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MATERIALES PARA HERRAMIENTAS DE CORTE

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Marco Hernandez

on 8 April 2015

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Transcript of MATERIALES PARA HERRAMIENTAS DE CORTE

ACEROS AL CARBONO
ACEROS DE ALTA VELOCIDAD
Clasificación de los Carburos
CARBUROS
ALEACIONES DE COBALTO FUNDIDO
Características
Los aceros al carbono son los materiales para herramientas más antiguos y se han utilizado ampliamente en brocas, machuelos, brocas y rimas desde la década de 1880. Después se desarrollaron aceros de baja y media aleación para aplicaciones similares, pero con una vida útil más larga de la herramienta.
MATERIALES PARA HERRAMIENTAS DE CORTE
Para soportar los ciclos rápidos de temperatura encontrados en el corte interrumpido.
Resistencia al impacto térmico
Dureza en Caliente
Para que las fuerzas de impacto sobre la herramienta, que se repiten en operaciones de corte interrumpido (como el fresado, torneado de una flecha estriada en un torno, o debido a la vibración y el traqueteo durante el maquinado), no astillen o fracturen la herramienta.
Tenacidad y resistencia al impacto
Para que se mantengan la dureza, resistencia y resistencia al desgaste de la herramienta a las temperaturas habituales en las operaciones de maquinado. Esto asegura que la herramienta no sufra alguna deformación plástica y, por ende, retenga su forma y filo.
Resistencia al desgaste
Para obtener una vida útil aceptable de la herramienta antes de reemplazarla.
Estabilidad química y neutralidad
Para evitar o minimizar cualquier reacción adversa, adhesión y difusión en la herramienta-viruta que pudiera contribuir al desgaste de la herramienta.

Aunque son económicos y es fácil darles forma y afilarlos, estos aceros no tienen la suficiente dureza en caliente ni la resistencia al desgaste para cortar a altas velocidades, cuando la temperatura se eleva de manera significativa. Su uso se limita a operaciones de baja velocidad de corte, de ahí que no tengan una importancia particular en la manufactura moderna.
Las herramientas de acero de alta velocidad (HSS) se llaman así porque se desarrollaron para maquinar a mayores velocidades de las que era posible hacerlo antes.

Se pueden endurecer a diferentes profundidades, poseen buena resistencia al desgaste y son relativamente económicos.

Producidos por primera vez a principios del siglo XX, los aceros de alta velocidad son los que tienen mayor aleación de todos los aceros para herramientas.

Debido a su tenacidad (de ahí su alta resistencia a la fractura), los aceros de alta velocidad son adecuados para: (a) herramientas de ángulos grandes y positivos de ataque (es decir, aquellas con pequeños ángulos comprendidos); (b) cortes interrumpidos, (c) máquinas herramienta con baja rigidez, sujetas a vibración y traqueteo, y (d) herramientas complejas y de una sola pieza, como brocas, rimas, machuelos y cortadores de engranes.

Su limitación más importante (por su baja resistencia en caliente) es que las velocidades de corte son bajas, en relación con las de las herramientas de carburo.

Existen dos tipos básicos de aceros de alta velocidad: al molibdeno (serie M) y al tungsteno (serie T). La serie M contiene hasta 10% de Mo, con Cr, V, W y Co como elementos de aleación. La serie T contiene de 12% a 18% de W, con Cr, V y Co como elementos de aleación.

Los carburos formados en el acero constituyen de 10% a 20% en volumen.

La serie M tiene mayor resistencia a la abrasión que la serie T, sufre menos distorsión durante el tratamiento térmico y es menos costosa. En consecuencia, 95% de todos los aceros de alta velocidad para herramientas se producen con la serie M.

Se pueden recubrir para mejorar su desempeño.


Los aceros de alta velocidad para herramientas también se pueden someter a tratamientos superficiales (como endurecimiento superficial para mejorar la dureza y la resistencia al desgaste o a tratamiento con vapor a temperaturas elevadas para desarrollar una capa dura de óxido negro (azulado) a fin de mejorar el desempeño, incluyendo una tendencia reducida a la formación de borde acumulado.

Tienen los siguientes intervalos de composición: de 38% a 53% de Co, de 30% a 33% de Cr y de 10% a 20% de W.

Debido a su elevada dureza (comúnmente entre 58 y 64 HRC), tienen buena resistencia al desgaste y pueden mantener su dureza a temperaturas elevadas.

No son tan tenaces como los aceros de alta velocidad y son sensibles a las fuerzas de impacto, en consecuencia, son menos adecuadas que los aceros de alta velocidad para las operaciones de corte interrumpido.

Conocidas comúnmente como herramientas de estelita, estas aleaciones se funden y se rectifican para darles formas relativamente sencillas.

En la actualidad sólo se utilizan en aplicaciones especiales que implican cortes de desbaste, profundos y continuos, con avances y velocidades relativamente elevadas, hasta del doble de las capacidades posibles con los aceros de alta velocidad.
Por lo general los cortes de desbaste comprenden grandes proporciones de avance y grandes profundidades de corte, con el propósito fundamental de retirar grandes cantidades de material. Por el contrario, los cortes de acabado se realizan con menores avances y profundidades de corte, y el acabado superficial es prioritario.

Para cumplir el reto de las velocidades de corte cada vez mayores se presentaron los carburos (también conocidos como carburos cementados o sinterizados) por primera vez en la década de 1930.
Debido a su elevada dureza en un amplio intervalo de temperaturas, su alto módulo elástico, alta conductividad térmica y baja dilatación térmica, los carburos se encuentran entre los materiales para herramientas y matrices más importantes, versátiles y de costo efectivo para una amplia gama de aplicaciones.
Los dos grupos más importantes de carburos utilizados en maquinado son el carburo de tungsteno y el carburo de titanio.
Carburo de Tungsteno
El carburo de tungsteno (WC) consiste en partículas de carburo de tungsteno aglutinadas en una matriz de cobalto.
Estas herramientas se manufacturan mediante técnicas de metalurgia de polvos (de ahí el término carburos sinterizados o carburos cementados).
Con frecuencia, los carburos de tungsteno se integran con carburo de titanio y carburo de niobio para proporcionar propiedades especiales al material.

Al aumentar el contenido de cobalto (va de 6% a 16%) disminuyen la resistencia, dureza y resistencia al desgaste del WC, mientras que aumenta su tenacidad debido a la mayor tenacidad del cobalto.
Por lo general, las herramientas de carburo de tungsteno se utilizan para cortar aceros, hierros fundidos y materiales no ferrosos abrasivos y han reemplazado ampliamente a las herramientas de HSS debido a su mejor desempeño.

Carburos Micrograno
Las herramientas de corte también se producen con carburos de granos de tamaños submicroscópicos y ultrafinos (micrograno).

El tamaño del grano se encuentra en el intervalo de 0.2 a 0.8 mm (8 a 30 mpulg).

Estos materiales para herramientas son más fuertes, duros y resistentes al desgaste, mejorando de esta manera la productividad. En una aplicación, con estos materiales se están produciendo microbrocas con diámetros del orden de 100 mm (0.004 pulgada), que se utilizan en la fabricación de tarjetas de circuitos microelectrónicos.

Carburos con Gradientes Funcionales
En estas herramientas, la composición del carburo en el inserto tiene un gradiente a través de la profundidad cercana a su superficie, en lugar de ser uniformes, como los insertos comunes de carburo.

Las propiedades mecánicas graduadas eliminan las concentraciones de esfuerzos y promueven la vida útil y el desempeño de las herramientas.Sin embargo, son más costosas y no se pueden justificar en todas las aplicaciones.

Carburo de Titanio
El carburo de titanio (TiC) consiste en una matriz de níquel-molibdeno. Tiene una resistencia al desgaste mayor que la del carburo de tungsteno, pero no es tan tenaz.

Es adecuado para maquinar materiales duros (principalmente aceros e hierros fundidos) y para cortar a velocidades superiores a las apropiadas para el carburo de tungsteno.

INSERTOS
Son herramientas individuales de corte con varios puntos de corte. Un inserto cuadrado tiene ocho puntos de corte y un inserto triangular tiene seis.
En general, los insertos se sujetan sobre el portaherramientas con diversos mecanismos de sujeción. Aunque no se utilizan con tanta frecuencia de esta manera, los insertos también se pueden soldar al zanco de la herramienta, pero esta práctica se abandonó desde hace mucho tiempo.

Existen varias formas de insertos o pastillas de carburo, tales como cuadrado, triángulo, diamante y redonda.

La resistencia del filo de corte de un inserto depende de su forma.

CERÁMICOS CON BASE DE NITRURO DE SILICIO
Estas herramientas tienen tenacidad, dureza en caliente y buena resistencia al impacto térmico.

Un ejemplo de material con base de SiN es el sialón. Posee una resistencia al impacto térmico y se recomienda para maquinar hierros fundidos y superaleaciones con base de níquel a velocidades intermedias de corte.

Sin embargo, debido a su afinidad química con el hierro a temperaturas elevadas, las herramientas con base de SiN no son adecuadas para maquinar aceros.

DIAMANTE
Como herramienta de corte tiene propiedades deseables, entre ellas baja fricción, alta resistencia al desgaste y la capacidad de mantener su filo de corte.

Se utiliza cuando se requiere un buen acabado superficial y precisión dimensional, en particular con las aleaciones no ferrosas blandas y con los materiales abrasivos metálicos y no metálicos (sobre todo algunas aleaciones de aluminio-silicio).
En la actualidad se usan ampliamente diamantes sintéticos o industriales, ya que el natural tiene defectos y su desempeño puede ser impredecible.

Para aplicaciones especiales se pueden utilizar diamantes monocristalinos de varios quilates. Sin embargo, se han sustituido en gran medida por herramientas de diamante policristalino, llamados compactos. Estas herramientas de diamante consisten en cristales sintéticos muy pequeños fundidos mediante un proceso de alta presión y alta temperatura.

El diamante es frágil, por lo que son importantes la forma y el afilado de la herramienta.

Se utilizan ángulos pequeños de ataque para proveer un filo de corte fuerte (debido a los ángulos mayores comprendidos).

Las herramientas de diamante se pueden emplear en forma satisfactoria casi a cualquier velocidad, pero son más adecuadas para cortes de acabado ligero, ininterrumpido.

Con el propósito de minimizar la fractura de la herramienta, el diamante monocristalino debe reafilarse en cuanto se desafile.

Debido a su fuerte afinidad química a temperaturas, no se recomienda el diamante para maquinar aceros simples al carbono o aleaciones de titanio, níquel y cobalto. También se usa como abrasivo en las operaciones de rectificado y pulido y como recubrimientos.

Rubén Alejandro Ramos Casquera
Marco Antonio Hernández Serrano

Los costos de las herramientas varían ampliamente, dependiendo del material, el tamaño, la forma, los rompevirutas y la calidad. El costo de un inserto común de 0.5 pulgada (12.5 mm) es de alrededor de (a) $2 a $10 dólares para carburos sin recubrir; (b) $6 a $10 para carburos recubiertos; (c) $8 a $12 para cerámicos, (d) $50 a $60 para carburos recubiertos con diamante; (e) $60 a $90 para nitruro de boro cúbico, y (f) $90 a $100 para insertos con punta de diamante.
Costos de las herramientas
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