Existe um número muito grande de moldes que são feitos com aços de baixo preço como, por exemplo, os aços SAE 1045, SAE 4140, ou materiais recortados de sucatas de aços. Isso ocorre por várias razões, dentre elas o fato de não se conhecer o verdadeiro volume de produção de uma peça a ser lançada no mercado. Há também ocasiões em que se lança mão dessa conduta por se acreditar, realmente, que o volume será pequeno, justificando, desta forma, a utilização de produtos mais baratos na confecção do molde.

Muitas vezes, no entanto, o que se vê é, realmente, a vontade de economizar e, por isso, usar materiais com preço mais baixo, porém com propriedades inferiores, colocando em risco essa real economia ao expor o produto a um processo que, na maioria dos projetos, sequer será verdadeiramente rentável.

Nestes casos o que ocorre, na realidade, é uma perda de produtividade ocasionada pela redução de vida útil do ferramental, o que leva à necessidade de paradas constantes para reforma ou ajuste da ferramenta de injeção. Além disso, o uso de materiais com composições químicas inadequadas ao projeto do molde implica maior dificuldade de usinagem do aço, acarretando aumento de desgaste das ferramentas de usinagem, em especial as brocas de furação, que costumam ter um custo elevado. Isso aumenta significativamente o custo da confecção da ferramenta, sem que o ferramenteiro perceba essa perda, por ter máquinas que enfrentam bem a dificuldade mas que, ao mesmo tempo, consomem significativamente mais o ferramental de usinagem e ainda, ao realizarem um esforço maior, exigem um gasto maior de energia elétrica, o qual nem sempre é perceptível imediatamente, mas aparece na conta no final do mês.

 

Aços e redução de custos

Para que o material escolhido para o molde contribua com o enxugamento de custos (lean manufacturing), é necessário começar por uma melhor usinabilidade, que potencializa essa característica.

Um fator quase sempre desconsiderado é a resistência mecânica do aço. Por ser considerada “padrão”, ela não é levada em conta quando o produto possui uma resistência ligeiramente maior, a qual poderia provocar uma pequena redução de peso do material, pois pode-se usar uma placa com espessura inferior que tenha a mesma resistência final, uma vez que o uso de um material que possua 20% mais resistência mecânica pode ocasionar uma redução de até 20% na espessura da placa. Mesmo utilizando uma margem de segurança e aproveitando um ganho de apenas metade (10%), isso já representaria uma redução de 10% do peso das placas utilizadas. Esta característica poderá ser observada, mais adiante,na comparação entre os aços SAE 1045 com o aço Protomolde HH.

Depois de correr-se o risco do incremento de custo decorrente do maior desgaste do ferramental de usinagem, já durante a confecção da ferramenta de injeção, ao se escolher um material que não tenha um alto coeficiente de transferência térmica (o qual possibilita ganho no tempo de resfriamento durante a injeção da peça), ocorre também o aumento de custo do processo de injeção, decorrente do maior tempo necessário para o resfriamento de cada peça injetada, o que aumenta o custo como um todo, durante toda a vida do molde. A redução do ciclo de injeção merece ser detalhada. Um produtor de peças plásticas obteve uma redução de ciclo de 26%, algo assombroso, ao optar pelo uso de ferramental em aço com maior condutividade térmica. Essa redução de tempo de ciclo permitiu que ele aumentasse os índices de produção da peça em questão em cerca de 35%, usando o mesmo tempo de máquina, com muito menor consumo de energia elétrica e grande redução do custo de operação total. 

 

Os dados da economia

Vale a pena prestar atenção nesta conta: quando se reduz o tempo necessário para a produção de algo, por exemplo, de 100 para cerca de 75 (segundos, minutos, horas etc.) temos que o aumento de produção, no mesmo período será da ordem de 33% (ou seja = 1/0,75 = 1,333). O cliente percebeu que um aço com melhor troca térmica lhe proporcionou um aumento real de 35% de capacidade de produção.

De outra forma, pode-se dizer que para uma redução de ciclo de 26 %, na realidade, em uma jornada de oito horas ele produzia: 28.800 segundos/100 segundos cada= 288 peças (figura 1).

Fig. 1 – Comparação da produtividade na injeção por gráfico pizza (moldes de PMo x P20)

Após a substituição do aço P20, por exemplo, pelo aço PMo Revolution ® (detalhes do aço adiante) foi possível obter 28.800 segundos/75 segundos para cada ciclo= 384 peças.

Portanto, 384 peças depois contra 288 peças antes = 1,3333 ou 33,33% a mais de produção (figura 2).

Fig. 2 - Comparação da produtividade na injeção por gráfico de barras (moldes de PMo x P20)

Uma forma resumidamente fácil de se perceber essa redução é pensar que 20 segundos em 100 são 20%, porém como a referência é de 60 segundos a cada minuto, a relação com o tempo fica 20/60 = 33,33%. Portanto, o número de peças sempre terá um incremento percentual maior em relação à redução percentual do tempo de injeção de cada peça.

O preço do aço neste caso passou a ser de menor importância, assim como deveria ser em todos os casos de escolha de aços para a construção de moldes. A economia de custos deve estar concentrada na produção, e não na construção do molde (novamente a importância da lean manufacturing). Ainda assim, este usuário levou vantagem já na compra do material, pois o aço utilizado tem um preço muito ajustado ao mercado, porém com qualidade muito superior.

O que provoca a reforma ou o ajuste do molde, normalmente, é o amassamentos de cantos, que tende a ocasionar rebarbas nas peças, perda de brilho e uma profusão de riscos na cavidade por desgaste prematuro, além da perda das características dimensionais da peça devido ao “movimento” do material ao ceder aos esforços de injeção, normalmente por excesso de pressão de injeção em paredes mais finas. Perde-se assim o alinhamento e a planicidade, por exemplo, o que provoca paradas para manutenção da ferramenta.

Materiais que levam em conta a maioria dessas características já estão sendo desenvolvidos e se destacam por possuírem propriedades ligeiramente ou significativamente melhores do que os aços do tipo “padrão”. Há pelo menos dois materiais que foram desenvolvidos nos últimos dez anos e podem ser encontrados no mercado. Eles são conhecidos pelos nomes de Aço Protomolde HH® e Aço PMo Revolution®, com fichas técnicas disponíveis no site www.acoespecial.com.br/catalogos. Uma breve descrição desses materiais é apresentada a seguir. 

 

Protomolde HH®

Aço totalmente feito com sucata proveniente de processos de usinagem interna e externa, sem necessidade de adição de muitas ferroligas, contribuindo assim para o uso sustentável. A identificação e utilização dessa sucata, em um processo de classificação inovador, faz com que sejam aproveitados todos os elementos residuais existentes nela como substitutos de 95% das ferroligas normalmente utilizadas no processo de fabricação.

Composição química média:

C = -0,51%

Si = 0,35%

Mn = 1,60%

P = 0,03%

S = 0,06%

Cr = 0,50%

Mo = 0,35%

Ni = 0,30%

+ Microligantes

Outras características: 

• Possui preço muito próximo ao do aço SAE 1045 
•  Trata-se de um aço para construção mecânica com várias características de aço ferramenta, devido à utilização de microligantes de última geração. 
• É fornecido com uma dureza de 260 a 290 HB (aproximadamente de 27 a 30 HRc) (figura3)
• Tem uma usinabilidade muito melhor do que a do aço P20 e ligeiramente inferior à do SAE 1045 normalizado. 
• Tem resistência mecânica média de 800 MPa contra cerca de 680 MPa do SAE 1045 normalizado (ou cerca de 17%, a mais, na média). Portanto uma resistência próxima à da faixa mínima do aço AISI P20 (média de 880/1050 MPa), mas com custo muito semelhante ao do aço SAE1045 (figura 4). 
• Tem um limite de escoamento de 490 MPa contra 395 MPa do SAE 1045 normalizado (ou cerca de 24%, a mais, na média). 
• Tem troca térmica equivalente à do SAE 1045, de 53 W/m.K a 250º C (gráfico 5). 
• Pela presença de elementos residuais de liga no limite, apresenta uma melhor polibilidade do que o aço 1045 e muito semelhante à do aço P20 (WNr. 1.2311)

 

A utilização deste aço em moldes e matrizes em peças a serem lançadas no mercado, cujo volume de produção ainda não está definido, ou quando se acredita que o volume será pequeno, justificando a utilização de produtos mais baratos na confecção do molde significará que, se o produto tiver boa aceitação o molde vai durar muito mais até que necessite de qualquer reparo. Além disso, o custo de fabricação desta matriz será muito parecido com outra equivalente em aço 1045 normalizado, somando-se a economia em processo, tanto de fabricação da ferramenta como durante o processo de injeção, que potencializarão o lucro na peça plástica.

Fig. 3 – Comparação entre faixas de dureza dos aços

Fig 4 – Comparação entre faixas de resistência mecânica dos aços

PMo Revolution®

Outro aço que segue na linha econômica do Protomolde HH® é o PMo Revolution®, cujas características são descritas a seguir: 

• Também é um material totalmente feito com sucata proveniente de processos de usinagem interna e externa, sem necessidade da adição de muitas ferroligas. A identificação e utilização dessa sucata, em um processo de classificação inovador, faz com que sejam aproveitados todos os elementos residuais existentes nela como substitutos, neste caso, de 85/90% das ferroligas normalmente utilizadas no processo de fabricação. 
• É ligeiramente mais barato do que um aço AISI P20 comum. 
• Trata-se de um aço com baixíssimo teor de liga, com todas as características de aço ferramenta,devido à utilização de microligantes de última geração.
• Tem uma troca térmica de 49 W/m.K, muito superior (50% a mais) à do aço AISI P20 (cerca de 32W/m.K) (figura 5). 
• Possui melhor soldabilidade do que o aço AISI P20 devido ao seu carbono equivalente mais baixo. 
• Possui uma dureza de 290/320 HB (aproximadamente de 30 a 34 HRC).
• Tem usinabilidade significativamente melhor do que a do aço AISI P20. 
• Tem uma resistência mecânica média na faixa do aço AISI P20 (média de 880/1050 MPa), mas com custo muito menor.

Na hipótese de utilização do aço PMo em substituição ao aço AISI P20, o projeto já terá um ganho significativo de redução de custo de injeção devido à muito melhor troca térmica e à garantia das demais propriedades, tais como custo igual ou mais barato do que o do aço AISI P20; usinabilidade excelente (redução de custo na usinagem); polimento equivalente ao do AISI P20 e ganho de produtividade decorrente da troca térmica excelente durante toda a vida do molde.

 

Fig. 5 – Comparação entre coeficientes de troca térmica dos aços