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Avances en herramientas de corte

El rápido desarrollo en los revestimientos de las herramientas de corte, desde la década de los ochenta, ha mejorado significativamente su rendimiento para diferentes aplicaciones.

Desde 1900, cuando el acero de alta velocidad (AAV o HSS en inglés) fue el precursor de la era moderna en la fabricación de herramientas de corte, por varias décadas, los materiales para herramientas se desarrollaron rápidamente. Desde los ochenta, un rápido desarrollo en los revestimientos ha mejorado significativamente el rendimiento de las herramientas de corte. De cierto modo, la elección se mantiene entre la amplia variedad de aceros de alta velocidad (AAV) y carburos, divididos en sólidos e intercambiables, para cada tipo de material de la herramienta con sus beneficios y aplicaciones.

Diferencias entre el proceso de producción de materiales para herramientas con aceros de alta velocidad y aceros de alta velocidad PM

Existen más de 25 tipos de aceros de alta velocidad disponibles en el mercado, cada uno con diferencias físicas, químicas y propiedades mecánicas. Además de ferrita, el acero de alta velocidad contiene aleaciones de elementos, tales como cobalto, vanadio, cromo, tungsteno, molibdeno, más un apropiado porcentaje de carbón, para permitir la formación de partículas de carburo a partir de estos elementos. Cada variación en los porcentajes causa diferentes efectos en las características del material de las herramientas.

Adicionalmente, hay un límite a la cantidad de carburo que forma la aleación, que se puede añadir dependiendo de la capacidad de mantener una distribución uniforme en toda la microestructura del acero.

La desventaja del acero de alta velocidad normalizado, radica en que durante su proceso de producción se crean grandes áreas de partículas de carburo, las cuales al concentrarse originan venas en el material. Este es convencionalmente un material de fundición, que comienza como lingotes grandes que se enfrían lentamente, dando lugar a la segregación de carburo, que puede poner en peligro la homogeneidad y dureza del material. A diferencia del proceso convencional de fabricación de AAV, el acero de polvo metalúrgico (AAV-PM) produce partículas de acero en polvo que en un proceso de difusión con alta presión hace que se enfríe rápidamente la temperatura. Este proceso de producción de acero permite incorporar mayor número de elementos aleatorios (23,9 % de M42 contra 33 % de AAV PM Premium) y permite un aumento en el porcentaje de carbón por encima de 2 %. La forma final, homogénea, fina y uniforme de la microestructura de carburo (figura 1), le permite estar libre de segregaciones, mejorando la fuerza en el material de herramienta, la tenacidad, la resistencia al desgaste, la dureza, la resistencia a la abrasión y a la flexión. Además, aumenta el rendimiento de las herramientas de los lotes A, B, y C, con los mismos resultados y duración de la herramienta. Las herramientas de corte de AAV-PM llenan un hueco enorme entre las de AAV (HSS) convencionales y las herramientas de carburo. Son más resistentes que el carburo y la mayoría de ellas más duras que el AAV (HSS) convencional (figura 2).

Visitando a los usuarios finales, a veces me sorprendo al ver que están usando la misma información de corte para diferentes grados de AAV, recubierto o sin recubrimiento convencional AAV (HSS) o AAV-PM (HSS-PM). Algunos de ellos usan datos de corte muy moderados, tomando como referencia la información en datos de corte para AAV (HSS) de los años setenta.

Una mayor velocidad y ajustes adicionales deben y tienen que usarse cuando se utiliza una versión mejorada del AAV-PM (HSS-PM). Hoy en día, si se usa una herramienta revestida, muchos usuarios entienden su intrínseca ventaja con respecto a la productividad y a la reducción de los costos totales (figura 3).

Ventajas de desbastadoras AAV-PM (HSS-PM)

Una combinación de fresas de desbaste de AAV-PM (HSS-PM), terminando con herramientas de metal duro integral se ve a menudo. Cuando hay falta de rigidez y estabilidad en la máquina, y se mecaniza con una gran cantidad de remoción de material, debido a las características de fragilidad del carburo se podría llegar a desportillar puntas y fracturar la herramienta; en cambio, el acero AAV-PM (HSS-PM) es más tenaz y más "permisivo"; la tenacidad permite la mejor evacuación de las rebabas, evitando así el acumulamiento de estas y la rotura de la herramienta.

Al utilizar herramientas sólidas de carburo para una operación de acabado, como realizamos radialmente cortes ligeros, inclusive en condiciones de máquina no muy apropiadas, esto no afectará a la herramienta y permitirá el astillado de las puntas.

En el fresado, las operaciones de desbaste, velocidad de corte, velocidad de husillo y alimentación de mesas no son importantes. El principal factor es la tasa de remoción de material en forma de rebaba retirada por minuto (cm3/por minuto). Cuando hay un ranurado profundo, de un ancho de hasta 20 mm, debido a la geometría de la herramienta que rebana el material con menor esfuerzo y consumo de potencia de la máquina, y teniendo en cuenta las características de los materiales AAV-PM (HSS-PM), el cortador de desbaste se puede utilizar en “alimentación escalada”; el método de fresado es relativamente lento, pero maquinando un corte profundo de un solo paso. A diferencia del uso de carburos intercambiables con limitaciones geométricas, este tipo de herramientas, que va martillando en el corte, requiere un mayor esfuerzo de corte y potencia de la máquina.

Para superar este problema se utilizan altas velocidades y avances de corte, haciendo escalones y removiendo múltiples cortes ligeros, como podemos ver en la figura 4.

En este caso de desbastadores de AAV-PM (HSS-PM) contra carburos intercambiables, se mejora la productividad en un 260 %. Por lo tanto, antes de determinar qué tipo de herramienta utilizar, siempre es recomendable calcular la remoción de material por adelantado.

Estimado de remoción de material

Estimación de remoción de material mediante cortadores de AAV-PM (HSS-PM), en mecanizado de aceros de baja fuerza tensil (ranurado, con profundidad de corte 1XD):
Inclusive, hoy hay en la industria una tremenda cantidad de máquinas tradicionales sin una cubierta, que arrojan fluidos de corte al suelo y podrían causar accidentes en el trabajo.

Debido a la baja conductividad térmica de los desbastadores recubiertos de AAV-PM (HSS-PM) se pueden utilizar en el corte seco en mecanización de aceros. Es preferible usar aire a presión con el fin de evacuar las virutas de la zona de corte y evitar que las virutas sean recortadas.

En el desbaste de aceros inoxidables, de aceros termorresistentes y aleaciones de titanio, se recomienda utilizar un ángulo de cuña afilada y de alta hélice para rebanar el material, además de reducir la fricción y la alta temperatura en el filo, previniendo el “endurecimiento de la pieza durante el corte”.

Debido a la alta resistencia de esquina y microestructura homogénea del AAV-PM (HSS-PM), un ángulo de cuña agudo es rectificado en el filo, lo que aun así mantiene la fuerza en la esquina, reduce la fricción, la temperatura del filo, el esfuerzo de corte y el consumo de potencia de la máquina, para cortes muy suaves y profundos.

El rango de velocidad de corte recomendado en el mecanizado de acero, aceros de endurecimiento por precipitación, inoxidables y aleaciones de titanio es de 20-30 m/min.

Utilice corte con refrigerante, si es posible de alta presión y refrigerante de calidad. Se recomienda la filtración del refrigerante.

Cuando se mecanizan aceros inoxidables y aleaciones de titanio, la vida evaluada usando herramientas desbastadoras de AAV-PM (HSS-PM) con recubrimientos, será aproximadamente de 120-150 minutos de corte, antes de que el primer reafilado y nuevo recubrimiento sean necesarios.

Evaluación de remoción de material mediante uso de fresas de desbaste de AVV-PM (HSS-PM), mecanizado de acero inoxidable austenítico de la serie 300 (ranurado, profundidad de corte 1XD):

Brocas recubiertas AAV-PM (HSS-PM)

Las brocas son más problemáticas que las fresas verticales; como la broca está rodeada por el material, eso hace que aumente el esfuerzo de corte. Además, cuando las rebabas suben y son evacuadas, se crea fricción y el roce entre las rebabas y la pieza de trabajo o materiales mecanizados; en ocasiones, un “nido de pájaro” obstruye las rebabas y causa la rotura de la herramienta. La cantidad de material removido se ve influida por el diámetro de la herramienta y la operación de taladrado se debe realizar en un solo paso.

Las brocas de AAV-PM (HSS-PM) recubiertas tienen las mismas características y beneficios que las fresas verticales. La broca, a las mismas velocidades de corte elevadas que las fresas, es más “indulgente”, lo que permite evacuar las rebabas y evitar su obstrucción. Cuando se mecanizan aceros de fuerza tensil mediana con diámetro de la herramienta de 8,0 mm, velocidades de corte de 60 a 65 m/min y alimentación de la mesa de 500 mm/min son aplicables, igual que el mecanizado de acero inoxidable 316, con velocidad de 30 a 35 m/min y una alimentación de corte de la mesa de 150-200 mm/min.

Las ventajas en comparación con las brocas de AAV convencional son:

• Velocidades de corte más altas de 50-100 %

• Mayor avance por revolución en un 25 %

• Prolongación la vida útil de la herramienta de 100-300 %

• Las brocas pueden ser utilizadas en máquinas manuales, NC o CNC, aplicables a un amplio espectro de materiales de mecanizado, tales como acero estructural, acero al carbón, acero aleado, acero para herramientas, acero inoxidable, aleaciones de titanio y mucho más.

Resumen