Herramientas de corte (útil de corte) (página 2)

Producción
de la Herramienta de Corte (Útil de Corte).

La producción con herramientas
de corte se halla en constante evolución, y esta se puede apreciar por el
análisis de las velocidades de corte
alcanzadas para un material en el transcurso del tiempo.

1915 Aceros rápidos 36 m/min.

1932 Carburos 120 m/min.

1968 Carburos recubiertos 180 m/min.

1980 Cerámica 300 m/min.

1990 Diamante 530 m/in

Aceros al
Carbono.

El acero al carbono, se
usó básicamente antes de 1900, su
composición química es aparte del
Fe (Hierro), la
siguiente aproximadamente:

C = (0.65 a 1.35) %.

Mn = (0.15 a 0.40) %.

Si = (0.15 a 0.30) %.

S = (< 0.03) %.

P = (<0.03) %.

Con un endurecimiento hasta de 66 HRC. El filo de corte
soportaba una temperatura
crítica
de (200 a 250) °C, sin perder sus características de
corte.

Aceros Aleados de Corte.

Estos aceros tienen una composición
química aproximada a la siguiente:

C = (0.03 a 1.25) %.

Mn = (0.3 a 1.1) %.

Cr = (0.3 a 1.3) %.

W = (0.8 a 5.5) %.

Se usaron antes del año 1900.

Aceros Rápidos
(HS’)

Hacia 1898, Taylor,
encontró que los aceros aleados de corte, con un
porcentaje igual o mayor al 5% de wolframio (tungsteno), al
recibir un tratamiento térmico su rendimiento se
incrementaba considerablemente. Esto dio origen al acero
rápido.

En 1906, Taylor, observó que el acero
rápido al contener un 19% de W, podía soportar
temperaturas críticas hasta de 650°C, el cobalto
permite incrementar la resistencia a la
temperatura, el W, Mo, y Cr elevan la dureza y la resistencia al
desgaste; el Cr, facilita el temple y reduce la oxidación
en caliente; el Mo, disminuye la fragilidad después del
revenido.

Norma. ISO.

Descripción

401 Herramienta de cilindrada recta.

402 Herramienta de cilindrar acodada.

403 Herramienta de refrentar en
ángulo.

404 Herramienta de ranurar.

406 Herramienta de refrentar de
costado.

407 Herramienta de tronzar.

408 Herramienta de cilindrar
interiormente.

409 Herramienta de refrentar en ángulo
interior.

451 Herramienta de corte en punta.

452 Herramienta de filetear.

453 Herramienta de filetear
interiormente.

454 Herramienta de cajear
interiormente.

Valores de los
Ángulos de Incidencia y Salida de Viruta.

En el afiliado de las herramientas de corte simple o
monofilo de acero al carbono (prácticamente ya no se usa
en la industria
metalmecánica) y de acero rápido (acero de alta
velocidad,
HSS high speed steel), es necesario controlar los
ángulos de incidencia y de salida de viruta
(desprendimiento), de acuerdo con el material que se vaya a
mecanizar. Estos valores son
recomendaciones de las casas fabricantes y cumplen una función
orientativa.

En el cuadro siguiente se presentan algunos valores de
herramientas de acero rápido y de metal duro, con el
ánimo de diferenciar sus valores.

Designación
de una Herramienta Monofilo.

En la designación de una herramienta monofilo se
debe indicar lo siguiente:

Tipo de la Herramienta: Es el
número de referencia ISO.

Sentido de Corte: L (left) a izquierdas, R
(right) a derechas.

Dimensión del Mango: Q
sección cuadrada.

H sección rectangular. Altura
solamente

R sección redonda.

Calidad: R1: Acero al
carbono.

R2: Acero rápido ordinario.

R3: Acero rápido superior.

R4: Acero extra rápido.

Ángulo de Salida de Viruta:
Valor en
grados.

Ejemplo: una herramienta con la
designación: 401-L-30H-R3-15°, significa lo
siguiente:

401: Herramienta de cilindrar recta.

L: Corte a izquierdas.

30H: Sección rectangular. 30 mm de
altura.

R3: Acero rápido superior.

15°: Angulo de salida de viruta positivo a
15°.

Stelitas.

Con base en el acero rápido, se experimento con
mayores contenidos de Co y Cr, y pasando el Fe a ser impureza
propia del proceso de
producción y no admitir tratamiento
térmico.

Su composición química es aproximadamente
la siguiente:

C = 2 % Co = 47 % Cr = 29 % W =16 % Si = 0.2 % Mn =0.6
% Fe = 5.2 %.

Alcanza temperaturas límites de
800° C. y posee una dureza de 65-70 HRC.

Carburos
Metálicos o Metales Duros
(HM).

También conocidos como METAL DURO (Hard Metal –
HM), se desarrolló hacia 1920, con base en los carburos de
tántalo (TaC), carburo de titanio (TiC) y carburo
de wolframio (WC), los cuales eran unidos por medio del Co y el
Ni, previamente molidos (polvos metalúrgicos), la
cohesión se obtiene por el proceso de sinterizado o
fritado (proceso de calentar y aplicar grandes presiones hasta el
punto de fusión de
los componentes, en hornos eléctricos).

Los metales duros, se pueden clasificar desde su
composición química así:

Monocarburos: Su composición es uno
de los carburos descritos anteriormente, y su aglutinante es el
Co. Ejemplo: WC, es carburo de wolframio (carburo de tungsteno,
comercialmente).

Bicarburos: En su composición
entran sólo dos clases de granos de carburos diferentes,
el Co es el aglomerante básico. Ejemplo: WC
+TiC con liga de Co.

Tricarburos: En su composición
entran las tres clases de granos de carburos: W, Ti, y Ta. El Co,
o el Ni son los aglomerantes. Ejemplo: WC +TiC +
TaC; con liga de Co.

Algunas características:

• El carburo metálico, es una aleación
  muy dura y frágil.
• El TiC aumenta su resistencia térmica y su
  resistencia al desgaste pero también aumenta su
  fragilidad.
• Los bicarburos poseen menor coeficiente de
  fricción que los monocarburos.
• Los monocarburos son menos frágiles que los
  bicarburos.
• El cobalto, aumenta la ductilidad pero disminuye la
  dureza y la resistencia al desgaste.
• Se pueden alcanzar velocidades de más de 2500
  m/min.
• Poseen una dureza de 82-92 HRA y una resistencia
  térmica de 900-1100° C.
• En el mecanizado se debe controlar lo mejor que se
  pueda la temperatura, pues, en el mecanizado de aceros
  corrientes la viruta se adhiere a los monocarburos a
  temperatura de 625-750° C. y en los bicarburos a una
  temperatura de 775-875° C. Esto implica buena refrigeración en el
  mecanizado.

Las herramientas de HM, se fabrican en geometrías
variadas y pequeñas, el cual se une al vástago o
cuerpo de la herramienta a través de soldadura
básicamente, existiendo otros medios
mecánicos como tornillos o pisadores.

Plaquitas
Intercambiables o Insertos.

En la actualidad el uso de plaquitas intercambiables o
insertos se ha tomado los procesos de
mecanizado en la industria metalmecánica ya que se
eliminan las pérdidas de tiempos por el cambio de toda
la herramienta, pues, solo basta con retirarla y montar una nueva
en el portainserto, o bien en los procesos con herramientas
censadas su intercambio no afecta en nada a la línea de
mecanizado.

Los insertos pertenecen a la clase de
herramientas de metal duro, por lo tanto en su fabricación
se considera la tecnología de
producto
pulvimetalúrgico, a partir del WC (Carburo de tungsteno),
TiC (Carburo de titanio), TaC (Carburo de tántalo), NbC
(Carburo de niobio) y empleando como aglomerante al Co
principalmente y al Ni. Inicialmente para mecanizar la
fundición gris se trabajo con el
WC, que es un metal duro de dos fases, donde la fase dura es la
fase-? que corresponde al WC, y una fase-? que corresponde al
aglomerante Co o Ni.

Pero este tipo de inserto sufre el fenómeno de
craterización con el acero, ya que la afinidad del carbono
y la austenita generan un flujo de carbono de la cara de
desprendimiento de la herramienta hacia la viruta.

Los TiC y TaC, son más estables que los WC y
ayudan a aumentar su resistencia a los negativos efectos del
acero a elevadas temperaturas, con estos nuevos carburos se
obtiene un inserto de tres fases con lo cual se amplio el
espectro de materiales que
se pueden mecanizar, en la figura siguiente se presenta un
modelo de este
tipo.

Los metales duros se hallan codificados por la Norma ISO
de clasificación de metales duros, la cual ayuda en la
selección del inserto adecuado para el
proceso de mecanizado que se requiera; a continuación se
presenta en forma muy simple el objetivo de
esta Norma.

Se consideran tres áreas para la
clasificación así:

1. Área AZUL, con código
P.

2. Área AMARILLA, con código
M.

3. Área ROJA, con código
K.

Área Azul:
Para el mecanizado de materiales de viruta larga como los
aceros, aceros fundidos, aceros inoxidables ferríticos o
martensíticos, y fundiciones maleables de viruta
larga.

Área
Amarrilla: Para el mecanizado de materiales
más difíciles como los aceros inoxidables
austeníticos moldeados, acero fundido, materiales
termo-resistentes al calor, aceros
al manganeso, aleaciones de
hierro fundido, aleaciones de titanio.

Área
Roja: Para el mecanizado de
materiales de viruta corta como fundición, aceros
endurecidos, y materiales no ferrosos como el bronce, aluminio,
plásticos,
madera,
etc.

Cada área esta está dividida en campos de
aplicación o calidades básicas que son
números que van del 01 al 50 para el área azul, y
del 01 al 40 para las áreas amarilla y roja. A
continuación se describen las operaciones de
mecanizado y sus condiciones:

AREA AZUL > P:

P01: Torneado y mandrinado en procesos de
acabado, velocidades de corte altas, sección de viruta
pequeña, alta calidad
superficial, tolerancia
pequeña y libre de vibraciones.

P10: Torneado de copiado, roscado, fresado
a altas velocidades de corte, sección de viruta de
pequeña a mediana.

P20: Torneado de copiado, fresado,
velocidad de corte mediana, sección de viruta de mediana,
refrentados ligeros y condiciones medianamente
desfavorables.

P30: Torneado, fresado a velocidades de
corte entre mediana y baja, sección de viruta de mediana a
grande incluyendo operaciones en condiciones
desfavorables.

P40: Torneado, cepillado, fresado,
ranurado y tronzado a baja velocidad de corte, amplia
sección de viruta, posibles ángulos de
desprendimiento elevados y condiciones muy desfavorables de
trabajo.

P50: Donde se requiera una gran tenacidad
de la herramienta en torneado cepillado, ranurado, tronzado a
baja velocidad de corte, sección de viruta grande,
posibilidad de grandes ángulos de desprendimiento y
condiciones de trabajo extremadamente desfavorables.

AREA AMARILLA > M:

M10: Torneado a velocidades de corte
medianas, sección de viruta de pequeña a
mediana.

M20: Torneado, fresado a velocidad de
corte media y sección de viruta de mediana.

M30: Torneado, fresado y cepillado a
velocidades de corte medianas, sección de viruta de
mediana a grande.

M40: Torneado, perfilado, ranurado y
tronzado en máquinas
automáticas.

AREA ROJA > K:

K01: Torneado, torneado y mandrinado en
procesos de acabado. Fresado en proceso de acabado y
rasqueteado.

K10: Torneado, fresado, taladrado,
mandrinado etc.

K20: Torneado, fresado, cepillado,
mandrinado y brochado. Además de operaciones que requieran
de una herramienta muy tenaz.

K30: Torneado, fresado, cepillado,
tronzado y ranurado en condiciones de trabajo desfavorables y con
posibilidades de grandes ángulos de
desprendimiento.

K40: Torneado, fresado, cepillado ranurado
y tronzado en condiciones de trabajo muy desfavorables y con
posibilidades de ángulos de desprendimiento muy
grandes.

Notas:

• Recuerde que en las herramientas de metal duro la
  resistencia al desgaste (dureza) y la tenacidad son inversas,
  es decir, a menor número mayor resistencia pero menor
  tenacidad y a mayor número menor resistencia pero mayor
  tenacidad.
• La Norma ISO es solamente para herramientas de metal
  duro, por lo tanto las cerámicas, los cermets y
  demás no están cobijados por
  ésta.

Metales Duros
Recubiertos.

A finales de los años 60, surgen los metales
duros con el recubrimiento de una finísima capa de carburo
de titanio (TiC) de menos de 10 micrones (0.001 mm = 1?m), con la
cual se incremento:

• La vida útil de la herramienta.
• Las velocidades de corte.
• La resistencia a la craterización al trabajar
  los aceros.
• La tolerancia a mayores temperaturas.

El recubrimiento consiste en depositar sobre el
substrato (material de soporte) capas que varían entre 2 y
12m por medio de sistemas que se
conocen como CVD (Deposición química de vapor) con
temperaturas de 1000° C y PVD (Deposición física de vapor), con
temperaturas de

500° C.

Los principales recubrimientos son:

• Carburo de titanio (TiC), (apariencia: color
  gris).
• Nitruro de Titanio (TiN), (apariencia: color
  dorado).
• Carbo-nitruro de titanio (TiCN).
• Oxido de aluminio (Al2O3), (apariencia:
  transparente).

Designación de un
Inserto.

Para designar un inserto, existe una Norma ISO 1832
– 1991, en la cual se dan los códigos
correspondientes a nueve (9) posiciones que hacen referencia
a:

• Forma del inserto o plaquita.
• Angulo de incidencia del inserto.
• Tolerancias dimensionales del inserto.
• Tipo del inserto.
• Longitud del filo de corte.
• Espesor (grosor) del inserto.
• Filos secundarios del inserto y radio
  (sólo radio para los insertos de tornear).
• Tipo de arista de corte.
• Dirección de avance del inserto.

En la actualidad (1998), se está estudiando esta
la modificación de la Norma, pues, el desarrollo de
nuevos materiales de corte hace que ésta se quede
corta.

A continuación se describen gráficamente
las posiciones de la designación de un inserto.

Cermets – Metal Duro.

Cermet: Cerámica y
metal (partículas de cerámica en un
aglomerante metálico). Se denominan así las
herramientas de metal duro en las cuales las partículas
duras son carburo de titanio (TiC) o carburo de nitruro de
titanio (TiCN) o bien nitruro de titanio (TiN), en lugar del
carburo de tungsteno (WC). En otras palabras los cermets son
metales duros de origen en el titanio, en vez de carburo de
tungsteno.

Algunas propiedades de los cermets son:

• Mayor tenacidad que los metales duros.
• Excelente para dar acabado superficial.
• Alta resistencia al desgaste en incidencia y
  craterización.
• Alta estabilidad química.
• Resistencia al calor.
• Mínima tendencia a formar filo por
  aportación.
• Alta resistencia al desgaste por
  oxidación.
• Mayor capacidad para trabajar a altas velocidades de
  corte.

Básicamente el cermet esta orientado a trabajos
de acabado y semiacabado, por lo tanto en operaciones de desbaste
y semidesbaste presenta las siguientes
anomalías:

• Menor resistencia al desgaste a media nos y grandes
  avances.
• Menor tenacidad con cargas medias y
  grandes.
• Menor resistencia al desgaste por
  abrasión.
• Menor resistencia de la arista de corte a la
  melladura debido al desgaste mecánico.
• Menor resistencia a cargas intermitentes.
• Además no son adecuados para operaciones de
  perfilado.

Cerámicas.

Las herramientas cerámicas fueron desarrolladas
inicialmente con el óxido de aluminio (Al2O3), pero eran
muy frágiles, hoy en día con el desarrollo de
nuevos materiales industriales y los nuevos procedimientos de
fabricación con máquinas automáticas, han
ampliado su campo de acción
en el mecanizado de fundición, aceros duros y aleaciones
termo-resistentes, ya que las herramientas de cerámica son
duras, con elevada dureza en caliente, no reaccionan con los
materiales de las piezas de trabajo y pueden mecanizar a elevadas
velocidades de corte.

Existen dos tipos básicos de herramientas de
cerámica:

• Basadas en el óxido de aluminio
  (Al2O3).
• Basadas en el nitruro de silicio (Si3N4).

Las herramientas cuya base es el óxido de
aluminio se clasifican en tres criterios:

Criterio A1:

PURAS: La cerámica de
óxido puro tiene relativamente baja resistencia, tenacidad
y conductividad térmica, con lo cual los filos o aristas
de corte son frágiles.

Estas herramientas han sido mejoradas con una
pequeña adición de óxido de circonio, el
cual se aumenta la tenacidad, la dureza, la densidad y la
uniformidad en el tamaño del grano, la cerámica
pura es blanca si se fabrica bajo presión en
frío y gris si se prensa en
caliente.

Criterio A2:

MIXTAS: Posee mayor resistencia a los
choques térmicos, debido a la adición de una fase
metálica que consiste en carburo de titanio y nitruro de
titanio conteniendo un10% del total, se pueden añadir
otros aditivos esta cerámica se prensa en caliente y posee
un color oscuro.

Criterio A3:

REFORZADAS: Este es un desarrollo nuevo y
se le conoce con el nombre de "cerámica reforzada
whisker", porque incorpora en su fabricación
pequeñas fibras de vidrio llamadas
whiskers, estas fibras son de un diámetro de 1m
aproximadamente y tienen una longitud de 20 ?m, son muy fuertes y
son de carburo de silicio SiC, y son el 30% del
contenido.

Como resultado de estos refuerzos la tenacidad y la
resistencia al desgaste se ven incrementados notablemente, pero
también estas fibras disminuyen su mayor debilidad la
fragilidad.

Las cerámicas de nitruro de silicio son de mejor
calidad que las de óxido de aluminio en cuanto a la
resistencia a los cambios térmicos y a la
tenacidad.

Nitruro
Cúbico de Boro (CBN).

También conocido como CBN, es después del
diamante el más duro, posee además una elevada
dureza en caliente hasta 2000° C, tiene también una
excelente estabilidad química durante el mecanizado, es un
material de corte relativamente frágil, pero es más
tenaz que las cerámicas.

Su mayor aplicación es en el torneado de piezas
duras que anteriormente se rectificaban como los aceros forjados,
aceros y fundiciones endurecidas, piezas con superficies
endurecidas, metales pulvimetalúrgicos con cobalto y
hierro, rodillos de laminación de fundición
perlítica y aleaciones de alta resistencia al calor,
redondeando se emplea en materiales con una dureza superior a los
48 HRC, pues, si las piezas son blandas se genera un excesivo
desgaste de la herramienta.

El nitruro cúbico de boro se fabrica a gran
presión y temperatura con el fin de unir los cristales de
boro cúbico con un aglutinante cerámico o
metálico.

Diamante
Policristalino(PCD).

La tabla de durezas de Friedrich Mohs determina como el
material más duro al diamante monocristalino, a
continuación se puede considerar al diamante
policristalino sintético (PCD), su gran dureza se
manifiesta en su elevada resistencia al desgaste por
abrasión por lo que se le utiliza en la fabricación
de muelas abrasivas.

Las pequeñas plaquitas de PCD, son soldadas a
placas de metal duro con el fin de obtener fuerza y
resistencia a los choques, la vida útil del PCD puede
llegar a ser 100 veces mayor que la del metal duro.

Los puntos débiles del PCD son básicamente
los siguientes:

• La temperatura en la zona de corte no puede ser mayor
  a 600° C.
• No se puede aplicar en materiales ferrosos debido a
  su afinidad.
• No se puede aplicar en materiales tenaces y de
  elevada resistencia a la tracción.
• Exige condiciones muy estables.
• Herramientas rígidas.
• Máquinas con grandes velocidades.
• Evitar los cortes interrumpidos.
• Usar bajas velocidades de avance.
• Mecanizar con profundidades de corte
  pequeñas.

Las operaciones típicas son el acabado y
semiacabado de superficies en torno usando el
mayor rango posible (sección del portainserto) y el menor
voladizo.

Marco Rubiano Rey