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Herramientas de Corte

Actualizado - Herramientas de corte para maquinado: Tipos de materiales.

January 21, 2021
Actualizado - Herramientas de corte para maquinado: Tipos de materiales.

En Yamazen Mexicana queremos apoyar a las empresas mexicanas que utilizan herramientas de corte para maquinado a que puedan seleccionar la mejor opción que les permitan obtener los mejores resultados en calidad, precisión y duración.

A simple vista pareciera sencillo poder elegir herramientas de corte para determinados procesos de maquinado, pero diversos trabajos de manufactura mecánica requieren de una alta precisión y calidad. Encontramos entonces una gran diversidad de opciones en herramientas y puede llegar a resultar complicado el poder hacer una buena elección. Por esto, a continuación presentamos un listado de los diferentes  tipos de herramientas de corte que son utilizadas frecuentemente en la industria y mencionaremos los tipos de materiales en los que mejor se desempeñan.

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Una herramienta de corte debe cumplir con las siguientes características:

Dureza: La capacidad de no alterar su forma geométrica (deformación elástica) bajo presión mecánica y altas temperarutas.

Resistencia (toughness): La capacidad de absorber energía con o sin deformación elástica sin fracturarse.

Resistencia al desgaste: El tiempo que pasa antes que la herramienta necesite ser remplazada por desgaste (abrasión), adhesión u oxidación.

Cada tipo de herramientas de corte de maquinado tiene una combinación de estas características dependiendo del material con el que se trabajará. Materiales muy duros tienden a tener menor resistencia, y todos los materiales pierden dureza al aumentar la temperatura.

Efectos de la temperatura en diferentes herramientas.

Figura 1: muestra la disminución de dureza al aumentar la temperatura que experimentan los algunos materiales de herramientas.

TIPOS DE MATERIALES EN HERRAMIENTAS DE CORTE

- HERRAMIENTAS DE CORTE DE ACERO AL CARBONO

Las más comunes y viejas, conocidas ya desde hace cientos de años. Son herramientas utilizadas para la operación de mecanizado de baja velocidad y temperatura, y suficientes para maquinar otros aceros. Usualmente con una concentración de carbón alrededor del 1%, con algunos otros componentes en mínimas cantidades (Mn, Cr, V, Si). Su tiempo de vida es corto pero también su costo es bajo y es el material más común para brocas helicoidales Pierden su dureza alrededor de los 200 °C.

 

Tipos comunes de herramientas de acero al carbón: brocas, rimas, herramientas de fresado, herramientas de torneado y conformado, discos y bandas serradas y abrasivos.

Tipos de materiales: latón, aluminio, magnesio, otros aceros, plásticos mecanizables.

Procesos adecuados:

  • Baja producción.
  • Mecanizados en los que se desarrollan temperaturas no muy altas.
  • Acabados a baja velocidad de corte, en trabajos muy delicados.
  • Finura en la arista cortante, que es difícil de obtener con aceros de alta velocidad (HSS).
  • Corte de acero a baja velocidad (5 m/min)

Ejemplos de marcas con cortadores de acero al carbono: UNION TOOL / KYOCERA / OSG

- HERRAMIENTAS DE CORTE DE ACERO DE ALTA VELOCIDAD (HSS)

Se denomina aceros de alta velocidad (HSS en inglés) a un tipo de aceros desarrollados alrededor del año 1900 que permitieron aumentar las velocidades de corte considerablemente respecto a los materiales conocidos hasta ese momento. Son aleaciones de acero al carbón con otros materiales (cobalto, niobio, molibdeno y tungsteno principalmente) que aumentan su dureza y resistencia al calor. La dureza inicial del HSS en frío es similar a la de los aceros templados, pero mientas los aceros al carbón pierden dureza a partir de los 200°C, los aceros rápidos la mantienen hasta los 600°C, además de soportar mayores velocidades de corte. Los aceros HSS tienden a ser más caros por las aleaciones y recientemente porque se le añaden recubrimientos como nitruros u óxidos de titanio o cromo, o nitrados de titanio y  aluminio.

Tipos comunes de herramientas de acero HSS: brocas, rimas, fresas, punzones, discos y bandas de serradas, punzones, machuelos y terrajas.

Tipos de materiales: Otros aceros, hierro (con ciertos recubrimientos), metales blandos (aluminio, bronce, latón, cobre, magnesio), plásticos mecanizables.

Procesos adecuados:

  • Producción baja a media
  • Mecanizados de precisión a bajo costo.
  • Mecanizado a alta velocidad en bajo volumen.
  • Mayor velocidad de corte.

Ejemplos de marcas con cortadores HSS: UNION TOOL / KYOCERA / OSG

- HERRAMIENTAS DE CORTE DE CARBURO CEMENTADO Y CERMET

Las herramientas de corte de carburo cementado (importante, no confundir con las herramientas de CERMET) son extremadamente duras. Están hechas mediante la técnica de pulvimetalurgia, con partículas de carburo (compuestos de carbón y metal) cementados dentro de un compuesto por algún elemento metálico como medio de unión, tales como el cobalto. Las herramientas de este tipo que tienen cobalto alto se usan para un corte en bruto, mientras que estas herramientas con cobalto bajo se utilizan para operaciones de acabado.

Pueden soportar operaciones de corte a muy alta velocidad y la herramienta de carburo no pierde su dureza hasta los 1,000 °C. Algunos de los materiales más comunes son: carburo de tungsteno (WC), carburo de titanio (TiC) o carburo de tántalo (TaC). Pese a su relativa fragilidad ofrecen una aceptable tenacidad, no siendo solamente materiales para acabado, sino también para fresado y torneado de aceros inoxidables. Usualmente se usan en forma de pequeños insertos

El CerMet también un tipo de material cementado. CerMet es el nombre asignado a cerámicos basados en carburo de titanio (TiC), carburo de nitruro de titanio (TiCN) y/o nitruro de titanio (TiN), pero el aglutinante es níquel o molibdeno. Su nombre proviene de CERamic METal. Moderadamente caro, proporciona una mayor resistencia a la abrasión en comparación con carburo de tungsteno, a expensas de alguna resistencia. También es químicamente mucho más inerte y tiene una altísima resistencia a la abrasión. Posee una alta resistencia al desgaste en incidencia, alta estabilidad química y resistencia al calor, y además poca tendencia a filo recrecido y al desgaste por oxidación.

Para incrementar la vida útil o modificar las propiedades de corte de las herramientas de carburo cementado, usualmente se le añaden recubrimientos de otros cerámicos o hasta carbón diamantado (DLC en inglés).

Tipos comunes de herramientas de carburo cementado y CerMet: Insertos de corte, cortadores rectos, brocas, discos y cuchillas serrados, machuelos.

Tipos de materiales: Aluminio y metales no-ferrosos, materiales duros (hierro, acero inoxidable, titanio), aleaciones de acero.

Procesos adecuados:

  • Alto volumen de producción
  • Acabado grueso y fino.
  • Alta precisión con costos moderado
  • Maquinado de materiales especiales.

Marcas con carburos cementados (CERMET): UNION TOOL / KYOCERA / OSG / MITSUBISHI CARBIDE / NTK

- HERRAMIENTAS DE CORTE CERÁMICOS

Las herramientas de corte cerámicos son parecidas a las de carburo cementado, pero más duras pero menos resistentes. Son químicamente inertes y poseen gran resistencia a la corrosión. Tienen una alta resistencia a la compresión. Son estables hasta la temperatura de 1,800 °C. Son diez veces más rápidas que las de HSS. La fricción entre la cara de la herramienta y el chip es muy baja y posee una baja conductividad térmica. Por lo general, no se requiere refrigerante al utilizarlas y proporcionan un excelente acabado superficial.

Los materiales cerámicos más comunes son el óxido de aluminio y el nitruro de silicio. Estas herramientas de corte se elaboran a base de polvo de material cerámico, compactado en forma de inserción y sinterizado a alta temperatura.

El óxido de aluminio o alúmina (Al2O3), también llamado Corindón, usado además en muelas abrasivas, tiene una dureza superior al carburo de tungsteno, pero su fragilidad también es mayor, lo que lo hace sensible a choques y vibraciones, por lo que uso se limita a operaciones de mecanizado continuo y sobre máquinas robustas, estables, potentes y de elevada rigidez estructural. En este caso tiene especial importancia el diseño de los portaherramientas, que deben ser lo más rígidos y robustos posibles. Es importante notar que las herramientas de cerámica tienen sus propias reglas de corte; los cerámicos, al no tener aleaciones metálicas, no producen soldadura de partículas de viruta sobre la cara de ataque de la herramienta, por lo que no forman crecimientos de filo, y por esto se consiguen acabados superficiales de muy buena calidad, esto es posible debido a la fina granulometría y la alta dureza que permite obtener filos de muy buena calidad y duración, que permiten realizar pasadas de 0,01mm de profundidad.

Tipos comunes de herramientas de cerámica: Insertos de corte.

Tipos de materiales: materiales duros (hierro, acero inoxidable, titanio), aleaciones de acero, materiales especiales.

Procesos adecuados:

  • Acabado fino.
  • Alta precisión.
  • Maquinado de materiales especiales.

Marcas con cerámicos : UNION TOOL / KYOCERA / OSG / MITSUBISHI CARBIDE / NTK

- HERRAMIENTAS DE CORTE DE DIAMANTE POLICRISTALINO (PDC)

¡Importante! No debemos confundir las herramientas de corte de diamante PDC (Polycrystaline Diamond deposit Composite) con el tipo de diamante sinterizado PCD (Poly Crystaline Diamond)

De las herramientas con mayor dureza, son herramientas cerámicas (usualmente carburos cementados) recubiertas por capas de grano microscópico de diamante policristalino (PCD) muy similar en dureza a la del diamante natural monocristalino. Por ello tiene elevada resistencia al desgaste y se le emplea mucho como abrasivo para muelas de rectificar.

Este material de corte tiene algunos puntos críticos: La temperatura en la zona de corte no debe exceder los 600 °C., no se puede utilizar para metales ferrosos debido a su afinidad, tampoco para materiales tenaces de elevada resistencia a la tracción. Esto excluye así al PCD de la mayoría de las aplicaciones del mecanizado.

Estas herramientas de corte se adecúan excelentemente para materiales abrasivos no ferrosos y materiales no metálicos que requieran gran precisión y alta calidad de acabado superficial.

Se emplea también 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 principalmente utilizados para mecanizar aluminio.

Otros materiales que también pueden mecanizarse por medio de PCD son: Compuestos, aleaciones especiales, grafito, otras cerámicas y sinterizados, metales suaves.

Por su gran estabilidad química, el rozamiento de estas herramientas de corte con la pieza a producir, no afecta su filo. El PCD no deja rebabas y la vida de la herramienta es muchas veces mayor, pero debido a su alta fragilidad se requieren condiciones muy estables, herramientas muy rígidas y máquinas trabajando a grandes velocidades, y debe usarse fluido para refrigerar el proceso de trabajo.

Tipos comunes de herramientas de PDC: Insertos de corte, cortadores rectos, brocas, discos y cuchillas serrados.

Tipos de materiales:

  • Compuestos, Resinas, Plásticos, Carbón, Cerámicas, Metales duros pre-sintetizados, Bronce, Aleaciones de Mg, Aleaciones de Zn, Pb y latón.

Procesos adecuados:

  • Acabado
  • Semi-acabado en torneado y mandrinado.

Marcas con policristalinos PCD: UNION TOOL / KYOCERA / OSG / MITSUBISHI CARBIDE / NTK

- HERRAMIENTAS DE CORTE DE DIAMANTE MONOCRISTALINO

El diamante monocristalino es funcionalmente idéntico al PDC, pero con una dureza mayor y una precisión de acabado de radio menor a 1µm, por lo que alcanza rugosidades menores de RZ 0.02µm.

- HERRAMIENTAS DE CORTE DE NITRURO DE BORO CÚBICO (CBN)

Es segundo en dureza después del diamante, posee una elevada dureza en altas temperaturas (2,000 °C.), excelente resistencia al desgaste y buena estabilidad química durante el proceso de mecanizado. Es más tenaz que las herramientas cerámicas pese a su mayor dureza, pero es menor en resistencia térmica y química.

Un bajo contenido de CBN con aglomerante cerámico tiene más resistencia a la abrasión y estabilidad química, apto para aceros y fundición endurecida. Un mayor contenido de CBN mejora la tenacidad y es indicado para aceros y fundiciones duras y también para aceros aleados resistentes al calor.

Marcas con carburos boro nitrado CBN: UNION TOOL / KYOCERA / OSG / MITSUBISHI CARBIDE / NTK


Estos son los grupos donde se puede agrupar prácticamente toda herramienta de corte de maquinado. En la siguiente parte hablaremos de las características mecánicas de los principales materiales que se maquinan en la actualidad.

Y recuerden, al mecanizar con cualquiera de los tipos de herramientas de corte es muy importante cuidar la seguridad. Y por eso, nuestra recomendación es que en todo momento no loviden su Equipo de Protección Personal (EPP): lentes, gorra, guantes, zapato de seguridad y ropa adecuada según corresponda: ¡La seguridad es primero!

Si tienen más dudas o preguntas sobre el tema, o quisieran encontrar la solución adecuada para su necesidad de maquinado, no olvide contactar a su agente de ventas de Yamazen.

Continuaremos hablando otros temas introductorios en la siguiente entrada.

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