Selección del material de la herramienta de corte
¿Cómo seleccionar el material adecuado para la herramienta de corte al planificar una operación de corte de metal exitosa?
La selección del material y el grado de la herramienta de corte es un factor crítico a considerar en una operación de corte.
Una comprensión básica de cada material de herramienta de corte y su rendimiento es esencial para hacer la selección correcta.
Los factores a considerar al seleccionar un material para la herramienta de corte incluyen el material de la pieza de trabajo que se va a mecanizar, el tipo y la forma del componente, las condiciones de mecanizado y el nivel de calidad de la superficie requerida para cada operación.
Material para herramientas de corte de carburo cementado recubierto
Los insertos para herramientas de corte hechos de carburo cementado recubierto dominan el mercado. Las cualidades excepcionales de este material, incluyendo alta resistencia al desgaste, tenacidad y la capacidad de moldearse en formas intrincadas, son las razones de su popularidad.
Al recubrir el carburo cementado con un grado personalizado, se produce carburo cementado recubierto, que es la opción preferida para varias herramientas y aplicaciones.
Recubrimiento - CVD
La deposición química de vapor (CVD) es un proceso que genera recubrimientos a través de reacciones químicas a altas temperaturas. (700-1050 °C).
Los recubrimientos de CVD ofrecen una excelente resistencia al desgaste y adhesión al carburo cementado, y el primer carburo cementado recubierto con CVD fue un recubrimiento de carburo de titanio (TiC) de una sola capa.
Posteriormente se introdujeron los recubrimientos de alúmina (Al2O3) y nitruro de titanio (TiN), y los recubrimientos de carbonitruro de titanio más recientes (MT-Ti(C,N) o MT-TiCN, también conocidos como MT-CVD) se desarrollaron para preservar la interfaz del carburo cementado.
Los recubrimientos CVD modernos combinan estos recubrimientos (recubrimientos multicapa) y sus propiedades se han mejorado mediante optimización microestructural y tratamientos posteriores.
MT-Ti(C,N)- La dureza del material ofrece resistencia al desgaste abrasivo, lo que conduce a una disminución del desgaste del flanco.
CVD-Al2O3 - Presenta resistencia al desgaste por cráter debido a su baja conductividad térmica e inercia química. Además, mejora la resistencia a la deformación plástica al actuar como una barrera térmica.
CVD-TiN- Este material mejora la capacidad de resistir el desgaste y se utiliza para detectar el desgaste como capa superior.
Tratamientos posteriores - Mejora la tenacidad del filo durante cortes interrumpidos y mitiga las manchas.
Los recubrimientos de CVD ofrecen una excelente resistencia al desgaste y adhesión al carburo cementado, y el primer carburo cementado recubierto con CVD fue un recubrimiento de carburo de titanio (TiC) de una sola capa.
Posteriormente se introdujeron los recubrimientos de alúmina (Al2O3) y nitruro de titanio (TiN), y los recubrimientos de carbonitruro de titanio más recientes (MT-Ti(C,N) o MT-TiCN, también conocidos como MT-CVD) se desarrollaron para preservar la interfaz del carburo cementado.
Los recubrimientos CVD modernos combinan estos recubrimientos (recubrimientos multicapa) y sus propiedades se han mejorado mediante optimización microestructural y tratamientos posteriores.
MT-Ti(C,N)- La dureza del material ofrece resistencia al desgaste abrasivo, lo que conduce a una disminución del desgaste del flanco.
CVD-Al2O3 - Presenta resistencia al desgaste por cráter debido a su baja conductividad térmica e inercia química. Además, mejora la resistencia a la deformación plástica al actuar como una barrera térmica.
CVD-TiN- Este material mejora la capacidad de resistir el desgaste y se utiliza para detectar el desgaste como capa superior.
Tratamientos posteriores - Mejora la tenacidad del filo durante cortes interrumpidos y mitiga las manchas.
Aplicaciones:
Los grados con recubrimiento de CVD se prefieren en varias aplicaciones que requieren resistencia al desgaste, como torneado y mandrinado general de acero, con recubrimientos de CVD gruesos que brindan resistencia al desgaste por cráter. Los grados CVD también son adecuados para torneado general de aceros inoxidables y para grados de fresado en ISO P, ISO M e ISO K. En taladrado, los grados CVD se utilizan principalmente en la plaquita periférica.
Recubrimiento - PVD
Los recubrimientos PVD se forman a bajas temperaturas (400-600 °C) a través de la evaporación de un metal que reacciona con nitrógeno para crear un recubrimiento de nitruro duro en la superficie de la herramienta de corte. Estos recubrimientos aumentan la resistencia al desgaste y la dureza del grado, mientras que sus tensiones de compresión mejoran la tenacidad del borde y previenen la formación de grietas.
PVD-TiN- El recubrimiento PVD inicial fue nitruro de titanio, que tiene un color dorado y propiedades de uso general.
PVD-Ti(C,N)- El carbonitruro de titanio proporciona una mayor resistencia al desgaste del flanco debido a su mayor dureza en comparación con TiN.
PVD-(Ti,Al)N-La combinación de alta dureza y resistencia a la oxidación en el nitruro de aluminio y titanio mejora la resistencia general al desgaste.
PVD-óxido- Se utiliza por su inactividad química y resistencia superior al desgaste por cráter.
Aplicaciones:
Para lograr filos afilados y manipular materiales que manchan, se recomiendan grados con recubrimiento de PVD.
Estos grados se utilizan ampliamente para fresas de extremo sólido, brocas, ranurado, roscado, fresado, taladrado y aplicaciones de acabado, además de utilizarse como grado de inserto central en taladrado.
Estos grados se utilizan ampliamente para fresas de extremo sólido, brocas, ranurado, roscado, fresado, taladrado y aplicaciones de acabado, además de utilizarse como grado de inserto central en taladrado.
Carburo cementado
El carburo cementado es un material metalúrgico que se compone de partículas de carburo de tungsteno (WC) en polvo y un aglutinante rico en cobalto.
Cuando se utilizan para cortar metales, los carburos cementados contienen más del 80% de WC en fase dura, y los carbonitruros cúbicos son componentes importantes, particularmente en los grados sinterizados en gradiente.
El cuerpo del carburo cementado se crea mediante técnicas de prensado de polvo o moldeo por inyección y luego se sinteriza para alcanzar la densidad completa.
El ajuste de la relación dureza/tenacidad de un grado de carburo cementado está muy influenciado por el tamaño de grano del carburo de tungsteno (WC), un tamaño de grano más fino significa mayor dureza en un contenido dado de fase aglutinante.
La tenacidad y la resistencia del grado a la deformación plástica están controladas por la cantidad y composición del aglutinante rico en Co. Más aglutinante en igual tamaño de grano WC resulta en un grado más tenaz que es más propenso al desgaste por deformación plástica. El contenido insuficiente de aglutinante puede dar lugar a un material quebradizo.
Para aumentar la dureza en caliente y formar gradientes, se suelen añadir carbonitruros cúbicos o fase γ. Los gradientes combinan una resistencia a la deformación plástica mejorada con la tenacidad del filo.
En el filo, los carbonitruros cúbicos se concentran para mejorar la dureza en caliente, mientras que una estructura aglutinante rica en carburo de tungsteno evita grietas y fracturas por martilleo de viruta más allá del filo.
Cuando se utilizan para cortar metales, los carburos cementados contienen más del 80% de WC en fase dura, y los carbonitruros cúbicos son componentes importantes, particularmente en los grados sinterizados en gradiente.
El cuerpo del carburo cementado se crea mediante técnicas de prensado de polvo o moldeo por inyección y luego se sinteriza para alcanzar la densidad completa.
El ajuste de la relación dureza/tenacidad de un grado de carburo cementado está muy influenciado por el tamaño de grano del carburo de tungsteno (WC), un tamaño de grano más fino significa mayor dureza en un contenido dado de fase aglutinante.
La tenacidad y la resistencia del grado a la deformación plástica están controladas por la cantidad y composición del aglutinante rico en Co. Más aglutinante en igual tamaño de grano WC resulta en un grado más tenaz que es más propenso al desgaste por deformación plástica. El contenido insuficiente de aglutinante puede dar lugar a un material quebradizo.
Para aumentar la dureza en caliente y formar gradientes, se suelen añadir carbonitruros cúbicos o fase γ. Los gradientes combinan una resistencia a la deformación plástica mejorada con la tenacidad del filo.
En el filo, los carbonitruros cúbicos se concentran para mejorar la dureza en caliente, mientras que una estructura aglutinante rica en carburo de tungsteno evita grietas y fracturas por martilleo de viruta más allá del filo.
Aplicaciones:
Tamaño de grano de WC medio a grueso, WC fino o submicrónico Tamaño de grano y carburo cementado con gradiente.
Material de herramienta de corte de carburo cementado sin recubrimiento
Una pequeña fracción de la gama de herramientas de corte comprende grados de carburo cementado sin recubrimiento, que pueden ser WC/Co puro o contener una alta concentración de cobre cúbico carbonitruros.
Aplicaciones:
Este material para herramientas de corte se utiliza comúnmente para mecanizar HRSA o aleaciones de titanio, así como para tornear materiales endurecidos a bajas velocidades.
Los grados de carburo cementado sin recubrimiento exhiben una acción de autoafilado y una tasa de desgaste controlada, pero rápida.
Aplicaciones:
Este material para herramientas de corte se utiliza comúnmente para mecanizar HRSA o aleaciones de titanio, así como para tornear materiales endurecidos a bajas velocidades.
Los grados de carburo cementado sin recubrimiento exhiben una acción de autoafilado y una tasa de desgaste controlada, pero rápida.
Material de herramienta de corte cermet
El cermet es un tipo de carburo cementado que consiste en partículas duras a base de titanio; el nombre cermet proviene de una combinación de cerámica y metal.
Originalmente, el cermet se componía de TiC y níquel, pero las versiones modernas no contienen níquel y presentan una estructura específica compuesta por partículas centrales de Ti(C,N) y una segunda fase dura de (Ti,Nb,W)(C,N), con un aglutinante de cobalto rico en W.
El Ti(C,N) añade resistencia al desgaste, la segunda fase dura mejora la resistencia a la deformación plástica y la cantidad de cobalto controla la tenacidad. En comparación con el carburo cementado, el cermet ofrece mejor resistencia al desgaste y menor adherencia, pero menor resistencia a la compresión y al choque térmico.
El cermet se puede recubrir con PVD para una resistencia al desgaste aún mayor.
Aplicaciones:
El patrón de desgaste autoafilante de los grados cermet los hace ideales para aplicaciones donde el filo acumulado es un problema.
Esta característica ayuda a mantener bajas fuerzas de corte incluso durante períodos de uso prolongados, lo que permite una larga vida útil de la herramienta y tolerancias estrechas, además de producir superficies brillantes en operaciones de acabado.
Los grados cermet se utilizan a menudo para el acabado de aceros inoxidables, fundiciones nodulares, aceros con bajo contenido de carbono y aceros ferríticos, así como para la resolución de problemas en todos los materiales ferrosos.
Originalmente, el cermet se componía de TiC y níquel, pero las versiones modernas no contienen níquel y presentan una estructura específica compuesta por partículas centrales de Ti(C,N) y una segunda fase dura de (Ti,Nb,W)(C,N), con un aglutinante de cobalto rico en W.
El Ti(C,N) añade resistencia al desgaste, la segunda fase dura mejora la resistencia a la deformación plástica y la cantidad de cobalto controla la tenacidad. En comparación con el carburo cementado, el cermet ofrece mejor resistencia al desgaste y menor adherencia, pero menor resistencia a la compresión y al choque térmico.
El cermet se puede recubrir con PVD para una resistencia al desgaste aún mayor.
Aplicaciones:
El patrón de desgaste autoafilante de los grados cermet los hace ideales para aplicaciones donde el filo acumulado es un problema.
Esta característica ayuda a mantener bajas fuerzas de corte incluso durante períodos de uso prolongados, lo que permite una larga vida útil de la herramienta y tolerancias estrechas, además de producir superficies brillantes en operaciones de acabado.
Los grados cermet se utilizan a menudo para el acabado de aceros inoxidables, fundiciones nodulares, aceros con bajo contenido de carbono y aceros ferríticos, así como para la resolución de problemas en todos los materiales ferrosos.
Material para herramientas de corte de cerámica
Una amplia Hay una gama de calidades de cerámica disponibles para diferentes aplicaciones, todas las cuales ofrecen una resistencia al desgaste excepcional a altas velocidades de corte.
Esos grados de cerámica son:
Cerámicas mixtas
Las cerámicas mixtas se endurecen añadiendo carburos cúbicos o carbonitruros (TiC, Ti(C,N)) como partículas de refuerzo, lo que da como resultado una conductividad térmica y una tenacidad mejoradas.
Óxido Cerámica
El óxido de aluminio (Al₂O₃) constituye la base de la cerámica de óxido, que se refuerza mediante la adición de zirconio (ZrO₂) para prevenir grietas. Esto da como resultado un material químicamente estable, pero con baja resistencia al choque térmico.
Cerámica reforzada con filamentos
Para mejorar significativamente la tenacidad y permitir el uso de refrigerante, la cerámica reforzada con filamentos incorpora filamentos de carburo de silicio (SiCw). Este tipo de cerámica es ideal para cortar aleaciones a base de níquel.
Sialon
Los grados de Sialon (SiAlON) son ideales para operaciones de corte en superaleaciones resistentes al calor (HRSA), ya que ofrecen tanto la resistencia de una red de nitruro de silicio autorreforzada como una estabilidad química mejorada.
Cerámicas de nitruro de silicio
Silicon Las cerámicas de nitruro (Si₃N₄) forman un material autorreforzado con alta tenacidad gracias a sus cristales alargados. Si bien estos grados son eficaces en fundición gris, su uso en otros materiales para piezas de trabajo es limitado debido a su falta de estabilidad química. Aplicaciones: La amplia gama de aplicaciones y materiales para las calidades cerámicas incluye operaciones de torneado, ranurado y fresado de alta velocidad. Las propiedades específicas de cada calidad cerámica, aplicadas correctamente, permiten una alta productividad.
Por lo tanto, es esencial entender cuándo y cómo usar grados cerámicos para un mecanizado exitoso.
Esos grados de cerámica son:
Cerámicas mixtas
Las cerámicas mixtas se endurecen añadiendo carburos cúbicos o carbonitruros (TiC, Ti(C,N)) como partículas de refuerzo, lo que da como resultado una conductividad térmica y una tenacidad mejoradas.
Óxido Cerámica
El óxido de aluminio (Al₂O₃) constituye la base de la cerámica de óxido, que se refuerza mediante la adición de zirconio (ZrO₂) para prevenir grietas. Esto da como resultado un material químicamente estable, pero con baja resistencia al choque térmico.
Cerámica reforzada con filamentos
Para mejorar significativamente la tenacidad y permitir el uso de refrigerante, la cerámica reforzada con filamentos incorpora filamentos de carburo de silicio (SiCw). Este tipo de cerámica es ideal para cortar aleaciones a base de níquel.
Sialon
Los grados de Sialon (SiAlON) son ideales para operaciones de corte en superaleaciones resistentes al calor (HRSA), ya que ofrecen tanto la resistencia de una red de nitruro de silicio autorreforzada como una estabilidad química mejorada.
Cerámicas de nitruro de silicio
Silicon Las cerámicas de nitruro (Si₃N₄) forman un material autorreforzado con alta tenacidad gracias a sus cristales alargados. Si bien estos grados son eficaces en fundición gris, su uso en otros materiales para piezas de trabajo es limitado debido a su falta de estabilidad química. Aplicaciones: La amplia gama de aplicaciones y materiales para las calidades cerámicas incluye operaciones de torneado, ranurado y fresado de alta velocidad. Las propiedades específicas de cada calidad cerámica, aplicadas correctamente, permiten una alta productividad.
Por lo tanto, es esencial entender cuándo y cómo usar grados cerámicos para un mecanizado exitoso.
Material de herramienta de corte de nitruro de boro cúbico policristalino
El material de herramienta de corte conocido como nitruro de boro cúbico policristalino (PCBN) ofrece excelente dureza en caliente, tenacidad y resistencia al choque térmico, lo que permite su uso a altas velocidades de corte.
Los grados de CBN modernos son compuestos cerámicos con un contenido de CBN de 40-65%, y el aglutinante cerámico mejora la resistencia al desgaste.
Los grados de CBN con alto contenido contienen entre 85 y 100% de CBN y pueden tener un aglutinante metálico para mejorar la tenacidad.
El CBN se suelda típicamente sobre un soporte de carburo cementado para crear una plaquita. La tecnología de soldadura al vacío proporciona mayor adhesión para las puntas de corte de CBN en plaquitas negativas.
Aplicaciones:
Las calidades de CBN se utilizan comúnmente para el acabado del torneado de aceros templados con una dureza superior a 45 HRCe. Con durezas superiores a 55 HRCe, el CBN es la única herramienta de corte adecuada que puede reemplazar los métodos de rectificado convencionales.
Los aceros más blandos con una dureza inferior a 45 HRCe contienen un mayor nivel de ferrita, lo que afecta negativamente a la resistencia al desgaste del CBN.
El CBN también se puede utilizar para el desbaste a alta velocidad de fundición gris en operaciones de torneado y fresado.
Los grados de CBN modernos son compuestos cerámicos con un contenido de CBN de 40-65%, y el aglutinante cerámico mejora la resistencia al desgaste.
Los grados de CBN con alto contenido contienen entre 85 y 100% de CBN y pueden tener un aglutinante metálico para mejorar la tenacidad.
El CBN se suelda típicamente sobre un soporte de carburo cementado para crear una plaquita. La tecnología de soldadura al vacío proporciona mayor adhesión para las puntas de corte de CBN en plaquitas negativas.
Aplicaciones:
Las calidades de CBN se utilizan comúnmente para el acabado del torneado de aceros templados con una dureza superior a 45 HRCe. Con durezas superiores a 55 HRCe, el CBN es la única herramienta de corte adecuada que puede reemplazar los métodos de rectificado convencionales.
Los aceros más blandos con una dureza inferior a 45 HRCe contienen un mayor nivel de ferrita, lo que afecta negativamente a la resistencia al desgaste del CBN.
El CBN también se puede utilizar para el desbaste a alta velocidad de fundición gris en operaciones de torneado y fresado.
Material de herramienta de corte de diamante policristalino
El material de herramienta de corte de PCD está compuesto de partículas de diamante sinterizadas con un aglutinante metálico.
El diamante es el material más duro y resistente a la abrasión disponible.
A pesar de su buena resistencia al desgaste como material para herramientas de corte, tiende a disolverse fácilmente en hierro y carece de estabilidad química a altas temperaturas.
Aplicaciones:
El uso de herramientas de PCD está restringido a materiales no ferrosos como MMC, aluminio con alto contenido de silicio y CFRP.
Con la aplicación de refrigerante por inundación, se puede emplear PCD para el superacabado del titanio.