Perfuração de Aço Ferramenta Endurecido

Um furo é a característica mais barata de se fazer em uma peça de aço ferramenta enquanto o aço ainda está mole, e a mais cara de se fazer após a têmpera. Quando uma matriz ou inserto endurecido precisa ser perfurado, o material da ferramenta e a velocidade de corte mudam com a dureza, e a prática publicada para aços para matrizes apresenta uma transição clara em 50 HRC. Esta página apresenta os parâmetros de broca para aço ferramenta tanto no estado mole quanto no endurecido.

Perfure no estado mole sempre que o trabalho permitir

A perfuração normalmente é feita antes da têmpera. Os parâmetros publicados para o aço ferramenta como peça situam-se em dois níveis de dureza, 196 HB e 241 HB, e esta é uma fronteira importante. Um aço ferramenta típico a 241 HB tem cerca de 24 HRC, portanto a tabela geral de brocas helicoidais cobre apenas a faixa mole e levemente endurecida, e um aço para matrizes a 50 HRC ou acima está fora dela. Além desse ponto, a escolha passa para aço rápido ao cobalto, metal duro maciço, ou um processo diferente da perfuração.

Material perfurado	Dureza, HB	Dureza, HR	Material da ferramenta de corte	Velocidade periférica, m/min (sfm)	Código de avanço	Ângulo de hélice, graus	Ângulo de ponta, graus
Aço ferramenta	196	94 HRB	HSS	18 (60)	Y	25-35	118
Aço ferramenta	241	24 HRC	HSS	15 (50)	Y	25-35	118

Parâmetros operacionais recomendados para produzir furos em aço ferramenta com brocas helicoidais, reproduzidos da Tabela 6(a) de Drilling, no ASM Handbook, Volume 16, Machining. As duas linhas são os dois níveis de dureza nos quais o aço ferramenta é listado na fonte. HSS é aço rápido. O avanço é dado pelo código na tabela seguinte, e 118 graus é o ângulo de ponta incluído.

Código de avanço	Avanço, mm/rev (in./rev), para um diâmetro de broca de:
	3,2 mm (1/8 in.)	6,4 mm (1/4 in.)	12,7 mm (1/2 in.)	19,1 mm (3/4 in.)	25,4 mm (1 in.)
Y	0.08 (0.003)	0.13 (0.005)	0.20 (0.008)	0.267 (0.0105)	0.317 (0.0125)

Avanço para as linhas de aço ferramenta, reproduzido da Tabela 6(b) de Drilling, no ASM Handbook, Volume 16, Machining. O avanço é dado por rotação para uma broca de dois canais e aumenta com o diâmetro. Onde a rigidez é baixa ou o fluido de corte é restrito, a fonte recomenda velocidades e avanços menores do que estes.

A transição de dureza em 50 HRC no aço para matrizes H11

O exemplo publicado mais claro é no aço para matrizes a quente H11. Para H11 a 50 HRC ou menos, brocas de aço rápido M33, M34 e M36 de construção para serviço pesado dão bons resultados. São operadas em equipamento de acionamento positivo com velocidades de broca de 7,6 a 9,1 m/min (25 a 30 sfm) e avanços de 0,013 a 0,018 mm/rev (0,0005 a 0,0007 in./rev).

Material mais duro que 50 HRC exigiu brocas de metal duro maciço com canais curtos no mesmo trabalho. Velocidades de 12 a 15 m/min (40 a 50 sfm) e avanços de 0,013 a 0,025 mm/rev (0,0005 a 0,001 in./rev) produziram resultados satisfatórios. O projeto da broca também muda em um diâmetro de cerca de 6,4 mm (1/4 in.). Brocas helicoidais com dois canais são usadas para furos abaixo desse tamanho, e brocas de canais retos para furos nesse tamanho e acima.

Escolha de uma classe de metal duro para uma chapa de 54 HRC

A classe de metal duro importa tanto quanto a velocidade nessa dureza. Três classes foram testadas juntas em chapa de aço H11 contendo 5 por cento de cromo e 1,5 por cento de molibdênio, tratada termicamente a 54 HRC. Duas chapas de 2,10 mm (0,083 in.) de espessura foram perfuradas ao mesmo tempo com brocas de ponta de metal duro de 6,35 mm (0,250 in.) de diâmetro, sem fluido de corte.

A classe mais mole com 6 por cento de cobalto falhou por abrasão, queima excessiva e lascamento, e acabou quebrando. A classe mais dura, que continha apenas 3 por cento de cobalto, era frágil demais e falhou por lascamento e quebra excessivos durante a perfuração, e também lascou e quebrou no manuseio. A classe que funcionou foi a mais dura das duas classes com 6 por cento de cobalto, que apresentou apenas desgaste leve após o teste e foi levada para produção. Sua dureza veio de um tamanho de grão mais fino, que reduziu o tamanho das poças de cobalto mais mole entre os grãos.

Grau	Composição, %				Dureza, HRA	Tamanho de grão, μm (μin.)
	W	Ta	C	Co
C-1	88.25	. . .	5.75	6.0	91.2	3 (120)
C-2	88.25	. . .	5.75	6.0	91.8	1-2 (40-80)
C-3	87.00	4.0	6.00	3.0	92.2	1-3 (40-120)

Composição, dureza e tamanho de grão das três classes de metal duro testadas na perfuração de chapa de aço H11 a 54 HRC, reproduzidos do exemplo de perfuração em Drilling, no ASM Handbook, Volume 16, Machining. C-1 e C-2 contêm os mesmos 6 por cento de cobalto e os mesmos teores de tungstênio e carbono, e C-2 é a mais dura das duas porque seu tamanho de grão mais fino deixa poças de cobalto menores entre os grãos.

A lição se aplica a toda a faixa. Em alta dureza, o maior teor de ligante não é a resposta, e a melhor classe geralmente é a de grão mais fino dentro de um dado teor de cobalto, e não a com menos cobalto ou o maior número de dureza.

Brocas de aço rápido nitretadas

Para a faixa levemente endurecida, um tratamento superficial pode levar uma broca comum de aço rápido mais longe do que uma mudança de classe. Furos cegos de 6,91 mm (0,272 in.) de diâmetro e 15,75 mm (0,620 in.) de profundidade foram perfurados em aço 4335 temperado a 48 a 50 HRC. Como retificadas, as brocas davam de um a quatro furos por afiação com uma taxa de quebra de uma broca a cada 16 a 20 furos. Após a nitretação, as mesmas brocas davam de 18 a 20 furos por afiação e a quebra caiu para uma broca a cada 50 a 60 furos.

As brocas eram brocas padrão para serviço pesado retificadas de aço rápido maciço tratado termicamente, cada uma com ponta dividida em um ângulo de saída axial positivo de 3 a 4 graus na porção dividida, um ângulo de ponta incluído de 135 graus, um ângulo de folga de aresta de 5 a 7 graus, e retificadas planas em 0,8 mm (1/32 in.). A perfuração operou a 147 rev/min, uma velocidade superficial de 3,20 m/min (10,5 sfm), e um avanço de 0,05 mm/rev (0,002 in./rev).

Graus e estoque

H11 é a classe na qual os exemplos de perfuração endurecida são definidos, e sua composição e dureza de trabalho estão em a página do aço para ferramentas H11. A classe de trabalho a quente ao cromo usada na maioria dos trabalhos de matrizes e moldes é abordada em a página de usinabilidade do aço ferramenta H13, que separa o caso recozido do endurecido.

A perfuração é um corte em uma sequência mais longa, e as velocidades de torneamento, fresamento e alargamento para as mesmas classes estão reunidas em a página de velocidades e avanços de corte de aço ferramenta. A tabela de brocas mais ampla, em rotações por minuto e avanço por rotação por diâmetro, está em a tabela de velocidades e avanços de brocas de aço rápido.

A nitretação da broca é o mesmo tratamento superficial usado em ferramental, e o processo e a camada que ele deixa estão descritos em o guia de nitretação de aço ferramenta. Em um furo acabado por EDM em vez de broca, a camada branca deixada na parede é descrita em a página de camada branca de aço ferramenta em EDM.

Antes de usar esses valores

Esta página é um resumo de referência de prática publicada e não é uma especificação da Aobo Steel. As velocidades são reproduzidas das tabelas de origem, e o projeto da broca, a rigidez da máquina, a profundidade do furo e o fornecimento de fluido de corte irão alterá-las. As condições finais são testadas no trabalho.

Fonte: ASM Handbook, Volume 16, Machining, ASM International, 1989.