte, um P20 a 32 HRC atinge sua melhor rugosidade após aproximadamente cinco minutos de polimento a pressão constante e depois fica progressivamente mais rugoso à medida que o polimento continua, enquanto um A2 a 60 HRC continua melhorando por cerca de doze minutos antes de inverter. O aumento da rugosidade é o efeito casca de laranja acima, e o aço mais duro proporciona tanto um piso melhor quanto mais tempo de trabalho antes que ele apareça.
Os três defeitos que aparecem na bancada
Cada um tem causa e correção separadas, portanto o primeiro passo é nomear o defeito corretamente.
| Defeito | Mecanismo | O que mudar |
|---|---|---|
| Pin-holes | Inclusões não metálicas são arrancadas da superfície durante o polimento e deixam pequenas cavidades. Carbonetos não dissolvidos se comportam da mesma forma, razão pela qual aços para moldes de plástico são projetados sem eles. | Buy cleaner steel. Remelting by ESR or VAR is the route to a low inclusion level, and pin-holes are the defect it removes. |
| Casca de laranja, também chamada de polimento excessivo | O polimento repetido endurece por deformação a camada superficial, e após certo ponto a rugosidade aumenta a cada passada adicional em vez de diminuir. | Retifique para remover a camada danificada e depois pole novamente a pressão controlada. Dureza mais alta do aço retarda o início, e danos de usinagem, retificação ou EDM na superfície o antecipam. |
| Brilho irregular, linhas de ataque | Diferenças de microestrutura polam a taxas diferentes. Descarbonetação, bandeamento e macrossegregação aparecem como textura na superfície. | Mantenha o trabalho de superfície próximo da geometria final com cuidado, e espere que um bloco grande proveniente de um lingote grande carregue mais segregação que um pequeno. |
Fontes: Tool Steels, Properties and Performance (R. A. Mesquita, CRC Press), Seções 6.3.1 e 6.3.2, e os dados de polimento por trás da Figura 6.9b.
Usinagem e polimento puxam em direções opostas
As características metalúrgicas que polam bem são próximas das que usinam mal. A dureza é o exemplo óbvio. As inclusões se dividem em duas famílias, e apenas uma delas é ruim para ambos.
| Material | Teor de enxofre | Machining | Polimento | Onde se aplica |
|---|---|---|---|---|
| 1.2738, P20 comum | Baixo S | Moderado | Bom | O padrão para peças visíveis e trabalho geral de moldes. |
| 1.2312, P20 com alto teor de enxofre | Cerca de 0,07–0,1% S | Alto, o ponto do grau | Ruim a moderado | Áreas traseiras e partes macho que não serão polidas ou vistas. As inclusões moles de sulfeto de manganês quebram o cavaco na usinagem e causam defeitos puntiformes no polimento. |
| P20 e H13 refinados por ESR | Baixo S | Moderado | Alto | Onde um acabamento exigente é especificado, até trabalho óptico para o H13. |
| Aço de endurecimento por precipitação refinado por VAR | Alto teor de S possível | Alto | Bom | A combinação destacada pela fonte a 40 HRC, com o custo da rota a vácuo correspondente. |
Interpretando o trade-off
Inclusões duras de óxido e carbonetos não dissolvidos aumentam o desgaste da ferramenta na usinagem e deixam cavidades no polimento, então ambas as operações querem que elas desapareçam. Inclusões moles de sulfeto de manganês fazem o oposto. Elas lubrificam e quebram o cavaco na usinagem e são a razão pela qual um P20 com enxofre adicionado corta tão livremente, enquanto no polimento as mesmas inclusões se tornam defeitos puntiformes e a superfície atinge o limiar de casca de laranja mais cedo. Os graus com alto teor de enxofre são, portanto, destinados a áreas do molde que exigem mais usinagem e menos polimento, como a parte traseira de uma ferramenta de para-choque.
O lado da usinagem do mesmo trade-off, com classificações para os aços ferramenta em todas as famílias, está reunido no tabela de classificação de usinabilidade.
Texturização é corrosão controlada
Uma textura é gravada na cavidade através de um filme protetor, e qualquer coisa que altere como o aço corrói altera o padrão. A fonte agrupa as causas em três, e a maioria das discussões sobre uma textura ruim recai sobre a errada.
| Grupo variável | O que abrange | O controle |
|---|---|---|
| Condição da superfície antes do ataque | Qualidade de retificação, lixamento, usinagem e EDM na cavidade. Metal afetado por EDM que não é removido aparece como pontos brancos após a gravação, e riscos que eram invisíveis antes do ácido podem gravar como linhas. | Corte e acabamento lentos e controlados à medida que a cavidade se aproxima de sua geometria final. |
| O processo de ataque | Tipo de ácido, concentração, pH, teor de ferro do banho, temperatura, homogeneidade e fluxo do banho alteram o padrão e a rugosidade da superfície dentro da textura. | Controle o banho como um processo, não como uma arte. O mesmo aço grava de forma diferente em dois banhos. |
| O próprio aço | Grau, dureza e microestrutura. Uma área soldada grava mais clara que o metal base, e a segregação grava como bandas visíveis. | Revena novamente após a soldagem para uniformizar a estrutura, e ajuste as condições de gravação ao grau e seu tratamento térmico. |
Fonte: Tool Steels, Properties and Performance (R. A. Mesquita, CRC Press), Seção 6.3.3 e os exemplos de defeitos na Figura 6.12.
Por que soldagem e segregação aparecem aqui
Um reparo soldado é uma microestrutura diferente situada no meio da cavidade. Normalmente contém mais elemento de liga em solução e corrói mais lentamente, então grava mais claro que o aço ao redor e a textura fica irregular através do reparo. Revenar novamente após a soldagem uniformiza a dureza e a resposta. A segregação é mais lenta de corrigir, porque um bloco grande de um lingote grande sempre carregará um pouco dela, e a resposta prática é ajustar a gravação para que as bandas não sejam destacadas, em vez de exigir aço sem nenhuma.
As rotas de refusão que empurram a limpeza e a segregação na direção certa, incluindo as variantes ESR e VAR pressurizadas que as usinas de aço ferramenta executam para trabalho de moldes, são descritas na página de aço ferramenta ESR.
O tamanho do bloco altera a superfície
As oficinas cortam cavidades pequenas de blocos mestres grandes por conveniência, e o acabamento superficial é onde essa decisão aparece. O núcleo de um bloco grande esfria mais lentamente que uma barra pequena, e uma composição química pobre P20 não consegue manter sua dureza através do núcleo de uma seção espessa.
Os dois números que vale a pena lembrar
O grau 1.2311 cobre placas de até aproximadamente 400 mm e dá o mesmo resultado que o 1.2738 nessa faixa. Acima de 500 mm, o níquel no 1.2738 é o que mantém a dureza do núcleo elevada e a resposta ao endurecimento uniforme, razão pela qual é o grau indicado para blocos grandes. Abaixo da superfície, um molde grande fica cerca de 4 HRC mais macio que a curva de revenimento de 1 polegada para o mesmo aço, desde que o núcleo esfrie até bainita em vez de perlita.
Um núcleo que cai em dureza polе e grava de forma diferente da superfície, então o acabamento sofre exatamente onde a cavidade é mais profunda. A comparação de P20+Ni (1.2738) contra simples P20 (1.2311) é realmente uma comparação de quão espesso é o bloco em que cada um mantém sua dureza.
Os graus, por requisito de superfície
Peças visíveis comuns rodam em P20 modificado a 32 HRC. Brilho mais alto e vida mais longa movem o molde para um grau pré-endurecido de 40 HRC, como o 1.2711, e trabalho óptico o move para um refinado por ESR H13 acima de 50 HRC, ou para um grau inoxidável para plásticos corrosivos. O conjunto completo, com as condições pré-endurecidas, está no catálogo de aços para moldes de plástico.
Aços para moldes inoxidáveis têm sua própria regra
Para PVC e outros polímeros corrosivos, o molde vai para um inoxidável com 12 por cento de cromo, geralmente um 420 modificado como o 1.2083, ou para o 1.2316 onde mais resistência à corrosão é necessária. Uma regra acompanha esses graus. Um tipo 420 aço deve ser revenido na extremidade baixa, perto de 250°C, porque o revenimento em torno de 500°C precipita carboneto de cromo e retira cromo da solução, que é exatamente o elemento do qual depende a resistência à corrosão.
Plásticos abrasivos mudam o grau novamente
Compostos com carga de vidro e fibra desgastam a cavidade, e a resposta é uma dureza de matriz mais alta ou um grau com carbonetos, o que normalmente significa pagar em polibilidade. Um aço de metalurgia do pó é a exceção, porque seus carbonetos são finos o suficiente para desgastar bem enquanto mantêm a superfície polível. As próprias fases duras e seu ranking de dureza estão apresentados no tipos de carbonetos e dureza referência.
Nitretação é a resposta superficial usual
Onde um molde precisa de mais resistência ao desgaste do que sua dureza em massa proporciona, a nitretação adiciona uma camada de mais de 1000 HV sem tocar o núcleo ou o tamanho do bloco. A profundidade que deve ser mantida, e a camada que precisa permanecer fina em trabalho sensível a trincas, são abordadas no guia de nitretação de aço ferramenta.
Confirme antes de fornecer um orçamento.
Dureza, teor de enxofre e polibilidade são apenas para referência geral. O comportamento real varia por grau, usina, número de corrida e tratamento térmico. Confirme com o certificado de material (MTC) ou entre em contato com a Aobo Steel.
Páginas de referência relacionadas
Aços inoxidáveis · Aços para ferramentas de trabalho a frio · Guia de seleção de aço para moldes de plástico · Tratamento superficial de aço para ferramentas · Aços equivalentes para ferramentas · Fornecimento de aço para ferramentas
Fontes: Tool Steels, Properties and Performance (R. A. Mesquita, CRC Press, 2017), Capítulo 6 com Figuras 6.3, 6.5, 6.9, 6.10 e 6.12. Dados de referência apenas para comparação. Confirme o grau, a condição de fornecimento e a rota de acabamento com sua moldadora e a ficha técnica da usina antes da produção. A Aobo Steel fornece aço para moldes na condição pré-endurecida ou recozida.