O aço F114 é um aço de engenharia de carbono médio amplamente utilizado na fabricação de peças mecânicas que exigem um equilíbrio prático entre resistência, dureza, resistência ao desgaste e desempenho de usinagem. É uma designação UNE espanhola mais antiga comumente associada ao F-1140 e à família de aço C45. Dependendo da norma aplicável e da condição do material, graus comparáveis podem incluir C45, C45E, CK45, 1.0503, 1.1191 e AISI 1045. Esses graus são equivalentes próximos, em vez de materiais automaticamente intercambiáveis. Os engenheiros devem verificar a composição química, a condição de tratamento térmico, as propriedades mecânicas e os requisitos dimensionais antes de aprovar uma substituição. Com aproximadamente 0,45% de carbono, o F114 pode atingir maior resistência e dureza do que o aço de baixo carbono, mantendo-se adequado para usinagem CNC convencional.

O aço F114 é frequentemente selecionado para eixos, pinos, eixos, engrenagens, rolos, buchas, cubos, bielas, alavancas, parafusos, fusos, peças de equipamentos agrícolas e componentes de máquinas em geral. Seu teor de carbono médio permite que os fabricantes modifiquem seu comportamento mecânico por normalização, têmpera e revenimento, ou endurecimento localizado da superfície. Na condição normalizada, o material oferece propriedades relativamente uniformes e usinabilidade razoável. O F114 temperado e revenido fornece maior resistência e tenacidade, mas sua maior dureza aumenta as forças de corte e o desgaste da ferramenta. As propriedades finais exigidas devem, portanto, ser definidas antes do desenvolvimento do processo de usinagem CNC.

A torneamento CNC é um dos principais métodos de fabricação para aço F114. Barras e blocos forjados podem ser torneados para criar eixos escalonados, pinos cilíndricos, seções roscadas, ranhuras, cônicos, assentos de rolamento e ombros. Um torno CNC moderno pode combinar faceamento, torneamento externo, furação, mandrilamento, rosqueamento, ranhuramento e corte em uma única configuração. Isso reduz o manuseio e ajuda a manter a concentricidade entre os diâmetros funcionais. Para eixos longos, suporte de contraponto, uma luneta ou um arranjo de usinagem tipo suíço podem ser necessários para controlar vibração e deflexão. A pressão de fixação também deve ser cuidadosamente equilibrada, pois força insuficiente pode permitir movimento, enquanto força excessiva pode distorcer recursos de parede fina.

A fresagem CNC é usada para produzir faces planas, chaveteiros, ranhuras, cavidades, furos de montagem e perfis externos complexos em componentes F114. A usinagem de três eixos é suficiente para muitos suportes, placas e peças mecânicas simples. A usinagem de quatro eixos melhora o acesso a vários lados de um eixo ou componente prismático sem reposicionamento manual repetido. A usinagem CNC de cinco eixos pode ser apropriada para geometrias complicadas que exigem furos angulares, superfícies relacionadas com precisão ou erro de configuração reduzido. O método escolhido deve corresponder à geometria da peça e aos requisitos de tolerância, em vez de adicionar complexidade de usinagem desnecessária.

O F114 é geralmente mais fácil de usinar em condição recozida ou normalizada do que após o endurecimento. Ferramentas de corte de metal duro são comumente usadas porque suportam velocidades de corte produtivas e fornecem resistência ao desgaste confiável. A geometria positiva da ferramenta pode reduzir as forças de corte e melhorar a formação de cavacos, enquanto a fixação rígida da ferramenta ajuda a evitar vibrações. A velocidade de corte exata, a taxa de avanço e a profundidade de corte dependem da dureza do material, rigidez da máquina, grau da ferramenta, estratégia de refrigeração e acabamento superficial exigido. Comparado com aço de corte livre com chumbo, o F114 pode produzir cavacos mais longos e menos gerenciáveis. Quebra-cavacos e configurações de avanço adequadas são, portanto, importantes para evacuação segura e produção automatizada estável.

O calor gerado durante a usinagem deve ser controlado para proteger a vida útil da ferramenta e a precisão dimensional. O refrigerante de inundação pode lubrificar a zona de corte, remover cavacos e limitar a variação de temperatura durante operações exigentes. No entanto, a concentração e a entrega do refrigerante devem ser gerenciadas de forma consistente, pois condições térmicas instáveis podem afetar dimensões com tolerâncias apertadas. Furos profundos requerem atenção especial, pois os cavacos podem se acumular e danificar a superfície do furo. Furação em picada, refrigeração através da ferramenta ou métodos especializados de furação de furos profundos podem ser necessários de acordo com a profundidade e o diâmetro do furo.

Atingir tolerâncias precisas em componentes F114 requer um plano de usinagem estável. A usinagem de desbaste deve remover a maior parte do material, deixando uma folga controlada para o acabamento. Se o componente for temperado e revenido, a usinagem de desbaste é frequentemente concluída antes do tratamento térmico, pois o aço endurecido é mais difícil e caro de cortar. O tratamento térmico pode causar distorção, portanto, diâmetros críticos, assentos de rolamento, superfícies de vedação e relações geométricas podem exigir torneamento ou retificação de acabamento posteriormente. A retificação cilíndrica é particularmente eficaz para eixos endurecidos que exigem tolerância de diâmetro apertada, baixa excentricidade e uma superfície lisa.

O desgaste da ferramenta deve ser monitorado cuidadosamente durante a produção em lote. À medida que uma aresta de corte se deteriora, as dimensões podem desviar e a rugosidade superficial pode aumentar antes que ocorra falha óbvia da ferramenta. Os fabricantes podem usar limites de vida útil da ferramenta, sondagem em processo e inspeção regular para manter a consistência. Micrômetros, calibradores de furo, calibradores de altura, calibradores de rosca, testadores de rugosidade superficial e máquinas de medição por coordenadas são adequados para verificar diferentes recursos. Peças de eixo também podem exigir inspeção de retilinidade, circularidade, concentricidade e excentricidade total indicada.

O aço F114 não tratado tem resistência limitada à corrosão atmosférica. Umidade, sais, produtos químicos industriais e contaminação por manuseio podem causar ferrugem, tornando o acabamento superficial importante para muitas aplicações. O tratamento apropriado depende se a prioridade é proteção contra corrosão, dureza superficial, resistência ao desgaste, controle de atrito, aparência ou estabilidade dimensional. Antes do tratamento, os componentes devem ser limpos e rebarbados completamente. Óleo, refrigerante, carepa e partículas embutidas podem interferir na adesão do revestimento e causar resultados irregulares.

O óxido preto é um acabamento prático para componentes de máquinas internas, ferramentas, gabaritos e peças de precisão. Ele cria uma aparência escura com alteração dimensional muito pequena, tornando-o adequado para recursos de ajuste apertado. No entanto, o óxido preto sozinho oferece resistência limitada à corrosão e normalmente requer óleo, cera ou outro selante. A galvanização a zinco fornece proteção contra corrosão sacrificial mais forte e é comumente usada para fixadores, pinos, suportes e peças industriais em geral. A galvanização a zinco-níquel pode ser selecionada para condições mais severas onde o zinco convencional não fornece durabilidade suficiente.

A galvanização a níquel sem eletrólise cria um revestimento relativamente uniforme, mesmo em geometrias complicadas, reentrâncias internas e bordas. Pode melhorar a resistência à corrosão, dureza, desempenho de desgaste e aparência. A cromagem dura é outra opção para eixos, hastes e superfícies deslizantes expostas à abrasão. Como esses revestimentos adicionam espessura mensurável, os projetistas devem especificar se as dimensões se aplicam antes ou depois da galvanização. Assentos de rolamento, roscas, superfícies de vedação e diâmetros de ajuste por interferência podem exigir folgas de revestimento ou mascaramento seletivo.

O revestimento de fosfato pode melhorar a retenção de lubrificante, reduzir o atrito durante a montagem e fornecer uma base para tinta ou óleo. O revestimento em pó e a pintura líquida são adequados para peças F114 maiores onde a aparência e a proteção ambiental ampla são importantes, embora geralmente sejam inadequados para ajustes de precisão sem mascaramento. A nitretação e o endurecimento por indução são valiosos quando o componente necessita de uma superfície dura e resistente ao desgaste, mantendo um núcleo mais tenaz. O endurecimento por indução é frequentemente aplicado seletivamente a dentes de engrenagem, munhões e áreas de contato, enquanto as regiões não afetadas permanecem mais fáceis de usinar e menos quebradiças.

A rota de fabricação mais eficaz considera usinagem, tratamento térmico, retificação e revestimento como operações conectadas. As tolerâncias não podem ser finalizadas sem considerar a distorção do tratamento térmico e o acúmulo de revestimento. As superfícies críticas devem ser identificadas no desenho, juntamente com faixas de dureza, rugosidade superficial, profundidade de camada, instruções de mascaramento e dimensões pós-tratamento. Quando esses requisitos são planejados em conjunto, o aço F114 fornece uma solução econômica para componentes usinados em CNC duráveis usados em sistemas automotivos, máquinas industriais, equipamentos agrícolas e transmissão de potência mecânica.