Ao entender os parâmetros de corte de metal, o material da ferramenta desempenha um papel muito importante. O aço rápido, embora usado ao longo de várias décadas, ainda está muito em voga e em muitas áreas não pode ser facilmente substituído por carbonetos. Só é preciso ver como produtivamente se pode continuar usando o aço rápido.

O aço rápido é um tipo de aço carbono, contendo uma grande dose de tungstênio. Uma composição típica de aço rápido é: 18% de tungstênio, 4% de cromo, 1% de vanádio, 0,7% de carbono e o resto de ferro. A adição de 5 a 8% de cobalto no aço rápido proporciona maior resistência ao desgaste. Tipicamente, as brocas feitas com a adição de cobalto (tipos de classe popular M-15 e M-42) são chamadas de “brocas de cobalto” e são usadas em aplicações de perfuração de ponta.

No corte de metais, as ferramentas de carboneto gradualmente assumiram as ferramentas de aço rápido em muitas das aplicações. Mas ainda o aço rápido é amplamente utilizado em alguns segmentos específicos de ferramentas como brocas, fresas, torneiras, ferramentas de tornear formas, fresas de engrenagens e cortadores de moldagem de engrenagens, moinhos laterais e de face, moinhos finais, fresagem de lajes e trituradores de estrado, serras de corte, fresas e brocas.

A vantagem aço rápido sobre o carboneto é a sua força para suportar as forças de corte e o baixo custo das ferramentas. Do ponto de vista da vida da ferramenta, o aço rápido funciona muito bem em aplicações de corte intermitentes. Mas a maior limitação deste aço é que a sua velocidade de corte útil é muito menor quando comparada ao carboneto.

Na grande maioria das aplicações de corte, nomeadamente o torneamento, a perfuração e a fresagem facial, as ferramentas e inserções de carboneto foram totalmente utilizadas nas ferramentas de aço rápido tornou-se este tipo de material praticamente extinto nestas aplicações. Mas esse não é o caso da perfuração.Aço rápido em perfuração

Em aplicações como a perfuração, gradualmente as brocas de carboneto sólidas estão assumindo as brocas aço rápido, particularmente nas máquinas ferramentas CNC; mas quando se fala em economia, particularmente quando há perfuração de pequeno diâmetro e maiores profundidades, o aço rápido não pode ser dispensado com facilidade. A quebra da broca durante o corte custa muito caro na produtividade, já que a produção para até que a ferramenta seja substituída. Outra grande vantagem do uso de brocas deste material é que a broca de aço rápido pode prosperar e executar mesmo em máquinas-ferramentas antigas e infalíveis com potência limitada.

Como o requisito de energia para o corte é diretamente proporcional à velocidade de corte (com outros parâmetros de corte como a taxa de alimentação restante), o uso de aço rápido torna-se inevitável em máquinas com potência limitada.

Aço rápido em ferramentas e cortadores

O aço rápido continua a ser o melhor e o mais barato quando se trata de cortadores de formas de dentes múltiplos, como cortadores de engrenagens, brocas e fresadoras. Substituir essas ferramentas por carboneto (na forma de pontas de carboneto de brasagem) não é apenas um caso caro e pesado na fabricação de ferramentas, mas também muito prejudicial para a produção em caso de ruptura da ponta. A afiação de ferramentas também é mais fácil quando se trata de uso de ferramentas de aço rápido.

Velocidades de corte com aço rápido

Como já mencionado, as ferramentas de aço rápido não podem de maneira nenhuma competirem com ferramentas de carboneto quando se trata de velocidades de corte. Sob aplicações igualmente adequadas, uma ferramenta de carboneto pode cortar 4 a 12 vezes mais rápido do que as de aço rápido (dependendo do material de trabalho e do tipo de operação) e, naturalmente, a produtividade é proporcionalmente maior.

Como o aço rápido melhorara a produtividade

A) Utilização de brocas e cortadores de cobalto:

Na verdade, os “perfuradores / cortadores de cobalto” (que, de fato, se referem às classes de ferramentas HSS M-15 e M-42 que contêm cobalto de 5% e 8%) foram desenvolvidos para combater a perfuração de materiais resistentes, como aço inoxidável, inconel, ferramentas aços, ligas de titânio, etc.

Quando uma transição para a ferramenta de carboneto de aço rápido é impossível e totalmente antieconômico, o uso dessas ferramentas de cobalto é uma opção disponível para que engenheiros de processo aumentem a produtividade para usinagem de aços normais e outros materiais regulares. Esta opção também é utilizada, quando é necessário o aumento da vida útil da ferramenta para uma determinada velocidade de corte.

Com brocas de cobalto, a velocidade de corte pode aumentar até 40% ou mais em relação às brocas de aço rápido, com condições similares. Dependendo do tamanho da broca e da quantidade mínima de pedido, os perfuradores de cobalto podem custar de 1,75 a 2,5 vezes mais que as brocas de aço rápido normais. Um compromisso correto entre a vida útil da ferramenta e o aumento da produtividade deve ser alcançado para equilibrar efetivamente o aumento do custo das ferramentas.

B) Revestimento de TiN em ferramentas de aço rápido

A próxima alternativa para aumentar a produtividade com as ferramentas aço rápido é revestir as brocas e cortadores com materiais com o TiN (nitreto de titânio) por deposição física de vapor (PVD) ou processo de deposição de vapor químico. O avanço na tecnologia de revestimento está trazendo outros revestimentos como TiAN, TiCN e CrN.

Tais revestimentos aumentam consideravelmente a resistência ao desgaste e a lubrificação no ponto de corte e facilitam a utilização de velocidades e alimentação maiores e melhoram a vida da ferramenta. As ferramentas revestidas com TiN podem ser facilmente identificadas pelo característico revestimento de cor dourada nas ferramentas de aço rápido.

O revestimento de TiN pode aumentar o custo das brocas em 30 a 50%, dependendo do tamanho e da quantidade do lote, e praticamente cerca de 30-100% de aumento nas velocidades de perfuração podem ser aplicados com brocas revestidas. Deve notar-se que a retificação do ponto de perfuração irá retirar o revestimento no ponto de corte. Se o ângulo de ancoragem retiver o revestimento mesmo após a retificação, na medida em que o revestimento permanece útil, embora em uma extensão reduzida.

Deve notar-se aqui que a qualidade do revestimento desempenha um papel muito importante na eficácia do revestimento e pode variar consideravelmente de fornecedor para fornecedor. Como consequência, os benefícios das ferramentas de aço rápido revestidas também podem variar.

Então, podemos concluir que as ferramentas aço rápido continuarão a desempenhar seu papel vital na fabricação ainda por muito tempo. A substituição total de ferramentas de aço rápido por ferramentas de carboneto pode ser um sonho distante. Seria interessante assistir o cenário futuro da tecnologia sobre como as ferramentas de aço rápido vão melhorar ainda mais para atender às demandas convincentes sobre a produtividade.