Tecnologia de Corte Parte 1

Tecnología de las herramientas de corte.

Este curso está orientado fundamentalmente al mecanizado en tornos, específicamente con aceros de baja aleación.

TECNOLOGÍA DE LAS HERRAMIENTAS DE CORTE Cuando hablamos de mecanizado con herramientas de corte, tenemos que tener en cuenta algunos puntos. Estos son: el material de la pieza, el tipo de mecanizado, el material de la herramienta, los factores de corte. Empecemos identificando los materiales de las piezas:

ISO ACEROS P ISO ACEROS M INOXIDABLES ISO FUNDICIÓN K ISO NO FERROSOS N ISO SUPERALEACIONES S TERMORRESISTENTES ISO MATERIALES H ENDURECIDOS

Aceros sin alear, baja y alta aleación. Aceros inoxidables martensíticos, ferrítico, austenítico, y duplex. Fundición maleable, gris, nodular. Aleaciones de aluminio. Aleaciones de cobre. Cobre. Titanio. Aleaciones de titanio. Base de hierro, de níquel, de cobalto. Acero extraduro. Acero templado. Fundición en coquilla.

Nos orientaremos principalmente al mecanizado en tornos con aceros. En principio, para estudiar cual es la herramienta adecuada, debemos tomar como referencia la dureza del material a mecanizar, por lo tanto es necesario tener a mano una tabla de dureza de los aceros (Tabla I Dureza) Además, debido a que en la industria se emplean diferentes sistemas para medir dureza, necesitamos de una tabla comparativa entre los tres sistemas más empleados (Tabla II Dureza)

Autor: Julio Alberto Correa

Página 1 de 37


Tabal I Dureza

TABLA DE DUREZA DE LOS ACEROS Acero S.A.E. Nº

Nº de dureza Brinell

Acero S.A.E. Nº

Nº de dureza Brinell

1010 1015 1020 1022 1024 1025 1030 1035 1040 1045 1050 1060 1095 1112 1113 1117 1118 1120 1132 1137 1330 1335 1340 1345 1350 2015 2115 2315 2320 2330 2335 2340 2345 2350 2512 2515 3115 3120 3125 3130 3140 3141 3145 3150 3230

110/141 150/143 127/160 126 156 160/163/168 168/180/185 172/174/197/212 186/187/195/230 185/187/193/197/227/248 201208/266 217/225/230/315 207/280 167 183 167 120/161 120/152 165/200 197/229 189/212/277/326 262 217/277 241 305 130/168 175 153/192 183/223 170/195/207/223/271/300/324 335 223/240/300/376 260/273/340 269/280/350 210 179/226 128/134/163 144/149/174 160/164187 176/178/186/210/262/306/335 207/228/241/285/370 207/210/255/384 210/223/259/532 178/239/280262/342 174/202/221/345

3245 3250 3312 3325 3340 3415 3430 3435 3450 3450 4115 4130 3240 4135 4140 4150 4340 4540 4545 4615 4620 4640 4650 4815 4820 5120 5130 5135 5140 5150 5210 6115 6120 6125 6130 6135 6140 6145 6150 30905 51210

263/331/408 180/291/301/372 212/228/296/321 269/302/352/375 255/325/352/395 163268/319/360 341 207/217/241/295/360 255 219/241/326/388 158/167 192/217/229/293/321/363 170/285/287/330/400 272/364/444 269/277/363/444 287/500 401/415 429/502 444 170/183/212/229/251/279 246/280 281/248/392/520 241/269/305/382 187 390 165210/335 201/207/375 207 212/223/302/303 277/285/352/361 187 170/174 220/255/310 282/310 207/264/305 217306/346 262/277/401/511 302401/444 277/285/341/461 142/187 198


Página 2 de 37


Tabla II Dureza

Las normas ISO, identifican a los metales duros de herramienta de esta manera:

ISO P P01 P10 P20: P30

Ideales para el mecanizado de acero, acero fundido, y acero maleable de viruta larga. Torneado y mandrinado en procesos de acabado, velocidades de corte altas, sección de viruta pequeña, alta calidad superficial, tolerancia pequeña y libre de vibraciones. Torneado de copiado, roscado, fresado a altas velocidades de corte, sección de viruta de pequeña a mediana Torneado de copiado, fresado, velocidad de corte mediana, sección de viruta de mediana, refrentados ligeros y condiciones medianamente desfavorables. Torneado, fresado a velocidades de corte entre mediana y baja, sección de viruta de mediana a grande incluyendo operaciones en condiciones desfavorables


Página 3 de 37

Tecnología de las herramientas de corte. P40: P50:

Torneado, cepillado, fresado, ranurado y tronzado a baja velocidad de corte, amplia sección de viruta, posibles ángulos de desprendimiento elevados y condiciones muy desfavorables de trabajo. Donde se requiera una gran tenacidad de la herramienta en torneado, cepillado, ranurado, tronzado a baja velocidad de corte, sección de viruta grande, posibilidad de grandes ángulos de desprendimiento y condiciones de trabajo extremadamente desfavorables.

ISO M

Ideales para tornear acero inoxidable, ferrítico y martensítico, acero fundido, acero al manganeso, fundición aleada, fundición maleable y acero de fácil mecanización.

M10 M20 M30

Torneado a velocidades de corte medianas, sección de viruta de pequeña a mediana. Torneado, fresado a velocidad de corte media y sección de viruta de mediana. Torneado, fresado y cepillado a velocidades de corte medianas, sección de viruta de mediana a grande. Torneado, perfilado, ranurado y tronzado en máquinas automáticas

M40 ISO K

Ideal para el torneado de fundición gris, fundición en coquilla, y fundición maleable de viruta corta.

K01 K10 K20

Torneado y mandrinado en procesos de acabado. Fresado en proceso de acabado y rasqueteado. Torneado, fresado, taladrado, mandrinado etc. Torneado, fresado, cepillado, mandrinado y brochado. Además de operaciones que requieran de una herramienta muy tenaz. Torneado, fresado, cepillado, tronzado y ranurado en condiciones de trabajo desfavorables y con posibilidades de grandes ángulos de desprendimiento. Torneado, fresado, cepillado ranurado y tronzado en condiciones de trabajo muy desfavorables y con posibilidades de ángulos de desprendimiento muy grandes.

K30 K40

INSERTOS Las plaquitas de corte que empleamos en el mecanizado de metales, están constituidas fundamentalmente por carburo de tungsteno y cobalto, incluyendo además carburo de titanio, de tántalo, de nobio, de cromo, de molibdeno y de vanadio. Algunas calidades incluyen carbonitruro de titanio y/o de níquel.

Estudiémoslos con más detalle:


Página 4 de 37


Sustrato En un inserto recubierto, el sustrato es la base del sistema de corte, pero nunca debe entrar en contacto con la pieza de trabajo. Este hecho les permite a los fabricantes de herramientas de corte utilizar las propiedades del sustrato dentro de un rango más amplio del que sería posible si el sustrato no recubierto fuera la herramienta de corte. Las altas capacidades de procesamiento han conducido a la producción de sustratos enriquecidos, en los cuales el contenido de cobalto en la capa cercana a la superficie es mejorada significativamente, previniendo la formación de carburos cúbicos. Esto proporciona una mayor resistencia del borde que un grado puro de sustrato y es ampliamente utilizado en insertos para desbaste y operaciones interrumpidas de corte, lo mismo que en algunos materiales duros de mecanizar. Un desarrollo más reciente es la familia de sustratos de grano fino, en los cuales se controla el tamaño de los granos individuales de Carburo de wolframio (WC). Las exigencias de los sustratos varían del material de una pieza de trabajo a otro. Tomemos el acero como ejemplo. Debido a la formación continua de viruta y al calor generado en el extremo de corte, un inserto requiere un poco más de resistencia a la deformación, al desgaste y a la formación de cráteres, que el sustrato requerido para la fundición gris. La razón es que el hierro fundido no genera tanto calor y, de todas maneras, la viruta se rompe de una forma más natural. Algunos de los carburos cúbicos, como el TiC, TaC, NbC, y WC, serían adiciones críticas en un sustrato diseñado para el acero, pero no para el caso de la fundición gris. Para un material pegajoso como el acero inoxidable, el desgaste o la resistencia a los cráteres no es tan crítica como la tenacidad a causa de agarrotamiento y la formación de viruta. Por lo tanto, un sustrato resistente a la formación de viruta uno que contiene menos carburo cúbico, alto en cobalto y con un grano más fino es mejor para aceros inoxidables y aleaciones de alta temperatura. Llamamos de esta manera al material que conforma la base de la herramienta, y podemos mencionar los siguientes: Acero rápido, de alta velocidad o HSS (High Speed Steel): es una aleación de metales que contiene alrededor de un 20% de partículas duras. Con molibdeno (Mo) y tungsteno (W) (también puede tener vanadio (Va) y cromo (Cr)), tienen buena resistencia a la temperatura y al desgaste. Generalmente es usado en mechas y fresas, para realizar procesos de mecanizado con máquinas herramientas. Carburo cementado o metal duro: hecho con partículas de carburo unidas por un aglomerante a través de un proceso de sinterizado. Los carburos son muy duros y representan de 60% a 95% del volumen total. Los más comunes son: Carburo de tungsteno (WC), carburo de titanio (TiC), carburo de tantalio (TaC), carburo de niobio (NbC). El aglomerante típico es el cobalto (Co). Son muy adecuados para el mecanizado de aluminio y silicio. Nota: Sinterizado: Consiste en el calentamiento en horno con atmósfera controlada de polvos a una temperatura en torno al 75% de la de fusión. A esta temperatura los enlaces mecánicos entre los polvos obtenidos por el compactado se transforman en enlaces metalúrgicos, dándole así sus principales propiedades de resistencia. Ocurre una difusión atómica y las partes unidas durante el proceso de compactación se fortalecen y crecen hasta formar una pieza uniforme. Esto puede inducir a un proceso de recristalización y a un incremento en el tamaño de los granos. Los poros tienden a volverse redondos y la porosidad en general como porcentaje del volumen total tiende a decrecer. Esta operación, casi siempre, se lleva a cabo dentro de un ambiente de atmósfera controlada y a temperaturas entre el 60 y 90% de la temperatura de fusión del mayor constituyente. Cuando hay mezcla de polvos, hay ocasiones en donde el proceso de sinterización se efectúa a una temperatura superior a la de fusión de uno de los constituyentes secundarios- como en partes estructurales de Carburo de Tungsteno/Cobalto, etc. Al hacer el proceso a una temperatura superior a la temperatura de fusión de un constituyente, se esta haciendo un sinterizado con presencia de fase líquida.


Página 5 de 37


Carburo cementado recubierto: la base de carburo cementado es recubierta con carburo de titanio (TiC), nitruro de titanio (TiN), óxido de aluminio (Al2O3), nitruro de titanio y carbono (TiCN), nitruro de titanio y aluminio (TiAlN). La adhesión del recubrimiento será mediante CDV (deposición química por vapor), PVD (deposición física por vapor) y MTCVD (deposición química por vapor a temperatura media). Buen equilibrio entre la tenacidad y la resistencia al desgaste. Cermet (CERamic / METal): Aunque el nombre es aplicable incluso a las herramientas de carburo cementado, en este caso las partículas base son de TiC, TiCN, TiN en vez de carburo de tungsteno. El aglomerante es níquel-cobalto. Buena resistencia al desgaste y formación de cráteres, alta estabilidad química y dureza en caliente. Baja tendencia a la oxidación y a la formación del filo recrecido. Son de gran dureza y resistencia a la abrasión en detrimento de su tenacidad. Los cermets se aplican mejor a aquellos materiales que producen una viruta dúctil, aceros y las fundiciones dúctiles. Los modernos aleados carburos de tantalio y niobio (TaNbC) y carburo de molibdeno (MoC) añadidos incrementan la resistencia de los cermets ante el choque cíclico propio de la operación de fresado. Cerámicos: Existen dos tipos básicos de cerámica: Las basadas en óxido de aluminio (Al2O3) y las de nitruro de silicio (Si3N4). Esta es una sustancia muy dura que ha sido empleada desde hace muchos años en ruedas de rectificado. Básicamente, un inserto cerámico es una rueda de rectificar de óxido de aluminio de grano muy fino. Son duras, con alta dureza en caliente, y no reaccionan químicamente con los materiales de la pieza. Sin embargo son muy frágiles. Ideales para el mecanizado de piezas en duro y como reemplazo de las operaciones de rectificado. Nitruro de Boro Cúbico (CBN): Es uno de los materiales más duros. Ocupa el segundo lugar después del diamante. Dureza extrema en caliente, excelente resistencia al desgaste y en general buena estabilidad química durante el mecanizado. Es frágil, pero más tenaz que las cerámicas. Diamante policristalino (PCD): Es casi tan duro como el diamante natural. Este diamante sintético tiene una increíble resistencia al desgaste y una baja conductividad térmica. Sin embargo, son muy frágiles. La vida de la herramienta es hasta cien veces mayor que la del carburo cementado. Desventajas: las temperaturas de corte no deben exceder 600º C, no puede ser usado para cortar materiales ferrosos porque existe afinidad, y no sirve para cortar materiales tenaces.

Recubrimientos Hay dos factores que deben ser considerados en la evaluación de recubrimientos de insertos: los materiales usados y el proceso mediante el cual son aplicados. Ambos influyen en el rendimiento del sistema del inserto. El mismo recubrimiento actúa como interfaz entre la pieza de trabajo y la herramienta de corte. Según la aplicación, los recubrimientos pueden proporcionar resistencia al desgaste, a la abrasión, a la formación de cráteres, a la acumulación de adherencias en el filo, a la resistencia química, o una simple reducción de la fricción que disminuye las temperaturas de corte. Las características principales de los recubrimientos se resumen en los siguientes puntos: • • • • • •

Aumentan la dureza en los filos de corte de la herramienta. Facilitan la disipación del calor acumulado en el filo de corte Baja conductividad térmica que favorece la eliminación del calor a través de la viruta. Aumentan la resistencia a la abrasión, disminuyen la afinidad herramienta-pieza El grosor del recubrimiento varía entre 0.002mm y 0.01mm. Los recubrimientos se aplican mediante deposición química de vapor o deposición física de vapor


Página 6 de 37

Tecnologia de Corte Parte 1

Recommend Documents