Polimento. Informações Gerais

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1 Polimento Informações Gerais Aços Bohler-Uddeholm do Brasil Ltda / Divisão Uddeholm Est. Yae Massumoto, Cep.: S.B.C - SP Tel.: Fax.: uddeholmvendas@steelcenter.com.br

2 Conteúdo Por que é importante obter um alto polimento superficial... 2 Analisando o acabamento superficial... 2 Fatores que afetam a polibilidade... 2 Retificando e lixando os moldes com pedra... 3 Polimento dos moldes... 3 Seqüência para o polimento usual... 4 Diferentes condições superficiais antes do polimento... 6 Rugosidade superficial após diferentes métodos de tratamento térmico... 6 Problemas de polimento podem ser resolvidos... 7 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

3 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. 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. 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 Figura 1. Microfoto de inclusões típicas em material convencional e ESR (As microfotos das inclusões são colocadas lado a lado com aumento de 70x) x 70 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. 2

4 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. 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 45 O 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 Polibilidade para evitar a formação de irregularidades. ( Lisura superficial ) Quando se retifica uma superfície plana e extensa, evite retificas operadas manualmente. Utilizando-se (pedras) reduz o risco de ocorrerem grandes irregularidades na superfície. Recozimento completo Abrasividade 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. Polimento dos moldes Sugestões Práticas 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

5 As seguintes figuras ilustram isto: Mole Médio Fêltro Madeira 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. Sequência para o Polimento usual 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 Muito Material do tecido Aço Nylon reforçado Nylon revestido Nylon revestido Seda artificial Papel Micro abrasivo Diamante 45, 15, 6, 3 Diamante 9, 6, 3 Diamante 9, 6, 3 Diamante 15, 6, 3, 1 Alumina Diamante 15, 6,3 Alumina Mole Madeira Diamante 6, 3, 1 Mole Muito mole Nylon aveludado denso Veludo Diamante 3 Diamante 1 e pequeno Alumina MgO OP-S Polindo um molde plástico 4

6 Torneamento Fresagem Eletro-Erosão Retificação Grossa Grosso Número de grãos Fino FEPA D-séries Retificação Fina Grosso Número de grãos Polimento com pasta de diamante 320 Grosso Micro Tamanho 45 µm Fino Fino Tabela de conversão de tamanho de grãos Número dos Tamanho dos grãos grãos µ m comerciais FEPA Número de grãos ( 22 ) ( 40 )

7 Tamanho dos grãos µ m Número dos grãos comerciais FEPA Número de grãos F séries 200 F - séries no. µ m 220 no. µ m ,0 ± ,3 ± ,5 ± ,5 ± 1, ,2 ± ,4 ± 1, ,2 ± 1, ,2 ± 1, ,5 ± 1, ,0 ± 1, ,0 ± 1, ,2 ± 1, ,2 ± 1, ,3 ± 1, ,75 ± 1, ,6 ± 1, ,8 ± 1, ,8 ± 0, ,3 ± 1, ,6 ± 0, ,2 ± 1, Superfície grossa após retificação. Ampliação x300 Tamanho do grão:90-75µm µm 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 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. 6 Rugosidade superficial após diferentes métodos de tratamento térmico 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.

8 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 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. 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. 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 7