Ajuste por Contração de Insertos de Ferramentas e Matrizes
Um ajuste por contração mantém um inserto em seu retentor por interferência em vez de fixadores, e ao mesmo tempo cumpre uma segunda função. A interferência coloca o inserto em compressão radial, e essa compressão atua contra as tensões de tração que são a causa usual de lascamento e trincas em um inserto de matriz. Esta página apresenta a interferência sobre a qual uma aplicação de matriz é construída, a dureza e as dimensões a que cada parte do par é mantida, e como a montagem é realmente feita com calor, com frio ou com ambos. É escrita para a ferramentaria que constrói ou reconstrói uma matriz e para o comprador que precisa fornecer o aço para ambas as metades da junta.
O que o ajuste faz por um inserto
O benefício de ajustar por contração ferramentas, matrizes, colunas-guia e pinos em retentores vai além de manter a peça no lugar. Um ajuste por contração corretamente executado estabelece tensões compressivas radiais no componente que recebe o ajuste, e essas tensões contrabalançam as tensões de tração que levam ao lascamento e às trincas. A peça que recebe o ajuste é, portanto, mais durável do que a mesma peça mantida de outra forma. O ajuste também posiciona o inserto e enrijece a montagem, o que importa em uma matriz que sofre carga irregular ao longo da face.
Mecanicamente, a junta é um par de tensões. O inserto é comprimido pelo retentor e o retentor é esticado pelo inserto, e a pressão radial entre os dois depende da quantidade de interferência e do módulo de elasticidade de cada material. É por isso que as duas peças têm de ser projetadas como um par, e por que a escolha do material para o retentor é uma decisão de resistência e não de conveniência.
Interferência, o número sobre o qual o ajuste é construído
Para que um ajuste por contração funcione, o diâmetro externo do inserto é feito maior que o diâmetro interno do retentor. A diferença é expressa por unidade de diâmetro, e há uma faixa de trabalho com um piso e um teto.
| Interferência, pol./pol. (mm/mm) | O que produz na montagem | Como se comporta em serviço |
|---|---|---|
| Abaixo de 0,001 | Pouca tensão compressiva radial no inserto | Frouxo demais para ajudar. O ajuste não coloca o inserto em compressão, então não faz nada quanto às tensões de tração que trincam um inserto em uma aplicação de matriz. |
| 0,003 a 0,004 | Alta resistência da junta, com pressão radial estabelecida nas superfícies de contato | A faixa de trabalho. O retentor suporta tensão de tração e o inserto suporta tensão compressiva, e a compressão é o que suprime o lascamento e as trincas. |
| 0,006 ou mais | Pressão radial além do que o par foi dimensionado | Interferência excessiva. As tensões de trabalho mais as tensões de contração podem ultrapassar a resistência do inserto ou do retentor e produzir uma falha por sobrecarga de tensão. |
A faixa de interferência recomendada para ajustar por contração ferramentas e matrizes em retentores, da seção de ajuste por contração do Tool and Die Making Troubleshooter.
O piso existe porque um ajuste com quase nenhuma interferência não desenvolve a tensão compressiva radial que justifica todo o procedimento. O teto existe porque a mesma tensão que suprime trincas em serviço pode, em nível suficientemente alto, trincar o retentor ou o inserto durante a montagem ou na primeira carga. As tensões de trabalho e as tensões de contração se somam, e a soma tem de permanecer dentro da resistência da mais fraca das duas peças.
Os pontos de projeto que decidem se o ajuste se mantém
Um ajuste por contração é projetado antes de ser executado, e as regras abaixo são aquelas das quais o ajuste depende. Várias delas são as mesmas regras que se aplicam a qualquer peça de aço ferramenta, razão pela qual um retentor tensionado é desenhado com chanfros, raios de concordância e sem nenhum grau de conicidade.
| Ponto de projeto | A regra | Por que está na lista |
|---|---|---|
| Material do retentor | Um aço liga capaz de endurecer a 32 a 43 HRC | O retentor é a peça em tração, então tem de ser resistente o suficiente para manter o ajuste sem escoar. |
| Retentores para serviço pesado | Aço ferramenta resistente ao choque tratado termicamente a 48 a 52 HRC | Onde a matriz sofre impacto além da carga do ajuste, especifica-se um material de retentor mais tenaz em vez do aço liga geral. |
| Equilíbrio de tensões | As tensões de trabalho mais as tensões de contração devem permanecer dentro da resistência de ambas as peças | O ajuste adiciona tensão a uma ferramenta que já sofrerá tensão de serviço. As duas se somam. |
| Diâmetro externo do retentor | Pelo menos o dobro e de preferência o triplo do diâmetro interno | A parede ao redor do inserto tem de suportar a tensão circunferencial da interferência sem se deformar. |
| Cone | Um design cônico não é usado nem no inserto nem no porta-molde | Um assento cônico não consegue manter contato uniforme ao longo da circunferência, e a pressão se concentra onde o ajuste é mais apertado. |
| Cantos e arestas | Chanfre cantos e arestas e forneça raios generosos | Os mesmos concentradores de tensão que trincam um molde no tratamento térmico estão presentes no porta-molde. |
| Superfícies de contato | Retificadas para um acabamento liso de aproximadamente 5 a 25 micropolegadas (0,13 a 0,64 micrômetros) | O contato deve ser contínuo ao redor da junta para que a pressão radial se desenvolva conforme projetado. |
| Tolerância de usinagem | Retificar dentro de 0,0005 in. (0,013 mm) da dimensão requerida | A interferência é a diferença entre dois diâmetros, então ambos são mantidos dentro de uma fração da própria interferência. |
| Folga de montagem | Forneça a folga necessária no estado expandido ou contraído | As peças têm que se juntar enquanto uma está quente ou uma está fria, e um ajuste que só se monta com força é um ajuste que já foi danificado. |
Pontos de design e preparação para o ajuste por contração de um componente de ferramenta ou molde em seu porta-molde, da seção de ajuste por contração do Tool and Die Making Troubleshooter.
Montagem, por calor, por frio, ou ambos
A maior parte do ajuste por contração é feita aquecendo o porta-molde até que ele tenha expandido o suficiente para receber o inserto. O limite desse método é o tratamento térmico do próprio porta-molde, porque uma peça aquecida acima da temperatura em que foi temperada pela última vez sai mais macia do que foi fabricada. Um porta-molde que tem que permanecer a 48 a 52 HRC não pode ser expandido com um maçarico e sem termômetro.
O segundo método é contrair o inserto. O congelamento profundo para ajuste por contração era feito antigamente com gelo seco a aproximadamente -120 F (-84 C), e nitrogênio líquido a aproximadamente -300 F (-184 C) é usado mais frequentemente agora. A temperatura mais baixa do nitrogênio líquido tornou possível fazer muitos ajustes sem aquecer o porta-molde, o que elimina o risco de perda de dureza da etapa de montagem. Traz um risco próprio, porque o inserto tem que ser resfriado lentamente. Jogado diretamente no nitrogênio líquido, um inserto pode ser chocado e trincado pela mudança de temperatura, e a trinca pode não ser visível até que o ajuste esteja sob carga. A contração varia com a temperatura subzero atingida, então quanto mais frio o inserto for levado, mais ele encolhe e mais fácil a montagem.
Qualquer que seja o caminho usado, o acabamento do trabalho importa tanto quanto os números. Limpe e seque ambas as peças, monte-as com um mínimo de atraso, e deixe a montagem voltar à temperatura ambiente lentamente em vez de resfriá-la ou aquecê-la rapidamente. O ajuste por contração não é aliviado de tensões depois, porque a tensão compressiva no inserto é o objetivo da operação. O lado subzero do processo é descrito mais adiante na página de tratamento criogênico, e o tratamento que define a dureza do porta-molde na página de tratamento térmico de aço ferramenta para trabalho a quente.
Onde um ajuste por contração dá errado
Quatro falhas respondem pela maior parte do problema. Uma peça aquecida acima de sua temperatura de revenimento perde dureza, e o porta-molde então cede antes da carga para a qual foi projetado. Interferência muito pequena deixa o inserto sem a tensão compressiva que impede as arestas de lascar, então o molde se comporta como se o ajuste nunca tivesse sido feito. Interferência muito grande trinca o porta-molde ou o inserto na montagem, ou deixa ambas as peças cheias de tensão residual que se soma à carga de serviço. Um assento cônico, ou um par de superfícies de contato que não estão retificadas corretamente, concentra a pressão em parte da circunferência e produz o mesmo resultado que interferência excessiva naquele lado.
O lado do aço do problema é menor que o lado da montagem, e as falhas acima são a razão pela qual um molde que trinca em serviço nem sempre é uma questão de tratamento térmico. A rota de diagnóstico para um molde que já falhou está apresentada na Página de análise de falhas de ferramentas e matrizes e o página de resistência ao trincamento, e os defeitos de design que colocam tensão em uma ferramenta antes mesmo de ela rodar estão na página de defeitos de design de ferramentas e moldes.
Para onde ir em seguida
O material para um porta-molde é escolhido nas mesmas tabelas que qualquer outra peça de ferramentaria, na tabela de propriedades do aço ferramenta e o tabela de composição. Para um inserto que é carregado em impacto, os graus resistentes ao choque são descritos na página do S7 e o página de resistência ao lascamento de arestas, e a têmpera que cada grau precisa antes de ser ajustado está na tabela de têmpera. Para blocos e redondos cortados sob medida para um porta-molde e seu inserto juntos, a página de fornecimento define como trabalhamos.
Antes de cortar um porta-molde com esses números
Esta página é um resumo de referência de prática publicada e não é uma especificação da Aobo Steel. Os valores de interferência e os pontos de design são reproduzidos do Tool and Die Making Troubleshooter, e o ajuste realmente necessário depende da seção, dos materiais e da carga no seu molde. As tensões de trabalho e as tensões de contração têm que ser verificadas contra a resistência de ambas as peças pela pessoa que projeta a montagem, e as dimensões finais são confirmadas no desenho do trabalho.
Fonte, Tool and Die Making Troubleshooter, R. M. Leed, Society of Manufacturing Engineers, 2003.