O melhor aço ferramenta para cunhos de cunhagem depende do modo de falha.
Os cunhos de cunhagem de precisão operam sob cargas de compressão extremamente altas. O material da peça é totalmente confinado dentro da cavidade do cunho, de modo que este deve forçar o fluxo de material para preencher detalhes minuciosos, como arestas vivas, pequenas cavidades, texturas e padrões decorativos.
Para esse tipo de ferramenta, a seleção do material não pode se basear apenas na dureza ou na resistência geral. O aço ferramenta selecionado deve ser adequado aos principais riscos de falha: desgaste, deformação plástica, fissuras, lascamento ou distorção por tratamento térmico.
Aços recomendados para matrizes de cunhagem
Use esses cartões de produto sem imagem como uma superfície de seleção rápida. Escolha classes de resistência ao desgaste quando a perda de detalhes controlar a vida útil da ferramenta e escolha classes mais resistentes quando rachaduras, lascas ou fissuras controlarem a falha.
Aço para ferramentas O1 1.2510 / SKS3
Para tiragens curtas, metais macios, cunhagem em geral e matrizes que se beneficiam de usinagem e retrabalho mais fáceis antes do endurecimento.
Aço para ferramentas A2 1.2363 / SKD12
Para tiragens médias, matrizes maiores, formatos complexos e ferramentas de cunhagem que exigem melhor controle dimensional do que as ligas de têmpera em óleo.
Aço para ferramentas D2 1.2379 / SKD11
Para longas séries de produção, alta pressão, desgaste abrasivo, retenção de arestas e matrizes de cunhagem onde os detalhes da superfície se desgastam primeiro.
Aço ferramenta D3 1.2080 / SKD1
Para matrizes simples e bem suportadas, onde o desgaste abrasivo severo é o principal problema e o risco de impacto ou fissuras é baixo.
Aço para ferramentas S1 1.2550 / SKS41
Para desenhos complexos, detalhes precisos e matrizes de cunhagem sensíveis a rachaduras, onde a resistência à fratura é mais importante do que a vida útil máxima.
Aço ferramenta S7 1.2355
Para matrizes, punções ou insertos expostos a choques, lascas, fissuras ou fraturas repentinas antes que o desgaste abrasivo se torne predominante.
Aço ferramenta L6 1.2714 / SKT4
Para componentes de cunhagem maiores ou mais resistentes, onde a resistência à fissuração e a força de suporte são mais importantes do que a máxima resistência ao desgaste do carboneto.
Aço para ferramentas H11 1.2343 / SKD6
Para seções finas, ranhuras, suportes frágeis e matrizes de precisão, onde a resistência ajuda a evitar rachaduras sob concentração de tensão.
Aço para ferramentas H13 1.2344 / SKD61
Para anéis de suporte, retentores e ferramentas de cunhagem robustos, onde um inserto frágil e resistente ao desgaste necessita de um suporte de apoio forte.
Um aço com excelente resistência ao desgaste pode rachar se a matriz tiver detalhes pontiagudos ou suporte inadequado. Um aço mais resistente pode suportar melhor o impacto, mas pode desgastar-se ou deformar-se muito rapidamente em longos períodos de produção. A escolha correta depende de qual modo de falha controla a vida útil da ferramenta.
Tabela de seleção rápida de materiais para cunhagem de matrizes
| Condição/Requisito | Aço ferramenta recomendado | Motivo principal |
|---|---|---|
| Tiragens curtas, design raso, matrizes reutilizáveis | W1, W2, O1 (1.2510 / SKS3) | Fácil de usinar, retrabalhar e manter. |
| Percursos médios com controle de tamanho | A2 (1.2363 / SKD12) | Melhor estabilidade dimensional do que as classes de endurecimento em óleo. |
| Longos períodos de uso com alto desgaste e pressão | D2 (1.2379 / SKD11), D3 (1.2080 / SKD1), D4 | O alto teor de carbonetos proporciona forte resistência ao desgaste e à compressão. |
| Desenhos profundos, detalhes precisos, risco de rachaduras | S1 (1.2550/SKS41), S7 (1.2355), L6 (1.2714/SKT4) | Uma maior resistência reduz o lascamento e a fratura. |
| Seções finas, sulcos, suporte frágil | H11 (1.2343 / SKD6), H12, H13 (1.2344 / SKD61) | Uma maior resistência ajuda a prevenir rachaduras sob concentração de tensão. |
| demanda de produção extrema | Aços ferramenta PM, insertos de metal duro | Maior resistência ao desgaste com melhor suporte estrutural quando projetado corretamente. |
Por que as matrizes de cunhagem de precisão falham
A falha em matrizes de cunhagem de precisão geralmente resulta de quatro causas principais: desgaste superficial, deformação plástica, fissuras e instabilidade dimensional. Cada modo de falha aponta para uma direção diferente na seleção de materiais.
1. Desgaste e perda de detalhes
O desgaste ocorre quando o contato repetido sob alta pressão danifica gradualmente a superfície da matriz. Na cunhagem de precisão, isso leva à perda de detalhes finos, bordas arredondadas, reprodução de superfície deficiente e redução da precisão dimensional.
Se o desgaste for o principal modo de falha, o aço para matrizes precisa de maior dureza, suporte de metal duro mais robusto e melhor resistência à abrasão. Aços ferramenta D2, D3, D4, PM ou insertos de metal duro são geralmente mais adequados do que aços tenazes de baixa liga.
2. Deformação Plástica e Afundamento
A deformação plástica ocorre quando a superfície da matriz não consegue resistir à carga compressiva aplicada. A superfície começa a afundar, alargar ou perder sua geometria original.
Esse problema é comum quando a pressão é alta, a área de contato é grande ou o material da matriz não é suficientemente duro após o tratamento térmico. Nesse caso, a seleção deve priorizar aços com maior dureza e resistência à compressão, como D2, D3 ou aços metalúrgicos adequados.
3. Rachaduras, lascas e fissuras
A fissuração é frequentemente causada pela concentração de tensões combinada com tenacidade insuficiente. Cantos vivos, impressões profundas, nervuras finas e seções mal suportadas podem criar picos de tensão localizados. Sob carregamento repetido, as fissuras podem iniciar nessas áreas e progredir para lascamento ou fratura completa.
Se a fissuração for o principal modo de falha, aços de alta resistência ao desgaste, como D2 ou D3, podem não ser a escolha mais segura. Aços mais resistentes, como os da série S, L6, H11, H12 ou H13, podem oferecer uma vida útil mais longa, mesmo que sua resistência ao desgaste seja menor.
4. Distorção por tratamento térmico
Os cunhos de cunhagem de precisão geralmente exigem um controle dimensional rigoroso. Se o cunho mudar de tamanho ou forma durante o processo de têmpera, mesmo uma pequena distorção pode torná-lo inutilizável.
Para matrizes maiores, formatos complexos ou ferramentas de alta precisão, os aços de têmpera ao ar, como o A2 ou o A6, são frequentemente preferidos por oferecerem melhor estabilidade dimensional do que os aços de têmpera em água ou em óleo.
Ferramenta de seleção de aço para cunhos de cunhagem de acordo com as condições de produção.
O material correto depende do volume de produção, do material da peça, da geometria da matriz e dos requisitos de fabricação. Esses fatores determinam se a resistência ao desgaste, a tenacidade, a resistência à compressão ou a estabilidade dimensional devem ser priorizadas.
1. Seleção por Volume de Produção
| Condições de produção | Melhor escolha | Razão |
|---|---|---|
| Produção curta, detalhes simples | W1, W2, O1 | Baixo custo e facilidade de retrabalho são mais importantes do que máxima resistência ao desgaste. |
| Corrida média | A2 | Melhor equilíbrio entre resistência ao desgaste e estabilidade dimensional. |
| Longo prazo | D2, D3, D4 | Melhor resistência ao desgaste e à pressão superficial. |
| Produção em altíssimo volume | Aços PM, insertos de metal duro | Máxima resistência ao desgaste e maior vida útil da ferramenta quando devidamente suportada. |
2. Seleção por Material da Peça
| Material da peça de trabalho | Melhor escolha | Razão |
|---|---|---|
| Metais macios como alumínio, cobre e metais preciosos | W1, O1 | A exigência de desgaste é moderada e a facilidade de retrabalho é valiosa. |
| Aço de baixo carbono | O1, A2, D2 | A seleção depende do volume de produção e da geometria da matriz. |
| Aço inoxidável ou ligas de alta resistência | Série S, L6, Série H | Uma maior resistência ajuda a reduzir o risco de fissuras sob cargas severas. |
3. Seleção por Geometria da Matriz
| Geometria do Dado | Melhor escolha | Razão |
|---|---|---|
| Design raso e simples | W1, O1 | Baixa concentração de estresse |
| Cavidade profunda ou detalhe nítido | Série S, L6, Série H | Maior resistência reduz o risco de fissuras. |
| Seções finas ou suporte frágil | H11, H13 | Melhor resistência à fratura sob tensão localizada |
| Superfície decorativa de alta qualidade | Aço limpo 52100, aços-ferramenta limpos selecionados | Uma estrutura mais limpa contribui para melhorar a qualidade da superfície. |
Quando NÃO usar determinados aços para ferramentas
1. Não utilize aços de alta resistência ao desgaste quando a fissuração controlar a falha.
Os aços D2, D3 e D4 são ótimas opções quando a resistência ao desgaste e a resistência à compressão são os principais requisitos. No entanto, eles não são ideais quando a matriz possui cavidades profundas, detalhes agudos, seções finas sem suporte ou cargas de choque repetidas.
O alto teor de carbonetos melhora a resistência ao desgaste, mas reduz a tenacidade. Em matrizes sensíveis a trincas, esses carbonetos podem servir como pontos de iniciação de trincas. Se a matriz lascar, rachar ou fraturar repetidamente, a seleção deve priorizar aços mais resistentes, como os da série S, L6, H11, H12 ou H13.
2. Não utilize aços de baixa liga resistentes quando o desgaste ou o afundamento controlarem a falha.
Aços resistentes são úteis quando o principal risco é a fissuração, mas podem não oferecer resistência ao desgaste ou à compressão suficientes para longos períodos de produção.
Se a matriz perder detalhes, desgastar-se rapidamente ou ceder sob pressão, a tenacidade por si só não resolverá o problema. Nesse caso, aços com maior dureza e maior teor de carbonetos, como D2, D3, D4, aços ferramenta PM ou insertos de metal duro são mais adequados.
3. Não dependa de um único tipo de aço quando resistência ao desgaste e tenacidade forem ambas necessárias.
Algumas aplicações de cunhagem de precisão exigem alta resistência ao desgaste e alta resistência à fratura. Um único aço pode não atender a ambos os requisitos.
Nesses casos, uma solução estrutural costuma ser melhor. Uma pastilha resistente ao desgaste, feita de aço D2, aço PM ou metal duro, pode ser suportada por um suporte mais robusto, feito de aço H11, H13 ou L6. Isso permite que a superfície de trabalho resista ao desgaste, enquanto a estrutura de suporte reduz o risco de fratura.
Tratamentos ou revestimentos de superfície também podem ser usados quando um aço resistente precisa de melhor resistência ao desgaste superficial, mas o aço base ainda deve ter resistência e estabilidade suficientes para a aplicação.
Lógica de Seleção Prática
Se a matriz falhar por desgaste ou perda de detalhes, escolha um aço com maior dureza, suporte de metal duro mais robusto e melhor resistência à abrasão. Aços ferramenta D2, D3, D4, PM ou insertos de metal duro são geralmente adequados.
Se a matriz falhar devido à deformação plástica ou afundamento, o material não possui resistência à compressão suficiente para suportar a pressão aplicada. A solução é aumentar a dureza ou utilizar aços como D2, D3 ou outros aços metalúrgicos adequados.
Se a matriz falhar por rachaduras, lascas ou fissuras, o material é muito frágil para a geometria ou condição de carregamento. Aços mais resistentes, como A2, aços da série S, L6, H11, H12 ou H13, devem ser considerados.
Se a matriz não conseguir manter a precisão dimensional após o tratamento térmico, a estabilidade dimensional torna-se a prioridade. Os aços A2 ou A6 podem ser melhores do que os aços endurecíveis em água ou óleo.
Se a matriz exigir alta resistência ao desgaste e alta tenacidade, não dependa apenas da seleção do material. Utilize um projeto de inserto adequado, suporte apropriado e tratamento térmico apropriado para controlar tanto o desgaste superficial quanto o risco de fratura.
Precisa de ajuda para selecionar o aço ferramenta para sua matriz de cunhagem? Compartilhe a geometria da matriz, o material da peça, o volume de produção, a dureza desejada e o modo de falha para que a escolha do material seja adequada ao risco real da ferramenta.
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