Introducción
La elección de la calidad y el material de la herramienta es un aspecto crucial al planificar un proceso de mecanizado eficiente.
Es fundamental comprender las características de cada material de herramienta y su comportamiento para realizar una selección adecuada. La elección debe considerar el material de la pieza a mecanizar, la geometría del componente, las condiciones de mecanizado y la calidad superficial requerida para cada operación.
En esta sección encontrará detalles sobre cada material de herramienta, sus beneficios y sugerencias sobre la aplicación más apropiada.
Los materiales para herramientas presentan diversas combinaciones de dureza, tenacidad y resistencia al desgaste, y se clasifican en diferentes grados con características concretas. Habitualmente, un material de herramienta adecuado para su uso debe ser:
- lo suficientemente duro como para resistir el desgaste en incidencia y la deformación;
- tenaz para resistir la rotura del núcleo;
- no reactivo con el material de la pieza;
- químicamente estable para resistir la oxidación y la difusión;
- resistente a los cambios térmicos repentinos.
Material de herramienta de metal duro con recubrimiento
- Recubrimiento: CVD
- Recubrimiento: PVD
- Metal duro
¿Qué es el material de herramienta de metal duro con recubrimiento?
Actualmente, las plaquitas de mecanizado con recubrimiento de metal duro representan entre el 80% y el 90% del total. Su popularidad como material de corte se debe a su particular combinación de resistencia al desgaste y durabilidad, así como a su versatilidad para adaptarse a diseños intrincados.
El metal duro con recubrimiento integra metal duro y un recubrimiento, creando una solución adaptable a las necesidades específicas de cada aplicación.
Las características del metal duro son la opción preferida para un amplio abanico de herramientas y aplicaciones.
Recubrimiento: CVD
Definición y propiedades
CVD se refiere a la deposición química en fase de vapor. Los recubrimientos de CVD se producen mediante reacciones químicas a temperaturas que oscilan entre 700 y 1050°C.
Los recubrimientos de CVD destacan por su alta resistencia al desgaste y su óptima adherencia al metal duro.
El primer recubrimiento CVD aplicado a metal duro fue una capa de carburo de titanio (TiC). Posteriormente, se incorporaron los recubrimientos de alúmina (Al2O3) y los recubrimientos de nitruro de titanio (TiN). Recientemente, se han desarrollado los recubrimientos modernos de carbonitruro de titanio (MT-Ti(C,N) o MT-TiCN) para optimizar las características de la calidad mediante la preservación de la interfaz del metal duro.
Los recubrimientos de CVD actuales incluyen MT-Ti(C,N), Al2O3 y TiN. Se han optimizado las propiedades de adhesión, tenacidad y resistencia al desgaste mediante ajustes microestructurales y procesos de postratamiento. Consulte la tecnología Inveio™.
MT-Ti(C,N): su elevada dureza ofrece resistencia al desgaste abrasivo, minimizando el desgaste en incidencia.
CVD-Al2O3: presenta una naturaleza químicamente inerte y una baja conductividad térmica, lo cual le confiere una gran resistencia al desgaste en el cráter. Adicionalmente, funciona como aislante térmico para mejorar la resistencia a la deformación plástica.
CVD-TiN: aumenta la resistencia al desgaste y permite identificar su aparición.
Tratamientos posteriores: incrementan la resistencia del filo en cortes repetidos y disminuyen la propensión al desgaste.
Aplicaciones
Los recubrimientos de CVD son la opción preferida en una gran variedad de aplicaciones donde la resistencia al desgaste es fundamental. Estas aplicaciones incluyen el torneado general y el mandrinado de acero, gracias a la notable resistencia al desgaste por cráter que proporcionan los recubrimientos de CVD gruesos; el torneado general de aceros inoxidables y el fresado de materiales según las normas ISO P, ISO M e ISO K. En el taladrado, las herramientas con recubrimiento de CVD se utilizan comúnmente en la plaquita periférica.
Recubrimiento: PVD
Definición y propiedades
Los recubrimientos de deposición física en fase de vapor (PVD) se crean a temperaturas moderadas (400-600°C). El proceso consiste en la evaporación de un metal que luego interactúa con, por ejemplo, nitrógeno, para generar un recubrimiento de nitruro duro en la superficie de la herramienta de corte.
Los recubrimientos de PVD mejoran la resistencia al desgaste debido a su alta dureza. Adicionalmente, sus fuerzas de compresión contribuyen a la tenacidad del filo y a su resistencia frente a las grietas perpendiculares. Consulte la tecnología Zertivo™.
A continuación, detallamos los componentes esenciales del recubrimiento PVD. Los recubrimientos actuales son una combinación de estos componentes, organizados en capas secuenciales y/o estructuras laminares. Los recubrimientos laminares presentan múltiples capas delgadas, de espesor nanométrico, que mejoran la dureza del recubrimiento.
PVD-TiN: El nitruro de titanio fue el primer recubrimiento PVD disponible. Ofrece propiedades de uso generalizado y presenta un color dorado.
PVD-Ti(C,N): el carbonitruro de titanio es más resistente que el TiN, ofreciendo una mayor capacidad para soportar el desgaste por impacto.
PVD-(Ti,Al)N: El nitruro de titanio aluminio exhibe una elevada dureza junto con una notable resistencia a la oxidación, lo cual incrementa la resistencia al desgaste en general.
Óxido de PVD: se utiliza por su estabilidad química y para mejorar la resistencia al desgaste en la zona afectada por el calor.
Aplicaciones
Los recubrimientos de PVD son la opción preferida para filos duraderos y afilados, así como para trabajar con materiales pegajosos. Este tipo de aplicación es frecuente, incluyendo brocas y fresas de ranurar de metal duro, y la mayoría de las calidades para ranurado, roscado y fresado. Los recubrimientos de PVD también son comunes en procesos de acabado y como calidad de plaquita central en operaciones de taladrado.
Metal duro
Definición y propiedades
El metal duro es un material fabricado mediante técnicas de metalurgia de polvos; una combinación de partículas de carburo de tungsteno (WC) y un aglomerante metálico rico en cobalto (Co). Los metales duros destinados a aplicaciones de mecanizado contienen más del 80% de fase WC dura. Los carbonitruros cúbicos también son componentes esenciales, sobre todo en las calidades de gradiente sinterizado. La estructura del metal duro se crea mediante el prensado del polvo o técnicas de moldeado por inyección, seguido de un proceso de sinterización para alcanzar la densidad deseada.
El tamaño del grano WC es un factor clave para equilibrar la dureza y la tenacidad de una calidad; una granulometría más fina se traduce en una mayor dureza para un contenido de fase aglomerante dado.
La cantidad y la composición del aglomerante rico en Co influyen en la tenacidad y la resistencia a la deformación plástica del material. Para un tamaño de grano WC constante, un mayor contenido de aglomerante produce una calidad más tenaz, con una mayor propensión al desgaste por deformación plástica. Un contenido de aglomerante insuficiente puede resultar en un material excesivamente quebradizo.
Los carbonitruros cúbicos, también conocidos como fase γ, se incorporan para mejorar la resistencia térmica y para crear gradientes.
Los gradientes permiten integrar una resistencia optimizada a la deformación plástica con la tenacidad del filo. Los carbonitruros cúbicos, concentrados en el filo, incrementan la resistencia a la temperatura. En la zona más alejada del filo, una matriz de metal duro rica en estructura de tungsteno restringe las grietas y evita la fractura por impacto de la viruta.
Aplicaciones
Grosor de grano WC, de medio a grueso
Los tamaños de grano WC, desde medios hasta gruesos, proporcionan al metal duro una combinación óptima de alta resistencia al calor y tenacidad. Estos se utilizan junto con recubrimientos de CVD y PVD para aplicaciones en diversas áreas. Tamaño de grano WC de granulometría fina o submicrónica El tamaño de grano WC fino o submicrónico se emplea para conseguir filos afilados, y un recubrimiento de PVD contribuye a potenciar aún más la durabilidad del filo. Además, ofrecen una resistencia mejorada frente a cargas cíclicas térmicas y mecánicas. Sus aplicaciones habituales incluyen brocas de metal duro enterizas, fresas de ranurar de metal duro enterizas, plaquitas de tronzado y ranurado, fresado y herramientas para acabado. Metal duro con gradiente Las ventajas de los gradientes se observan en combinación con recubrimientos de CVD en diversas calidades de alta gama para operaciones de torneado, tronzado y ranurado de acero y acero inoxidable. Las calidades de metal duro sin recubrimiento suponen una porción limitada del total de herramientas de corte disponibles. Estas calidades son esencialmente WC/Co o contienen una cantidad significativa de carbonitruros cúbicos. El uso habitual de este material para herramientas se da en el mecanizado de aleaciones de titanio o HRSA (superaleaciones termorresistentes) y en el torneado de materiales templados a baja velocidad. El desgaste de las calidades de metal duro sin recubrimiento es considerable, pero predecible, y se caracteriza por un efecto de autoafilado.
Material de herramienta de metal duro sin recubrimiento
¿Qué es el material de herramienta de metal duro sin recubrimiento?
Aplicaciones
Material de herramienta cermet
¿Qué es el material de herramienta cermet?
El cermet es un material duro cementado con partículas resistentes de titanio. El término cermet surge de la unión de los conceptos de cerámica y metal. Inicialmente, los cermets eran una combinación de TiC y níquel. Actualmente, los cermets modernos no contienen níquel y se construyen con una estructura que incluye un núcleo de partículas de carbonitruro de titanio Ti(C,N), una segunda fase resistente de (Ti,Nb,W)(C,N) y un aglomerante de cobalto enriquecido con W.
El Ti(C,N) mejora la resistencia al desgaste, la parte dura aumenta la resistencia a la deformación plástica y el cobalto controla la tenacidad.
En contraste con el metal duro, el cermet ofrece una resistencia al desgaste mejorada y una menor propensión al agarre. No obstante, también disminuye la resistencia a la compresión y al choque térmico. Adicionalmente, los cermets pueden contar con recubrimiento de PVD y presentar una resistencia al desgaste optimizada.
Aplicaciones
Los materiales cermet se utilizan en procesos de embazado donde el filo de aportación suele presentar dificultades. Su característica de autoafilado asegura bajas fuerzas de corte, incluso durante mecanizados extensos. En operaciones de acabado, esto se traduce en una vida útil más larga, tolerancias ajustadas y superficies brillantes.
Se utilizan comúnmente en el acabado de acero inoxidable, fundición nodular, aceros con bajo contenido de carbono y aceros ferríticos. Los cermets también pueden ofrecer soluciones a problemas específicos en cualquier tipo de material ferroso.
Consejos:
- Use un avance y una profundidad de corte bajos
- Cambie el filo de la plaquita cuando el desgaste en incidencia alcance los 0.3 mm
- Evite las pirogrietas y las roturas a través del mecanizado sin refrigerante
Material de herramienta cerámico
¿Qué es el material de herramienta cerámico?
Las herramientas de corte cerámicas exhiben una resistencia al desgaste sobresaliente a altas velocidades de corte.
Existen diferentes grados de cerámica adecuados para diversas aplicaciones.
Las cerámicas de óxido se basan en óxido de aluminio (Al2O3) y contienen circonio (ZrO2) para prevenir el agrietamiento. Esto resulta en un material altamente estable, aunque con una baja resistencia al impacto térmico.
(1) Las cerámicas mixtas se refuerzan con partículas mediante la adición de metales duros y carbonitruros cúbicos (TiC, Ti(C,N)). Este proceso mejora la tenacidad y la conductividad térmica.
(2) Las cerámicas reforzadas con filamentos incorporan filamentos de carburo de silicio (SiCw) para aumentar significativamente la tenacidad y posibilitar la aplicación de refrigerante. Las cerámicas reforzadas con filamentos son ideales para el mecanizado de aleaciones de Ni.
(3) Las cerámicas de nitruro de silicio (Si3N4) constituyen otro tipo de materiales cerámicos. Sus cristales alargados generan una estructura auto-reforzada con una alta tenacidad. Las propiedades del nitruro de silicio lo hacen adecuado para la fundición, aunque su limitada estabilidad química restringe su aplicación en otros materiales de trabajo.
Las propiedades de sialon (SiAlON) integran la resistencia de un nitruro de silicio autorreforzado con una estabilidad química mejorada. Las calidades de sialon son ideales para el mecanizado de superaleaciones de alta resistencia (HRSA).
(1) Cerámicas mixtas
(2) Cerámicas reforzadas con filamentos
(3) Cerámicas de nitruro de silicio
Aplicaciones
Las calidades de cerámica son aptas para diversos usos y materiales, principalmente en operaciones de torneado a alta velocidad, pero también en operaciones de ranurado y fresado. Las características particulares de cada calidad cerámica ofrecen una alta productividad si se emplean de manera adecuada. Es esencial comprender el momento y la forma correcta de utilizar las calidades de cerámica para obtener los resultados deseados.
Dentro de las desventajas comunes de las cerámicas destacan la resistencia al impacto térmico y la tenacidad.
Material de herramienta de nitruro de boro cúbico policristalino
¿Qué es el material de herramienta de nitruro de boro cúbico policristalino?
El nitruro de boro cúbico, CBN, es un material para herramientas de corte que posee una excepcional dureza a altas temperaturas y permite utilizar velocidades de corte muy elevadas. Asimismo, exhibe una buena tenacidad y resistencia a los impactos térmicos.
Las calidades de CBN actuales son materiales compuestos cerámicos que contienen entre un 40% y un 65% de CBN. El aglomerante cerámico proporciona resistencia al desgaste en el CBN, el cual es propenso al desgaste químico. Otra categoría de calidades son las de alto contenido de CBN, que oscilan entre el 85% y casi el 100% de CBN. Estas calidades pueden incluir un aglomerante metálico para aumentar su resistencia.
El CBN se suelda a un portaherramientas de metal duro para crear una plaquita. La tecnología Safe-Lok™ refuerza la fijación de las puntas de CBN en plaquitas negativas.
Aplicaciones
Las herramientas de CBN se emplean habitualmente para el torneado de acabado de aceros templados con una dureza mayor a 45 HRc. Cuando la dureza supera los 55 HRc, el CBN se convierte en el único material de herramienta de corte capaz de reemplazar los métodos de rectificado convencionales. Los aceros menos duros, con una dureza inferior a 45 HRc, contienen una proporción más elevada de ferrita, lo que reduce la resistencia al desgaste del CBN.
El CBN también se emplea para el arranque rápido de material en fundición gris, tanto en operaciones de torneado como de fresado.
Material de herramienta de diamante policristalino
¿Qué es un material de herramienta de diamante policristalino?
El PCD es un material compuesto por partículas de diamante sinterizadas con un metal de unión. El diamante es el material más duro y, por consiguiente, el más resistente a la abrasión de todos los materiales conocidos. En su uso como herramienta de corte, ofrece una excelente resistencia al desgaste, pero carece de estabilidad química y tiende a disolverse en hierro.
Aplicaciones
Las herramientas de PCD son adecuadas para trabajar materiales no metálicos, como el aluminio con alto contenido de silicio, los composites de matriz metálica (MMC) y los plásticos reforzados con fibra de carbono (CFRP). Las herramientas de PCD con suministro de refrigerante también pueden emplearse en procesos de superacabado de titanio.
Calidades de Sandvik Coromant
Puede obtener información adicional sobre la variedad de plaquitas y calidades de Sandvik Coromant en este lugar.
Esta información le permitirá elegir la plaquita y calidad adecuadas, considerando el material que va a mecanizar y el uso que le dará.