Este documento discute variáveis que influenciam a vida útil de ferramentas para conformação a frio de metais, como projeto, usinagem, seleção de aço, tratamentos térmicos e engenharia de superfície. O texto explica como fatores como entalhes, variações de massa e dureza inadequadas, além de processos de usinagem que geram tensões ou camadas danosas podem reduzir a vida das ferramentas. Também recomenda abordagens para maximizar a vida útil, como raios de concordância

1. 1
SELEÇÃO DE AÇOS, TRATAMENTOS TÉRMICOS E
ENGENHARIA DE SUPERFÍCIES PARA FERRAMENTAS DE
CONFORMAÇÃO DE METAIS (1)
SHUN YOSHIDA (2)
CONTEÚDO
1. INTRODUÇÃO
2. Resumo dos Processos de Conformação a Frio
a. Corte – estampos e facas
b. Conformação – cunhagem e estampagem profunda
3. Variáveis que interferem na vida da ferramenta
a. Projeto
b. Usinagem
c. Seleção do Aço Ferramenta
d. Tratamentos Térmicos
e. Engenharia de Superfície
4. CONCLUSÃO
a. Trabalho a ser apresentado no Congresso de CORTE E
CONFORMAÇÃO 2001, 29-31 OUT/2001, São Paulo, SP,
Brasil
b. Engenheiro Metalurgista, Engenheiro de Aplicação da
BRASIMET COM.IND.S.A

2. 2
1. Introdução
Os processos de conformação a frio, de larga aplicação na indústria no
fabrico de componentes, principalmente para a industria automobilística,
caracterizam-se pela alta produtividade, sendo uma das principais
exigências deste segmento produtivo, a “NÃO PARADA”, ou seja, qualquer
interrupção no processo produtivo influi drasticamente nos custos e nos
compromissos de produção.
No que se refere às ferramentas, ao contrário de outros segmentos,
como injeção de metais e plásticos, os custos intrínsecos de fabricação
são relativamente baixos, sendo portanto, importante que elas tenham via
útil elevada, não pelo seu custo, mas porque qualquer parada para
substituição, seja por quebra, seja por desgaste, leva a perdas de
produção.
O presente trabalho visa discutir algumas das variáveis envolvidas na
questão “VIDA ÚTIL”, apresentando sugestões e algumas soluções, já
testadas na indústria.
2. Resumo dos Processos de Conformação à Frio
Didaticamente, podemos classificar os processos de Conformação a
Frio em dois grandes grupos, como segue:
 CUNHAGEM
 EMBUTIMENTO
CONFORMAÇÃO
 ESTAMPOS
 FACAS
CORTE

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De um modo geral, as peças que são fabricadas por conformação
passam sempre pelos dois processos, havendo diferenças de qualidade de
produto e produtividade em função do tipo de maquinário selecionado ou
disponível (ferramental único, ferramental progressivo e processo Fine
Blank ou Corte Fino).
a. CORTE
O corte de chapas sempre ocorre por CIZALHAMENTO, e a
qualidade da aresta cortada é função do processo escolhido.
Nos processos que usam prensas simples, em geral o corte acontece
no máximo em1/3 da espessura da chapa, sendo o restante “quebrado” por
efeito de tensões de tração ( vulgarmente chamado “ESTOURO”).
Nos processos ”Corte Fino”, o “ESTOURO” é limitado a no máximo
10% da espessura da chapa, gerando peças com qualidade de aresta muito
superior ao convencional.
Uma variável fundamental nos processos de corte é a chamada “LUZ
DE CORTE”, termo utilizado para designar a diferença dimensional entre o
punção e a matriz.
A “LUZ DE CORTE” é necessária para evitar o RECALQUE e reduzir
o atrito entre a chapa e os punções. O valor da Folga é função da
espessura de chapa, do processo de corte e da qualidade da chapa.
“LUZ DE CORTE” em excesso leva à aumento do recalque, havendo
risco de quebra da ferramenta devido ao aumento da força necessária
para o corte; folgas muito pequenas aumentam o atrito substancialmente
acarretando aumento da força e degeneração da aresta gerada na peça,
implicando perda de qualidade.
A fig. 1, a seguir ilustra os valores de folga recomendados em
função da espessura do material e do processo utilizado.

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b. CONFORMAÇÃO
Neste processos, a conformação é obtida por DEFORMAÇÃO
PLÁSTICA DA SUPERFÍCIE DA CHAPA e o esforço principal a que a
ferramenta fica submetida é a COMPRESSÃO, o que implica, de imediato,
o uso de aços com grande resistência a AMASSAMENTO.
A cunhagem e o embutimento, diferenciam-se principalmente pela
extensão da deformação, sendo a cunhagem um processo de deformação
apenas superficial.
Uma característica interessante deste tipo de ferramental é a
necessidade de montagem em PORTA MOLDES. Os porta moldes tem
como principal função, introduzir tensões de compressão nas laterais da
ferramenta, de modo a impedir o surgimento (ou reduzir a intensidade) de
tensões de tração tangenciais durante o esforço de deformação. Tais
tensões são as responsáveis pelo surgimento de trincas e deformações nas
ferramentas.
Fig. 1 – “LUZ DE CORTE”
recomendada para processo
normal e Corte Fino.
(THYSSEN)
A – CORTE NORMAL
B – CORTE FINO

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É absolutamente imprescindível uma cuidadosa escolha do aço para
o porta moldes, além de um bom projeto, que preveja, principalmente
acasalamento perfeito entre o inserto e o porta molde.
3. Variáveis que Interferem na Vida Útil das Ferramentas
PROJETO
Discutiremos alguns pontos considerados fundamentais, para o bom
rendimento das ferramentas.
a. Efeito de Entalhe
“Cantos Vivos” e/ou transições bruscas de secção são fortes
concentradores de tensão.
Os aços comumente utilizados para os processos de conformação a
frio, tem como característica a baixa tenacidade, sendo particularmente
sensíveis ao efeito de entalhe.
Como fontes de “entalhe”, podemos citar:
 Riscos de usinagem;
 Marcações/Gravações;
 Cantos vivos;
 Ausência de raios de concordancia
As figs. 3 e 4 a seguir ilustram os efeitos dos raios de concordância e
do grau de acabamento da superfície, na resistência à fadiga mecânica.
Fig. 2 – cantos vivos e riscos
de usinagem.
(BRASIMET COM.IND.S.A.

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b. Efeito de Massa
Variações bruscas de massa são extremamente críticas em
ferramentas de conformação a frio, pelos mesmos motivos pelos quais
deve-se reduzir o efeito de entalhe.
O efeito desta variável no tratamento térmico de tempera também é
drástico, uma vez que, para que se obtenha um bom tratamento térmico é
Fig. 3 – Influência do
raio de concordância
(THYSSEN)
Fig. 4– Influência do
acabamento.
A – POLIDO
B – RETIFICADO
C – USINADO FINO
D – ENTALHADO “V”
E – BRUTO DE
LAMINAÇÃO
(THYSSEN)
A
B
D
E
C
RESISTÊNCIAAFADIGA
RESISTÊNCIA A TRAÇÃO (Rm)
REDUÇÃODARESIST.AFADIGA

7. 7
indispensável que haja a máxima homogeneidade térmica a peça, nas
etapas que compõem o tratamento.
Ferramentas com variações de massa importantes sofrerão
gradientes térmicos diferenciados, provocando maior deformação, além de
variações de propriedades mecânicas que poderão afetar o rendimento
futuro da ferramenta.
c. Seleção da Dureza
Um outro fator importante que deve ser notado pelo projetista, é a
escolha da propriedade mecânica necessária.
Existe a percepção, comum entre os projetistas e ferramenteiros, de
que DUREZA ELEVADA é fator primordial para elevar a RESISTÊNCIA A
DESGASTE.
Esta percepção está, na maioria das vezes, errada, uma vez que a
Resistência a Desgaste não depende unicamente da dureza, mas também
da natureza do contato entre a peça e a ferramenta e o coeficiente de
atrito.
Na realidade, durezas excessivas levam a MICROTRINCAMENTO, que
à olho nu tem a aparência de desgaste, levando a incorreta conclusão de
que basta aumentar a dureza para resolver o problema. Pelo contrário, o
problema vai se agravar, pois a causa real é a FALTA DE TENACIDADE.
DESGASTE é um fenômeno de superfície, e como tal, deve ser
resolvido pela Engenharia de Superfície. Assim, a seleção da dureza para o
bom rendimento da ferramenta de conformação a frio, deve ser a
necessária e suficiente para conceder à ferramenta RESISTÊNCIA
MECÂNICA A COMPRESSÃO.
USINAGEM
Didaticamente, vamos separar os processos de usinagem em dois
grandes grupos:
 Aqueles que geram “cavaco”;
 Aqueles que não geram “cavaco”.

8. 8
a. Processos que geram cavaco
Caracterizado pela remoção de material em grande quantidade, o
principal problema deste processo, que afeta o rendimento da ferramenta,
é a elevada geração de Tensões de USINAGEM.
As Tensões geradas no processo, têm interferência direta na
estabilidade dimensional obtida nos posteriores processos de Tratamento
Térmico além de aumentar substancialmente o risco de trincas que
poderão surgir nas etapas posteriores.
Estas tensões também podem ser provocadas por aquecimento
excessivo, que pode chegar a ponto de causar transformações micro
estruturais que fatalmente vão reduzir a vida útil do ferramental.
Recomenda-se o procedimento a seguir, para reduzir os efeitos das
Tensões de Usinagem:
 Nas últimas etapas do desbaste, utilizar parâmetros de usinagem
de ACABAMENTO, visando reduzir as tensões e aquecimento;
 Executar tratamento de ALÍVIO DE TENSÕES, antes da última
etapa do desbaste (maiores detalhes no capítulo TRATAMENTOS
TÉRMICOS).
O gráfico (fig.5) a seguir ilustra o efeito do aquecimento na redução
das tensões residuais de usinagem.

9. 9
b. Processos que NÃO geram cavaco
ELETRO EROSÃO
Largamente utilizado, principalmente para a usinagem após
tratamento térmico, este processo gera temperaturas da ordem de
10.000 o
C na superfície do aço, levando à formação de uma “CAMADA
BRANCA” , extremamente prejudicial para o rendimento da ferramenta.
A fig. 6 ilustra a formação de uma camada branca de grande
extensão, que efetivamente causou a falha da ferramenta, e o perfil de
propriedades desta camada.

Fig. 5 – Efeito da Temperatura na redução de Tensões
de Usinagem (THYSSEN)
Limite elástico
TENSÕESDEUSINAGEM
AQUECIMENTO
REDUÇÃODE
TENSÕES

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Recomenda-se o seguinte procedimento para reduzir os efeitos da
“CAMADA BRANCA DE EROSÃO”, no rendimento da ferramenta.
O exposto vale para o processo de ELETRO EROSÃO DE
PENETRAÇÃO, uma vez que no PROCESSO A FIO, a formação da camada
branca, ainda que existente, é substancialmente menor, causando menor
dano.
É muito comum, nas ferramentarias que fabricam ferramentais de
conformação frio, a prática de deixar blocos de aço ferramenta pré
temperados, para posteriormente serem cortados a fio na dimensão
desejada.
Este procedimento, muito útil e eficiente, acarreta freqüentemente
problemas de trincas no bloco durante a erosão. Em geral, este problema
está associado a uma seleção inadequada de aços, assunto que será
discutido mais à frente.
De um modo geral, os cuidados tomados no caso de eletro erosão de
penetração, também são recomendados para o processo a frio.
RECOMENDAÇÕES PARA REDUÇÃO DOS EFEITOS DA ELETRO
EROSÃO DE PENETRAÇÃO
 Utilizar as menores taxas de remoção possíveis nas etapas
finas da eletro erosão
 Executar polimento mecânico, sempre que possível, em toda
superfície erodida, tentando retirar pelo menos 0.01 mm;
 Executar tratamento de Alívio de Tensões sempre que possível.
Fig. 6 – camada branca de
eletro erosão de penetração.
Camada de 0.1 mm (aço D6-
60/62 HRC)
BRASIMET COM.IND.S.A.

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RETÍFICA
O processo de Retífica, em geral utilizado no acabamento de
ferramentas, caracteriza-se por remover material por abrasão, gerando
temperaturas da ordem de 1500 o
C na superfície retificada.
Além de gerar temperaturas elevadas, este processo também gera
tensões de tração abaixo da superfície do aço, as quais, quando atingem
determinada intensidade, levam à nucleação e propagação de fraturas que
chegam à superfície da peça. Este é o fenômeno comumente conhecido
como “QUEIMA DE RETÍFICA” (fig. 7)
Uma vez “queimada” a superfície, NÃO há mais recuperação,
obrigando a um rebaixamento, quando possível, superior a 1.0mm.
As principais recomendações para evitar a “QUEIMA DE
RETÍFICA”, referem-se principalmente à prevenção, uma vez que não há
como corrigir o defeito.
RECOMENDAÇÕES PARA PREVENIR “QUEIMA DE
RETÍFICA”
 Adequada seleção do rebolo, em função do tipo de aço e
sua dureza;
 Adequada seleção dos parâmetros de retífica;
 Rebolo sempre bem dressado/limpo;
 Nível de refrigeração ótima;
 Aplicar alívio de tensões sempre que possível (depende
também da extensão da retífica).
Fig. 7 – “Queima” de retífica
em freza de aço rápido.
BRASIMET COM.IND.S.A.

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SELEÇÃO DO AÇO ADEQUADO
a. Critérios de Seleção
As indústrias utilizam diversos critérios para selecionar seus aços,
sendo os de maior incidência, o critério PURAMENTE ECONOMICO e
aquele baseado em experiências anteriores, que aqui podemos chamar de
“SEMPRE FOI FEITO ASSIM”.
Tais critérios talvez tenham tido sua importância em épocas em que
“COMPETIÇÃO” e “QUALIDADE”, não tinham o realce que tem hoje em
dia.
As necessidades e a dura competição levam a uma reformulação de tais
conceitos, havendo necessidade de estabelecer critérios mais técnicos,
que tenham como objetivo a melhor RELAÇÃO CUSTO x BENEFÍCIO.
Um critério bastante eficiente é selecionar o aço baseado nas
necessidades mecânicas do processo de conformação a frio, focando os
mecanismos de falha presentes, exceto o desgaste.
Em função do conhecimento de tais mecanismos, selecionamos o melhor
aço disponível no mercado, que combine a máxima resistência a tais falhas.
Outro critério importante, a ser utilizado em conjunto com a avaliação
dos mecanismos de falha, é a produção desejada, ou seja, a quantidade de
peças que terão de ser produzidas.
Os mecanismos de falha de uma ferramenta de conformação a frio,
estão diretamente relacionados com o processo utilizado, a quantidade de
peças a serem produzidas e o tipo de chapa utilizada (espessura e
resistência).
De um modo geral, considerando-se apenas estas três variáveis,
conseguimos selecionar o aço mais adequado. Análises mais aprofundadas
devem ser feitas em casos específicos, não sendo objetivo deste texto.
A tabela a seguir deve servir como referência, para orientar o
raciocínio que deve nortear o projetista para a melhor seleção do aço.

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PROCESSO PRODUÇÃO
AÇO
FERRAMENTA
DUREZA RECOMENDADA(HRC)
ESPESSURA DA CHAPA (mm) OBS.
> 1.0 1 - 2 2 - 4 4 - 6 > 6,0
FERRAMENTA
GOLPE
SIMPLES
BAIXA
D2 58/60 NÃO
RECOMENDÁVELA
APLICAÇÃODE
REVESTIMENTOSPVD
MÉDIA
ALTA MATRIX 60/62 58/60
FERRAMENTA
PROGRESSIVA
BAIXA D2 58/60
MÉDIA MATRIX 60/62 58/60
ALTA HSS 60/62
FERRAMENTA
CORTE FINO
PM > 66 60/66 60/62
CARACT. DA
CHAPA
COMUM D2 58/60
IDEM
ALTA
RESIST.
D2/MATRIX 58/60 ~ 60/62
SILICIOSA HSS/PM 60/62 ~ 62/64
INOX HSS/PM 60/62 ~ > 64