Usinabilidade do aço ferramenta H13: Guia de usinagem para aços recozidos e temperados
Aço para ferramentas H13 Possui usinabilidade moderada no estado recozido e torna-se muito mais difícil de usinar após o endurecimento. Na maioria das produções de matrizes, moldes e ferramentas para trabalho a quente, a regra prática é realizar a remoção principal de material antes do tratamento térmico e, em seguida, utilizar fresamento duro, eletroerosão, retificação ou usinagem de acabamento após o endurecimento.
O aço H13 recozido é geralmente usinado com uma dureza de aproximadamente 192–229 HB. Essa condição é adequada para usinagem de desbaste, fresamento, furação, torneamento e preparação de cavidades. O aço H13 temperado é frequentemente acabado com uma dureza de aproximadamente 45–55 HRC, onde o desgaste da ferramenta, o calor de corte, o acabamento superficial e a estabilidade da usinagem tornam-se muito mais críticos.
O aço H13 não é de fácil usinagem. O cromo, o molibdênio e o vanádio presentes em sua composição melhoram o desempenho em trabalhos a quente, mas também aumentam a resistência ao corte e o desgaste abrasivo das ferramentas. Por essa razão, a usinabilidade do H13 deve ser avaliada considerando-se o H13 recozido para usinagem principal e o H13 temperado para acabamento.
H13 Usinabilidade na condição recozida
O aço H13 é normalmente usinado antes do endurecimento. No estado recozido, oferece usinabilidade aceitável para operações de corte convencionais, embora não seja tão fácil de cortar quanto aços de corte livre ou aços de baixa liga mais simples.
Diferentes referências podem apresentar classificações de usinabilidade diferentes porque utilizam materiais de base distintos. As classificações não são conflitantes; elas simplesmente comparam o aço H13 com diferentes grupos de aço.
| Linha de base de comparação | Classificação de usinabilidade H13 | Significado prático |
|---|---|---|
| Aço carbono 1% com classificação de 100 | Cerca de 70 | O H13 apresenta usinabilidade moderada quando recozido adequadamente. |
| Aços ferramenta para trabalho a quente com cromo recozido | Cerca de 60 a 70 | O H13 é semelhante a outros aços-ferramenta para trabalho a quente da série H. |
| Aços ferramenta de têmpera em água classificados como 100% | Aproximadamente 45–55% | O H13 é mais difícil de usinar do que os aços endurecíveis em água mais simples. |
O recozimento adequado é importante porque confere ao H13 uma estrutura mais macia e esferoidizada. Isso reduz a resistência ao corte e melhora a vida útil da ferramenta em comparação com uma condição mais dura ou com recozimento inadequado. Uma faixa típica de recozimento é de aproximadamente 845–900 °C (1550–1650 °F), seguida de resfriamento lento.
Para usinagem prática, a faixa de dureza útil situa-se entre 192 e 229 HB. Nessa dureza, o aço H13 pode ser usinado com eficiência suficiente para blocos de matrizes, insertos de moldes, matrizes de forjamento, ferramentas de extrusão e outros componentes de trabalho a quente antes do tratamento térmico final.
Por que o aço H13 é mais difícil de usinar do que os aços de corte livre?
O aço H13 foi projetado para oferecer resistência ao trabalho a quente, resistência à fadiga térmica, temperabilidade e estabilidade da aresta de corte. Ele não foi projetado para velocidade máxima de corte.
Adições que facilitam a usinabilidade, como enxofre ou chumbo, podem melhorar a quebra de cavacos em alguns aços, mas reduzem a tenacidade e danificam a estrutura limpa necessária para matrizes e moldes de H13. Para o H13, a usinabilidade deve ser controlada pela qualidade do recozimento, pela seleção da ferramenta de corte, pela estabilidade da usinagem e pela sequência do processo, e não pela composição química que facilita a usinabilidade.
O principal desafio de usinagem reside no próprio sistema de ligas. O cromo e o molibdênio aumentam a resistência e a temperabilidade, enquanto o vanádio forma carbonetos duros que melhoram a resistência ao desgaste em serviço, mas aumentam o desgaste abrasivo nas ferramentas de corte durante a usinagem.
| Recurso H13 | Benefício no Serviço | Efeito de usinagem |
|---|---|---|
| Cromo | Melhora a temperabilidade e o desempenho em trabalhos a quente. | Aumenta a resistência ao corte |
| Molibdênio | Melhora a resistência a quente e a resistência ao amolecimento. | Torna o H13 endurecido mais difícil de cortar. |
| Carbetos de vanádio | Melhora a resistência ao desgaste e a estabilidade das bordas. | Aumentar o desgaste da ferramenta abrasiva |
| Estrutura limpa e de baixa inclusão | Oferece resistência e durabilidade à fadiga térmica. | Limitações da modificação de usinagem livre |
Usinagem de aço ferramenta endurecido H13
O aço H13 endurecido geralmente é usinado apenas quando se deseja obter a forma final, o acabamento superficial ou a precisão dimensional desejados após o tratamento térmico. A remoção excessiva de material nessas condições é dispendiosa e deve ser evitada sempre que possível.
Em muitas aplicações de matrizes e moldes H13, a usinagem de materiais duros é realizada com dureza de aproximadamente 45–55 HRC. As operações típicas incluem fresamento de materiais duros, torneamento de materiais duros, eletroerosão (EDM), retificação e acabamento de precisão.
| Condição H13 endurecida | Operação Adequada | Escolha de ferramenta comum | Nota prática |
|---|---|---|---|
| Cerca de 45 a 50 HRC | Fresagem de alta velocidade, fresagem de acabamento | Fresas revestidas com metal duro, AlTiN ou TiAlN | Adequado para acabamento de perfis e cavidades. |
| Aproximadamente 48–56 HRC | Torneamento semi-desbastado e torneamento de acabamento | Ferramentas de cermet prensadas a quente | Evite curvas bruscas e acentuadas. |
| Cerca de 50 a 55 HRC | Acabamento de precisão | Ferramentas PCBN | Útil em aplicações onde o acabamento superficial e a vida útil da ferramenta são críticos. |
| Perfis complexos endurecidos | Eletroerosão, retificação, fresagem de materiais duros | EDM, rebolos CBN, fresas revestidas | Utilizado para definir a forma final e a precisão. |
Para fresamento de H13 endurecido, ferramentas de metal duro revestidas são comumente usadas por resistirem melhor ao calor do que as de metal duro sem revestimento. Revestimentos de AlTiN e TiAlN são úteis em condições de corte em altas temperaturas. Ferramentas de PCBN são mais adequadas para operações de acabamento, onde a qualidade da superfície e a vida útil da ferramenta são mais importantes do que a taxa de remoção de material.
Torneamento, fresagem, eletroerosão e retificação H13
Diferentes métodos de usinagem são utilizados em diferentes etapas da produção de H13. O melhor método depende da dureza, da margem de material, da geometria da peça e da tolerância final.
| Operação | Melhor condição H13 | Uso principal | Controle de teclas |
|---|---|---|---|
| Virando | H13 recozido ou semiacabado endurecido | Barras redondas, inserções, mangas, perfis simples | Selecione a classe da ferramenta de acordo com a dureza. |
| Fresagem | H13 recozido | Cavidades brutas, perfis, preparação de moldes e matrizes | Utilize corte estável e evacuação adequada de cavacos. |
| Moagem dura | Aço endurecido H13, geralmente com dureza entre 45 e 55 HRC. | Perfis finais, cavidades endurecidas, superfícies de precisão | Use carboneto revestido ou PCBN com cortes leves. |
| EDM | H13 endurecido ou formas complexas | Cavidades profundas, perfis internos, características complexas. | Controle da camada refundida e dos danos na superfície |
| Moagem | Endurecido e revenido H13 | Dimensões finais e acabamento da superfície | Evite queimaduras por atrito e estresse excessivo. |
Quando a dureza H13 ultrapassa cerca de 375 HB (aproximadamente 40 HRC), o torneamento pesado torna-se menos adequado. O torneamento nessa faixa deve normalmente ser limitado ao semi-desbaste e ao acabamento.
| Dureza H13 | Profundidade de corte | Taxa de alimentação | Velocidade de corte |
|---|---|---|---|
| 48–50 HRC | 0,040–0,150 pol. | 0,003–0,006 ipr | 400–700 pés quadrados |
| 50–52 HRC | 0,040–0,150 pol. | 0,003–0,006 ipr | 350–600 pés quadrados |
| 52–54 HRC | 0,040–0,150 pol. | 0,003–0,006 ipr | 300–500 pés quadrados |
| 54–56 HRC | 0,040–0,150 pol. | 0,003–0,006 ipr | 250–400 pés quadrados |
Para passes de acabamento, utilize uma profundidade de corte menor e uma taxa de avanço mais baixa, com uma velocidade de corte mais alta. Para semi-desbaste, utilize uma profundidade de corte e um avanço maiores, com uma velocidade de corte mais baixa. No aço H13 temperado, a rigidez do conjunto e a estabilidade da ferramenta são frequentemente mais importantes do que parâmetros de corte agressivos.
Estratégia prática de usinagem H13 e erros comuns
Um plano prático de usinagem H13 deve separar o desbaste do acabamento final. O objetivo é remover a maior parte do material enquanto o aço ainda está usinável e, em seguida, finalizar a ferramenta após a têmpera, utilizando métodos de corte controlados.
| Etapa ou Problema | Abordagem recomendada | Por que isso importa |
|---|---|---|
| Remoção de estoque principal | Máquina H13 em condição recozida | Reduz o desgaste da ferramenta e o custo de usinagem. |
| usinagem pesada de desbaste | Deixe uma margem adequada para o tratamento térmico e o acabamento. | Ajuda a controlar a distorção e o tamanho final. |
| Usinagem endurecida | Utilize fresagem de materiais duros, eletroerosão, retificação ou torneamento de acabamento somente quando necessário. | Evita o desgaste excessivo da ferramenta após o endurecimento. |
| Seleção de ferramentas | Utilize metal duro revestido, cermet, PCBN, eletroerosão ou retificação, de acordo com a dureza. | A ferramenta atende às capacidades da condição H13. |
| Controle de chip e calor | Utilize corte estável, evacuação eficaz de cavacos e fluido de corte ou ar comprimido adequados. | Protege a vida útil da ferramenta e o acabamento da superfície. |
| Qualidade final da superfície | Evite marcas profundas de ferramentas, cantos vivos, queimaduras de retificação e danos por eletroerosão. | Reduz o risco de início de fissuras em serviço. |
O erro comum é tratar o H13 como um aço-liga comum. O H13 contém carbonetos de liga duros e é projetado para serviços de trabalho a quente, portanto, as condições de usinagem devem ser selecionadas com mais cuidado.
Outro erro comum é deixar material em excesso para usinagem de endurecimento. O aço H13 endurecido pode ser usinado para acabamento, mas não é eficiente para remoção de material em grande quantidade.
Um terceiro erro é ignorar a condição final da superfície. Arranhões profundos, cantos internos afiados e superfícies danificadas podem reduzir a vida útil da matriz, especialmente em aplicações de trabalho a quente expostas a ciclos térmicos e estresse mecânico.
Conclusão
O aço ferramenta H13 é usinável, mas seu comportamento de usinagem muda drasticamente entre as condições recozida e temperada. O H13 recozido, com dureza de aproximadamente 192–229 HB, é adequado para a usinagem principal. O H13 temperado, com dureza de aproximadamente 45–55 HRC, pode ser usinado, mas requer ferramentas especializadas, dispositivos de fixação estáveis e métodos de acabamento controlados.
A chave para usinar o H13 com eficiência é não forçar um único método durante todo o processo. Utilize usinagem com recozimento para a remoção de material e, em seguida, use fresamento duro, eletroerosão, retificação ou torneamento de precisão para os acabamentos após o tratamento térmico.
O aço H13 é mais difícil de usinar do que os aços de corte fácil, pois sua composição prioriza o desempenho em trabalhos a quente, a tenacidade, a resistência ao desgaste e a resistência à fadiga térmica. Com a sequência de usinagem e a seleção de ferramentas adequadas, ele pode ser produzido com eficiência para moldes de fundição sob pressão, moldes de forjamento, ferramentas de extrusão, moldes plásticos e outras aplicações exigentes em ferramentas.