La
evolución en el desarrollo de los materiales para herramientas a lo largo de
casi todo el siglo XX, especialmente
desde la década de 1930, la cual sigue ampliándose en nuestros días, hace que
estos materiales estén sujetos a variaciones -a veces vertiginosas- como
consecuencia de nuevos progresos.
Tanto
es así, que actualmente cuando hablamos de acero rápido para herramientas de
corte, es conveniente especificar si es al cobalto (HSS Co), micrograno,
recubierto, etc., lo que supone una gran diferencia con relación a sus orígenes
a finales del siglo XIX (1898
-Taylor y White), o cuando Taylor en 1900, durante la exposición de París
realizó su célebre demostración.
Es
importante destacar la notable repercusión que tuvo la primera guerra mundial
(1914 -1918) en el desarrollo de los nuevos materiales metálicos, que condujo
al desarrollo de los compuestos para las herramientas de mecanizado. Así, se
produjo en estos pocos años un importante avance en las tecnologías de los
materiales de corte, impensable por el coste económico en circunstancias de
paz.
En
nuestros días, disponemos de materiales de herramientas específicos,
destinados a mejorar cada una de las operaciones de mecanizado, arrancando el
material con óptimos rendimientos. Materiales completamente nuevos y otros mejorados,
como el acero rápido, permiten trabajar a velocidades de corte mayores. No
obstante, la introducción y el desarrollo continuado de los materiales duros
(ha sido lo que, en el ámbito productivo industrial, ha mejorado realmente el
arranque durante las últimas décadas.
Así
pues, no es descabellado reconocer que la evolución de los materiales para
herramientas ha sido y es uno de los factores que ha colaborado, con nombre
propio, al desarrollo de la moderna industria del mecanizado. Por tanto, debido
a esa impetuosa evolución, lo que hoy se pueda decir en esta unidad como algo
realmente novedoso, es probable que en pocos años sea superado.
Fundamentalmente,
la herramienta arranca el material porque es más dura que el de la pieza a
mecanizar y está afilada de forma penetrante, por lo que, cuando hablamos de
una herramienta para tal o cual operación, estamos hablando de una combinación
de geometría y material de la misma.
Así
pues, cuando se selecciona una herramienta se contemplan varios factores, tales
como:
a) Operaciones a realizar:
·
desbaste o acabado,
·
condiciones de trabajo,
·
cortes continuos o discontinuos.
b) Forma de la pieza y material:
·
dureza,
·
resistencia,
·
capa superficial e inclusiones.
c) Máquina-herramienta:
·
potencia,
·
rigidez,
·
capacidad de velocidad y avance,
d) Condiciones de corte:
·
parámetros de corte,
·
temperatura y esfuerzo sobre el filo.
e) Acabado solicitado:
·
acabado superficial deseado.
·
tolerancias.
f) Costes del mecanizado.
En
los materiales de las herramientas actuales, es importante contemplar tres
propiedades preferentes:
- resistencia al desgaste: podría
entenderse como la capacidad de aguantar distintas formas de desgaste
manteniendo la posibilidad de que el filo siga arrancando de manera
admisible.
- resistencia a la rotura:
también llamada tenacidad, podría entenderse como la capacidad de la
herramienta para resistir la rotura o astillamiento en condiciones de
golpeteo en el corte.
- resistencia al calor y dureza en caliente: capacidad de mantener la dureza a temperaturas altas, es vital
para el mecanizado a velocidades de corte altas, puesto que se alcanzan
temperaturas elevadas cuando se mecaniza: las diferencias entre
la variedad de materiales de corte son considerables.
Consecuencia
de la correcta selección del material de corte, se contempla el factor
económico. Esto es, los tiempos muertos de las máquinas por rotura y/o desgaste
de las herramientas, establecen limitaciones importantes a la productividad y
la selección del material de la herramienta, por lo que las calidades correctas
están en zona crítica.
Es
impensable que una calidad plural pueda cubrir todas las expectativas del
mecanizado, aunque hay calidades que cubren un amplio espectro de aplicaciones.
Actualmente,
no sólo los metales duros y aceros rápidos dominan el ambiente del mecanizado:
cermet, nitruro de boro cúbico (CBN) y cerámicas ya tienen su espacio en el
mecanizado convencional.
Así
pues, nos encontramos con un amplio abanico de posibilidades dentro de los
materiales de corte, con diferencias considerables, lo que significa que para
mejorar las operaciones de mecanizado con la calidad más correcta, requiere de
un completo análisis de los diferentes materiales para tomar una decisión
correcta.
Como
pauta general, estableceremos que el material de una herramienta debe ser:
• duro,
capaz de resistir el desgaste en incidencia y la deformación.
• suficientemente
tenaz para resistir la rotura por golpeteo.
• resistente
a los choques térmicos.
Distintas
opciones nos pueden ayudar para la correcta selección del material del filo de
corte:
• tablas
comparativas entre distintos materiales y calidades.
• datos
que nos facilitan los proveedores de herramientas con indicaciones para que
aplicaciones y parámetros de corte sean adecuados.
• apoyo
de un especialista experimentado.
A
modo de introducción a lo que posteriormente se verá a lo largo de la presente
unidad de trabajo, podemos establecer la siguiente clasificación de los
materiales para herramientas de corte:
Más
conocido en los talleres de mecanizado como “cobalto”, muchas de las
herramientas empleadas en los procesos de mecanizado se fabrican dentro de la
gama de aceros rápidos. También para la fabricación de herramientas para el
mecanizado sin arranque de viruta, por ejemplo para herramientas de extrusión y
troquelado.
Las
propiedades características de todos los aceros rápidos son:
• gran
dureza útil,
• elevada
resistencia al desgaste,
• elevada
dureza en caliente (dureza al rojo vivo),
• buena
tenacidad.
Los
componentes de la aleación tienen sobre el material los siguientes efectos:
• Carbono:
aumenta la resistencia al desgaste.
• Tungsteno
y molibdeno: mejoran la dureza en caliente y
la resistencia en caliente.
• Vanadio:
aumenta la resistencia al desgaste en caliente y la dureza en caliente.
• Cobalto
y aluminio: mejora la dureza en caliente.
Actualmente,
las acerías productoras de aceros rápidos, fabrican el acero rápido más adecuado
para cualquier aplicación a la carta acentuando determinadas propiedades mediante
la selección de los correspondientes componentes de la aleación.
Características
de los aceros rápidos
En
la selección de los aceros rápidos, al igual que en cualquier tipo de
herramienta, hay que tener en cuenta las diversas características necesarias
para responder a las condiciones
mecanizado:
• Resistencia a la abrasión.
La
resistencia a la abrasión de los aceros rápidos a las temperaturas de servicio
la dan los carburos presentes, teniendo importancia no sólo su cantidad, sino
asimismo su composición.
•
Tenacidad.
La
tenacidad o resistencia al impacto es importante en las herramientas que están
sometidas a choque, en general las que el corte es intermitente, tales como
fresas y brochas. Así, se da la paradoja de que una mayor concentración de
cobalto en la aleación disminuirá la tenacidad de la herramienta.
•
Dureza en caliente.
La
presencia de cobalto hace que la herramienta pueda adquirir una mayor
temperatura en el punto de corte, con lo que se consiguen mejores avances y
profundidades, sin perder propiedades de corte, A mayor contenido de cobalto en
la aleación, mayores serán las temperaturas a las que se podrá trabajar.
•
Aptitud al rectificado.
Llamamos
así a la facilidad con que una herramienta tratada a su máxima dureza puede
rectificarse bajo condiciones externas óptimas.
•
Seguridad de temple.
Al
superar cierta temperatura, la herramienta puede templarse, endureciéndose
súbitamente el material, lo que haría que pudiera producirse la rotura o
astillamiento del filo de corte. Para evitar este temple, se adiciona cobalto a
la aleación, ya que el cobalto amplía la gama de temperaturas de temple.
5.1.4. METAL DURO.
El
metal duro para herramientas, más conocido como Widia, está formado por
carburos de diferentes elementos.
El
metal duro es un producto pulvimetalúrgico, fabricado principalmente con la
mezcla de cierto número de carburos distintos, según las prestaciones de la
plaquita. Los más utilizados son: carburo de Tungsteno (WC), carburo de
Titanio (TiC), carburo de Tantalio (TaC) y carburo de Niobio (NbC), etc…
Fabricación
del metal duro para herramientas de corte (plaquitas)
Su
fabricación, mediante un proceso escrupulosamente controlado, se produce a
través de los siguientes pasos:
a) producción
del polvo,
b) prensado,
c) sinterizado,
d) tratamiento
de la plaquita,
e) recubrimiento.
a) Producción del polvo
Para
la producción de los metales duros, partimos de polvos de carburos. Para hacer
polvo estos minerales, se emplean principalmente tres sistemas:
- Molinos de bolas: consiste en meter el mineral
en bloques en el interior de un recipiente cilíndrico (molino) en el que
se introducen dos o tres bolas de un material más duro que los propios
carburos. Se hace girar el molino alrededor de su eje longitudinal a gran
velocidad, de forma que las bolas trituran el mineral que se encuentra en
su interior, obteniéndose al de un tiempo el polvo deseado.
- Reducción de óxidos: se expone el mineral a
pulverizar a la oxidación acelerada, y una vez obtenido el óxido, muy frágil,
se reduce para recuperar el carburo original. Con este sistema se obtiene
un grano muy fino, y además para ciertos materiales (como, por ejemplo, el
wolframio o molibdeno) es la única forma de lograr pulverizarlos, debido a
su elevada dureza.
- Electrolisis: se realiza obteniendo un depósito
electrolítico esponjoso por medio de fuertes densidades de corriente,
temperaturas elevadas del baño electrolítico o adición de sustancias
catalizadoras. Después, se muele de forma muy sencilla el depósito obtenido.
Este procedimiento es especialmente usado para obtener polvo de materiales
como el cobalto, con gran pureza.
b) Prensado
En la fase de prensado, se procede a compactar los
granos de polvo de los distintos materiales que conformarán la herramienta. Para
ello, se emplean grandes prensas en las que se sitúan matrices con la forma final de la plaquita o
herramienta a obtener.
Las matrices que se utilizan deben construirse
sobredimensionadas, teniendo en cuenta la contracción que se produce durante
el sinterizado. La contracción lineal oscila entre el 17% y el 20%, y en muy
raros casos es superior.
Cuando se trata de gran producción, a las matrices
se les aplica un recubrimiento para reducir el desgaste debido a la naturaleza
abrasiva de las partículas de los carburos. Cuando son cantidades más
pequeñas, se prensan grandes secciones planas y luego se cortan en piezas más
pequeñas del tamaño específico.
c) Sinterizado
Consiste en someter al material a una alta
temperatura durante un periodo de tiempo largo, variando en general desde los
1600º C a los 2200º C, de forma que parte de los componentes que forman la
herramienta se fundan, otros adquieran un estado viscoso y otros se mantengan
sólidos. De esta forma, el compuesto líquido se posiciona en los poros o
intersticios de los carburos que han permanecido sólidos, y al enfriarse se
solidifican, uniendo con mayor fuerza los diferentes componentes.
d) Tratamiento de la
plaquita
Algunas placas requieren de procesados concretos
después del sinterizado para lograr un control dimensional adecuado:
tolerancias estrechas y espesores determinados de las plaquitas, así como
radios, chaflanes, facetas y ángulos.
El rectificado con muelas de diamante o de otro
material muy duro es la operación más utilizada para estos fines, aunque también
se utilizan el mecanizado por ultrasonidos y electroerosión.
e) Recubrimiento
Muchas de las actuales placas de metal duro están
recubiertas de una o varias capas muy finas. Los materiales de estas capas de
grano muy pequeño suelen ser de: nitro-carburo de titanio (TiCN), nitruro de
titanio (TiN), óxido de aluminio (A12O3), carburo de
titanio (TiC), etc. como veremos más adelante.
Clasificación
de los metales duros para herramientas
Las
plaquitas, intercambiables o no, y las herramientas enteras, ambas con
recubrimiento o sin él, son las responsables de la mayoría de los procesos de
mecanizado por arranque de viruta, con un amplio espectro de aplicación para
cualquier tipo material, por lo que han sido desarrolladas en una amplia
variedad de calidades.
Cada
fabricante estipula su denominación, por lo que se necesita un sistema de
clasificación universal para que los usuarios podamos identificarlas
claramente, que nos indique los materiales, operaciones y condiciones para las
que son aptas. Actualmente, los fabricantes cumplen con estos requisitos, pero
ajustados a sus productos.
La
clasificación de metales duros ISO tiene por objetivo el proporcionar un código
y diagrama para que los usuarios podamos seleccionar las calidades, pero sólo
se refiere a los metales duros y no hace referencia al nitruro de boro cúbico
(CBN), a las cerámicas, o al diamante policristalino (PCD), ni a algunos materiales
a mecanizar.
La
clasificación ISO se divide en seis grupos, de los cuales tres son los más
utilizados en la mayoría de los sectores, y los otros tres en sectores más
específicos.
• P (distintivo azul):
agrupa las calidades de herramientas destinadas al
mecanizado de materiales de viruta larga, tales como: aceros, aceros fundidos,
aceros inoxidables suaves y fundiciones maleables.
• M (distintivo amarillo):
agrupa las calidades de herramientas destinadas al
mecanizado de materiales más difíciles, tales como: aceros inoxidables
austeníticos, materiales resistentes al calor, aceros al manganeso, aleaciones
de hierro fundido, etc.
• K (distintivo rojo):
agrupa las calidades de herramientas destinadas al
mecanizado de materiales de viruta corta, tales como: fundición, aceros
endurecidos y algunas aleaciones de materiales no férreos: de aluminio, bronce,
plásticos, etc.
• N (distintivo verde):
agrupa las calidades de herramientas destinadas al
mecanizado de materiales no férreos: aleaciones forjables y de fundición de
aluminio, cobre y aleaciones de cobre: latón, fundición roja, bronce, cobre sin
plomo y cobre electrolítico; duro plásticos, materiales compuestos reforzados
con fibra, y goma dura.
• S (distintivo naranja):
agrupa las calidades de herramientas destinadas al
mecanizado de aleaciones termorresistentes: aleaciones con base Fe y con base
Ni o Co, titanio puro.
• H (distintivo blanco):
agrupa las calidades de herramientas destinadas al
mecanizado de materiales de máxima dureza: acero templado y revenido, fundición
dura (colada), hierro fundido templado y revenido.
Dentro de cada grupo principal hay números que
indican las diferentes exigencias de mecanizado, desde el desbaste hasta el
acabado. En la tabla siguiente relacionamos los grupos P, M y K como los más
utilizados.
CODIGO
|
MATERIALES
|
P
|
Materiales
férreos de viruta larga (Aceros)
|
M
|
Materiales
férreos inoxidables (Acero Inoxidable)
|
K
|
Materiales
férreos de viruta corta (Fundición)
|
N
|
Materiales
no férreos (aluminio)
|
S
|
Aleaciones
termorresistentes (titanio)
|
H
|
Materiales
de extrema dureza (acero templado)
|
El
grupo P se inicia con 01, representando el acabado en torneado y mandrinado sin
cortes interrumpidos y a altas velocidades de corte, avances pequeños y
profundidades de corte pequeñas.
A
continuación entramos en el área de semidesbaste o semiacabado en el campo
medio (20-30) y, continuando hasta el grupo 50 para desbastes a bajas
velocidades de corte y gran volumen de viruta arrancada.
La
resistencia al desgaste y la tenacidad varían con el tipo de operación,
aumentando hacia arriba y hacia abajo respectivamente, tal como podemos
observar en el gráfico de la norma.
Para
los grupos M y K se utiliza el mismo sistema, aunque varíe la numeración
inicial y final.
En
esta norma existen algunas lagunas importantes a considerar, puesto que
podemos encontrar varias calidades dentro del mismo código, sin especificar
nada en cuanto a las calidades individuales en sí mismas.
Tomemos
como ejemplo una calidad de metal duro P20: puede ser una calidad básica de
carburo sin recubrir con más o menos aditivos de otros carburos, con granos
finos o gruesos y diferentes cualidades, o puede ser una calidad recubierta
simple o múltiple, con varios recubrimientos y diferentes substratos. También
puede referirse a una calidad de cermet, o de cerámica, las cuales son materiales
de corte sustancialmente diferentes. Las siguientes tablas comparativas de
distintas calidades de algunos fabricantes, sirven para documentar esta laguna:
Metal
duro recubierto
Uno
de los caminos del permanente desarrollo en la búsqueda de mejores
herramientas condujo al recubrimiento de las mismas utilizando nitruro de
titanio.
El
recubrimiento actúa como un lubricante permanente, reduciendo en un alto
porcentaje las fuerzas de corte, la generación de calor y el desgaste, lo que
permite utilizar velocidades de corte más altas durante el mecanizado,
particularmente cuando se precisa de un buen acabado superficial.
Actualmente,
las herramientas y plaquitas intercambiables están disponibles con una
combinación de una, dos, tres o cuatro capas en el recubrimiento, lo que las
dota de cualidades especiales. En la imagen podemos observar una herramienta
con cuatro capas:
- La primera capa por encima del sustrato es de
nitrocarburo de titanio (TiCN) que forma una buena franja de unión entre
la base y las distintas capas del recubrimiento, es de color transparente.
- El carburo de titanio (TiC), fuerte y
resistente al desgaste, forma la siguiente capa, de color gris.
- Ésta va cubierta por una capa algo más gruesa
de óxido de aluminio (Al2O3), que proporciona
resistencia al impacto (tenacidad), de color transparente.
- La siguiente y última capa, aplicada sobre el
óxido de aluminio, algo más delgada, está compuesta de nitruro de titanio,
que contribuye a un menor coeficiente de fricción y reduce la temperatura
en el punto de corte, de color dorada.
No
conviene olvidarnos de las herramientas con recubrimiento de diamante. Cubren
prácticamente todo el espectro de materiales a mecanizar y su duración es hasta
60 veces mayor que una herramienta de metal duro.
A
la vista, algunas herramientas con recubrimiento presentan un color dorado,
otras gris o negro, y unas terceras un gris con matices entre azulado y
violeta. Ello depende de la capa exterior del recubrimiento puesto que el
nitruro de titanio es dorado, gris el carburo de titanio, y transparente el
óxido de aluminio.
En
el tema de los recubrimientos, hasta ahora nos estamos refiriendo a los
estándares, pero además de poder recubrir prácticamente cualquier herramienta «a
la carta», ya sea de acero o de metal duro, cada día que pasa se están
desarrollando nuevas combinaciones, hasta el punto que se diseñan plaquitas
intercambiables combinando las características de:
sustrato-recubrimiento-rompevirutas.
Aunque
puedan parecer novedosas, las herramientas de cerámica ya se utilizaron como
herramientas de corte a principios del siglo XX, a la par que el acero rápido.
Inicialmente,
estas primeras herramientas se construyeron de óxido de aluminio (Al2O3)
siendo muy frágiles, teniendo una vida muy corta e irregular debido a los
problemas de fabricación y a un uso erróneo. Actualmente, las cerámicas cubren
un espectro más amplio en cuanto a los diferentes materiales de su composición
y casi no se pueden comparar con las primeras.
A
su vez, la maquinaria y los procesos de producción han cambiado oportunamente,
acomodándose perfectamente a la productividad ofrecida por estas herramientas
en el mecanizado de fundición, aceros duros y aleaciones termorresistentes con
velocidades de corte altas.
Básicamente
nos encontramos con dos tipos de cerámicas, todas ellas con base de óxido de
aluminio (Al2O3):
- pura
- mixta
- reforzada
Las
herramientas cerámicas de óxido de aluminio «puro» presentan valores
precisamente no muy positivos para el mecanizado, comparativamente: baja resistencia, valores bajos
de tenacidad, por lo que el filo de corte es frágil produciéndose frecuentes
roturas cuando las condiciones no son las adecuadas.
Las
herramientas de cerámica «mixta» con base de óxido dé aluminio,
mediante la adición de una fase
metálica (Al203+TiC), ofertan mejor resistencia a
los choques térmicos. Esta mejora es relativa, puesto que su tenacidad no
puede compararse a la de los metales duros.
Las
herramientas de cerámica «reforzada» con base de óxido de aluminio, son
relativamente nuevas. Habitualmente se les denomina cerámica whisker, porque
incorporan pequeñas fibras de vidrio muy fuertes llamadas «whiskers», de un diámetro que ronda la micra y
con una longitud aproximada de veinte.
Con
este refuerzo, la tenacidad y resistencia a los choques térmicos aumentan
ampliamente, corrigiendo una de los puntos críticos de las cerámicas: su
fragilidad, por lo que este tipo de herramientas dispone de una elevada resistencia
en caliente y gran resistencia al desgaste. Este tipo de material se está
desarrollando favorablemente ya que evita una de las partes débiles de las
cerámicas ya mencionadas, su fragilidad.
Su
elaboración, mediante prensado en caliente, favorece la distribución de las
fibras, que suelen representar un treinta por ciento del contenido.
Para obtener resultados óptimos con las
herramientas de cerámica, es conveniente considerar unos factores mínimos, que
relacionamos a continuación:
a) Para utilizar este tipo de herramientas, es primordial
que las máquinas en las que se vayan a utilizar sean precisas y rígidas. Las máquinas
con rodamientos holgados, husillos cuya precisión deja mucho que desear, embragues
deslizantes, mala estabilidad, o cualquier otro desequilibrio, van a generar el
astillamiento de la plaquita y su rotura prematura.
b) Las máquinas deben tener la suficiente potencia,
así como disponer de una gama de velocidades amplia y alta, y ser capaces de
mantenerlas durante el mecanizado.
c) La rigidez en el montaje de la herramienta y del portaherramientas
es tan importante como la de la máquina. El voladizo del portaherramientas de
su soporte no es conveniente que exceda 1,5 veces el espesor del mango del portaherramientas.
d) Grandes radios de punta, sin que produzca
vibraciones, y filo achaflanado reducen la posibilidad de astillamiento.
e) Generalmente no son necesarios los líquidos de
corte, puesto que las cerámicas no cogen temperatura importante, pero si se
requiere o decide utilizarse debe ser
continuo y con caudal abundante, con el fin de evitar el choque térmico sobre
la herramienta.
Los
cermets son metales duros con base de titanio en vez de carburos, esto es, son
metales duros a los que se le añade el material empleado en los recubrimientos
directamente a la herramienta, en vez de en forma de recubrimiento.
Así,
podemos enontrar Cermets con varios materiales de base:
·
con material base de carburo de titanio (TiC).
·
con material base de nitruro de titanio (TiN).
·
combinados de carburo de titanio-nitruro de titanio (TiCN).
Aunque
puedan parecer recientes, por el auge que han tomado últimamente, las primeras
calidades empezaron a producirse, con muchas dificultades debido a su
fragilidad, allá por 1929. Actualmente las calidades han sido desarrolladas con
mayor tenacidad, por lo que ya no es un material sólo para herramientas de
acabado, sino que ya tienen su sitio en operaciones de fresado, torneado de
aceros inoxidables, etc.
Debido
a su alta productividad a velocidades de corte altas y avances de ligeros a
medios se considera a los cermets, recubiertos y sin recubrir, como efectivos
sustitutos de las herramientas de carburo y cerámicas.
Las
principales características de las herramientas de cermet son:
·
Gran resistencia al desgaste trabajando a
velocidades de corte mayores que las permitidas por las herramientas de
carburo.
·
Tienen cualidades de dureza al rojo mayores que las
de las herramientas de carburo, pero menores que las de las cerámicas.
·
Mayor resistencia a la fractura que las herramientas
cerámicas, pero menor que las de carburo.
Las
herramientas elaboradas con
cermet proporcionan, entre otras ventajas:
·
Mejor acabado superficial que el producido con carburos
en las mismas condiciones, lo que en más de una ocasión puede suprimir la
necesidad de un rectificado posterior.
·
La alta resistencia al desgaste permite tolerancias justas durante
períodos más largos, lo que asegura la precisión dimensional en
lotes de piezas más grandes.
·
La vida de la herramienta de cermet es más larga operando
a la misma velocidad que los carburos.
·
El coste de cada placa es menor que en el caso de
carburo, y parecido al de los metales duros sin recubrir.
Las
herramientas de cermet proporcionan resultados muy satisfactorios en los
procesos de copiado ligero, perfilado sobre perfil conformado
previamente y para acabados, con velocidades de corte medias y altas, y avances medios.
El
nitruro de boro cúbico (CBN), también llamado Borazón, es el segundo material
para herramientas de corte más duro, después del diamante. Relativamente joven,
apareció en la década de 1950 aunque su introducción de forma más amplia fue
en la década de 1970.
Presenta
un magnífico corte, combinando: gran dureza, elevada dureza en caliente hasta
temperaturas muy altas (2000
°C), óptima resistencia al desgaste. Corrientemente es
más duro y tenaz que las cerámicas, aunque relativamente más frágil.
Alterando el tamaño del cristal, contenido y el
tipo de aglomerante, las propiedades del CBN varían, proporcionando así
distintas calidades.
Los materiales a mecanizar sobre los que suelen
aplicarse herramientas CBN son:
- aceros forjados,
-
materiales especialmente
duros
|
|
aceros y fundiciones
endurecidas,
- piezas con
superficies endurecidas,
- aleaciones de alta
resistencia al calor.
Cuando el CBN es producido en combinación con un
aglomerante cerámico, se obtiene mayor resistencia al desgaste, pero a su vez,
menor tenacidad. Así pues, con el objetivo de obtener una herramienta más
tenaz, con mejor soporte frente a los choques, a pesar de la fragilidad de la
arista de corte, se adhiere una punta del CBN
sobre una base de metal duro.
Al igual que los metales duros, pueden y suelen ir
recubiertas, con lo que se puede llegar a conseguir unas prestaciones muy buenas en acabados, lo que eliminaría la
necesidad de rectificado posterior, con el consiguiente ahorro de tiempo y
dinero.
Para
mecanizar con CBN se recomiendan velocidades de corte altas y avances pequeños.
Al igual que con la cerámica, una gran estabilidad y potencia de la máquina,
así como la rigidez de la herramienta son factores trascendentales y, si se
utiliza refrigerante, continuo y abundante alrededor del filo para evitar los
choques térmicos.
Sabemos
que el diamante natural monocristalino es el material más duro conocido. Pues
casi tan duro es el diamante policristalino sintético (PCD) logrado mediante un
proceso de sinterizado a altas temperaturas y presiones, por el que sus finos
cristales se unen.
Esa
formidable dureza es la responsable de la elevada resistencia al desgaste por
abrasión, razón por la que se utiliza también en las muelas de rectificado.
Al
igual que las puntas de CBN y por las mismas razones, las puntas de PCD van
soldadas a placas de metal duro.
La
vida de estas herramientas puede llegar a ser muchas veces mayor que las de
metal duro.
Este
material, introducido en la primera mitad de la década de 1970 después de que
en 1954 la General Electric produjera el diamante sintético manufacturado, actualmente
es utilizado para operaciones de torneado y fresado, concretamente cuando se
requiere excelente acabado superficial y precisión.
Pero este material, supuestamente perfecto, tiene
sin embargo algunos puntos oscuros:
·
en la zona de corte, la
temperatura no debe exceder de 600
°C.
·
no se puede utilizar
sobre materiales férreos.
Lo que significa el descarte de las herramientas de
PCD de la mayoría de las operaciones de mecanizado sobre piezas de acero.
La imposibilidad de mecanizar a temperaturas de
corte tan bajas se encuentra en el proceso de fabricación del PCD: el diamante
no es sino carbono enlazado de forma muy fuerte entre sí, y este efecto se
logra mediante el uso de prensas de gran potencia; parece lógico, pues, que al
aumentar la temperatura parte de estos enlaces entre carbonos se rompan, con lo
cual se deteriora el PCD perdiendo propiedades y transformándose en grafito,
siendo éste un material inútil para el corte.
Así, al romperse estos enlaces, parte del carbono
presente en los aceros (recordemos, acero = Fe + C), podría entrar a enlazarse
en los enlaces sueltos que quedan en los carbonos del PCD, con lo que se
obtendría una capa superficial en la herramienta que imposibilitaría el corte.
Por esto, no se puede mecanizar ningún material férrico con PCD.
El PCD es adecuado para el mecanizado de piezas de
aluminio y también para otros materiales: resinas, plásticos, carbón,
cerámicas, cobre, latón, etc…
Por su gran fragilidad natural, para poder mecanizar
con PCD son necesarias unas condiciones muy concretas: gran estabilidad
y máquinas y herramientas rígidas, que puedan trabajar en condiciones óptimas a
grandes velocidades. Los avances y profundidades de corte deben ser pequeñas,
evitando en lo posible los cortes interrumpidos.