Polimento
Informações Gerais
Aços Bohler-Uddeholm do Brasil Ltda / Divisão Uddeholm
Est. Yae Massumoto, 353 - Cep.: 09842-160 - S.B.C - SP
Tel.: 11 - 4393 4560 - Fax.: 11 - 4393 4561 - [email protected]
Polimento em aço ferramenta
Conteúdo
Por que é importante obter um alto
polimento superficial ....................................................
Analisando o acabamento superficial ..........................
Fatores que afetam a polibilidade ...............................
Retificando e lixando os moldes com pedra ................
Polimento dos moldes .................................................
Seqüência para o polimento usual ..............................
Diferentes condições superficiais
antes do polimento ......................................................
Rugosidade superficial após diferentes
métodos de tratamento térmico ...................................
Problemas de polimento podem
ser resolvidos ...............................................................
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Estas informações baseia-se em nosso presente estado de
conhecimento provendo de observações sobre nossos
produtos e suas aplicações. Isto não constitui uma garantia de
uma propriedade específica descrita ou a garantia para uma
aplicação particular.
Traduzido do original “ POLISHING MOLD STEEL “ editado
pela UDDEHOLM por Hirohide Kamada em junho/99 .
2ª edição – Agosto de 2003
Polimento em aço ferramenta
Por que é importante obter um alto
polimento superficial ?
O crescimento do consumo de peças fabricadas em
plástico tem aumentado a exigência em polimentos
superficiais com acabamento de espelho.
As mais altas exigências de acabamento superficial, são
em moldes para lentes ópticos quando são desejáveis
requisitos de extrema qualidade em polimento.
Em linhas gerais há outras vantagens:
•
Facilidade de ejetar o plástico através das
cavidades do molde.
• Redução do risco da corrosão localizada.
• Redução do risco de fissuras ou trincas devido a
sobrepressão temporária ou pura fadiga.
Esta brochura revisa os fatores que afetam a polibilidade
do aço para moldes e sugere recomendações em como
obter economicamente o acabamento exigido nas
principais qualidades de aços utilizados. Ao sugerir estas
recomendações são reconhecidas as habilidades,
experiências e técnicas dos polidores que fazem parte
mais importante das regras para se obter o acabamento
superficial desejado.
Analisando o acabamento superficial
Duas coisas são importantes quando se analisa a
superfície do molde. Primeiro, a superfície deve ter a
aparência geometricamente correta sem nenhuma
ondulação longa. Esta ondulação é causada pelas
operações iniciais de retifica e lixamento pôr pedra.
Segundo, o acabamento espelhado da superfície do
molde precisa estar livre de riscos, poros, casca de
laranja, pequenos furos, etc. A superfície normalmente é
analisado a olho nu.
Existem algumas dificuldades que envolvem esta
avaliação visual. A superfície plana pode parecer
perfeita apesar de não ser completamente plana. Assim
o olho pode estar “enganado”.
Em casos mais sofisticados, o acabamento pode ser
analisado pôr instrumentos, como a técnica de
interferência óptica.
A qualidade do aço ferramenta
Partículas ou áreas da superfície do aço que divergirem
da matriz em termos de dureza e outras propriedades
podem causar problemas durante o polimento.
Inclusões de diversos tipos e porosidades são exemplos
de constituintes indesejáveis. Para melhorar as
propriedades de polimento, Uddeholm utiliza as técnicas
de desgaseificação a vácuo e refino pôr refundição em
banho de escória (ESR) em suas qualidades de aços
para moldes.
Desgaseificação á vácuo reduz o risco de produzir um
material com grandes inclusões de escória e fragilização
pôr hidrogênio, e também produz um material mais
homogêneo.
ESR (refundição em banho de escória) melhora muito
as propriedades do ponto de vista da polibilidade, muito
mais do que o obtido pela desgaseificação, reduzindo
também a quantidade de inclusões no aço e as
remanescentes que não poderem ser evitadas, serão
mínimas e distribuídas através da matriz , como ilustrado
na figura 1. STAVAX ESR aço inoxidável para moldes,
produzido pela técnica do processo ESR tem provado
ser particularmente indicado para moldes com alto
acabamento superficial, ex. lentes ópticas
Convencional
ESR
Fatores que afetam a polibilidade
Podemos concluir que o acabamento da superfície
polindo o aço, depende de fatores como:
• Qualidade do aço para ferramentas
• Tratamento térmico.
• Técnica de polimento
De um modo geral, pode ser dito que a técnica
de polimento é o fator mais importante. Se é utilizado
uma técnica de polimento adequado é quase sempre
possível chegar a um resultado aceitável utilizando-se a
qualidade e o tratamento térmico correto. Em
contrapartida, se utilizar uma técnica inadequada,
mesmo o melhor aço pode ser arruinado.
2
x 70
Figura 1. Microfoto de inclusões típicas em material
convencional e ESR (As “microfotos das inclusões” são
colocadas lado a lado com aumento de 70x)
Tratamento Térmico
O tratamento térmico pode afetar o polimento de
diversas maneiras. O aço para cementação que foi
sobrecementado não apresenta uma boa polibilidade.
Que é causado pôr pequenas partículas de óxidos
abaixo da superfície do aço, sendo o maior empecilho.
Descarbonetação ou recarbonetação da superfície
durante o tratamento térmico podem resultar em
diferentes durezas dificultando o polimento.
Polimento em aço ferramenta
Técnica de Polimento
Efeito das diferentes qualidades de aço na técnica de
polimento. A maioria dos aços para moldes da
Uddeholm, quando utilizados com a mesma dureza,
necessitam de tempos semelhantes para polir, quando
se usa uma técnica padronizada. Exceções a qualidade
STAVAX ESR aço inoxidável para moldes. Esta
qualidade é capaz de produzir uma ótima qualidade
superficial. Mas muitos fabricantes de moldes utilizam
técnicas com pequenas diferenças para o polimento. O
importante é retificar para uma superfície com o melhor
acabamento possível (fino), antes de iniciar a operação
de polimento
É muito importante parar imediatamente a operação de
polimento quando o último risco do polimento anterior for
removido.
Efeito das diferentes durezas na técnica de
polimento
Altas durezas dificultam a retificação do aço para
moldes, mas proporciona uma alta planicidade da
superfície após polimento. Porem aços para moldes com
durezas altas requerem um pouco mais tempo para
apresentar um alto acabamento superficial.. Com
durezas altas o surgimento do super-polimento será bem
menor.
A relação entre aumento de dureza e polibilidade é
ilustrado na figura 2.
Abrasividade e
Polibilidade
Deve ser enfatizado que a retífica forma a base para o
sucesso de um trabalho de polimento obtido
rapidamente. Na retífica as marcas deixadas pela
operação de usinagem são removidas obtendo-se uma
superfície metalicamente pura e geometricamente
correta. Algumas regras podem ser utilizadas para
facilitar o trabalho e se obter um bom resultado.
Referindo-se a retificação mecânica e lixamento manual.
•
•
•
•
•
•
Polibilidade
( Lisura superficial )
•
A operação de retífica não pode gerar muito calor e
pressão tal que a estrutura e a dureza do material
sejam afetadas. Utiliza-se óleo refrigerante em
abundância.
Utilize somente rebolos/lixas limpos para corte livre e
macia para superfícies duras.
Entre cada troca de rebolo/lixa com tamanhos de
grão diferentes, as mãos e a peça retificada devem
ser limpas para prevenir que partículas abrasivas
sejam levadas para o estágio com granulação mais
fina.
Quanto mais fino se torna o grão, mais importante se
torna a limpeza para cada mudança de grão.
Quando mudar de granulação para a próxima etapa,
mude a direção para 45O em sentido da
retifica/lixamento anterior até que fiquem somente os
riscos desta etapa. Após isto continue pôr
aproximadamente 25% mais tempo do que o anterior
até a troca para a próxima granulação (com exceção
do STAVAX ESR). Isto remove a camada
“deformada” causada pela tensão mecânica induzida
durante a retificação prévia.
Mudar a direção da retificação é importante também
para evitar a formação de irregularidades.
Quando se retifica uma superfície plana e extensa,
evite retificas operadas manualmente. Utilizando-se
(pedras) reduz o risco de ocorrerem grandes
irregularidades na superfície.
Polimento dos moldes
Sugestões Práticas
Abrasividade
Recozimento
completo
Temperado
Dureza
crescente
Retificando e lixando os moldes com pedra.
Sugestões Práticas
Normalmente a cavidade do molde é produzida pôr
frezamento, eletro-erosão ou cunhagem. Se desejar uma
superfície bem fina, sugerimos a seguinte seqüência:
• Após frezamento: retifica de desbaste, retifica de
acabamento e polimento.
• Após eletro-erosão: retífica fina e polimento.
• Após cunhagem: simples operação de polimento
após tratamento térmico.
A pasta diamantada é o agente abrasivo mais comum
utilizada no polimento.
Uma ótima performance é obtida com a pasta certa, com
a ferramenta certa de polir. As ferramentas comumente
utilizadas são: bastão de madeira, almofadas,
chumaços, blocos ( madeira, metal ) para uso manual,
escovas especiais e discos para turbinas de polimento.
Ferramentas para polir estão disponíveis em materiais
de diferentes durezas com diferentes tipos de fibras (ex.
madeira, fibra sintética) até feltro macio. A dureza da
ferramenta de polir afeta o tempo de contato e a
quantidade removida pela pasta diamantada.
3
Polimento em aço ferramenta
As seguintes figuras ilustram isto:
Mole
Médio
Fêltro
Madeira
Sequência para o Polimento usual
Duro
Aço
Aço Temperado
Tempo e custo excessivo de polimento podem ser
minimizados observando algumas regras. Na relação
abaixo, não é muito enfatizada, mas a limpeza em cada
etapa do polimento é de suma importância.
• O polimento deve ser realizado em um ambiente
livre de poeira e correntes de ar. Partículas duras de
poeira contaminam facilmente o abrasivo e destroem
quase todas as superfícies polidas.
• Cada ferramenta para polir deve ser utilizado
somente com uma grana da pasta e ser guardada
num container livre de pós.
•
Toda ferramenta para polir se impregnam
gradualmente e melhoram com o uso
• O molde e as mãos devem ser limpos
cuidadosamente após cada troca de grana de pasta,
a mão com sabão e o molde com solvente de graxa.
• A pasta deve ser aplicada na ferramenta de polir em
polimentos manuais e em polimentos mecânicos a
pasta deve ser aplicada no molde.
• A pressão para o polimento precisa ser ajustada
para a dureza da ferramenta de polir e a grana da
pasta. Para o grão mais fino, a pressão deve ser
somente do peso da ferramenta de polir.
• Grandes remoções de material requerem
ferramentas para polir e pastas duras.
• O polimento final do molde para plástico pode ser
realizado adirecionalmente.
• O polimento deve ser iniciado nos cantos, ângulos,
faixas e molduras ou em outra parte difícil do molde.
• Cuidado com os cantos e ângulos vivos para não
arredonda-los. É preferível utilizar uma ferramenta
para polir dura.
A escolha da seqüência da retificação e do polimento
são determinados pela experiência do operador e do
equipamento que dispõe. As propriedades do material
podem afetar esta seqüência.
No polimento são utilizados dois métodos. No primeiro,
uma certa grana é escolhida e uma ferramenta para
polir, dura é utilizada inicialmente, depois ferramentas
macias e mais macias são utilizadas. No segundo, é
escolhida uma ferramenta para polir com dureza média e
pasta é utilizada inicialmente. Então, a grana da pasta é
gradualmente reduzida para fina e mais fina. É
recomendada a combinação destas duas.
Exemplo de seqüência:
• Inicie com uma ferramenta para polir dura e claro,
pasta.
• Depois mude para uma ferramenta para polir macia
com a mesma pasta.
• Então utilize uma ferramenta para polir com dureza
mediana e pasta média.
• Troque para uma ferramenta para polir macia com a
mesma pasta.
• Finalmente, utilize uma ferramenta para polir macia
com uma pasta fina.
Exemplos de como combinar ferramenta para polir com
grana de abrasivos polidores.
Dureza
do tecido
4
Micro abrasivo
Muito
Duro
Aço
Nylon
reforçado
Duro
Nylon
revestido
Diamante 9, 6, 3
Duro
Nylon
revestido
Diamante 9, 6, 3
Duro
Seda artificial
Duro
Papel
Mole
Madeira
Diamante 6, 3, 1
Mole
Nylon
aveludado
denso
Diamante 3
Veludo
Diamante 1 e pequeno
Alumina
MgO
OP-S
Muito
mole
Polindo um molde plástico
Material do
tecido
Diamante 45, 15, 6, 3
Diamante 15, 6, 3, 1
Alumina
Diamante 15, 6 ,3
Alumina
Polimento em aço ferramenta
Torneamento
Fresagem
Eletro-Erosão
Retificação
Grossa
Grosso
Número de grãos
50
80
FEPA
D-séries
120
180
Fino
220
Retificação
Fina
Número de grãos
Grosso
Polimento com
pasta de diamante
Grosso
320
Micro
Tamanho
45 µm
25
800
1200
15
8
6
3
1
Fino
Fino
Tabela de conversão de tamanho de grãos
5100 – 4000
4000 – 3500
3500 – 2830
Número dos
grãos
comerciais
4
5
6
2830 – 2380
2380 – 2000
2000 – 1680
8
10
12
8
10
12
1680 – 1410
1410 – 1190
1190 – 1000
1000 - 840
840 – 710
14
16
20
24
14
16
20
( 22 )
24
710 – 590
590 – 500
500 – 420
420 – 350
350 – 297
297 – 250
30
36
40
46
50
60
30
36
( 40 )
46
50
60
250 – 210
210 – 177
177 – 149
149 – 125
125 – 105
70
80
90
100
120
70
80
90
100
120
Tamanho dos
grãos µ m
FEPA
Número de grãos
5
Polimento em aço ferramenta
Tamanho dos
grãos µ m
Número dos
grãos
comerciais
FEPA
Número de grãos
105 – 88
88 – 74
74 – 62
62 – 53
150
180
200
220
150
180
200
220
53 – 45
45 – 37
240
280
37 – 31
320
31 – 27
27 – 22
22 – 18
18 – 15
15 – 11
400
500
600
700
800
11 – 8
1000
8–5
5–0
2000
3000
F – séries
no.
µm
230
56,0 ± 3
240
49,3 ± 2
280
41,5 ± 1,5
240
no.
F - séries
µm
240
280
58,5 ± 2
52,2 ± 2
320
360
400
500
600
34,4 ± 1,5
28,2 ± 1,5
23,0 ± 1,0
18,2 ± 1,0
14,3 ± 1,0
320
360
400
500
600
46,2 ± 1,5
40,5 ± 1,5
35,0 ± 1,5
30,2 ± 1,5
25,75 ± 1,0
800
10,6 ± 1,0
800
21,8 ± 1,0
1000
1200
7,8 ± 0,8
5,6 ± 0,5
1000
1200
2400
4000
18,3 ± 1,0
15,2 ± 1,0
10
5
Superfície grossa após retificação. Ampliação x300
Tamanho do grão:90-75µm
27-24 µm
16-14 µm
Superfície grossa após usinagem com pasta de diamante e tecido de Nylon. Ampliação x300
Tamanho do grão: 30 µm
7 µm
1 µm
Diferentes condições superficiais antes do
polimento
Rugosidade superficial após diferentes
métodos de tratamento térmico
Superfícies erosionadas são mais difíceis de retificar do
que usinadas convencionalmente ou superfícies tratadas
termicamente. A superfície precisa ser erosionada com
erosão de acabamento fino. Se esta superfície for
executada corretamente, não terá problemas. Se não,
uma fina camada retemperada ficará na superfície. Esta
camada é mais dura do que a base e precisa ser
removida.
Uma superfície cementada ou nitretada é muito difícil de
retificar do que o material base mas propicia um ótimo
acabamento superficial após polimento. No entanto,
pequenos defeitos produzidos na camada superficial
nem sempre admite que se obtenha um alto acabamento
superficial.
Um molde temperado localmente pôr chama, ou
reparado pôr solda, apresenta uma zona mole entre a
tratada e a base. Para evitar a formação de uma
cavidade na zona mole utilize uma ( pedra ) larga.
Muitos fabricantes de ferramentas perguntam: “ Até que
ponto posso retificar antes do tratamento térmico?”
Precisa-se ter em mente que durante o tratamento
térmico tem lugar algumas alterações dimensionais,
requerendo possivelmente uma operação de polimento
final. Alem disto, o acabamento superficial pode ser
afetado de como é realizado o tratamento térmico. Isto
não é o ponto, portanto polindo-se o molde para um alto
acabamento antes do tratamento térmico a variação
dimensional e/ou deterioração superficial torna
necessário uma operação de acabamento posterior.
6
Polimento em aço ferramenta
Problemas de polimento podem ser resolvidos
O problema predominante em polimento é o chamado
“sobrepolimento”. Sobrepolimento é o termo utilizado
quando a superfície polida torna-se ruim quanto mais
você polir. Aparecem basicamente dois fenômenos
quando a superfície é sobrepolida: “ Casca de laranja “
e “ Pitting “ ( furos pequenos ). Isto pode ser classificado
como ocorre freqüentemente, em conexão com o
polimento mecânico.
Casca de Laranja
A aparência de uma superfície irregular, grosseira, que
normalmente se refere a “ casca de laranja “ , depende
de muitas causas diferentes. O mais comum é o
superaquecimento ou supercarbonetação no tratamento
térmico em combinação com a alta pressão e polimento
prolongado. O material duro pode opor-se bem a alta
pressão de polimento, o aço mole será superpolido
facilmente. estudos mostram que o efeito do
superpolimento ocorrem em diferentes tempos de
polimento para diferentes durezas.
Rugosidade Superficial
AA µ m
60
50
40
30
20
10
2
4
6
8
10
12 14
16 18
20
Tempo de Polimento, min.
A reação normal de uma pessoa que vê uma superfície
deteriorada é aumentar a pressão e continuar o
polimento. Esta ação inevitavelmente resultara em
aumentar a deterioração superficial.
Para restaurar a superfície uma ou outra alternativa
pode ser utilizada, como segue.
Se o resultado ainda não for satisfatório, a dureza
precisa ser aumentada. Isto pode ser realizada Pôr
diferentes meios:
• Aumentando a dureza superficial pôr nitretação ou
carbonitretação.
• Retratar a ferramenta para uma dureza mais alta
“ PITTING ”
Muitos poros pequenos podem ocorrer na superfície
polida devido as inclusões de escória (não metálicas )
duras, óxidos quebradiços que foram removidos da
superfície pelo processo de polimento. Os fatores
causadores que estão conectados e são importantes :
•
•
•
•
Tempo e pressão de polimento.
Pureza do aço, especialmente em relação às
grandes inclusões.
A ferramenta de polir.
O abrasivo.
Uma das razões em que os poros podem ocorrer é a
diferença de dureza entre a base e as inclusões de
escória. Durante o polimento a base será removida mais
rapidamente do que as partículas de inclusões mais
duras. O polimento vai gradualmente “debilitando” a
partícula de inclusão até que ele seja arrancado do
material pelo polimento adicional. Esta falha é o poro.
Este problema é freqüentemente encontrada quando a
grana da pasta é menor do que 10 microns e se utiliza
uma ferramenta macia. (ex. feltro ).
Um meio para minimizar o risco de porosidade é
selecionar aço com alta pureza que foi fabricada pelo
processo de Desgaseificação á vácuo ou Refundido em
banho de escoria ( ESR ).
Se ainda ocorrerem porosidade podem ser tomadas as
seguintes providencias:
• Re-retifique a superfície cuidadosamente utilizando a
grana da ultima retificação antes do polimento.
Utilizando um rebolo macio para corte livre. Depois
inicie a retificação final reiniciando depois o
polimento.
• Quando utilizar uma grana de tamanho 10 microns
ou menor, deve-se evitar ferramentas de polir macia.
• Polir no menor tempo possível sob uma pressão a
menor possível
Alt 1 Remova a superfície defeituosa retificando a
camada superficial utilizando a ultima etapa da retifica
que foi utilizada antes de iniciar o polimento. Partindo
outra vês deste estágio de retifica final. Utilize uma baixa
pressão durante o polimento, do que antes.
Alt. 2 Alivie as tensões, revenindo à uma temperatura
25 ºC menor do que a ultima temperatura de
revenimento. Re-retifique utilizando a grana que foi
usada antes de iniciar o polimento até que tenha sido
obtida uma superfície satisfatória. Reinicie o polimento,
mas utilizando uma pressão menor do que a anterior.
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