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• Jesus Colina

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Materiales para herramientas de corte: Los materiales para las herramientas de corte incluyen aceros al carbono, aceros de mediana aleación, aceros de alta velocidad, aleaciones fundidas, carburos cementados, cerámicas u óxidos y diamantes. El carbono forma un carburo con el hierro, lo que hace que responda al temple y de esta manera aumentar la dureza, la resistencia mecánica y la resistencia al desgaste. El contenido de carbono de los aceros para herramientas está entre 0.6% y 1.4%. El cromo se agrega para aumentar la resistencia al desgaste y la tenacidad; el contenido es entre 0.25% y 4.5%. El cobalto se suele emplear en aceros de alta velocidad para aumentar la dureza en caliente, a fin de poder emplear las herramientas con velocidades de corte y temperaturas más altas y aun así mantener la dureza y los filos. El contenido es entre 5% y 12%. El molibdeno es un elemento fuerte para formar carburos y aumentar la resistencia mecánica, la resistencia al desgaste y la dureza en caliente. Siempre se utiliza junto con otros elementos de aleación. El contenido es hasta de 10%. El tungsteno mejora la dureza en caliente y la resistencia mecánica; el contenido es entre 1.25% y 20%. El vanadio aumenta la dureza en caliente y la resistencia a la abrasión, el contenido en los aceros al carbono para herramientas es de 0.20% a 0.50%, en los aceros de altas velocidades es entre 1% y 5%. Aceros al carbono: Son el tipo más antiguo de acero empleado en herramientas de corte. Este acero es poco costoso, tiene resistencia a los choques, se puede someter a tratamiento térmico para obtener un amplio rango de durezas, se forma y rectifica con facilidad y mantiene su borde filoso cuando no está sometido a abrasión excesiva y utilizado para brocas que trabajan a velocidades más o menos bajas, para machuelos, brochas y escariadores, aunque y a los han sustituido otros materiales para herramientas. Aceros de alta velocidad: Mantiene su elevada dureza a altas temperaturas y tienen buena resistencia al desgaste. Las herramientas de este tipo de aleaciones que se funden y se rectifican a la forma deseada, se componen de cobalto 38% a 53%, cromo 30% a 33% y tungsteno 10% a 20%. Estas aleaciones se recomiendan para operaciones de desbaste profundo con velocidades y avances más o menos altos. Sólo se emplean para obtener un buen acabado superficial especial. Carburos cementados: Tienen carburos metálicos como ingredientes básicos y se fabrican con técnicas de metalurgia de polvos. Las puntas afiladas con sujetadores mecánicas se llaman insertos ajustables, se encuentran en diferentes formas, como cuadrados, triángulos, circulares y diversas formas especiales. Hay tres grupos:

Carburo de tungsteno aglutinado con cobalto, que se emplea para maquinar hierros fundidos y metales abrasivas ferrosos Carburo de tungsteno con aglutinante de cobalto más una solución sólida, para maquinar en aceros. Carburos de titanio con aglutinante de níquel y molibdeno, para cortar en donde hay altas temperaturas debido alas altas velocidades de corte o a la alta resistencia mecánica del material de la pieza de trabajo.

Carburos revestidos: Con insertos normales de carburo revestidos con una capa delgada de carburo de titanio, nitruro de titanio u óxido de aluminio. Con el revestimiento se obtiene resistencia adicional al desgaste a la vez que se mantienen la resistencia mecánica y la tenacidad de la herramienta de carburo. Cerámicas o de óxido: Contienen principalmente granos finos de óxido de aluminio ligados entre sí. Con pequeñas adiciones de otros elementos se ayuda a obtener propiedades óptimas. Las herramientas de cerámica tienen una resistencia muy alta a la abrasión, con más dureza que los carburos cementados y tienen menor tendencia a soldarse con los metales durante el corte. Sin embargo, carecen de resistencia al impacto y puede ocurrir su falla prematura por desportilladura o rotura. Se ha encontrado que las herramientas de cerámica son eficaces para operaciones de torneado ininterrumpido a alta velocidad. Diamantes: Policristalino se emplea cuando se desean buen acabado superficial y exactitud dimensional, en particular en materiales no ferrosos, blandos, que son difíciles de maquinar. Las propiedades generales de los diamantes son dureza extrema, baja expansión térmica, alta conductividad térmica y un coeficiente de fricción muy bajo. Clasificación: WS. Acero de herramientas no aleado. 0.5 a 1.5% de contenido de carbón. Soportan sin deformación o pérdida de filo 250°C. También se les conoce como acero al carbono. SS. Aceros de herramienta aleados con wolframio, cromo, vanadio, molibdeno y otros. Soporta hasta 600°C. También se les conoce como aceros rápidos.

HS. Metales duros aleados con cobalto, carburo de carbono, tungsteno, wolframio y molibdeno. Son pequeñas plaquitas que se unen a metales corrientes para que los soporten. Soportan hasta 900°C. Diamante. Material natural que soporta hasta 1800°C. Se utiliza como punta de algunas barrenas o como polvo abrasivo. Materiales cerámicos. Se aplica en herramientas de arcilla que soportan hasta 1500°C. Por lo regular se utilizan para terminados. Estudio comparativo: Para el arranque de virutas se utilizan herramientas de corte y las cuchillas o cinceles de tornear. La eficiencia de las herramientas depende del material de que están hechas, y de la forma del filo. Las herramientas de acero no aleado son buenas para trabajos que no requieran de mucha precisión ya que pierden su filo a temperaturas mayores a los 250ºC, y como se sabe el filo de la herramienta es muy importante para la calidad superficial de la pieza. En el caso que se quiera trabajar con altas velocidades, altas temperaturas se recomienda utilizar herramientas de aceros aleados o (SS), ya que mantienen su dureza y filo a estás condiciones tan extremas, para trabajos donde se desea trabajar a altas velocidades y materiales muy duros se recomienda trabajar con carburos cementados, que poseen una dureza elevada, reducen el tiempo de trabajo de una pieza, pero no son baratos son muy caros, se obtienen superficies muy lisas. Las herramientas de diamante se utilizan para trabajos muy finos, y son muy caros no se desgastan tan fácilmente, y se usan para el corte de otras herramientas de corte. Las herramientas cerámicas son útiles para trabajos de acabado, de rompen con mucha facilidad por su gran dureza, y no son muy eficientes para trabajos de torneado a altas velocidades, su desventaja primordial es que no se pueden golpear en el momento de realizar el torneado ya que perderán su filo con Bibliografía: Eugene A. Avallone. “Manual del ingeniero mecánica Marks”, Editorial Mc. Graw Hill. 9ª edición, año 1995 Heinrich Gerling. “Alrededor de las máquinas - herramientas”, Editorial Reverte. 2ª edición, año 1964

Procesos de Mecanizado HERRAMIENTAS DE CORTE Proceso de Corte (Mecanizado) • Consiste en remover capas de la pieza de trabajo mediante una Herramienta de Corte, para obtener una parte con la forma, acabado y medidas requeridas. • Alta dureza Roja (dureza y resistencia al desgaste a alta T°). • Adecuada rigidez y ductilidad. (RC,σb, σc, ai) • Adecuadas propiedades térmicas. • Baja fricción con la pieza de trabajo. Requerimientos de los materiales para Herramientas De Corte: Grupos de materiales para Herramientas de corte • Aceros de alto C. • Aceros aleados. • Aceros rápidos HHS (High Speed Steels) • Aleaciones no ferrosas (Estelitas). • Carburos metálicos. • Materiales cerámicos. • Nitruro de Boro cúbico (CBN, PCBN) • Diamantes • Materiales abrasivos

• ** Aceros estructurales Materiales para Herramientas de corte MATERIAL DUREZA TEMPERATURA VEL. DE CORT Aceros de alto C 0.7-1.5% C 58 a 64 RC 200-250°C < 10 m/min Aceros aleados Cr, V, Mo, W, 60 a 67 RC 250-300°C 15-18 m/min Aceros rapidos T 9-19% W 62 a 65 RC 550-630°C 30-40 m/min Aceros rapidos M 5-9% Mo 62 a 65 RC 550-630°C 50-80 m/min Aceros rapidos K 4-12% Co 65 a 70 RC 620-730°C 50-80 m/min Aleaciones no fer osas (Estelita) Co, Cr, W 60 a 65 RC 500-800°C Carburos Metalicos (Metal duro) Co: WC, TiC, TaC, VC, NbC 80 RC 800-900°C 60-300 m/min Cermets Al2O3, Mo2, VC 50-40 m/min Ceramicos Al2O3 1200°C 300-900 m/min Nitruro de Boro cúbico 1000-1100°C 60-300 m/min Diamante 88 RC 1500°C Materiales Abrasivos Corindon, Esmeril, Granate, Cuarzo, Diamante, Corundo, Electrocorundo Propiedades Comparativas de Materiales para HC• HSS

• HSS RECUBIERTO • ALEACIONES DE COBALTO • CERMETS • CARBUROS • CARBUROS RECUBIERTOS • CERAMICOS • NITRURO DE BORO CUBICO • DIAMANTE POLICRISTALINICO • DIAMANTE NATURAL Resistencia al desgaste Velocidad De corte Dureza en caliente Tenacidad MATERIALES PERÍODO Y/O COMENTARIOS ACERO AL ALTO CARBÓN Y ACERO ALEADO 1900 Se reblandecían muy rápido, debido al calor generado inclusive a bajas velocidades de corte. Una operación típica de corte duraba 100 minutos ACERO ALTA VELOCIDAD 1910 El desarrollo en la metalurgia dio origen al acero alta velocidad (HSS), y en conjunción con los estudios de maquinado de Fredrick Taylor y Maunsel White se dieron los pasos decisivos en la tecnología de corte. La misma operación que antes duraba 100 minutos, se llevaba a cabo en 26 solamente. ALEACIONES NO FERROSAS 1915 Aleaciones con el 50% de carburos, basadas en cobalto, cromo y tungsteno. Eran muy duras y resistentes a altas temperaturas (800 grados centígrados), pero muy frágiles. La operación de 26 minutos requería solamente 15. SUPER HSS 1930 Velocidades de corte de hasta 70 m/min eran

posibles, así como el maquinado de aluminio y magnesio. CARBURO CEMENTADO / SINTERIZADO Inicia en 1930 y la operación de maquinado típica de 26 minutos se llevaba a cabo en 6 únicamente. Los primeros desarrollos tenían carburo de tungsteno (Wc) como la base dura y al cobalto como el aglomerante. Sin embargo, en el maquinado de acero se formaban cráteres. HERRAMIENTAS CON INSERTOS DE CARBURO SOLDADOS 1940 , 1950 Eran costosas y el reafilado era necesario. Se definen grados de material de herramienta para los diferentes tipos de aplicación. CORONITE, CERMETS Y NUEVA GENERACIÓN DE CARBUROS RECUBIERTOS Desde 1955 hasta nuestros días se han desarrollado rápidamente nuevos materiales con la misma tendencia global: La posibilidad de cortar a velocidades altas sin pérdida del filo, así como maquinar materiales más duros. CERÁMICOS •Ideales para el maquinado de piezas en duro y como reemplazo de las operaciones de rectificado. •Las herramientas de cerámica son duras con alta dureza en caliente, y no reaccionan químicamente con los materiales de la pieza. •Pueden maquinar a altas velocidades. •Existen dos tipos básicos de cerámica: Las basadas en óxido de aluminio (Al2O3) y las de nitruro de silicio (Si3N4) CORONITE •Este material combina la tenacidad del HSS con la resistencia al desgaste del carburo cementado.

•Es muy usado en las herramientas para fresado. •Llena las aplicaciones donde el carburo cementado y el HSS no son de mucha utilidad. CUBIC BORON NITRIDE (CBN) •Segundo material mas duro. Es un excelente material de corte que combina una dureza extrema en caliente (2000 grados centígrados), excelente resistencia al desgaste y en general buena estabilidad química durante el maquinado. •Es relativamente frágil, pero más tenaz que las cerámicas. •Las Forjas de acero, el acero endurecido y componentes endurecidos en su superficie son algunos de los materiales ideales a maquinar con el CBN. •Este material de corte debe usarse en piezas duras (48 Rockwell C ó mas), porque si los componentes son muy suaves se genera un desgaste excesivo en la herramienta. Entre mas duro sea el material menos se desgasta la herramienta. •Los acabados que se obtienen en torneado son excelentes y se comparan a los del rectificado. Texturas con Ra= 0.3 y tolerancias de +/- 0.01mm son obtenidas en torneado. •Si se usa refrigerante, este debe de suministrarse copiosamente alrededor de los filos cortantes, de lo contrario se recomienda trabajar en seco para evitar ruptura térmica. DIAMANTE POLICRISTALINO (PCD) • Es casi tan duro como el diamante natural. • Este diamante sintético tiene una resistencia al desgaste increíble, tanto que se usa para reavivar las piedras abrasivas de rectificado. • La vida de la herramienta es hasta cien veces mayor que la del carburo cementado. • Es un material nuevo introducido en los inicios de los 70's. • Su mayor aplicación es en el torneado y fresado de

aleaciones abrasivas de silicio y aluminio, cuando la precisión y el acabado son el criterio de decisión. • El PCD y el carburo cementado no recubierto de grano fino, son los materiales ideales para el corte de aluminio. Las desventajas son: • Las temperaturas de corte no deben exceder 600 grados centígrados, • No puede ser usado para cortar materiales ferrosos porque existe afinidad, • No sirve para cortar para materiales tenaces. Evolución de las HC Rangos de Aplicación para varios materiales de herramientas Kalpakjian, Serope Manufacturing Processes for Engineering Materials, 3rd Ed. Addison Wesley, page 521 Rangos de Propiedades para varios materiales de herramientas Kalpakjian, Serope Manufacturing Processes for Engineering Materials, 3rd Ed. Addison Wesley, page 509 Aspectos geométricos del filo en la herramienta monofilo Aspectos geométricos del filo en la herramienta monofilo Aspectos geométricos del filo en la herramienta monofilo Aspectos geométricos del filo en la herramienta monofilo Kalpakjian, Serope Manufacturing Processes for Engineering Materials, 3rd Ed. Addison Wesley, page 519 La Selección de los Materiales

para Herramientas • Régimen económico de corte • Material a mecanizar • Tipo de mecanizado (continuo, intermit.) • Forma de la herramienta • Maquina Herramienta disponible Los carburos metálicos (Insertos) • Sustrato • Uno o más recubrimientos • Geometría superior (rompeviruta) • preparación de borde • estilo y radio de nariz • portaherramientas • fluido de corte Seleccionando Los carburos metálicos (Insertos) • AZUL: aceros al C y aleados • AMARILLO: aceros inox., titanio, aleaciones para alta T°, hierros grises y ductiles • ROJO: aluminio y materiales no ferrosos

Materiales de las herramientas de corte Hay muchas y variadas herramientas de corte, dedicadas a diferentes fines, para cortar acero y otros metales, para cerámicas y vidrio, para maderas etc., sin embargo y en general se construyen solo utilizando unos cinco tipos de materiales diferentes, que son:

1.- Aceros al carbono endurecidos (templados) 2.- Aceros aleados (HSS) 3.- Carburo de tungsteno sinterizado 4.- Corindón (óxido de aluminio) 5.- Partículas de diamantes Evidentemente, la dureza de la herramienta de corte debe ser muy superior a la del material a cortar, para que pueda hacer su trabajo sin perder el borde cortante en breve plazo. Las herramientas de corte no siempre son del mismo material, así tenemos que hay brocas de aceros al carbono, de HSS, con punta de carburo de tungsteno e incluso con inclusiones de diamante en la punta de corte, cada una dirigida a un fin determinado de acuerdo a la dureza del material a barrenar y a la velocidad de corte deseada. Lo mismo pasa con las sierras circulares y otras. La tabla a continuación da una idea de la utilización. Material

Utilización típica

Aceros al carbono Corte de maderas, metales no muy duros y plásticos Aceros aleados

Corte de acero no endurecido

Carburo de tungsteno

Cerámicas, vidrio, concretos y Mampostería.

Corindón

Muelas de afilado y papel de lija para metales

Diamante

Muelas especiales, vidrio, losas de piso y ladrillos