Falhas de Projeto de Ferramentas e Moldes que Causam Trincas
Uma ferramenta que trinca na têmpera ou quebra após pouco uso é frequentemente reportada como problema de tratamento térmico, e o relato muitas vezes está errado. Cantos vivos, furos posicionados por conveniência, marcas de estampo, seções pesadas ao lado de leves e insertos que nunca foram assentados corretamente introduzem tensão na ferramenta antes mesmo de ela receber carga, e o tratador térmico não pode removê-las da peça à sua frente. Esta página lista as falhas de projeto que mais retornam, o que cada uma faz com a ferramenta, a mudança que a elimina e os dados de raio de canto por trás da regra de filete. É escrita para projetistas, ferramenteiros e compradores a quem se pede aprovação de um desenho.
Por que o projeto é o primeiro lugar a se examinar
Ferramentas não podem ser projetadas apenas com base em dimensões. O projetista precisa saber se a ferramenta será temperada em água, óleo ou ar, onde a geometria coloca seções leves ao lado de pesadas e como a peça será usinada antes e depois do endurecimento. A estabilidade dimensional pertence à mesma conversa, porque uma ferramenta que se move na têmpera não pode ser trazida de volta à medida pela usinagem final. Uma ferramenta que trinca durante o endurecimento é uma falha de projeto tão frequentemente quanto é uma falha de forno, e o tratador térmico culpado foi solicitado a endurecer uma forma que não podia ser endurecida com sucesso.
A outra metade do trabalho é o planejamento. O projeto precisa deixar tempo suficiente no roteiro para que a ferramenta seja aliviada de tensões, pré-aquecida, endurecida, temperada e revenida adequadamente, porque é no cronograma que a maioria dessas falhas se transforma em refugo. Um relacionamento de trabalho com o tratador térmico vale mais do que qualquer linha isolada no desenho.
As falhas de projeto que mais retornam
Seis falhas respondem pela grande maioria das ferramentas que trincam precocemente. Cada uma é visível no desenho antes de qualquer corte, e cada uma tem uma mudança que a elimina sem perder a função da ferramenta.
| Falha de projeto | O que ela faz com a ferramenta | A mudança que a elimina |
|---|---|---|
| Cantos vivos e chavetas de cantos vivos | Cantos internos e externos e chavetas atuam como intensificadores de tensão. Um canto vivo é a causa mais frequente de falha prematura da ferramenta e pode elevar a tensão local a dez vezes a tensão média calculada. | Deixe um raio bem arredondado em cada canto e use filetes generosos onde a função da ferramenta permitir. Todo desenho deve ser verificado quanto a cantos vivos que a ferramenta não precisa realmente antes de ser liberado para fabricação. |
| Seções leves ao lado de seções pesadas | A seção leve esfria e endurece primeiro durante a têmpera, enquanto a seção pesada ao lado ainda está quente. As tensões de resfriamento diferencial e de transformação que se acumulam podem ultrapassar a resistência última do aço e produzir distorção ou trincas. | Onde a forma é inevitável, escolha um aço de têmpera ao ar para que toda a peça se transforme a uma taxa que a seção suporta. |
| Furos mal posicionados | Furos cegos, furos roscados e furos posicionados sem critério deixam paredes finas e fracas entre o furo e a borda do molde. Essas paredes sofrem as mesmas tensões de resfriamento diferencial e são difíceis de temperar uniformemente, especialmente em um aço temperado em líquido. | Posicione os furos como parte do projeto, e não no desenho depois dele. Onde o padrão de furos não pode ser melhorado, escolha um aço de têmpera ao ar. |
| Marcas de estampo | Uma impressão estampada é uma mudança brusca de seção gravada na superfície. Os estampos concentram tanto a tensão residual do tratamento térmico quanto a tensão de serviço, e uma trinca por tensão frequentemente percorre diretamente os caracteres. | Use estampos de baixa tensão com caracteres arredondados, espalhe as marcas e mantenha o número de caracteres reduzido. Gravação com lápis elétrico, tinta, etiquetas ou ataque químico é a escolha melhor. |
| Usinagem de desbaste | Marcas de usinagem pesadas são entalhes incorporados e se tornam os sítios de nucleação para trincas que se abrem durante o endurecimento ou em serviço. | Acabe as superfícies que sofrerão tensão. Esta é a falha em que o maquinista e o ferramenteiro precisam ser informados do que o desenho entende por superfície acabada. |
| Um inserto que não está assentado | O inserto do molde toca seu suporte apenas nas bordas, então a carga é suportada em parte da área. A pressão desigual e a deflexão que se segue abrem uma trinca no canto do inserto. | Usine para contato total na face de assentamento. Onde as dimensões não permitem, usine abaixo da medida, alinhe a ferramenta e adicione um calço da espessura que a área de assentamento precisa para que o contato seja completo. |
Falhas de projeto por trás da falha prematura de ferramentas, com a correção para cada uma, do capítulo de projeto de ferramentas do Tool and Die Making Troubleshooter.
Raio de canto e a resistência ao impacto que ele proporciona
A regra sobre filetes é mais fácil de seguir quando a magnitude do efeito está na mesa. Os dados abaixo comparam seções de canto da mesma ferramenta com diferentes raios na base do entalhe. Quanto maior o raio, mais resistente e mais resistente a trincas é a seção, e a maior parte do ganho vem cedo. Passar de um canto vivo para um raio de 0.020 in. quadruplica a resistência ao impacto projetada, enquanto a diferença entre 0.080 in. e 0.125 in. vale muito pouco.
| Raio na base do entalhe | Resistência ao impacto projetada | O que a mudança proporciona |
|---|---|---|
| 0.002 in. (0.05 mm) | 4 ft-lbf (5.4 J) | O canto vivo. A ferramenta está em seu estado mais frágil na raiz do entalhe. |
| 0.010 in. (0.25 mm) | 7 ft-lbf (9.5 J) | Um raio que se poderia dizer ter sido deixado por uma lima. O ganho em relação ao canto vivo já é a maior parte do que um raio maior proporcionará. |
| 0,020 in. (0,51 mm) | 16 ft-lbf (21,7 J) | Um raio que uma oficina de usinagem chamaria de pequeno. A resistência ao impacto é quatro vezes a do canto vivo. |
| 0,040 in. (1,02 mm) | 19 ft-lbf (25,8 J) | Um raio que uma oficina chamaria de normal em um canto de matriz. |
| 0,080 in. (2,03 mm) | 22 ft-lbf (29,8 J) | Um filete generoso, do tipo desenhado quando o projetista pensou no caminho de carga. |
| 0,125 in. (3,18 mm) | 24+ ft-lbf (32,5+ J) | O maior raio da tabela. Além disso, os ganhos são pequenos em relação à seção que o raio custa. |
Comparação aproximada de resistência de seções de canto com raios de diferentes tamanhos, de Tool and Die Making Troubleshooter. A fonte publica esta comparação para demonstrar o efeito do raio de entalhe e afirma que ela não deve ser usada para projeções de resistência. A resistência real ao impacto também depende do grau, do tratamento térmico e do acabamento superficial.
A comparação não é uma promessa sobre uma matriz específica, e a fonte diz isso. O que ela mostra é a direção e a magnitude do efeito, o que é suficiente para justificar uma discussão com um desenho que traz um canto interno vivo sem motivo. Onde a peça é solicitada por impacto, o próprio grau é uma decisão separada, e a gráfico de tenacidade ao impacto e o página de ensaio de impacto Charpy traz os valores por grau e dureza.
Direção do grão em relação à direção de estampagem
O aço é como a madeira em um aspecto que importa para um desenho. Ele resiste melhor à ruptura contra o grão do que a favor dele, então uma matriz solicitada ao longo da direção de estampagem resistirá melhor à trinca quando o fluxo do grão da barra corre paralelo a essa direção. Matrizes que trincaram através de uma área estampada foram examinadas e constatou-se que seu fluxo de grão era perpendicular à estampagem, o que é uma decisão de layout tomada quando o bloco foi marcado a partir da barra. Substituir tal matriz com a direção do grão invertida e os estampados profundos removidos produziu uma grande melhoria na mesma aplicação. Como a barra é produzida e o que isso faz com o fluxo do grão é descrito na página de defeitos de barras laminadas.
Assentamento de um inserto para que a carga seja suportada em toda a área
Uma causa de trinca precoce nos cantos de um inserto de matriz é o assentamento, e não tem nada a ver com o aço. A face inferior do inserto deve fazer contato com seu suporte em toda a área. Onde apenas as bordas tocam, a carga é suportada em uma fração da face, o inserto deflete e a trinca se abre no canto que recebeu a carga primeiro. O mesmo acontece com um calço adicionado no lugar errado, razão pela qual um calço não é um reparo para um assento mal ajustado.
Duas rotas estão abertas onde as dimensões não permitem contato total. A primeira é usinar o assento abaixo da medida, alinhar a ferramenta até que ela assente corretamente e então adicionar um calço da espessura que cobre toda a área de assentamento em vez de parte dela. A segunda é recozer a ferramenta, soldar para produzir um acúmulo, retratar termicamente e reusinar na dimensão, que é a rota adotada quando o próprio assento está desgastado. Ambas são mais baratas do que a matriz que trinca após um turno. A rota de montagem para um inserto ajustado, incluindo a interferência que um ajuste por contração requer, está na página de ajuste por contração.
Quando a forma não pode ser alterada, mude o aço
Algumas ferramentas precisam ser desenhadas com a característica que as torna difíceis de temperar, e onde esse é o caso, o material é a alavanca restante. Um aço temperável ao ar se transforma a uma taxa que toda a seção pode acompanhar, o que remove o diferencial entre uma seção pesada e a seção leve ao lado dela. Um aço resistente ao choque possui mais tenacidade do que um grau de trabalho a frio com alto cromo na mesma dureza, que é a mudança feita quando um porta-punção ou seção de matriz em D2 trincou em serviço e a substituição precisa continuar funcionando. Qual dos dois se aplica depende de a falha ter vindo da têmpera ou da carga, e isso é uma questão sobre a fratura e não sobre o desenho.
As famílias de graus e a dureza que cada uma suportará estão tabeladas na tabela de propriedades do aço ferramenta e o tabela de composição. A substituição específica de um grau de trabalho a frio por um grau resistente ao choque é descrita na página de resistência ao trincamento e o página de resistência ao lascamento de arestas.
Como esta página se posiciona em relação à análise de falhas
Esta página é escrita para a etapa anterior à fabricação da ferramenta, e a Página de análise de falhas de ferramentas e matrizes é escrita para a etapa após ela ter falhado. Essa página parte das evidências na peça e trabalha de volta até uma causa, perguntando quando a trinca apareceu, se a superfície está danificada e o que a peça estava fazendo quando quebrou. Esta página parte do desenho e lista as formas que introduzem tensão em uma ferramenta antes de ela operar. A sobreposição é real e deliberada, e as duas são lidas em conjunto. Onde a falha é uma trinca por fadiga, os pontos de início e os efeitos de entalhe e filete são abordados na página de falha por fadiga, e o próprio tipo de dano pode ser restringido na gráfico de identificação de modos de dano.
Para onde ir em seguida
Os defeitos que uma ferramenta mal projetada apresenta no forno estão listados na tabela de solução de problemas de tratamento térmico, e a variação dimensional que uma ferramenta sofre através da têmpera está na página de variação dimensional. Onde a trinca foi aberta por retificação em vez de pela têmpera, a página de trincas de retificação aborda o mesmo dano superficial pela outra direção, e o desgaste que decide o restante da vida da matriz está apresentado na página de coeficientes de desgaste e regras de projeto.
Usando esta página em um desenho
Esta página é um resumo de referência de práticas publicadas e não é uma especificação da Aobo Steel. As falhas de projeto e a comparação de raio de canto são reproduzidas do Tool and Die Making Troubleshooter, e a fonte imprime a comparação para demonstrar o efeito do raio de entalhe e não para projetar a resistência de uma ferramenta. O grau do aço, a dureza e o tratamento térmico de uma ferramenta são confirmados no desenho e no pedido do trabalho, e a decisão de projeto pertence à pessoa responsável pela ferramenta.
Fonte, Tool and Die Making Troubleshooter, R. M. Leed, Society of Manufacturing Engineers, 2003.