Práticas na Usinagem CNC de Componentes em Aço Inoxidável Martensítico

O aço inoxidável martensítico, conhecido pela alta resistência e dureza, impõe desafios de usinagem que exigem controle preciso de processo e seleção criteriosa de ferramentas. Este artigo detalha o processo de usinagem CNC de peças em pequeno volume em SS17-4 PH, abordando os pontos-chave, os desafios de usinagem e as soluções para viabilizar a produção em lote.

Contexto do Projeto

• Material: SS17-4 PH；
• Quantidade do pedido: 500 peças；
• Requisitos de precisão: tolerâncias de diâmetro de furo, 1 posição em ±0.001in, 2 posições em ±0.002in; a superfície A inclui 4 furos roscados #4-40 UNC-2B com profundidade de 0.35in; rugosidade da superfície interna do furo: Ra 0,8; rugosidade da superfície externa: Ra 1,6；
• Aplicações: componentes de equipamentos de extração de energia；

Análise do Material

O SS17-4 PH, um aço inoxidável martensítico, oferece alta resistência e dureza, com limite de resistência à tração entre 1.310 e 1.450 MPa e dureza de HRC 40–44. Seu desempenho global supera o dos aços inoxidáveis austeníticos. Embora sua resistência à corrosão seja inferior à dos graus austeníticos, ela é suficiente para ambientes pouco corrosivos, como exposição atmosférica ou a água doce.

Neste projeto, o controle de tolerância é moderadamente exigente, mas requer consistência e estabilidade ao longo de toda a produção em lote. O acabamento da superfície interna do furo (Ra 0,8) indica seu uso em montagem, para garantir movimento suave, enquanto o acabamento da superfície externa (Ra 1,6) atende aos padrões gerais para áreas não funcionais.

O SS17-4 PH, valorizado pela resistência à corrosão, alta resistência mecânica e bom aspecto visual, é amplamente utilizado em estruturas aeroespaciais, componentes de motores automotivos, equipamentos de energia e dispositivos médicos.

Desafios de Usinagem de Peças em SS17-4 PH

Em comparação com o aço inoxidável austenítico, o SS17-4 PH apresenta maior resistência e dureza, porém menor tenacidade e ductilidade, o que resulta em baixa usinabilidade. Os principais desafios são:

• Os componentes em SS17-4 PH sofrem encruamento superficial severo durante a usinagem.
• Controle difícil do cavaco, o que afeta a estabilidade da usinagem.
• A baixa condutividade térmica eleva a temperatura na superfície de corte e na ferramenta.
• Garantir a qualidade superficial exige parâmetros otimizados.

Para lidar com esses pontos, é necessário selecionar ferramentas de corte com alta dureza e excelente resistência ao desgaste, além de ajustar adequadamente os parâmetros de corte para aumentar a eficiência e a qualidade da usinagem.

Roteiro de Processo para Produção em Pequeno Volume

Um processo de usinagem preciso e bem estruturado é essencial para atingir a precisão e a qualidade superficial exigidas. As etapas a seguir descrevem a abordagem de usinagem destes componentes em SS17-4 PH.

Etapa 1: Corte do Material

• Aquisição de barra quadrada (2,5m de comprimento).
• Corte no sentido do comprimento com tolerância de +0,2mm.

Etapa 2: Usinagem CNC em 4 Eixos da Superfície B e das Orelhas Laterais

• Projeto do dispositivo: dispositivo em aço com layout de 1 base e 5 cavidades.
• Método de fixação: garras de fixação tipo sapo, com 2,0mm de espessura nos pontos de aperto.
• Controle de precisão: elevar as cotas #5 e #9 do desenho de controle à condição de cotas de posicionamento para as etapas seguintes, ajustando a tolerância para ±0,015mm.

Etapa 3: Usinagem CNC em 4 Eixos da Superfície A e dos Furos Laterais

• Projeto do dispositivo: material em aço com layout de 1 base e 5 cavidades.
• Método de fixação: bloco expansor de orelha simples em alumínio para fixação por empurro lateral.
• Otimização: o bloco de empurro lateral é alinhado ao furo central do produto e incorpora um rebaixo em formato de meia-lua para evitar distorção da circularidade do furo central durante a fixação.

Seleção de Ferramentas

Escolher as ferramentas certas é decisivo para uma usinagem eficiente e maior vida útil da ferramenta, especialmente ao trabalhar com materiais endurecidos como o SS17-4 PH.

Brocas

Pré-furação dos furos de centro para os três furos grandes nas superfícies A/B antes do fresamento de desbaste.

• Diâmetros dos furos: ∅9,78mm e ∅10,0mm.
• Material da ferramenta: brocas de metal duro integral com refrigeração interna.
• Vantagens: as arestas de corte afiadas, aliadas à refrigeração interna por água em alta pressão e altas rotações, controlam com eficácia o acúmulo de calor. Ao mesmo tempo, a expulsão dos cavacos é feita pelo fluxo de água pressurizada, atendendo aos requisitos de furação de materiais em aço inoxidável.

Fresas

• Tipo de ferramenta: fresas de metal duro revestidas, específicas para aço inoxidável.
• Dureza: HRC 65.
• Projeto: ângulos de hélice desiguais (diferença de 1°) com canais helicoidais para melhor quebra e evacuação do cavaco.
• Revestimento: revestimento cerâmico (Al₂O₃, TiO₂, TiN).
• Propriedades: alta dureza e resistência ao desgaste excepcional. Por exemplo, revestimentos de alumina podem atingir dureza entre 2000 e 3000HV, resistindo com eficácia ao desgaste abrasivo em superfícies de aço inoxidável durante a usinagem ou em serviço. Além disso, revestimentos cerâmicos apresentam estabilidade química superior, suportando a corrosão por ácidos, álcalis, sais e outras substâncias químicas, ao mesmo tempo em que protegem o substrato de aço inoxidável.

Estratégia de Programação

• Desbaste: desbaste dinâmico adaptativo de alta eficiência do UG.
• Benefícios: corte com toda a aresta para maiores taxas de remoção de material, grandes profundidades de corte e avanços para ganho de eficiência, além de distribuição equilibrada da carga da ferramenta para reduzir o desgaste.
• Acabamento: tanto no desbaste quanto no acabamento adota-se a estratégia de usinagem com a aresta de corte lateral, para aumentar a precisão da usinagem e a qualidade do acabamento superficial.

Implementação Final e Validação do Processo

Por meio de um planejamento de processo preciso, da seleção de ferramentas e da programação, esta solução de usinagem garante produção estável e eficiente dos componentes em SS17-4 PH.

Processo Eficiente e Estável

Esta solução emprega usinagem CNC em 4 eixos, validada na prática e comprovando suas vantagens em eficiência, estabilidade e confiabilidade.

Também é possível desenvolver configurações alternativas de processo, incluindo usinagem em 5 eixos + 3 eixos ou usinagem puramente em 3 eixos. A escolha final entre essas opções depende dos recursos de máquinas disponíveis na oficina e da estabilidade de processo exigida.

Projeto do Dispositivo de Fixação para Produção em Lote

Considerando os pedidos recorrentes do cliente (1 a 2 vezes por ano, 400 a 500 unidades por pedido), investimos em materiais nobres e técnicas avançadas na fabricação do dispositivo, para assegurar longa vida útil e reutilização ao longo de vários ciclos de produção.

A documentação padronizada de processo fornece diretrizes de engenharia detalhadas e consistentes para cada lote de produção, garantindo resultados de fabricação repetíveis.

Com este estudo de caso, esperamos demonstrar a capacidade profissional da Sendot Technology no desenvolvimento de projetos de engenharia. Agradecemos sua atenção e esperamos colaborações aprofundadas no desenvolvimento de novos projetos!