Ing. David Acosta Horna

Capitulo 1

Materiales para herramientas de Corte1.1 Introduccin.- Entre los diferentes tipos de materiales usados como herramientas de corte tenemos desde el acero al carbono hasta el diamante, estos son usados como herramientas de corte en la industria manufacturera. Es importante estar enterado de las diferencias que existen entre los materiales de las herramientas de corte, cuales son estas diferencias, y la correcta aplicacin para cada uno de ellos. La mayora de fabricantes de herramientas asignan muchos nombres y nmeros a sus productos. Mientras muchos de los nombres y nmeros pueden parecer similares la aplicacin de estos materiales puede ser enteramente diferente. En la mayora de casos ellos proveen herramientas hechas de un material adecuado para una aplicacin dada.

En aplicaciones muy particulares, el mejor material o el ms caro material ser el apropiado. Esto no significa que la herramienta ms costosa ser siempre la mejor. Los usuarios de las herramientas de corte no pueden permitirse ignorar los constantes cambios y avances que se estn llevando a cabo en el campo de la tecnologa de materiales. Cuando un cambio de herramienta es necesario o se anticipa que se tendr que cambiar, una comparacin en el desempeo debera ser hecha antes de seleccionar la herramienta para el trabajo. La ptima herramienta no necesariamente ser la menos costosa o la ms costosa, y no siempre ser la misma herramienta que fue usada para ese mismo trabajo la ltima vez. La mejor herramienta es aquella que ha sido cuidadosamente elegida para conseguir que el trabajo sea realizado rpidamente, eficientemente y econmicamente. Una herramienta de corte debera tener las siguientes caractersticas a fin de producir piezas mecanizadas con excelente calidad y econmicamente.

Dureza: La dureza y la resistencia de la herramienta de corte deberan ser mantenidas a elevada temperatura esto es conocido como dureza en caliente.

Tenacidad: La tenacidad de la herramienta de corte es necesaria tanto as que las herramientas no deberan sufrir falla por fatiga ni fracturarse, especialmente durante operaciones de corte con muchas interrupciones.

Resistencia al Desgaste: La resistencia la desgaste significa que la herramienta tiene una aceptable vida antes de necesitar ser reemplazada.

Los materiales de los cuales son hechas las herramientas de corte todas tienen las caractersticas de ser duras y resistentes. Existe una variedad de materiales disponibles para las operaciones de maquinado, y la clasificacin y uso de estos materiales es nuestro inters.

Fig N1.- a)Dureza de varios materiales de corte como funcin de la temperatura. b)Rango de propiedades (Resistencia-tenacidad : Dureza en caliente y resistencia al desgate)de diferentes grupos materiales.

1.2Aceros para Herramientas (Tool Steels) y Metales Duros (Cast Alloys).- Aceros al carbono son los mas viejos de los materiales de corte datan de hace cientos de aos. En trminos simples es un acero de alto carbono (acero el cual contiene cerca de 1.05% de carbono). Este alto contenido de carbono permite al acero ser endurecido ofreciendo una grande resistencia al desgaste abrasivo. El acero de alto carbono sirvi para su propsito bien durante muchsimos aos. Sin embargo es relativamente suavizado en bajas temperaturas de corte (300 to 500 degrees F), ahora es raramente usado como material de corte excepto en limas, sierras de cortar, cinceles etc. El uso del acero de alto carbono esta limitado a aplicaciones de muy bajas temperaturas de corte.Aceros Rpidos (High Speed Tool Steel) La necesidad de materiales para herramientas las cuales deberan soportar altas velocidades de corte as como temperaturas, guiaron al desarrollo de los aceros rpidos para herramientas. La mayor diferencia entre los aceros rpidos y el acero de alto carbono esta en la adicin de elementos aleantes para endurecer darle mayor resistencia al acero de alto carbono as como levar su resistencia al calor (dureza en caliente). Algunos de los ms comnmente usados elementos aleantes son: el manganeso, el cromo, tungsteno, el vanadio, el molibdeno, el cobalto, y el niobio (columbio). Cada uno de estos elementos agregan caractersticas muy deseables como dureza elevada dureza en caliente, capacidad para endurecerse hasta una cierta profundidad (templabilidad), resistencia al desgaste abrasivo y una buena resistencia (tenacidad).Estas caractersticas permiten velocidades de mecanizado relativamente altas y mejora el desempeo en comparacin con el acero al carbono.Los aceros para herramientas mas comunes usados primariamente como herramientas de corte son divididos en las series M y T. La serie M representa aceros para herramientas del tipo Molibdeno y la serie T del tipo representa al tipo Tungsteno. Aunque all parecen estar una gran cantidad de similaridades entre estos aceros rpidos, cada uno sirve para un propsito especifico y ofrece significativamente beneficios en aplicaciones especiales.

Algunos de los aceros rpidos estn ahora disponibles en forma de polvos metlicos (powdered metal PM). La diferencia entre estos y los materiales convencionales es que el mtodos por el cual ellos son hechos.La mayora de los aceros rpidos convencionales son colados en lingotes y luego son trabajados en caliente o fri hacia la forma deseada. Los polvos metlicos como su nombre lo indica son bsicamente polvos. Los mismos elementos que son usados para preparar los aceros rpidos convencionales son preparados en un polvo muy fino (generalmente por atomizacin del estado lquido). Estos polvos muy finos son cuidadosamente mezclados, despus prensados en una matriz a elevadas presiones para ser finalmente sinterizados en un horno de atmsfera controlada. Tratamiento superficial a los Aceros Rpidos : Muchos tratamientos superficiales han sido desarrollados en un intento por extender la vida de la herramienta, reduciendo la potencia consumida, y controlando otros factores los cuales afectan las condiciones de operacin y costos. Algunos de estos tratamientos han sido usados por muchos aos y han probado tener algn valor. Por ejemplo, el recubrimiento con Oxido Negro (the black oxide coatings) el cual comnmente aparece sobre las brocas y machos acta como un impedimento contra el fenmeno de adherencia llamado filo recrecido (build-up) sobre la herramienta. El oxido negro es bsicamente una superficie. Uno de los mas recientes descubrimientos de recubrimientos para los aceros rpidos es el nitruro de titanio por el mtodo de PVD (physical vapor deposition). El nitruro de titanio es depositado sobre la superficie en uno de los varios diferentes tipos de horno en relativamente bajas temperaturas, la cual no afecta significativamente al tratamiento trmico (endurecimiento) de la herramienta que esta siendo recubierta.Este recubrimiento es conocido por extender la vida de una herramienta de corte significativamente o permitir que la herramienta sea usada en operaciones con elevadas velocidades de corte. La vida de la herramienta puede ser extendida tanto como tres veces o puede operar a velocidades con un incremento en un 50% de su valor normal manteniendo la misma vida de la herramienta. Metales Duros : los elemento aleantes en los aceros rpidos principalmente el cobalto el cromo y el tungsteno, mejoraron las propiedades de corte de tal forma que los ingenieros desarrollaron los metales duros, una familia de estos materiales sin hierro.Una composicin tpica para esta clase de materiales para herramientas fue 45% de cobalto, 32% de cromo, 21% de tungsteno y 2% de carbono. El propsito de tal aleacin fue obtener una herramienta de corte con elevada dureza en caliente superior al acero rpido.Cuando se utiliza este tipo de materiales su dureza fragilidad debera ser tenida en cuenta y un soporte adecuado debera ser provedo siempre. Los metales duros tienen una alta resistencia a la abrasin y son as muy tiles para cortar materiales duros o con inclusiones duras.

1.3 Carburo de Tungsteno Cementado: El carburo de tungsteno fue descubierto por Henri Moissan en 1893 durante una investigacin para encontrar el mtodo de cmo producir diamantes artificiales. Utilizando azcar y oxido de tungsteno, el derriti esta mezcla en un horno de arco. El azcar carbonizado redujo el oxido y carburizo a el tungsteno. Moissan encontr que el carburo de tungsteno era extremadamente duro, aproximndose a la dureza del diamantote y excediendo a la dureza del zafiro. Este carburo era 16 veces ms pesado que el agua. El material as obtenido era extremadamente frgil y seriamente limitada su aplicacin industrial.

El carburo de Tungsteno comercial con 6% de cobalto fue producido y comercializado en Alemania en 1926. La produccin del mismo carburo empez en los estados unidos en 1928 y en Canada en 1930.

A el mismo tiempo, los carburos duros consistan del carburo de tungsteno como base y como ligante era utilizado el cobalto. Estos carburos exhiban un superior desempeo en el mecanizado de fundiciones, materiales no ferrosos y materiales no metlicos, pero su uso no era aconsejable con el acero.La mayora de los subsecuentes desarrollos en los carburos duros han sido modificaciones de la original patente, principalmente involucran el reemplazo de parte o todo el carburo de tungsteno con otros carburos especialmente el carburo e titanio y/o carburo de tntalo. Esto gui al desarrollo de los modernos multicarburos usados como herramientas de corte permitiendo el mecanizado de alta velocidad del acero

Un nuevo fenmeno fue introducido con el desarrollo de los carburos cementados, otra vez para hacer posibles las elevadas velocidades de corte. Los materiales de corte previos del a metalurgia dependan grandemente del tratamiento trmico para sus propiedades y estas propiedades podan ser destruidas por tratamientos posteriores. En altas velocidades de corte, y consecuentemente altas temperaturas, estos productos fallaban. Un conjunto diferente de condiciones existan con los carburos cementados. La dureza de los carburos es mas grande que la dureza de la mayora de los materiales para herramientas de corte a temperatura ambiente y su habilidad para retener su dureza a elevadas temperaturas, as que son adecuadas para soportar grandes velocidades de corte.1.3.1 Manufactura del Carburo

El termino carburo de tungsteno describe una familia de carburos duros usados para herramientas de corte de metales, matrices de varios tipos, y partes sometidas a desgaste. En general, estos materiales estn compuestos de los carburos de tungsteno, titanium, tantalumn o alguna combinacin de estos, sinterizados o cementados en una matriz ligante usualmente de cobalto.

Mezclado (Blending) .- La primera operacin despus de la reduccin del tungsteno a polvo de metal es el mezclado del tungsteno y el carbn . Aqu 94 partes de tungsteno por 6 partes de carbono en peso (el cual es agregado en forma de holln esto es conocido como lamp black), son mezclados juntos en una recipiente especial el cual esta continuamente rotando el cual es conocido con el nombre de ball mill. Esta operacin debe ser llevada a cabo bajo una cuidadosa y controlada condiciones a fin de asegurar la optima dispersin de el carbono en el tungsteno.

Fig N2.- Equipo para mezclar el carburo muy conocido como ball mill asegura una optima dispersin de el carbono con el tungsteno.A fin de proveer la necesaria resistencia, un agente ligante, usualmente el cobalto es agregado a el tungsteno en forma de polvo y todo esto es llevado al ball mill por un periodo de varios das, para formar una mezcla muy intima. Un control cuidadoso de las condiciones de mezclado y el tiempo, debe ser ejercido para obtener un producto uniforme y homogneo. El polvo de carburo de tungsteno mezclado es mostrado en la figura 1.3

Fig N2.- El polvo de carburo de tungsteno mezclado es producido por una mezcla de carburo de tungsteno con cobalto como ligante.

Compactado (Compacting): El mtodo mas comn involucra el uso de matrices, hechos de la forma del producto deseado. El tamao de la matriz debe ser mas grande que el tamao del producto final terminado para permitir la contraccin final que toma lugar despus del proceso de sinterizacin. Estas matrices son costosas por lo tanto un numero lo suficientemente elevado justificaran su manufactura.

Fig N2.- Equipo usado para compactar los carburos conocido con el nombre de pill press, es usado para producsir carburos con diferentes formas.

El equipo usado para compactar es conocido como pill press y es mostrado en la figura 1.4. En la figura 1.5 podemos apreciar diferentes formas que se pueden obtener.

Fig N1.5.- Varios carburos compactados los cuales son producidos por matrices especiales montadas en el pill press.

Si la cantidad no es lo suficientemente alta, se puede compactar una briqueta, la cual puede ser cortada despus (usualmente despus de la pre- sinterizacin) en pequeas unidades y llevadas a la forma requerida, y teniendo siempre presente el margen que se le debe dar por el fenmeno de contraccin. Las presiones ordinarias usadas en estas operaciones de compactado en fri son de alrededor de 30 000 psi. Varios carburos preformados son mostrados en la figura 1.6

Fig N1.6.- Si la cantidad no es tan alta, las briquetas pre sinterizadas son llevadas a la forma requerida.

Un segundo mtodo es el de compactacin en caliente de los polvos en matrices de grafito en la temperatura de sinterizacin. Despus de enfriados las partes tienen una dureza muy elevada. Debido a que el grafito es costoso, este sistema es generalmente usado solamente cuando la parte a ser producida es demasiado grande para ser prensada en fri y sinterizada.

Un tercer mtodo es el usado principalmente para piezas largas, es el llamado mtodo de presin iso esttica. Los polvos son colocados en un recipiente flexible el cual es suspendido en un deposito conteniendo liquido y sometido a una cierta presin y completamente cerrado. La presin dentro del liquido es tal que debe causar la apropiada compactacin. Este sistema es ventajoso para compactar piezas grandes porque la presin actuante sobre los polvos es la misma en todas direcciones, resultando en una apropiada e uniforme compactacin.Sinterizacin.- La sinterizacin del tungsteno- Cobalto (WC-Co) es llevada a cabo con el cobalto como ligante pero en fase liquida. El material compactado es calentado en una atmsfera de hidrogeno o en un horno al vaci a temperaturas que se encuentran entre los 2500 a 2900 grados Fahrenheit, dependiendo de la composicin. Ambos tiempo y temperatura deben ser cuidadosamente ajustados en combinacin para un control optimo sobre las propiedades y la geometra. El compactado se contraer aproximadamente 16% en sus dimensiones lineales, o 40% en volumen. El grado de contraccin depende de varios factores incluyendo tamao de la partcula de los polvos y el grado de la composicin. Controlar el tamao y la forma es ms importante y es menos predecible durante el ciclo de enfriamiento. Esto es particularmente cierto con aquellos grados de carburos cementados con altos contenidos de cobalto.

Fig N1.8.- Diagrama Esquemtico de el proceso de manufactura de los carburos de tungsteno cementados

Como el cobalto es menos denso que el tungsteno, eso ocupa una gran parte de el volumen que seria indicado por el porcentaje de contenido de cobalto y porque el cobalto contiene generalmente una mas cantidad de masa en fase liquida, un cuidado extremo es requerido para controlar y predecir con precisin la magnitud y direccin de contraccin. Figura 1.7 muestra partes de carburos siendo cargadas hacia el horno para su sinterizacin.Fig N1.7.- Carburos siendo cargados a el horno, donde son calentados entre 2500 y 2900 F.

Un esquema ms detallado de el proceso de manufactura es mostrado en la figura 1.8.1.3.2 Clasificacin de las herramientas de Carburo.- Estos son clasificados en tres grandes categoras.Grado Desgaste : Usados primariamente en matrices, maquinas y guas para herramientas, y en cualquier situacin donde la resistencia al desgaste es requerida.

Grado Impacto : Tambin usado para matrices particularmente para estampado y forja, y en herramientas tales como cabezas fresadoras usadas en minera.Grado Herramienta de Corte : Estos son divididos en 2 grupos dependiendo de su aplicacin primaria. Si el carburo es usado sobre una fundicin la cual es un material no dctil, es clasificada como un carburo para fundicin. Si el carburo es usado para cortar acero, un material dctil, es clasificado como carburo para acero.Carburo para fundicin.- Debe ser mas resistente a cualquier abrasivo. Este requiere mas resistencia al cratering (termino que significa crecimiento de pequeas fisuras) y al calor. Su alta abrasividad causa principalmente desgaste de la parte del filo de la herramienta. La larga viruta de acero, la cual fluye a travs de la herramienta en elevadas velocidades de corte, causa principalmente cratering y deformacin por el calentamiento de la herramienta. Las caractersticas del desgaste de la herramienta sern vistas en el capitulo 2.Es importante elegir y usar el correcto tipo de carburo para cada trabajo. Existen varios factores que hacen a un tipo de carburo diferente a otro y por lo tanto mas apropiado para una aplicacin especifica. El tipo de carburo puede parecer ser similar, pero la diferencia entre lo correcto y lo errneo para un cierto trabajo puede significar la diferencia entre el xito o el fracaso.

La figura 1.8 ilustra como el carburo es manufacturado usando carburo de tungsteno con el ligante cobalto. El carburo de tungsteno es el constituyente bsico y es a menudo solo cuando se maquina por ejemplo una fundicin. Esto es porque el carburo de tungsteno puro es extremadamente duro y ofrece la mejor resistencia al desgaste abrasivo.Grandes cantidades de carburo de tungsteno son presentadas en todo los grados en dos grupos de corte y el cobalto es siempre usado como medio ligante. Los elementos ms comnmente adicionados a el bsico carburo de tungsteno son: El carburo de tntalo y el carburo de titanio.

Mientras algunas de estas aleaciones pueden ser presentadas en el grado de fundiciones o de herramientas de corte. El carburo de tungsteno es el mas resistente abrasivo t trabaja mas eficientemente con el abrasivo natural del hierro fundido. La adicin de materiales aleantes tal como el carburo de tntalo y el carburo de titanium ofrece muchos beneficios.La ms significativa contribucin del carburo de titanio es que reduceel cratering de la herramienta por consiguiente disminuye la tendencia de la viruta larga a erosionar la superficie de la herramienta.La mas significativa contribucin de carburo de tantalo es que incrementa la dureza en caliente de la herramienta la cual, en torno, reduce la deformacin termica. Variando la cantidad de ligante de cobalto en el material grandes efectos ambos en los grados de fundicion y acero de tres maneras. Cobalto es mas sensitivo a el calor que el carburo alrededor de el. El Cobaltoes mas sensitivo a la abrasin y a la soldadura de la viruta. Por lo tanto si el cobalto esta presente la herramienta se ensuaviza, haciendola mas sensitiva a la deformacin por calor, al desgastes abrasivo, y la soldadura de la viruta la cual causa el cratering. Por otro lado el cobalto es mas resistente que el carburo. Por lo tanto mas cobalto mejora la resistencia de la herramienta al impacto. La resistencia de un carburo es expresada en terminos de Esfuerzo de rotura transversal(Transverse Rupture Strength TRS)

Figura 1.9. El mtodo usado para medir el Esfuerzo de Rotura transversal (TRS) es mostrado as como la relacin que existe con el contenido de cobalto.

La figura 1.9 muestra como el Esfuerzo de rotura transversal es medido. La tercera diferencia entre el grado fundicin y el grado acero de las herramientas de corte es el tamao de grano del carburo. Este tamao es controlado por el proceso dentro del Ball Mill. Tres son las excepciones, tales como carburos de grano pequeo, pero generalmente grano mas pequeo es el ms duro. Mientras a grano mas grande tenemos mayor resistencia (tenacidad.). Grano de carburo a 1500x es mostrado en las siguientes figuras.

Figura 1.10. Tamao de carburo (0.8 micron WC @ 1500) consistiendo de 90% WC y 10% Co.

Figura 1.11. Tamao de carburo (7micron WC @ 1500) consistiendo de 90% WC y 10% Co.En el mtodo de clasificacin C (figura 1.12), desde el grado C-1 hasta C-4 son para el hierro fundido y los grados C-5 hasta C-8 para el acero. A mas alto numero en cada grupo es mas duro y mas bajo numero es mas resistente. Los grados mas duros son utilizados para operaciones de acabado; el grado mas resistente son usados para desbastado.Muchos manufacturadores producen y distribuyen cartas mostrando una comparacin de sus carburos con otros manufacturadotes. Estos no son cartas equivalentes , aunque ellas pueden indicar una equivalencia con otros manufacturadotes. Cada manufacturador sabe que carburo es mejor y solamente el manufacturador de ese carburo especfico puede precisar el lugar que le correspondera en la clasificacin C. Muchos de los manufacturadotes, especialmente los que estn fuera de los Estados Unidos no usan la clasificacin tipo C.

Figura 1.12. Clasificacin, applicacin, caracteristicas, y propiedades tipicas del corte metalico para los carburos.

1.33 Carburos recubiertosMientras los recubrimientos para carburos han estado existido desde la dcada del 60 ellos no han alcanzado todo su potencial sino hasta mediados de los 70. Como las productores ganaron experiencia en producir estos recubrimientos, ellos empezaron a darse cuenta de que el recubrimiento era tan bueno como la base del carburo (conocido como sustrato).Es aconsejable considerar carburos recubiertos para la mayora de aplicaciones. Cuando los carburos recubiertos, con el correcto filo usado para la correcta aplicacin eso generalmente muestra un mejor desempeo que cualquier carburo no recubierto. La micro estructura de un carburo recubierto es mostrada a 1500 x de aumento en la figura.

Figura 1.13. Microestructura ode un carburo recubierto a 1500 de aumento (Courtesy of Kennamental Inc.)

Numeroso tipos de materiales para recubrimientos son usados cada uno para una aplicacin especfica. Es importante observar los pro y los contras en la aplicacin de dichos carburos. La mayora de materiales usados para recubrir son: Carburo de Titanio

Nitruro de Titanio

Recubrimiento de Cermico Recubrimiento de Diamante

Carbo Nitruro de Titanio

En adicin, combinaciones de multicapas de estos materiales son usadas. La microestructura de una multicapa de un carburo recubierto a 1500x de aumento es mostrada en la figura.

Figura 1.14. Microestructura de una carburo con recubrimiento multicapa a 1500x de aumento.(Courtesy of Kennamental Inc.)

En general el proceso de recubrimiento es llevado a cabo mediante Deposicin Qumica de Vapor. El sustrato es colocado en una cmara con una atmsfera controlada teniendo una temperatura elevada. El material son el que se va a recubrir es entonces introducido en la cmara como un vapor qumico. Este material es llevado y depositado sobre la superficie del sustrato por un campo magntico alrededor del sustrato. Esto toma muchas horas en la cmara para lograr un recubrimiento de 0.0002 a 0.0003 pulgadas sobre el sustrato. Otro proceso es el de Deposicin Fsica de Vapor.Recubrimiento de Carburo de Titanio: De todos los recubrimientos, el carburo de titanio es el ms extensamente usado. El carburo de titanio es usado sobre muchos diferentes sustratos para cortar diferentes tipos de materiales. El carburo de titanio permite el uso de altas velocidades de corte porque tiene una gran resistencia al desgaste abrasivo y al cratering y alta resistencia al calor.

Recubrimiento Nitruro de Titanio (color oro): El nitruro de titanio es usado sobre muchos diferentes materiales (sustratos). La ventaja primordial del nitruro de titanio es su resistencia al cratering. Tambin ofrece un incremento a la resistencia al desgaste por abrasin y un significativo incremento a la resistencia al calor permitiendo altas velocidades de corte. Tambin es mas deslizante, permitiendo que la viruta pase sobre el sin generar friccin.

Recubrimiento de Cermico (Black Color): El oxido de Aluminio es extremadamente duro y quebradizo, por lo tanto no es ptimo para cortes interrumpidos, o cuando el material tiene alguna fase dura o se quiere eliminar la primera capa de una fundicin.

Pero eso no quiere decir que no se usara bajo esas condiciones puede susarse muy bien pero se debera tener en cuenta que estara mas expuesto a falla por fatiga. Aun con estas limitaciones, el oxido de aluminio es probablemente el mas grande contribuidor en lo que se refiere a carburos recubiertos. Permite el uso de velocidades de corte muy altas , mas que otros carburos debido asu gran resistencia al desgaste, al calor y a su interaccin qumica.

Recubrimiento de Diamante: Un reciente desarrollo tiene que ver con el uso de diamante policristalino como recubrimiento para carburo de tungsteno. Los problemas con respecto a la adherencia de la delgada capa de diamante al sustrato y a la diferencia de expansin trmica entre el diamante y el sustrato. La delgada capa de diamante ahora esta disponible ya sea por PVD o el CVD. El carburo recubierto con diamante es efectivo en maquinado de materiales abrasivos, tales como las aleaciones de aluminio conteniendo silicio, fibra reforzada, y grafito. Mejorando la vida de la herramienta tanto como 10 veces sobre otros carburos recubiertos.Recubrimiento de Carbo Nitruro de Titanio: (Color Negro Recubrimeinto en multicapas). Normalmente aparece el Carbo nitruro de titanio como capa intermedia de 2 o 3 capas de recubriemitos. El rol del carbonitruro de titanio es de neutralidad, ayudando a las otras capas a enlazarse como una estructura en forma de sndwich. Otras multicapas son desarrolladas para el mecanizado efectivo del acero inoxidable y aleaciones aeroespaciales. Recubrimientos a base de cromo tales como el carburo de cromo han sido desarrollados para el mecanizado de materiales suaves como el aluminio, cobre y titanio.

Cuando se compra el costo entre un carburo recubierto y uno sin recubrimiento hay una pequea diferencia cuando los beneficios de los grados recubiertos son considerados. Porque los carburos recubiertos son mas resistentes al desgaste por abrasin, cratering y al calor por eso su vida se extiende, reduciendo el reemplazo y el costo. Adems permiten una operacin en latas velocidades, reduciendo los costos de la produccin.Todos los carburos tienen un filo redondeado para prevenir el crecimiento en la puntas del carburo del recubrimiento, cuando se le esta aplicando el proceso. Esto se explica fcilmente por que en las parte puntiaguadas es donde tiende a acumularse el recubrimiento durante el proceso. El filo es usualmente muy ligero y en realidad extiende la vida de la herramienta. Nunca debe afilarse un carburo recubierto.1.4 Cermicos y CermetsEl Oxido de Aluminio cermico por excelencia, para las herramientas de corte fue el primero en desarrollarse en Alemania cerca de 1940. Mientras los cermicos fueron lentamente desarrollados como materiales de corte, avances realizados desde la mitad de los 70 han mejorado grandemente su utilidad. Cermets son bsicamente una combinacin de cermicos y carburo de titanio. La palabra cermet deriva de los vocablos cermico y metal.Herramientas a base de Ceramicos: Son materiales no metalicos. Esto los coloca en una categora enteramente diferente que los HSS y los carburos.El uso de cermicos como herramientas de corte tiene ventajas y desventajas. La aplicacin de cermica esta limitada por su extrema fragilidad. El TRS es muy bajo. Esto significa que ellos se fracturaran mas rpido cuando los cortes sean pesados o interrumpidos. Sin embargo la resistencia del cermico a al compresin es mucho mas alta que los HSS y carburosExisten dos tipos bsicos de materiales cermicos; los presionados en caliente y los presionados en fri. Los cermicos presionados en caliente usualmente son de color gris, los granos de oxido de aluminio sonpresionados bajo tremendas presiones y en muy altas temperaturas para formar un billet (pedazos grande de ceramico). El billet es cortado al tamao deseado. Con los presionados en frio usualmente de color blanco los granos de oxido de aluminio son presionados juntos, bajo grandes presiones pero a una temperatura baja. Los billets son entonces sinterizados para lograr la union necesaria. Este procedimientos es similar a la manufactura del carburo, excepto que el material ligante que se usa no es metlico. Mientras que ambos tipos tienen dureza similar, el presionado en fri es ligeramente mas duro y el presionado en caliente tiene mas TRS. .

Figura 1.15. Varios tamaos y formas de cermicos presionados en caliente y en fri (Courtesy Greenleaf Corp.)

La fragilidad o la relativa resistencia de los materiales cermicos es su mas grande desventaja cuando ellos son comprados con el HSS o los carburos. Una apropiada geometra y un preparacin de filo puede jugar un rol muy importante en la aplicacin de herramientas cermicas y ayudar a sobrellevar su debilidad. Algunas de las desventajas de las herramientas cermicas son: Alta resistencia para ligeros cortes sobre materiales muy duros.

Extremadamente alta resistencia al desgaste abrasivo y cratering

Capacidad de correr en velocidades superiores a 2000 SFPM Extremadamente alta dureza en caliente

Baja conductividad trmica

Los cermicos han sido aleados con zirconio (15%) para incrementar su resistencia.

Muchos de los fabricantes de cermicos estn recomendando el uso de cermicos para desbastado as como acabado. La prctica en el taller indican que estas recomendaciones son muy optimistas. Para usar el cermico exitosamente, muchos factores hay que tener en cuenta ; material a trabajar, la capacidad de la maquina y en general las condiciones correcta de mecanizado. Alta rigidez de la maquina y de los portaherramientas son demasiado importantes para la aplicacin de cermicos. Estos tienes gran resistencia (TRS). Adems son ofrecidos con geometra positiva y aun con rompeviruta en su superficie.Herramientas a base de Ceramicos: Su proceso de produccin es similar to el proceso usado para los cermicos presionados en caliente. Los materiales aproximadamente 70% de cermico y 30 de carburo de titanio, son presionados en billets bajo extremadamente altas presiones y temperatura. Despus de la sinterizacin los billets son cortados a el tamao deseado. Despus es llevado a operaciones de rectificado para su tamao final y la preparacin de su filo, completando asi su manufactura.La resistencia de cermet es ms grande que los cermicos presionados en caliente. Por eso los cermet se desempean mejor en corte interrumpidos. Sin embargo cuando comparamos los cermicos slidos, la presencia del 30% de carburo de titanio en los cermets hace que baje su dureza en caliente y su resistencia al desgaste abrasivo. La dureza en caliente y la resistencia al desgaste abrasivo del cermet son altas comparadas con las del HSS y las de carburo. Su gran resistencia de los cermet permite que sean disponibles en innumerables geometras, y ser usadas en estndar portaherramientas para una gran variedad de aplicaciones. Las geometras pueden ser positiva/negativa y con configuraciones de rompeviruta en su superficie.

Ceramicos a base de Nitruro de silicio: Desarrolado en los 70, el (SIN) mitruro de silicio una base cermica que consiste en nitruro de silito con adiciones adicones de oxido de aluminio, oxido de ytrio, y carburo de titanio. Estas herramientas tiene alta tenacidad, dureza en caliente y buena resistencia al impacto trmico. Sialon por ejemplo es recomendado para el mecanizado de fundiciones y superaleaciones a base de nkel a velocidades intermedias de corte.

1.5 Diamante, Nitruro de Boro Cubico y Fibra reforzada.

Los materiales descritos aqu no son comnmente encontrados. Ellos son usados on altas velocidades de corte y sistemas de produccin para acabado de superficies. Para completar nuestro conocimiento de materiales para herramientas discutiremos las aplicaciones generales de estos materiales.Diamante: Los dos tipos de diamante que son usados como herramientas de corte son los industriales de grado natural y los sintticos policristalinos. Sabemos que el diamante es carbn puro, por lo tanto ellos tiene una afinidad por el carbono de los metales ferrosos. Por lo tanto no deberan ser usados sobre estos, mas bien seria sobre materiales no frreos.

Algunos herramientas de corte diamantadas estn hechas de una compactacin de cristales (muchos cristales presionados para estar juntos) entrelazados en una base o matriz de carburo. (Fig 1.16). Estas herramientas de corte a base de diamantes deberan solamente ser usadas para ligeros acabados o cortes de alta presin sobre una superficie. Los avances a utilizar deberan ser muy ligeros y las velocidades son usualmente arriba de 5000 pie por minuto. La rigidez de la maquina herramienta y su montaje es critico debido a que este tipo de herramientas son extremadamente duras y frgiles.Nitruro de Boro Cubico .- Es similar al diamante en su estructura policristalina y es tambin en lazado a una base de carburo. Con la excepcin del titanio, o aleaciones a base de titanio.

Figure 1.16. Diamante Policristalino enlazado a una base de carburo de varias formas y tamaos y formas (Courtesy of

Sandvik Coromant Co.)El CBN trabajara efectivamente como herramienta de corte para la mayora de materiales de trabajo. Sin embargo el uso del CBN debera ser reservado solo para materiales muy duros y difciles de mecanizar, el CBN trabaja a relativas bajas velocidades alrededor de 600 pies por minuto y tomara pesados cortes con ms altos ngulos de posicin que el diamante.El CBN debera ser considerado como un material de acabado debido a su extremada dureza y fragilidad. Al igual que para el diamante la rigidez y su montaje son crticos en esta clase de herramienta.

Whisker Reinforced (Materiales Reforzados).- A fin de mejorar la desempeo y resistencia al desgaste de las herramientas de corte han aparecido en el Mercado los whiskers, que es un material compuesto que incluye como base al nitruro de silicio y/o alumina, reforzado con carburo de silicio (fibras en forma de bigotes Whisker). Estas herramientas son efectivas en mecanizado de materiales compuestos y no ferrosos, pero no son apropiados para el mecanizado de hierro o acero.

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