Materiales para Herramientas de Corte

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES

• Dureza
• Tenacidad
• Resistencia al desgaste
• Disipación del Calor
• Agudeza de Filos
• Capacidad

MATERIALES

Aceros al Carbono

• Contenidos de C: 0,7 a 1,2%
• Adquieren elevada dureza en el temple
• Relativamente frágiles
• Baja resistencia al trabajo en caliente.

Aplicaciones:

1. Mecanizados a temperaturas no muy altas.
2. Herramientas de acabado a baja Vc, en trabajos muy delicados.
3. Herramientas que requieren finura en el filo.
4. Herramientas de forma complicada para bajo número de piezas.
5. Vc en general menor a 5 m/min mecanizando aceros.

Aceros Rápidos

• Posibles aleantes: C, Si, Mn, Cr, W, Mo, V, Co, Ti, Ni, Bo
• Tipos más comunes: base Mo o base W
• Co entre 2,5 y 24%: mayor dureza en caliente
• Clásico: W = 18% Cr = 4% V = 1% conocido como 18 4 1

Stellitas

• Aleaciones ternarias de Cr, Co y W Se obtienen por colada Solo mecanizables
  por abrasión
• Inconveniente más frágiles que el acero rápido Deben trabajar a Vc elevada y
  pequeño avance Son insensibles a los tratamientos térmicos
• Punto de fusión cercano a los aceros 1280 o C) e idéntico coef dilatación,
  permiten realizar el recargue oxiacetilénico sobre barras soporte de acero
• Al ser un producto de colada, las barras de este material pueden presentar
  porosidad

Carburos Sinterizados (Metal Duro o Widia)

• Compuestos pulvimetalúrgicos de carburos de W, o de Ta y de W, incluso de carburos de Ti y Nb
• Aglomerados comúnmente con Co
• Fabricación molienda, mezcla, prensado, sinterizado entre 1400 y 1600 ºC
• Vc muy superior a los aceros rápidos
• No admiten ningún tratamiento térmico
• Menos tenaces que los aceros rápidos
• Creciente aplicación sustituyendo aceros rápidos brocas, fresas pequeñas, machos, etc en las que todo el volumen es metal duro (herramientas de metal duro integral)
• Otras broca cañón, cabezas de taladrar descartables, etc
• Plaquitas o insertos descartables, con o sin recubrimiento

Calidades de Metal Duro

CALIDADES: se designan con números

• Dentro de cada TIPO se designan mediante números de 0 hasta 50
• Tienen comportamiento antagónico: resistencia al desgaste o tenacidad.
• La resistencia al desgaste crece al aumentar el Nº y la tenacidad disminuye
• Se elige la calidad según la exigencia de la operación. 
• Se busca tenacidad para corte interrumpido o para Vc y avance bajos o medios
• Se busca resistencia al desgaste para corte continuo o VC y avance altos

Tipos de plaquitas y portaherramientas

Cerámicos

• Sinterizado de polvos a 1700 o C, de óxidos de Al o de nitruro de Si entre 90 y 99 con adiciones de otros óxidos como el de Circonio, de Cr, de Mg, de Fe, etc
• La dureza del compuesto final supera la de sus componentes individuales
• Oxido de Al o alúmina (Al 2 O 3 usado además como abrasivo, tiene dureza superior a los CW, pero es mas frágil y sensible a choques y vibraciones Se usa solo en mecanizado continuo con máquinas muy rígidas, estables, y potentes
• Nitruro de Si (Si 3 N 4 cerámico superior al Al 2 O 3 en tenacidad y resistencia a choques térmicos Su tenacidad es comparable al metal duro
• Los portaherramientas deben ser lo más rígidos y robustos posibles
• Las leyes del corte que rigen para los otros materiales no son aplicables en el caso de los cerámicos, a saber
  -No hay formación de filo recrecido
  -No hay desgaste de la herramienta en forma de cráter
  -El espesor mínimo de viruta que puede ser arrancado
• Los cerámicos deben trabajar con a negativo para que el esfuerzo sea neto de compresión evitando flexión que pueda dar lugar a componentes de tracción
• Se proveen como insertos descartables Las Vc son más altas, hasta 1000 m/min

Cermets

• Es el nombre asignado a los metales duros con partículas duras en base a TiC, carbonitruro de titanio ( y/o TiN en vez de WC
• Nombre derivado de CERamic METal partículas cerámicas en aglomerante metálico
• Productos de pulvimetalurgia, se prensan y sinterizan obteniendo insertos Se agregan elementos metálicos de alto punto de fusión como Mo Cr y V y no metálicos como SiC BoC y silicatos
• Entre los cermets de mejores características para el corte se encuentran los compuestos por Al 2 O 3 Mo 2 C, y VC El porcentaje de carburos metálicos pueden variar entre un 5 y un 40
• Pese a su relativa fragilidad poseen aceptable tenacidad, no usándose solo para acabado, sino también para fresado y torneado de aceros inoxidables
• Características salientes alta resistencia al desgaste en incidencia y en cráter, Alta estabilidad química y resistencia al calor, poca tendencia a filo recrecido y al desgaste por oxidación.

Nitruro de boro cúbico (CBN)

• Segundo en dureza luego del diamante, elevada dureza a altas temperaturas 2000 o C), gran resistencia al desgaste, estabilidad química durante el mecanizado Mas tenaz que los cerámicos pese a su mayor dureza, pero poseen menor resistencia térmica y química
• Una aplicación importante torneado de piezas duras evitando el rectificado
• Demás aplicaciones típicas Aceros forjados, aceros y fundiciones endurecidas, metales pulvimetalúrgicos con Co y Fe, rodillos de laminación, aleaciones de alta resistencia al calor
• El CBN se produce a gran presión y temperatura para unir los cristales de boro cúbico con un aglomerante cerámico o metálico Las partículas orientadas sin un orden forman una estructura muy densa policristalina El cristal CBN real, es similar al del diamante sintético
• Las propiedades del CBN pueden variarse alterando el tamaño del cristal, su contenido y tipo de aglomerante con el fin de fabricar una variedad de calidades
• Piezas demasiado blandas causan mayor desgaste que las piezas de materiales duros
• Las fuerzas de corte son grandes porque debe emplearse geometría negativa, por el material a cortar y la alta fricción Son cruciales una gran estabilidad y potencia de máquina, gran rigidez de la herramienta y generoso radio de punta Filo con chaflanes o facetas lapeadas dan resistencia y duración mayores que el metal duro y los cerámicos.
• Son excelentes para acabado de precisión, para Ra= 0 3 y tolerancias de +- 0,01 mm.
• Fluido de corte muy abundante e ininterrumpido, o bien trabajar en seco
• Hay insertos de CBN integral o segmentos de CBN adheridos en vértices de insertos de metal duro

Diamante Policristalino (PCD)

• Dureza muy cercana al diamante natural monocristalino. Elevada resistencia al desgaste, y se lo emplea mucho como abrasivo para muelas de rectificar.
• Son finos cristales de diamante unidos por sinterizado, a alta presión y temperatura. Su orientación es desordenada, lo cual elimina direcciones que provoquen fracturas.
• Pequeñas plaquitas de PCD se sueldan sobre una esquina en insertos de metal duro fijados a portaherramientas. Duración de filo hasta 100 veces mayor que el metal duro.
• Material de corte aparentemente ideal pero tiene puntos críticos: La temperatura en la zona de corte no debe exceder los 600 o C, no se puede utilizar para metales ferrosos debido a su afinidad, tampoco para materiales tenaces de elevada resistencia a la tracción. Esto excluye al PCD de la mayoría de las aplicaciones del mecanizado no abrasivo.
• Utilizado para su aplicación correcta resulta excelente: para materiales abrasivos no ferrosos o no metálicos. Cuando se requiere gran precisión y alta calidad de acabado. Para torneado y fresado de aleaciones abrasivas de Si y Al. De hecho el metal duro de grano fino sin recubrir y el PCD son los dos materiales principales para mecanizar aluminio.
• Es esencial disponer de filos bien agudos y ángulo de ataque positivo
• Otros materiales que pueden mecanizarse con PCD son composites, resinas, plásticos, carbón, cerámicas y metales duros presinterizados, así como Cu, bronce, aleaciones de Mg, aleaciones de Zn, Pb y latón
• Por su gran estabilidad química, el rozamiento con la pieza no afecta al filo El PCD no deja rebabas y la vida de la herramienta es muchas veces mayor Su alta fragilidad demanda condiciones muy estables, herramientas muy rígidas y máquinas trabajando a grandes velocidades Puede usarse fluido para refrigerar
• Las operaciones típicas son acabado y semiacabado en torneado y mandrinado para el fresado se emplean placas de barrido en asientos especiales Las profundidades y avances deben ser pequeños y se deben evitar cortes interrumpidos

Diamante

• La mayor dureza obtenible en herramientas de corte: prolongada duración del filo.
• Principal desventaja: fragilidad, que lo hace inepto para resistir vibraciones.
• Para mecanizados con pasada continua y baja profundidad, respondiendo a tolerancias del orden de +- 0,002mm, con acabado superficial superior al rectificado.
• Para mecanizar materiales plásticos, algunos bronces, aleaciones de Al, Cu, Latón, Caucho, Amianto, ebonita, cartón, etc.
• Para disminuir los riesgos de fractura por fragilidad, la punta de la herramienta se redondea con una curva de gran radio, sea de forma continua o siguiendo una poligonal facetada.
• Pueden usarse en forma de pastillas sobre portaherramientas especiales, o se las suelda en una esquina de un inserto de metal duro triangular o romboidal. También han aparecido plaquitas de metal duro con depósito superficial de diamante.
• Solo se usan para terminación. La Vc está solo limitada a la aparición de las primeras vibraciones en la máquina o en la pieza. Avance pequeño, entre 0,03 y 0,05mm/vta., y profundidad de 0,1 a 0,5 mm.