MATERIALES PARA HERRAMIENTAS DE CORTE CARACTERISTICAS PRINCIPALES DUREZA TENACIDAD RESISTENCIA AL DESGASTE ACEROS AL CARBONO * ACEROS RAPIDOS Y SUPERRAPIDOS * STELLITAS CARBUROS SINTERIZADOS (Metal duro) * CERAMICOS CERMETS CBN (Nitruro de boro cúbico) PCD (Diamante policristalino) PCBN (Nitruro de boro cúbico policristalino) DIAMANTE Costo y Vc crecientes DISIPACION DEL CALOR AGUDEZA DE FILOS COMPACIDAD COSTO Otras características

Materiales de Herramientas - Dureza vs. Temperatura Figura 1

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:  Mecanizados a temperaturas no muy altas.  Herramientas de acabado a baja Vc, en trabajos muy delicados.  Herramientas que requieren finura en el filo.  Herramientas de forma complicada para bajo número de piezas.  Vc en general menor a 5 m/min mecanizando aceros.

Aceros Rápidos Posibles aleantes: C, Si, Mn, Cr, W, Mo, V, Co, Ti, Ni, Bo Tipos más comunes: base Mo o base W Co entre 2,5 y 24%: mayor dureza en caliente Clásico: W = 18% Cr = 4% V = 1% conocido como 18-4-1 Aplicación para mecanizar aceros, fundiciones, no ferrosos, plásticos, madera, y otros materiales, en operaciones muy diversas. Provisión: barritas templadas y rectificadas, sección cuadrada (bits), circular o rectangular (cuchillas) Tipos de herramientas: monocortantes de torneado, alesado, cepillado, etc.. Afilado manual o a máquina. Otras: fresas, escariadores, machos, terrajas, brochas, sierras de hoja y de cinta. Aplicación muy coriente: broca helicoidal clásica. Recubrimiento duro por PVD mas empleado: Nitruro de Titanio (TiN) Velocidad de corte: en ciertos casos hasta 100 m/min

Stellitas Aleaciones ternarias de Cr, Co y W. Se obtienen por colada. Solo mecanizables por abrasión. Inconveniente: más frágiles que el acero rápido. Deben trabajar a Vc elevada y pequeño avance. Son insensibles a los tratamientos térmicos. Punto de fusión cercano a los aceros (1280oC) e idéntico coef. dilatación, permiten realizar el recargue oxiacetilénico 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) Compuestos pulvimetalúrgicos de carburos de W, o de Ta y de W, incluso de carburos de Ti y Nb. Aglomerados comúnmente con Co Fabricación: molienda, mezcla, prensado, sinterizado entre 1400 y 1600ºC Vc muy superior a los aceros rápidos. No admiten ningún tratamiento térmico. Menos tenaces que los aceros rápidos Creciente aplicación sustituyendo aceros rápidos: brocas, fresas pequeñas, machos, etc. en las que todo el volumen es metal duro (herramientas de metal duro integral). Otras: broca cañón, cabezas de taladrar descartables, etc. Plaquitas o insertos descartables, con o sin recubrimiento

Tipos de Metal Duro TIPOS: se indican mediante letras compuesto por CW y Co, con adición de CTi y CTa que le confieren resistencia al desgaste en caliente, propiedad importante para la duración del filo Empleo para: Acero al C no aleado, Aceros baja aleación, Acero alta aleación recocido, Acero aleado templado y revenido, y Acero fundido. 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. 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, Fundición en coquilla, Fundición maleable, Aleaciones de Al y de Cu. M (amarillo) K (rojo) P (azul)

Calidades de Metal Duro CALIDADES: 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 crece al aumentar el Nº y la tenacidad disminuye 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 Figura 3 Tipos de plaquitas y portaherramientas Figura 2

Cerámicos Sinterizado de polvos a 1700oC, de óxidos de Al o de nitruro de Si entre 90 y 99%, con adiciones de otros óxidos como el de Circonio, de Cr, de Mg, de Fe, etc. La dureza del compuesto final supera la de sus componentes individuales. Oxido de Al o alúmina (Al2O3), usado además como abrasivo, tiene dureza superior a los CW, pero es mas frágil y sensible a choques y vibraciones. Se usa solo en mecanizado continuo con máquinas muy rígidas, estables, y potentes. Nitruro de Si (Si3N4), cerámico superior al Al2O3 en tenacidad y resistencia a choques térmicos. Su tenacidad es comparable al metal duro. Los portaherramientas deben ser lo más rígidos y robustos posibles. Las leyes del corte que rigen para los otros materiales no son aplicables en el caso de los cerámicos, a saber: No hay formación de filo recrecido. No hay desgaste de la herramienta en forma de cráter. El espesor mínimo de viruta que puede ser arrancado. Los cerámicos deben trabajar con  negativo para que el esfuerzo sea neto de compresión evitando flexión que pueda dar lugar a componentes de tracción. Se proveen como insertos descartables. Las Vc son más altas, hasta 1000m/min.

Cermets Es el nombre asignado a los metales duros con partículas duras en base a TiC, carbonitruro de titanio (TiCN) y/o TiN en vez de WC. Nombre derivado de CERamic METal, partículas cerámicas en aglomerante metálico. Productos de pulvimetalurgia, se prensan y sinterizan obteniendo insertos. Se agregan elementos metálicos de alto punto de fusión como Mo, Cr y V, y no metálicos como SiC, BoC, y silicatos. Entre los cermets de mejores características para el corte se encuentran los compuestos por Al2O3 Mo2C, y VC. El porcentaje de carburos metálicos pueden variar entre un 5 y un 40%. Pese a su relativa fragilidad poseen aceptable tenacidad, no usándose solo para acabado, sino también para fresado y torneado de aceros inoxidables. Características salientes: 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.

Nitruro de boro cúbico (CBN) Segundo en dureza luego del diamante, elevada dureza a altas temperaturas (2000oC), gran resistencia al desgaste, estabilidad química durante el mecanizado. Mas tenaz que los cerámicos pese a su mayor dureza, pero poseen menor resistencia térmica y química. Una aplicación importante: torneado de piezas duras evitando el rectificado. Demás aplicaciones típicas: Aceros forjados, aceros y fundiciones endurecidas, metales pulvimetalúrgicos con Co y Fe, rodillos de laminación, aleaciones de alta resistencia al calor. El CBN se produce a gran presión y temperatura para unir los cristales de boro cúbico con un aglomerante cerámico o metálico. Las partículas orientadas sin un orden forman una estructura muy densa policristalina. El cristal CBN real, es similar al del diamante sintético. Las propiedades del CBN pueden variarse alterando el tamaño 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. Las fuerzas de corte son grandes porque debe emplearse geometría negativa, por el material a cortar y la alta fricción. Son cruciales una 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.

Segmentos de CBN adheridos en insertos de metal duro CBN (continuación) Son excelentes para acabado de precisión, 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 vértices de insertos de metal duro. Segmentos de CBN adheridos en 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 presión y temperatura. Su orientación es desordenada, lo cual elimina direcciones que provoquen fracturas. Pequeñas plaquitas de PCD se sueldan sobre una esquina en insertos de metal duro fijados a portaherramientas. Duración de filo hasta 100 veces mayor que el metal duro. Material de corte aparentemente ideal pero tiene puntos críticos: 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 tracción. Esto excluye al PCD de la mayoría de las aplicaciones del mecanizado no abrasivo. Utilizado para su aplicación correcta resulta excelente: para materiales abrasivos no ferrosos o no metálicos. Cuando se requiere gran precisión 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. Es esencial disponer de filos bien agudos y ángulo de ataque positivo.

Otros materiales que pueden mecanizarse con PCD son: composites, resinas, plásticos, carbón, cerámicas y metales duros presinterizados, así como Cu, bronce, aleaciones de Mg, aleaciones de Zn, Pb y latón. Por su gran estabilidad química, 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 rígidas y máquinas trabajando a grandes velocidades. Puede usarse fluido para refrigerar. Las operaciones típicas 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 pequeños y se deben evitar cortes interrumpidos. PCD (continuación) Figura 5

Diamante La mayor dureza obtenible en herramientas de corte: prolongada duración del filo. Principal desventaja: fragilidad, que lo hace inepto para resistir vibraciones. Para mecanizados con pasada continua y baja profundidad, respondiendo a tolerancias del orden de  0,002mm, con acabado superficial superior al rectificado. Para mecanizar materiales plásticos, algunos bronces, aleaciones de Al, Cu, Latón, Caucho, Amianto, ebonita, cartón, 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 triangular o romboidal. También han aparecido plaquitas de metal duro con depósito superficial de diamante. Solo se usan para terminación. La Vc está solo limitada a la aparición de las primeras vibraciones en la máquina o en la pieza. Avance pequeño, entre 0,03 y 0,05mm/vta., y profundidad de 0,1 a 0,5 mm.

Filo poligonal facetado Figura 6