Usinagem de Aço Ferramenta Endurecido com Ferramentas de Corte de PCBN

O aço ferramenta normalmente é desbastado no estado mole e depois endurecido, de modo que a maior parte do sobremetal é removida antes de o aço atingir sua dureza de trabalho. Há ocasiões em que o material endurecido ainda precisa ser cortado, e o nitreto cúbico de boro policristalino, conhecido como PCBN, é o material de ferramenta que realiza isso. Esta página apresenta as condições publicadas para aço ferramenta endurecido, trabalho a frio, trabalho a quente e alta velocidade, tanto em uma classe de acabamento quanto em uma classe de desbaste de PCBN.

Quando o aço ferramenta endurecido é usinado

O desbaste de aços ferramenta endurecidos de 45 a 65 HRC não é um uso comum do PCBN porque o aço geralmente é desbastado no estado mole. Torna-se conveniente quando um componente precisa ser recuperado, quando um erro precisa ser corrigido ou quando roscas desgastadas estão sendo removidas de cossinetes de rosca. A usinagem de cilindros nas indústrias de aço e papel é outro exemplo. O trabalho de acabamento mais duro é mais frequente e abrange as correções de dimensão e acabamento superficial que tradicionalmente eram feitas por retificação.

As classes de acabamento de PCBN têm um teor de CBN menor que as classes de desbaste, com parte do CBN substituída por uma cerâmica. A tenacidade ligeiramente reduzida não é uma desvantagem em um corte de acabamento leve, e essas classes oferecem uma alternativa real à retificação em aços ferramenta, aços para rolamentos e aços para matrizes após o endurecimento. Uma classe de acabamento tem de três a cinco vezes a resistência ao desgaste de uma classe de desbaste nesse serviço, medida em aço para trabalho a frio D3 a 60 HRC, aço rápido M2 a 62 HRC e aço para matrizes de trabalho a quente a 50 HRC.

Condições de acabamento com uma classe de baixo teor de CBN

A tabela abaixo apresenta as condições iniciais para uma classe de acabamento de baixo teor de CBN. As velocidades de corte para acabamento são mais altas que para desbaste, e a profundidade de corte é mantida leve. O valor para trabalho em aço ferramenta endurecido situa-se em 100 a 200 m/min (330 a 650 sfm), independentemente de o aço ser uma classe de trabalho a frio, trabalho a quente ou alta velocidade, e a profundidade de corte é o que muda com a dureza.

Material	Dureza	Velocidade		Avanço		Profundidade de corte
		m/min	sfm	mm/rev	in./rev	mm	em.
Aços para ferramentas de trabalho a frio	58-60 HRC	100-200	330-650	0.1	0.004	0.3	0.012
Aços rápidos	60-65 HRC	100-200	330-650	0.1	0.004	0.2	0.008
Aços para matrizes de trabalho a quente	47-50 HRC	100-200	330-650	0.1	0.004	0.3	0.012
Aços para rolamentos	55-60 HRC	100-200	330-650	0.1	0.004	0.3	0.012
Aços cementados	55 HRC	100-200	330-650	0.1	0.004	0.2	0.008
Ligas de revestimento duro	35 HRC	200-250	650-820	0.1	0.004	0.3	0.012
Ferros fundidos cinzentos	200-220 HB	500-800	1650-2600	0.1	0.004	0.3	0.012
Ferros sinterizados	200-220 HB	300-600	980-2000	0.1	0.004	0.2	0.008

Condições de usinagem recomendadas para testes iniciais com uma classe de acabamento de ferramenta de corte de PCBN (DBC50), reproduzidas da Tabela 5 de Ultrahard Tool Materials, em ASM Handbook, Volume 16, Machining. As três primeiras linhas são os aços ferramenta. As velocidades de corte para uma classe de acabamento são mais altas que para uma classe de desbaste. A fonte imprime 0,12 in. para a profundidade de corte do aço para matrizes de trabalho a quente, o que é um erro de impressão do valor métrico ao lado.

Condições de desbaste com uma classe de alto teor de CBN

O desbaste de materiais ferrosos duros requer um alto teor de CBN, e insertos redondos com chanfro devem ser usados sempre que possível devido à sua maior resistência geométrica. Dois limites merecem ser observados. Ferramentas de alto teor de CBN não são adequadas quando a profundidade de corte fica abaixo de 0,5 mm (0,020 in.), e cortes interrompidos não são possíveis em aço rápido a 62 HRC. A tabela abrange torneamento e fresamento, e a coluna de avanço de fresamento é um avanço por dente.

Material	Dureza	Velocidade		Profundidade de corte		Avanço		Comentário
		m/min	sfm	mm	em.	mm/rev	in./rev
Virando
Ni-HARD	58 HRC	50	165	2.5	0.100	0.35	0.014	Insertos redondos com chanfro preferíveis
Ferro fundido branco ou coquilhado	55 HRC	60-100	200-330	2.0	0.080	0.4	0.016	Insertos redondos com chanfro usados
Aço rápido	62 HRC	60-120	200-390	2.0	0.080	0.2	0.008	Cortes interrompidos não possíveis
Aço ferramenta para trabalho a frio	60 HRC	80	260	2.0	0.080	0.25	0.010	. . .
Ferros de níquel e cromo	58 HRC	55	180	2.0	0.080	0.3	0.012	. . .
Ferro fundido cinzento	220 HB	600-800	2000-2620	0.1-2.0	0.004-0.080	0.1-0.4	0.004-0.016	Velocidades de corte altas e microestrutura correta da peça essenciais
Ferro sinterizado	200 HB	300	980	0.5	0.020	0.1	0.004	. . .
Ligas de revestimento duro à base de cobalto	35 HRC	200-250	650-820	1.0	0.040	0.25	0.010	Avanço e velocidade não devem ser muito baixos. Nem todas as ligas podem ser usinadas com sucesso.
Fresagem
Meehanite	55 HRC	300	980	0.5	0.020	0.5	0.020	Insertos redondos com chanfro (desbaste) usados
Ni-HARD	58 HRC	200	650	1.0	0.040	0.25	0.010	Insertos redondos com chanfro (desbaste) usados
Aço ferramenta para trabalho a frio	60 HRC	180	590	1.0	0.040	0.2	0.008	. . .
Ligas de revestimento duro à base de níquel	35 HRC	220	720	0.5	0.020	0.3	0.012	. . .

Parâmetros de usinagem típicos para uma classe de desbaste de ferramenta de corte de PCBN (Amborite), reproduzidos da Tabela 6 de Ultrahard Tool Materials, no ASM Handbook, Volume 16, Machining. A coluna de avanço de fresamento é um avanço por dente, em mm/dente e in./dente conforme impresso na fonte, e não um avanço por rotação.

Para um aço ferramenta endurecido, os valores de desbaste são de uma classe de trabalho a frio de 60 HRC a 80 m/min (260 sfm) no torneamento e 180 m/min (590 sfm) no fresamento, e uma classe de alta velocidade de 62 HRC a 60 a 120 m/min (200 a 390 sfm). As velocidades de corte para aços ferramenta endurecidos geralmente ficam na faixa de 50 a 100 m/min (165 a 330 sfm), e com insertos redondos uma profundidade de corte de até 3 mm (0,120 in.) e um avanço de até 0,3 mm/rot (0,012 in./rot) são possíveis em aço ferramenta de 60 HRC. A mesma classe de trabalho a frio de 60 HRC opera com uma profundidade de corte de 2,0 mm (0,080 in.) e um avanço de 0,25 mm/rot (0,010 in./rot) na tabela acima.

Uma classe de desbaste com alto teor de CBN opera lentamente de propósito. Em ferro fundido martensítico duro, a fonte registra uma vida útil da ferramenta de 30 a 60 minutos de 55 até 40 m/min (180 a 130 sfm), enquanto o metal duro proporciona vida útil semelhante apenas de 10 a 20 m/min (33 a 65 sfm) e cai acima disso à medida que a ponta da ferramenta amolece. O aço ferramenta se comporta mais como os ferros fundidos do que como o ferro fundido cinzento nesse aspecto, e aumentos na velocidade de corte reduzem a vida útil da ferramenta em vez de estendê-la.

Fresamento de aço ferramenta endurecido

A tenacidade à fratura de insertos de PCBN maciço é alta o suficiente para o fresamento de desbaste de ferros endurecidos e alguns aços endurecidos, e é a razão pela qual os valores de fresamento na tabela de desbaste existem. Em um teste de corte com fresa de topo em aço ferramenta de trabalho a frio D3 a 58 HRC, com uma única ferramenta de raio de ponta de 0,8 mm (0,03 in.) em um cabeçote de corte de 200 mm (8 in.), a taxa de avanço foi aumentada em 0,1 mm por dente (0,004 in./dente) a cada passe até que a aresta de corte fraturasse. O avanço até a falha para um inserto de PCBN maciço resultou mais de duas vezes maior do que para materiais de corte cerâmicos convencionais.

Refrigerante

Refrigerante geralmente não é necessário para usinagem de desbaste com PCBN, e não é recomendado para fresamento, onde o choque térmico na aresta é o risco. Uma operação de acabamento pode ser executada a seco, mas um refrigerante em abundância é recomendado e melhora ligeiramente a vida útil da ferramenta.

Graus e estoque

A classe de trabalho a frio que mais frequentemente chega a uma matrizaria no estado endurecido é o D2, e seus próprios valores de torneamento, fresamento e furação estão em o guia de usinagem do aço ferramenta D2. A contraparte de têmpera ao ar e a forma como é usinada antes e depois da têmpera estão em o guia de usinagem e fabricação do aço ferramenta A2.

A classe de trabalho a quente na tabela de acabamento é abordada em a página de usinabilidade do aço ferramenta H13, que apresenta os casos recozido e endurecido separadamente. Onde o corte endurecido precisa ser feito com uma broca em vez de uma ferramenta de torneamento, as condições estão em a página de furação de aço ferramenta endurecido.

Antes de tudo isso, o aço precisa ser endurecido, e os ciclos estão reunidos em a página de faixas de temperatura de tratamento térmico de aço ferramenta. A superfície que um corte endurecido deixa é definida em a tabela de rugosidade superficial, e o dano que pode estar sob ela é tratado em a página de camada branca de aço ferramenta em EDM.

Antes de usar esses valores

Esta página é um resumo de referência da prática publicada e não é uma especificação da Aobo Steel. As condições são reproduzidas das tabelas de origem, e a classe de PCBN, a geometria do inserto, a rigidez da máquina e a condição da peça de trabalho irão alterá-las. Os parâmetros finais são testados no trabalho.

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