Fresamento de aço para moldes e matrizes em condições criogênicas

Abstract

Steel for molds production are considered difficult-to-cut materials. However, molds require complex shapes with good surface finish and without serious tool damage during the machining. Milling is the most commonly process applied to molds manufacturing given its versatility when producing precisely different geometric shapes. Otherwise, the interrupted cutting cyclically heats and cools the tool which in turn significantly reduces its life and impairs the workpiece surface integrity. Cryogenics has been used in milling processes aiming at stabilizing the thermal cycles in the tool and reducing the harmful effects on the part surface integrity. This research determined the influence of the cooling condition (cryogenic, wet and dry) on tool wear (main and end flank), chip formation (color and shape) and workpiece surface integrity (grain deformation, roughness and microhardeness) when milling Villares VP100 steel (similar to AISI P20 steel) applied to tooling production for plastic injection. The results indicated smaller part roughness and greater tool life when milling cryogenically. Abundant fluid reduced tool life even when compared to dry condition. More significant damages over workpiece surface integrity were found in dry condition, although similar tool life to the cryogenic milling was also reached. Cryogenics favored the VP100 steel milling. Despite the good performance of the dry milling, its application may be infeasible since greater heating may harms the product surface integrity

Aços para moldes e matrizes são considerados materiais de difícil usinabilidade. Contudo, a fabricação de moldes requer a geração de formas complexas com bom acabamento e sem grandes danos à ferramenta. Por ser um processo versátil e produzir diferentes formas geométricas com precisão, o fresamento é mais comumente utilizado para fabricação de moldes. Porém, sua característica de corte interrompido gera ciclos de aquecimento e resfriamento na ferramenta que reduzem significativamente sua vida e tendem a empobrecer a integridade superficial da peça. Propondo estabilizar os ciclos térmicos na ferramenta e reduzir efeitos danosos do corte interrompido à integridade da peça, os fluidos criogênicos são aplicados ao fresamento. Nesta pesquisa determinou-se a influência da condição de refrigeração (criogênica, fluido abundante e a seco) sobre o desgaste da ferramenta (flanco principal e secundário), mecanismo de formação do cavaco (cor e forma) e integridade superficial da peça (deformação plástica, rugosidade e microdureza), ao fresar (de topo) o aço Villares VP100 (Equivalente ao aço AISI P20) utilizado na fabricação de moldes para injeção de plásticos. Os resultados indicaram menor rugosidade e maior vida da ferramenta no fresamento criogênico. O fresamento com fluido gerou menor vida da ferramenta, até mesmo em relação à condição a seco. Maiores danos à integridade superficial foram encontrados na condição a seco, que apesar deste fato, permitiu vida da ferramenta similar ao fresamento criogênico. O meio criogênico propiciou o ambiente mais favorável à usinagem do aço VP100. Apesar do bom rendimento da ferramenta no corte a seco, seu uso pode tornar-se inviável à fabricação de moldes ou matrizes em que intensos aquecimentos podem gerar pobre integridade superficial do produto usinado