Acabamento superficial em moldes: parâmetros corretos

Para obter superfícies espelhadas com rugosidade Ra inferior a 0.4 µm diretamente no centro de usinagem em matrizes de moldes plásticos, você precisa governar a altura de crista teórica (cúspide) através do cálculo exato do passo lateral (ae) com fresas esféricas e toroidais. Um acabamento de alta qualidade na máquina reduz em até 80% o tempo manual de bancada gasto com lixamento e pasta diamantada.

Na ferramentaria de moldes em aços como P20, 2738 e H13 temperado, o polimento manual de superfícies é uma das etapas mais lentas e caras de todo o projeto. Se a usinagem CNC deixar marcas profundas de ferramenta causadas por passo excessivamente aberto ou avanço por dente incorreto, o ferramenteiro levará dias para remover as facetas na bancada, correndo o risco de deformar a geometria da cavidade.

O cálculo da altura de crista (Cúspide h)

Ao usinar superfícies curvas tridimensionais com uma fresa de ponta esférica de raio $R$ ($R = D/2$) e passo lateral $ae$, forma-se uma micro-ondulação transversal geométrica chamada altura de crista ($h$):

$$\text{Altura de Crista Teórica: } h \approx \frac{ae^2}{8 \times R} \quad (\text{em mm})$$

A rugosidade média aritmética teórica ($Ra$) resultante dessa crista geométrica é aproximadamente:

$$Ra \approx \frac{h}{4} \quad (\text{ou } Ra \approx \frac{ae^2}{32 \times R})$$

Se você utilizar uma fresa esférica de $\varnothing 10,\text{mm}$ ($R = 5,\text{mm}$) com passo lateral de $ae = 0.2,\text{mm}$: $$h = \frac{0.2^2}{8 \times 5} = \frac{0.04}{40} = 0.001,\text{mm} = 1.0,\mu\text{m}$$ $$Ra = \frac{1.0,\mu\text{m}}{4} = \mathbf{0.25,\mu\text{m}}$$

Esse valor corresponde à classe de acabamento N5 (superfície fina/brilhante), pronta para polimento fino com pasta diamantada de 6 microns sem necessidade de lixas grossas.

Tabela de seleção de passo lateral (ae) por raio de ferramenta

Passos laterais ($ae$) recomendados para diferentes classes de rugosidade ($Ra$) em aços de moldes (30–52 HRC):

Raio da Fresa Esférica	Ra $\approx 0.8,\mu\text{m}$ (N6 - Semipolido)	Ra $\approx 0.4,\mu\text{m}$ (N5 - Polimento Fino)	Ra $\approx 0.2,\mu\text{m}$ (N4 - Alto Brilho / Óptico)
R 1.5 mm ($\varnothing 3,\text{mm}$)	$ae = 0.19,\text{mm}$	$ae = 0.14,\text{mm}$	$ae = 0.09,\text{mm}$
R 3.0 mm ($\varnothing 6,\text{mm}$)	$ae = 0.27,\text{mm}$	$ae = 0.19,\text{mm}$	$ae = 0.13,\text{mm}$
R 4.0 mm ($\varnothing 8,\text{mm}$)	$ae = 0.32,\text{mm}$	$ae = 0.22,\text{mm}$	$ae = 0.16,\text{mm}$
R 5.0 mm ($\varnothing 10,\text{mm}$)	$ae = 0.36,\text{mm}$	$ae = 0.25,\text{mm}$	$ae = 0.18,\text{mm}$
R 6.0 mm ($\varnothing 12,\text{mm}$)	$ae = 0.39,\text{mm}$	$ae = 0.28,\text{mm}$	$ae = 0.20,\text{mm}$
R 8.0 mm ($\varnothing 16,\text{mm}$)	$ae = 0.45,\text{mm}$	$ae = 0.32,\text{mm}$	$ae = 0.23,\text{mm}$

Rugosidade longitudinal: o papel do avanço por dente (fz)

A altura de crista calcula a rugosidade no sentido transversal (entre passes adjacentes). No entanto, o acabamento no sentido longitudinal (ao longo da linha de usinagem) depende do avanço por dente ($fz$):

• Fresa esférica em acabamento: Mantenha o $fz$ entre $0.03$ e $0.06,\text{mm/dente}$ para ferramentas de metal duro de $\varnothing 6$ a $\varnothing 12,\text{mm}$.
• Evite avanço abaixo de $0.02,\text{mm/dente}$: Avanço excessivamente baixo faz a aresta raspar e polir por atrito em vez de cortar, encruando a camada superficial do aço e gerando desgaste prematuro na ferramenta.

Estratégias CAM para superfícies espelhadas

1. Usinagem em Sentido Concordante (Climb Milling): Usine sempre em corte concordante para que a espessura do cavaco inicie no máximo e saia em zero, evitando marcas de repuxo do material.
2. Ângulo de Contato Efetivo: Ao usinar fundos planos com fresa esférica, incline a ferramenta ou use ferramentas toroidais com raio de canto (bull nose). No centro exato de uma fresa esférica (no polo $Z$), a velocidade de corte ($Vc$) é teoricamente zero, o que esmaga o aço em vez de cortar.
3. Fluido de corte limpo e refrigerado: Use ar comprimido com micropulverização (MQL) ou óleo solúvel filtrado sem cavacos em suspensão que possam riscar a superfície usinada.
4. Tolerância de Corda no CAM e Suavização AICC: Não adianta calcular um passo lateral para $Ra = 0.2,\mu\text{m}$ se a tolerância de linearização (chordal tolerance) do CAM estiver aberta em $0.01$ ou $0.02,\text{mm}$. Configure a tolerância do percurso no CAM entre $0.002$ e $0.004,\text{mm}$ e ative o controle de alta velocidade no painel Fanuc (código G05.1 Q1 ou G08 P1 para interpolação suave e avanço de bloco antecipado - AICC), eliminando facetas poligonais visíveis.

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