MATERIALES PARA HERRAMIENTAS DE CORTE

CARACTERISTICASPRINCIPALES

DUREZATENACIDADRESISTENCIA AL DESGASTE

Cos

to y

Vc

crec

ient

es ACEROS AL CARBONO *

ACEROS RAPIDOS Y SUPERRAPIDOS * ESTILITAS CARBUROS SINTERIZADOS (Metal duro) * CERAMICOS CERMETS CBN (Nitruro de boro cbico) PCD (Diamante policristalino) PCBN (Nitruro de boro cbico policristalino) DIAMANTE

OTRAS CARACTERSTICAS

DISIPACION DEL CALORAGUDEZA DE FILOSCOMPACIDADCOSTORESISTENCIA AL CHOQUE TRMICOAFINIDAD QUIMICA

(*) Pueden llevar recubrimientos duros

Cara de ataque Filo principal

Cara de incidencia

Localizacin del desgaste de la herramienta

Cara de incidencia: Desgaste del flanco Cara de ataque: Desgate de crter Filo principal: Desgaste de entalla

Criterios de falla de la herramienta Vida til del filo De terminacin

De medida

En las fuerzas de corte y empuje (o potencia)

Materiales de Herramientas - Dureza vs. Temperatura

Aceros al Carbono

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

Aplicaciones: Poco empleadas

Mecanizados a temperaturas no muy altas. Herramientas de acabado a baja Vc, en trabajos muy delicados. Herramientas que requieren finura en el filo (rasquetas). Herramientas de forma complicada para bajo nmero de piezas (machos de roscar).

Vc en general menor a 5 m/min mecanizando aceros.

Aceros Rpidos

Posibles aleantes: C, Si, Mn, Cr, W, V, Mo, Co, Ti, Ni, Bo Tipos ms comunes: base Mo o base W Co entre 2,5 y 24%: mayor dureza en caliente Clsico: W = 18% Cr = 4% V = 1% conocido como 18-4-1 Aplicacin para mecanizar aceros, fundiciones, no ferrosos, plsticos, madera, y otros materiales, en operaciones muy diversas.

Provisin: barritas templadas y rectificadas, seccin cuadrada (bits), circular o rectangular (cuchillas)

Tipos de herramientas: monocortantes de torneado, alesado, cepillado, etc.. Afilado manual o a mquina.

Otras: fresas, escariadores, machos, terrajas, brochas, sierras de hoja y de cinta. Aplicacin muy corriente: brocas. Recubrimientos duros por PVD mas empleado: Nitruro de Titanio (TiN) Velocidad de corte: en ciertos casos hasta 100 m/min

Impurezas Carburos Tenacidad, altas T, etc.

Stellitas

Aleaciones ternarias de Cr, Co y W. Se obtienen por colada. Mecanizables por

abrasin.

Inconveniente: ms frgiles que el acero rpido. Deben trabajar a Vc elevada y

pequeo avance. Son insensibles a los tratamientos trmicos.

Punto de fusin cercano a los aceros (1280oC) e idntico coef. dilatacin,

permite realizar el recargue oxiacetilnico 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)

Caractersticas principales Compuestos pulvimetalrgicos: de carburos de W, o de Ta y W, de Ti y Nb, aglomerados comnmente con Co Fabricacin: molienda, mezcla, prensado, sinterizado entre 1400 y 1600C Dureza: 97 MOHS 72 a 82 RockwellC Mecanizado final: por rectificado (solo p/ elevada prec. Dimensional) Diseos modernos p/ el conformado de viruta: Recubrimientos duros multicapa

Otras caractersticasVc muy superior a los aceros rpidos. No admiten ningn tratamiento trmico.Menos tenaces que los aceros rpidos

Herramientas de metal duro integral, sustituyendo aceros rpidos: brocas, fresas pequeas, machos, etc., broca can, cabezas de taladrar descartables, etc. Plaquitas o insertos descartables, con o sin recubrimiento

Aplicaciones

MATERIAL

A MECANIZAR

CLASIFICACION ISO DE METAL DURO

Mayor tenacidad

Mayor dureza

Mayor tenacidad

P (azul) compuesto por CW y Co, con adicin de CTi y CTa que le confieren resistencia al desgaste en caliente, propiedad importante para la duracin del filo

Empleo para: Acero al C no aleado, Aceros baja aleacin, Acero alta aleacin recocido, Acero aleado templado y revenido, y Acero fundido.

M (amarillo) compuesto por CW y Co, menor % de CTi y CTa, resistencia al desgaste menor que P, al trabajar con altas Vc y avances. Pero se dispone de mayor tenacidad.

Empleo para: Aceros inoxidables, Aleaciones de Ti y Termo-resistentes base Ni.

K (rojo) compuesto solo de CW y Co, la mas alta tenacidad, resistencia al desgaste solo con baja Vc

Empleo para: Fundiciones grises y nodulares, Aceros extraduros templados, Fundicin en coquilla, Fundicin maleable, Aleaciones de Al y de Cu.

Calidades de Metal Duro

CALIDADES: se designan con nmeros

Dentro de cada TIPO se designan mediante nmeros de 0 hasta 50 Tienen comportamiento antagnico: resistencia al desgaste o tenacidad. La resistencia al desgaste crece al aumentar el N y la tenacidad disminuye Se elige la calidad segn la exigencia de la operacin. 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

Cermicos Sinterizado de polvos a 1700oC, de xidos de aluminio o de nitruro de silicio entre 90 y 99%, y adiciones de otros xidos como el de Circonio, de Cr, de Mg, de Fe, etc.

La dureza del compuesto final supera la de sus componentes individuales. Oxido de aluminio o almina (Al2O3), usado adems como abrasivo, tiene dureza superior a los CW, pero es mas frgil y sensible a choques y vibraciones. Se usa solo en mecanizado continuo con mquinas muy rgidas, estables, y potentes.

Nitruro de silicio (Si3N4), cermico superior al Al2O3 en cuanto a tenacidad y resistencia a choques trmicos. Su tenacidad es comparable al metal duro.

Los portaherramientas deben ser lo ms rgidos y robustos posibles. Las leyes del corte que rigen para los otros materiales no son aplicables en el caso de los cermicos, a saber:

No hay formacin de filo recrecido. No hay desgaste de la herramienta en forma de crter. El espesor mnimo de viruta que puede ser arrancado.

Los cermicos deben trabajar con negativo para que el esfuerzo sea neto de compresin evitando flexin que de lugar a componentes de traccin.

Se proveen como insertos descartables. Las Vc son ms altas, hasta 1000m/min.

Cermets Es el nombre asignado a los metales duros con partculas duras en base a TiC, carburo de nitruro de titanio (TiCN) y/o TiN en vez de WC.

Proviene de CERamic METal, partculas cermicas en aglomerante metlico.

Productos de pulvimetalurgia, se prensan y sinterizan obteniendo insertos. Se agregan elementos metlicos de alto punto de fusin como Mo, Cr y V, y no metlicos como SiC, BoC, y silicatos.

Entre los cermets de mejores caractersticas para el corte se encuentran los compuestos por Al2O3 Mo2C, y VC. El porcentaje de carburos metlicos pueden variar entre un 5 y un 40%.

Pese a su relativa fragilidad poseen aceptable tenacidad, no usndose solo para acabado, sino tambin para fresado y torneado de aceros inoxidables.

Caractersticas salientes: alta resistencia al desgaste en incidencia y en crter, Alta estabilidad qumica y resistencia al calor, poca tendencia a filo recrecido y al desgaste por oxidacin.

Nitruro de boro cbico (CBN)

Segundo en dureza luego del diamante, elevada dureza a altas temperaturas (2000oC), gran resistencia al desgaste, estabilidad qumica durante el mecanizado. Mas tenaz que los cermicos pese a su mayor dureza, pero menores resistencia trmica y qumica.

Una aplicacin importante: torneado de piezas duras evitando el rectificado. Dems aplicaciones tpicas: Aceros forjados, aceros y fundiciones endurecidas, metales pulvimetalrgicos con Co y Fe, rodillos de laminacin, aleaciones de alta resistencia al calor.

El CBN se produce a gran presin y temperatura para unir los cristales de boro cbico con un aglomerante cermico o metlico. Las partculas orientadas sin un orden forman una estructura muy densa policristalina. El cristal CBN real, es similar al del diamante sinttico.

Las propiedades del CBN pueden variarse alterando el tamao 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.

CBN (continuacin)

Las fuerzas de corte son grandes por la geometra negativa que debe emplearse, por el material a cortar y la alta friccin. Son cruciales una gran estabilidad y potencia de mquina, gran rigidez de la herramienta y generoso radio de punta. Filo con chaflanes o facetas lapeadas dan resistencia y duracin mayores que el metal duro y los cermicos.

Son excelentes para acabado de precisin, para Ra=0,3 y tolerancias de 0,01mm. Fluido de corte muy abundante e ininterrumpido, o bien trabajar en seco. Hay insertos de CBN integral o segmentos de CBN adheridos en puntas 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 presin y temperatura. Su orientacin es desordenada para eliminar direcciones que provoquen fracturas.

Pequeas plaquitas de PCD se sueldan sobre una esquina en insertos de metal duro fijados a portaherramientas. Duracin de filo hasta 100 veces mayor que el metal duro.

Material de corte aparentemente ideal pero tiene puntos crticos: La temperatura en la zona de corte no debe exceder los 600oC, no se puede utilizar para metales ferrosos debido a su afinidad, tampoco para materiales tenaces de elevada resistencia a la traccin. Esto excluye al PCD de la mayora de las aplicaciones del mecanizado.

Utilizado para su aplicacin correcta resulta excelente: para materiales abrasivos no ferrosos o no metlicos. Cuando se requiere gran precisin 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.

Son esenciales filos bien agudos y ngulo de ataque positivo.

PCD (continuacin) Otros materiales que pueden mecanizarse con PCD son: composites, resinas, plsticos, carbn, cermicas y metales duros presinterizados, as como Cu, bronce, aleaciones de Mg, aleaciones de Zn, Pb y latn.

Por su gran estabilidad qumica, 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 rgidas y mquinas trabajando a grandes velocidades. Puede usarse fluido para refrigerar.

Las operaciones tpicas 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 pequeos y se deben evitar cortes interrumpidos.

Diamante La mayor dureza obtenible en herramientas de corte: prolongada duracin del filo. Principal desventaja: fragilidad, que lo hace inepto para resistir vibraciones. Para mecanizar con pasada continua y baja profundidad, respondiendo a tolerancias del orden de 0,002mm, con acabado superficial superior al rectificado.

Para mecanizar materiales plsticos, algunos bronces, aleaciones de Al, Cu, Latn, Caucho, Amianto, ebonita, cartn, 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 de forma triangular o romboidal. Tambin han aparecido plaquitas de metal duro con depsito superficial de diamante.

Solo se usan para terminacin. La Vc est solo limitada a la aparicin de las primeras vibraciones en la mquina o en la pieza. Avance pequeo, entre 0,03 y 0,05mm/vta., y profundidad de 0,1 a 0,5 mm.

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