MATERIALES PARA HERRAMIENTAS

Se pueden contemplar los tres modos de falla de la herramienta para identificar algunas de las propiedades importantes que deben poseer los materiales para herramientas:

1. Tenacidad. Para evitar las fallas por fractura, el material de la herramienta debe tener alta tenacidad.

La tenacidad es la capacidad de absorber energía sin que falle el material. Se caracteriza generalmente por una combinación de resistencia y ductilidad del material.

2. Dureza en caliente. La dureza en caliente es la capacidad del material para retener su dureza a altas temperaturas. Esta es necesaria debido al ambiente de altas temperaturas en que opera la herramienta.

3. Resistencia al desgaste. La dureza es la propiedad más importante que se necesita para resistir el desgaste abrasivo. Todos los materiales para herramientas de corte deben ser duros. Sin embargo, la resistencia al desgaste en el corte en el corte de metales no solamente depende de la dureza de la herramienta, sino también de otros mecanismos de desgaste. El acabado superficial de la herramienta Superficie más lisa significa coeficiente de fricción más bajo), la composición química de la herramienta y de los materiales de trabajo, y el uso de un fluido para corte son otras características que afectan la resistencia al desgaste.

Los materiales de las herramientas de corte logran esta combinación de propiedades en varios grados.

Los materiales de herramientas de corte más usados son:

1) Aceros al carbono y de baja aleación.

2) Aceros de alta velocidad.

3) Fundición de aleación de cobalto.

4) Carburos cementados, cermets y carburos recubiertos.

5) Cerámicos.

6) Diamantes sintéticos y nitruro de boro cúbico.

Aceros de alta velocidad

Los aceros de alta velocidad, AAV '(en ingles, HSS), son aceros de herramienta altamente aleados, capaces de mantener su dureza a elevadas temperaturas mejor que los aceros de baja aleación y poseen alto contenido de carbono. se pueden dividir en dos tipos básicos:

1) tipo tungsteno, designados como grado - T por el American Iron and Steel Institute (AISI)

Grado T1 (18% de W, 4% de Cr y 1% de V).

2) tipo molibdeno, designados como grado M por el AISI

(6% de W, 5% de Mo,4% de Cr y1% V).

Carburos Cementados

Materiales duros para herramientas Formulados con Carburo de Tungsteno (WC), y manufacturados con Técnicas de metalurgia de polvo, utilizando el Cobalto (Co) como aglutinante, además pueden ser utilizados otros compuestos como: Carburo de Titanio (TiC) y Carburo de Tantalio (TaC).

1) Grados de corte para material que no incluyen el acero (WC-Co).

2) Grados de corte para acero (TiC y TaC añadidos al WC-Co)

Carburos recubiertos

Alrededor de 1970 se desarrollaron los carburos recubiertos, esto representó un avance significativo en la tecnología de herramientas de corte. Los carburos recubiertos son insertos de carburo cementado recubierto con una o mas capas delgadas de un material resistente al desgaste como carburo de titanio, nitruro de titanio u óxido de aluminio (AI2O3). El recubrimiento se aplica al sustrato por deposición química de vapor o deposición física de vapor. El espesor del recubrimiento es solamente de 0.0001 a 0.0005 pulg. (2.5 a 13 m)

La primera generación de carburos recubiertos tenía solamente una capa de recubrimiento de (TiC, TiN, o Al2O3) este tipo de herramienta se encuentra todavía en uso. Más recientemente se han desarrollado insertos recubiertos que consisten en

múltiples capas. La primera capa se aplica a la base de WC-Co y consiste por lo general en TiN 0 TiCN debido a su buena adhesión y a su coeficiente de expansión térmica similar. Posteriormente se aplican capas adicionales de varias combinaciones de TiN, TiCN y AI2O3.

Se usan para maquinar fundiciones de hierro y acero en operaciones de torneado y fresado. Se aplican mejor a altas velocidades de corte en situaciones donde las fuerzas dinámicas y el choque térmico son mínimos. Cuando las herramientas de carburo recubierto se aplican correctamente, permiten incrementar las velocidades permisibles de corte con respecto a los carburos cementados no recubiertos.

El uso de las herramientas de carburo recubierto se está extendiendo a metales no ferrosos y aplicaciones no metálicas para mejorar la Vida de la herramienta, así Como para obtener velocidades de corte más altas. Se requieren diferentes materiales de recubrimiento, como el carburo de cromo (CrC), nitruro de circonio {ZrN) y diamante.

Cerámicos

En la actualidad las herramientas de corte basado en materiales cerámicos están compuestas primariamente de óxido de aluminio de grano fino, prensado y sinterizado a altas presiones y temperaturas sin aglutinante en forma de inserto. El óxido de aluminio (Al2O3) es por lo general muy puro (99% típicamente), aunque algunos fabricantes añaden otros óxidos, como óxido de circonio en pequeñas cantidades. Es importante usar polvos de alumina muy finos en la producción de herramientas cerámicas y maximizar la densidad de la mezcla a través de la compactación a alta presión, a fin de mejorar la baja tenacidad del material.

Las herramientas de corte de óxido de aluminio tienen más éxito en el torneado a altas velocidades de fundiciones de hierro y acero. Dichas herramientas se pueden usar para operaciones de acabado en el torno en aceros endurecidos donde las velocidades de corte son altas (y tanto el avance como la profundidad de corte son bajos) y se emplean instalaciones rígidas de trabajo. Muchas fallas por fractura

prematura de herramientas cerámicas se deben a maquinas-herramientas no rígidas, que someten a las herramientas a fuerzas dinámicas.

Diamantes sintéticos y nitruro de boro cúbico

El diamante es el material mas duro que se conoce Según algunas medidas de dureza el diamante es cerca de tres o cuatro veces mas duro que el carburo de Tungsteno o que el oxido de aluminio. Como la alta dureza es una de las propiedades deseables de las herramientas de corte, es natural pensar en los diamantes para aplicaciones de esmerilado y maquinado. Las herramientas de corte de diamante sintético se hacen con diamante policristalino sinterizado.

El diamante policristalino sinterizado se fabrica mediante la sinterización de polvos finos de cristales de diamante granulado a altas temperaturas y presiones en la forma deseada, no se usa aglutinante. Los cristales tienen una orientación aleatoria y esto añade considerable tenacidad a las herramientas de diamante policristalino sinterizado, en relación con los cristales simples de diamante. Los insertos se hacen depositando una capa de diamante policristalino sinterizado (de 0.020 pulg. De grueso aproximadamente) sobre la superficie de una base de carburo cementado. También se han hecho insertos muy pequeños de diamante policristalino sinterizado al 100 %.

Las aplicaciones de las herramientas de corte de diamante incluyen el maquinado a alta velocidad de metales no ferrosos y abrasivos no metálicos como fibras de vidrio y grafito. No es practico maquinar el acero y otros metales ferrosos, así como las aleaciones basadas en níquel, con herramientas de diamante policristalino sinterizado debido a la afinidad química que existe entre estos metales y el carbono (el diamante, ante todo, es carbono).

NITRURO DE BORO CÚBICO (NBC)

Después del diamante, el material mas duro conocido es el nitruro de boro cúbico y su fabricaci6n en forma de herramientas de corte es básicamente la misma que se usa para el diamante policristalino sinterizado, esto es, recubrimientos sobre insertos de WCCo. El nitruro de boro cúbico (cuyo símbolo es CBN) no reacciona químicamente con el hierro y el níquel como lo hace el diamante; por tanto, las aplicaciones de herramientas recubiertas de CBN se aplican para maquinar acero y aleaciones basadas en níquel. Como se puede imaginar, las herramientas de diamante y CBN son costosas, por consiguiente se debe justificar el costo de sus aplicaciones y de las herramientas adicionales.

CORTE

Velocidad de corte. Es la velocidad superficial o rapidez con que pasa la pieza frente al cortador y se expresa en metros por minuto ó en pies por minuto.

Alimentación o avance. Es la distancia que recorre la punta de la herramienta de corte o una rueda abrasiva en un ciclo, a lo largo o hacia el interior de una superficie en una pieza. Para las maquinas en las que gira la pieza (torno) la alimentación se expresa en milímetros por revolución. Para una herramienta determinada al variar los factores que a continuación se mencionan ameritan cambio en el avance (reducción):

1. Un incremento en la velocidad de corte.

2. Un material muy duro de la pieza a trabajar.

3. Aumento en la profundidad de corte.

4. Reducción de la rigidez de sujeción de la pieza.

5. Poca o nada cantidad de refrigerante.

Profundidad de corte. Es la distancia desde el fondo del corte a la superficie sin cortar de la pieza, medida en ángulo recto corte la superficie maquinada.

En general, la velocidad, alimentación y profundidad se determinan según los siguientes factores:

1. Tipo de operación que sé esta realizando.

2. Rigidez de la maquina.

3. Clase y rigidez del material que sé esta cortando.

4. Clase de material del cortador.

5. Tipo de la herramienta empleada.

6. Uso de refrigerante.

¿QUE ES EL NC?

La operación de los aditamentos mecánicos requiere alguna forma de control, ya sea manual, automática, por computadora o a control remoto. Las maquinas para fabricación por corte requieren de movimientos bien definidos y precisos en un mínimo de tiempo.

Los sistemas de control de mecanismos pueden ser mecánicos, eléctricos o hidráulicos; a pesar de su eficiencia estos controles tienen su secuencia fija y limitada de movimientos.

Ventajas de este sistema:

No-intervención manual durante el proceso de maquinado.

Alta confiabilidad.

Alto volumen de producción.

El Control Numérico Computarizado (CNC) nace debido a la necesidad de tener flexibilidad en la fabricación de piezas, minimizando o desapareciendo las desventajas de los centros de maquinado.

Las ventajas del Control Numérico son:

Cambio de herramientas rápido.

No-intervención manual en el proceso de maquinado.

Velocidad y avance variables.

Movimientos precisos, definidos y simultáneos en los tres ejes.

El programa de la pieza a producir esta en un archivo en la computadora, por la

que su cambio a la maquina se hace rápidamente y libre de errores.

En los controladores NC modernos se ejecutan tareas de cálculo desarrolladas por uno o más microprocesadores integrados. Par esta razón se le Llama CNC (Computer Numerical Control).

El CNC tiene memoria en donde se pueden almacenar un gran numero de programas, mas subrutinas de corrección de datos. Un exhibidor (pantalla) sofisticada de graficas y una simulación dinámica como resultado de la extensión y capacidad de la memoria en las actuales CNC's. Por estas razones el termino NC no es apropiado actualmente (1992) si no que CNC es el más adecuado.

APLICACIÓN DE LAS MAQUINAS NC

1. Taladradoras.

2. Taladradoras de circuitos integrados.

3. Torneado.

4. Torneado vertical.

5. Barrenadoras o mandriladoras.

6. Fresadoras.

7. Fresadora de puente con cabezales múltiples.

8. Fresadora de cinco ejes.

9. Centros de maquinado.

10.Célula flexible de maquinado.

11.Punzonadora.

12.Soldadura de puntos.

13.Electroerocionadoras, de electrodo, de alambre.

14.Por rayo de electrones para soldar, taladrar, templar y grabar.

15.Por rayo láser para corte.

16.Rectificadoras.

17.Dobladoras de tubos.

18.Formadoras rotativas por doblado y estrusionado.

19.Cortadores por chorro de agua.

20.Maquinas de medición por coordenadas.