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MATERIALES PARA HERRAMIENTAS DE CORTE DUREZA TENACIDAD RESISTENCIA AL DESGASTE

CARACTERISTICAS PRINCIPALES

DISIPACION DEL CALOR AGUDEZA DE FILOS COMPACIDAD COSTO RESISTENCIA AL CHOQUE TÉRMICO AFINIDAD QUIMICA

OTRAS CARACTERÍSTICAS

Costo y Vc crecientes

• • • • • • • • • •

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

(*) Pueden llevar recubrimientos duros

Localización del desgaste de la herramienta Cara de ataque

¾ Cara de incidencia: Desgaste del flanco

Filo principal

¾ Cara de ataque: Desgate de cráter ¾ Filo principal: Desgaste de entalla

Cara de incidencia

Criterios de falla de la herramienta

Vida útil del filo

9 De terminación 9 De medida 9 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 frágiles • Baja resistencia al trabajo en caliente. Aplicaciones: Poco empleadas

¾ ¾ ¾ ¾

Mecanizados a temperaturas no muy altas.

¾

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

Acabado a baja Vc, en trabajos muy delicados. Finura en el filo (rasquetas).

Herramientas de forma complicada para bajo número de piezas (machos de roscar).

Aceros Rápidos Impurezas

Carburos

Tenacidad, altas T, etc.

• Posibles aleantes: C, Si, Mn, Cr, W, V, Mo, Co, Ti, Ni, Bo • Co entre 2,5 y 24%: mayor dureza en caliente • Clásico: W = 18% Cr = 4% V = 1% conocido como 18-4-1 APLICACIONES • Mecanizado de aceros, fundiciones, no ferrosos, plásticos, madera, etc. en operaciones muy diversas. • Herramientas: monocortantes (torneado, alesado, cepillado, y policortantes fresas, escariadores, machos, terrajas, brochas, sierras de hoja y de cinta. brocas. PRESENTACION • Barritas templadas y rectificadas, sección cuadrada (bits), circular o rectangular (cuchillas) Afilado manual o a máquina • Con Recubrimientos duros por PVD mas empleado: Nitruro de Titanio (TiN) VELOCIDAD DE CORTE: hasta 100 m/min

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

abrasión. ∗ Desventajas: más frágiles que el acero rápido. Pueden presentar porosidad. Son insensibles a los tratamientos térmicos. Baja velocidad de avance. ∗Punto de fusión cercano a los aceros (1280oC) e idéntico coef. dilatación, permite realizar el recargue oxiacetilénico sobre barras soporte de acero

VELOCIDAD DE CORTE elevada

Carburos Sinterizados (Metal Duro o Widia) ¾

Características principales

Compuestos pulvimetalúrgicos: de carburos de W, o de Ta y W, de Ti y Nb, aglomerados comúnmente con Co Fabricación: molienda, mezcla, prensado, sinterizado entre 1400 y 1600ºC Dureza: 97 MOHS – 72 a 82 RockwellC Mecanizado final: por rectificado (solo p/ elevada prec. Dimensional) Diseños modernos p/ el conformado de viruta Recubrimientos duros multicapa Vc muy superior a los aceros rápidos. No admiten ningún tratamiento térmico. Menos tenaces que los aceros rápidos

PRESENTACION

Herramientas de metal duro integral. brocas, fresas pequeñas, machos, etc., broca cañón, cabezas de taladrar descartables, etc. Plaquitas o insertos descartables, con o sin recubrimiento

Insertos de Metal Duro

CLASIFICACION ISO DE METAL DURO

P (azul): CW y Co, con adición de CTi y CTa: resistente al desgaste en caliente Aceros: al C no aleado, de baja aleación, de alta aleación recocido, aleado templado y revenido, y fundido.

M (amarillo): CW y Co, < % de CTi y CTa, < resistencia al desgaste, > tenacidad que P Aceros inoxidables, Aleaciones de Ti y Termo-resistentes base Ni.

K (rojo): CW y Co, alta tenacidad, buena resistencia al desgaste a baja Vc Fundiciones grises y nodulares, Aceros extraduros templados, Fundición en coquilla, Fundición maleable, Aleaciones de Al y de Cu.

Calidades de Metal Duro 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 disminuye

al aumentar el Nº y la tenacidad aumenta

• 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 (Oxidos o nitruros de metales, metaloides y metales de transición) COMPOSICIÓN: Polvos de óxidos de Al o Nitruro de silicio (90 a 99%), con agregado de otros óxidos de Z, Cr, Mg, Fe, etc.

• Al2O3: abrasivo, dureza > CW, frágil y sensible a choques y vibraciones. Mecanizado continuo con máquinas muy rígidas, estables, y potentes.

• Nitruro de silicio (Si3N4), > tenacidad y resistencia a choques térmicos. Tenacidad comparable al

metal duro.

PRESENTACIÓN: Insertos. Portaherramientas rígidos y robustos. CARACTERÍSTICAS: Las leyes del corte que rigen para los otros materiales no son aplicables en el caso de los cerámicos: No hay formación de filo recrecido. No hay desgaste de la herramienta en forma de cráter. Menor espesor mínimo de viruta que puede ser arrancado. Angulo α negativo: esfuerzo neto de compresión, evitando la flexión que da lugar a componentes de tracción. VELOCIDAD DE CORTE: hasta 1000m/min.

Cermets COMPOSICIÓN Partículas cerámicas en aglomerante metálico: “Metal duro” con partículas de TiC, carburo de nitruro de titanio (TiCN) y/o TiN en vez de WC. Se agregan elementos metálicos de alto punto de fusión como Mo, Cr y V, y no metálicos como SiC, BoC, y silicatos. Los compuestos por Al2O3 Mo2C, y VC presentan las mejores características. El porcentaje de carburos metálicos pueden variar entre un 5 y un 40%. FABRICACION: se prensan y sinterizan en forma de insertos. CARACTERÍSTICAS: 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. Aceptable tenacidad. APLICACIONES: Operaciones de acabado, también fresado y torneado de aceros inoxidables

Nitruro de boro cúbico (CBN) COMPOSICION - FABRICACION Cristales de boro cúbico con un aglomerante cerámico o metálico, formando una estructura muy densa policristalina. Se produce a gran presión y temperatura Las propiedades dependen del tamaño del cristal, su contenido y tipo de aglomerante CARACTERISTICAS: Segundo en dureza después del diamante. Mas tenaz que los cerámicos Elevada dureza a altas temperaturas (2000oC) Gran resistencia al desgaste y estabilidad química. Elevadas fuerzas de corte: Por su geometría negativa, el material a cortar y la alta fricción. Requieren 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 Fluido de corte muy abundante e ininterrumpido, o bien trabajar en seco. Piezas demasiado blandas causan mayor desgaste que las piezas de materiales duros.

CBN (continuación) APLICACIONES: Torneado de piezas duras evitando el rectificado. Aceros forjados, aceros y fundiciones endurecidas, metales pulvimetalúrgicos con Co y Fe, rodillos de laminación, aleaciones de alta resistencia al calor. Acabado de precisión: Ra=0,3 y tolerancias de ±0,01mm.

Diamante Policristalino (PCD) Finos cristales de diamante unidos por sinterizado, a alta presión y temperatura. Su orientación es desordenada para eliminar direcciones que provoquen fracturas. Dureza muy cercana al diamante natural monocristalino. Elevada resistencia al desgaste. Duración de filo hasta 100 veces mayor que el metal duro. No deja rebabas Gran estabilidad química, el rozamiento con la pieza no afecta al filo. Alta fragilidad: demanda condiciones muy estables, herramientas muy rígidas y máquinas trabajando a grandes velocidades. Puede usarse fluido para refrigerar LIMITACIONES EN SU EMPLEO: La temperatura en la zona de corte no debe exceder los 600oC, No aplicable a metales ferrosos debido a su afinidad, ni materiales tenaces de elevada resistencia a la tracción. Son esenciales filos bien agudos y ángulo de ataque positivo. Las profundidades y avances deben ser pequeños y se deben evitar cortes interrumpidos.

PCD (continuación) APLICACIONES Torneado y fresado de aleaciones abrasivas de Si y Al, no ferrosos o no metálicos (Cu, bronce, aleaciones de Mg y de Zn, Pb y latón). Este y el metal duro de grano fino sin recubrir son los mas aplicados en Al. Y otros materiales: composites, resinas, plásticos, carbón, cerámicas y metales duros presinterizados Gran precisión y alta calidad de acabado en torneado y mandrinado, fresado con placas de barrido en asientos especiales. Como abrasivo para muelas de rectificar.

Pequeñas plaquitas se sueldan sobre una esquina en insertos de metal duro fijados a portaherramientas.

Diamante ƒ La mayor dureza en herramientas de corte y prolongada duración del filo. ƒ Elevada fragilidad, inepto para resistir vibraciones. ƒ Mecanizado con pasada continua y baja profundidad, tolerancias de ± 0,002mm, acabado superficial superior al rectificado.

ƒ Materiales plásticos, algunos bronces, aleaciones de Al, Cu, Latón, Caucho, Amianto,

ebonita, cartón, etc.

ƒ Punta de la herramienta de gran radio ,de forma continua o siguiendo una poligonal

facetada, para disminuir los riesgos de fractura.

ƒ Insertos sobre portaherramientas especiales, o soldadas en un inserto de metal duro de

forma triangular o romboidal. También plaquitas de metal duro con depósito superficial de diamante.

ƒ Solo para terminación. Vc limitada por la aparición de las primeras vibraciones ƒ. Avance pequeño, entre 0,03 y 0,05mm/vta., y profundidad de 0,1 a 0,5 mm.