Quando comecei a administrar minha oficina de estamparia de metal progressivo, pensei que o desgaste da matriz era apenas parte do trabalho - algo com que todo estampador lidava, como o frio do inverno ou uma máquina que nunca funciona bem. Depois assinamos um contrato para automóveis de alto volumePeça estampada de metals, e nossos lançamentos de dados falharam na metade da taxa de execução esperada. De repente, esse desgaste “normal” tornou-se um problema de US$ 12 mil: tempo de inatividade, reafiações apressadas e um cliente que quase desistiu de um pedido de um ano. Foi então que parei de tratar o desgaste da matriz como um dado adquirido e comecei a tratá-lo como um quebra-cabeça de engenharia solucionável. Se você é um fornecedor de estampagem progressiva (como eu) ou um fabricante que depende deEstampagem Progressiva de Metalpara peças de alto volume e tolerâncias restritas, isso não é apenas um detalhe técnico – é a diferença entre atingir suas cotas de produção e perder trabalho lucrativo. Aqui está o que aprendi, por tentativa e erro, sobre como aumentar a resistência ao desgaste da matriz passo a passo.
A primeira coisa que parei de comprar foi aço para ferramentas barato. No início, eu optaria pelo preço mais baixo por libra porque pensei que todo o aço para ferramentas D2 ou S7 era o mesmo errado. Nem todo aço para ferramentas é tratado termicamente da mesma forma, e essa pequena diferença tem um impacto enorme no desgaste. Deixe-me explicar isso: D2 é um aço para ferramentas com alto teor de carbono e alto cromo que é ótimo para resistência ao desgaste, mas somente se você endurecê-lo na faixa Rockwell C (HRC) correta - geralmente 58 a 62, dependendo da aplicação. Se o seu tratador térmico acelerar o processo e chegar apenas a HRC 55, a matriz se desgastará 30% mais rápido e fácil. No ano passado, mudamos para um tratador térmico local especializado em matrizes de estampagem e adicionamos uma etapa de pré-tratamento: congelamento criogênico após o revenido, que remove a austenita residual (uma fase macia e instável do aço) que causa desgaste prematuro. Agora também especificamos aço para ferramentas com uma estrutura de grão mais fino - carbonetos menores na matriz do aço significam menos lascamento e abrasão ao longo do tempo. Já vi outras lojas pularem isso e suas matrizes precisam ser reafiadas a cada 100 mil peças; nossos conjuntos de matrizes D2 agora processam mais de 250 mil peças antes de sua primeira retificação, reduzindo nossos custos de manutenção de matrizes em 40% em seis meses.
Em seguida, ajustamos o design da peça bruta e o manuseio de materiais para as peças que carimbamos. Muitos estampadores pensam que o desgaste da matriz vem apenas do ferramental, mas o material de trabalho em si é um fator importante. Se você estiver estampando aço de alta resistência e baixa liga (HSLA), aço inoxidável ou mesmo latão com revestimentos de superfície pesados, esses materiais são mais abrasivos do que o aço laminado a frio padrão (CRS). No ano passado, começamos a testar acabamentos superficiais de materiais para cada novoEstampagem de HardwareouParte Pressionadapedido que usava materiais abrasivos: amostraríamos o material, executaríamos um teste de desgaste em uma pequena matriz de protótipo e ajustaríamos nosso design em branco para reduzir o atrito no ponto de contato. Por exemplo, quando começamos a estampar suportes de aço galvanizado para um cliente de construção, o revestimento de zinco estava grudando no punção da matriz, escoriando e causando microdesgaste. Corrigimos isso adicionando um pequeno raio ao ponto de entrada do punção - em vez de uma aresta afiada cavando no revestimento, a peça bruta desliza sobre o raio. Também mudamos da alimentação manual de material para uma alimentação por rolo servo-controlada que sempre fornece peças planas e consistentes; peças irregulares roçam nas bordas da cavidade da matriz a cada golpe, adicionando desgaste desnecessário que nenhuma quantidade de aço para ferramentas pode consertar. Um truque que aprendi com um carimbo veterano em uma feira: sempre teste o material com a mesma espessura e acabamento da sua ordem de produção, e não uma amostra de um lote diferente. Uma peça bruta ligeiramente mais espessa aumentará a pressão da matriz em 15% ou mais, e isso resultará em um desgaste mais rápido ao longo do tempo.
O tratamento de superfície é onde observamos os maiores ganhos a longo prazo e é o passo que perdemos durante anos. Costumávamos usar apenas matrizes de óleo e chamá-las de “lubrificação”, mas isso é tratamento de superfície para iniciantes. Agora usamos uma abordagem em camadas, dependendo da aplicação. Para a maioria de nossas matrizes progressivas, fazemos revestimento por deposição física de vapor (PVD) com nitreto de titânio (TiN) ou carbono tipo diamante (DLC) após usinagem e tratamento térmico da matriz. O TiN é barato, tem uma dureza de cerca de 2.500 HV e funciona muito bem para materiais de baixa abrasão, como CRS ou alumínio. O DLC é mais duro (até 4.000 HV) e tem baixo atrito, o que significa menos calor e menos escoriações ao estampar materiais abrasivos como aço inoxidável. Começamos a usar DLC quando assumimos o setor automotivoPeça estampada de metalordem que mencionei anteriormente, e essa única mudança dobrou a vida útil do dado. Mas também aprendemos que o revestimento por si só não é suficiente: é preciso fazer o acabamento da superfície da matriz antes do revestimento. Uma matriz com marcas de ferramenta ou rugosidade de Ra 0,8 reterá mais detritos, arranhará o revestimento e causará desgaste. Agora fazemos um micropolimento em todas as superfícies de contato da matriz antes do revestimento PVD, reduzindo a rugosidade para Ra 0,2 ou menos. A diferença é noite e dia – nossas matrizes revestidas agora têm uma superfície lisa e antiaderente que resiste a escoriações, mesmo depois de centenas de milhares de golpes. Para áreas de alto desgaste, como cantos de matrizes ou pontas de punção, também aplicamos uma camada de carboneto de tungstênio usando soldagem por spray térmico, que adiciona uma camada extra de dureza onde é mais importante. Esse é o tipo de tratamento de superfície direcionado que evita a substituição prematura de conjuntos inteiros de matrizes.
A folga da matriz e os ajustes de curso são pequenos, mas é onde muitos carimbos progressivos cortam cantos. Se sua matriz tiver pouca folga entre o punção e a cavidade da matriz, você estará comprimindo demais o material, criando atrito e calor excessivos que desgastam a ferramenta. Se for demais, surgem rebarbas, que forçam o material a esfregar nas laterais da matriz, causando desgaste nas bordas. Para matrizes progressivas, a folga depende do tipo e espessura do material: como regra geral, usamos 8-10% da espessura do material para cortes limpos, mas ajustamos isso para materiais de alta resistência (10-12%) ou materiais com revestimentos duros. Também começamos a monitorar o alinhamento do curso da matriz a cada 50 mil peças. Com o tempo, a deflexão da prensa pode alterar o alinhamento da matriz, de modo que o punção não fique perfeitamente centralizado na cavidade. Isso leva a um desgaste desigual – um lado do punção se desgasta mais rápido que o outro – e, eventualmente, a matriz começa a produzir peças com rebarbas ou erros dimensionais. Agora usamos um relógio comparador para verificar o alinhamento durante a manutenção de rotina e ajustamos as pontas da prensa a cada 100 mil golpes. Outra coisa: mudamos a forma como ajustamos a altura da matriz. Em vez de definir a matriz uma vez na configuração e esquecê-la, fazemos um pequeno ajuste (geralmente 0,001 polegada) toda vez que alteramos um lote de material. Uma altura de matriz mais estreita para materiais mais macios reduz a inclinação, enquanto uma altura ligeiramente mais solta para materiais duros evita pressão excessiva. Esses pequenos ajustes resultam em uma vida útil da matriz 20% mais longa, segundo os dados da minha loja.
A manutenção preditiva, e não as correções reativas, é a peça final do quebra-cabeça. Muitos de nós só notamos o desgaste da matriz quando as peças começam a parecer com rebarbas, arranhões superficiais, mudanças dimensionais. A essa altura, a matriz já perdeu de 5 a 10% de sua dureza e você já está atrasado na produção. Agora rastreamos duas coisas em cada conjunto de matrizes: contagem de execuções e dados de inspeção de peças. Cada vez que executamos uma matriz, registramos quantas peças ela foi produzida e verificamos de 10 a 15 peças quanto à altura da rebarba, precisão dimensional e acabamento superficial. Se observarmos um pequeno aumento na altura da rebarba (de 0,0005 polegadas para 0,001 polegadas), agendamos uma retificação parcial ou um retoque antes que se transforme em uma substituição completa da matriz. Também usamos um testador de dureza de matriz portátil para verificar a dureza de superfícies críticas a cada 50 mil peças. Se a dureza cair abaixo de HRC 57 para o aço D2, agendamos um reaquecimento e polimento, e não esperamos até que a matriz esteja muito desgastada para consertar. No último trimestre, detectamos um conjunto de matrizes que estava começando a perder dureza na borda da cavidade da matriz – nós o retocamos por US$ 800 em vez de substituí-lo por US$ 5.000. Esse é o tipo de abordagem proativa que transforma o desgaste da matriz de uma surpresa cara em uma etapa de manutenção planejada e de baixo custo.
Eu sei que alguns estampadores lerão isso e dirão: "Isso é muito caro - por que eu investiria em tratamento criogênico, revestimento DLC e manutenção preditiva?" Deixe-me fazer as contas para você: um novo conjunto de matrizes progressivas custa entre US$ 4.000 e US$ 15.000, dependendo da complexidade. Se sua matriz tiver 100 mil peças antes de precisar ser substituída, isso representa um custo de US$ 0,04 a US$ 0,15 por peça. Se você investir US$ 1.500 em tratamento térmico de aço para ferramentas, revestimento DLC e micropolimento, e a mesma matriz funcionar com 250 mil peças, o custo da matriz cairá para US$ 0,016 a US$ 0,06 por peça. Isso representa uma economia direta de custos que soma milhares de dólares em um pedido de 1 milhão de peças. Além disso, você evita tempo de inatividade: quando uma matriz se desgasta, você fica desligado por 4 a 8 horas aguardando uma substituição ou reparo. Na estampagem de alto volume, são centenas de peças perdidas por hora, o que significa prazos de entrega perdidos e clientes insatisfeitos.
No final das contas, melhorar a resistência ao desgaste da matriz não se trata de um grande “truque” – trata-se de mudanças pequenas e consistentes em todo o processo, desde a seleção do aço para ferramentas até a manutenção. Se você estiver usandoEstampagem Progressiva de Metalpara suas peças, seus conjuntos de matrizes são seu ativo mais valioso e cuidar deles tornará sua operação mais lucrativa e confiável.
Se você está procurando um parceiro de estampagem progressiva que priorize a longevidade da matriz para obter resultados consistentes e de alta qualidadePeça estampada de metal,Estampagem de Hardware, ouParte Pressionadaprodução, estamos aqui para ajudar. Entre em contato conosco para discutir os requisitos do seu projeto e como podemos otimizar a longa vida útil da matriz e a eficiência de custos.
Referências:
- Astakhov, vice-presidente (2006). Tribologia do Corte de Metal. Elsevier.
- DeGarmo, EP, Black, JT e Kohser, RA (2011). Materiais e Processos de Fabricação (11ª ed.). John Wiley e Filhos.
- Shaw, MC (1996). Princípios de corte de metal (2ª ed.). Imprensa da Universidade de Oxford.
- Tschätsch, H. e Dietrich, J. (2012). Tribologia Aplicada: Princípios e Prática (2ª ed.). Springer.