miércoles, 15 de febrero de 2012

TROQUELADO


Troquelado
  En el troquelado se cortan láminas sometiéndolas a esfuerzos cortantes, desarrollados entre un punzón y una matriz, se diferencia del cizallado ya que este último solo disminuye el tamaño de lámina sin darle forma alguna. El producto terminado del troquelado puede ser la lámina perforada o las piezas recortadas
  Los parámetros que se tienen en cuenta en el troquelado son la forma y los materiales del punzón y la matriz, la velocidad y la fuerza de punzonado, la lubricación, el espesor del material y la holgura o luz entre el punzón y la matriz. La determinación de la luz influirá en la forma y la calidad del borde cortado. Entre mayor luz exista, el borde cortado será más burdo y provocará una zona más grande de deformación en la que el endurecimiento será mayor.
  La altura de las rebabas se incrementa al aumentar la luz. Los bordes de herramientas desafilados contribuyen también a la formación de rebabas, que disminuye si se aumenta la velocidad del punzón. En algunas operaciones de troquelado la lámina perforada suele acumularse entre la porción recta de la matriz, ejerciendo una fuerza de empaquetamiento que se opone a la fuerza de troquelado. Por esta razón, la fuerza de troquelado debe ir aumentando conforme se realicen más operaciones.
Partes de la troqueladora.
  La troqueladora consta de un troquel y una prensa hidráulica que lo aloja. 
Punzón o macho: Ejerce presión sobre la lámina a troquelar, cortándola gracias al juego existente entre éste y la matriz.
Base inferior del troquel: Parte tenaz
Base superior del troquel: Parte tenaz que aloja al macho y contiene una placa sufridera.
Pin centrador: permite alinear el centro de la prensa con el centro de fuerza del troquel. Esta ubicado en la superficie superior de la base superior del troquel.
Resortes de espira redonda: Presionan la placa guía contra el fleje a troquelar, evitando que se deforme durante el corte.
Placa pisadora o guía de punzones: Impide el movimiento de la lámina antes de realizar el troquelado y garantiza su correcta ubicación con respecto a la hembra y el macho.
partes básicas de una troquel
Matriz o hembra: Parte templado, ubicada en el inferior de la troqueladora. La superficie de la matriz determina la vida del troquel, debido a que posee una porción recta que se va desgastando con el uso y debe ser rectificada para conservar una buena calidad de los productos.
La parte inferior de la matriz sirve como estructura y tiene una cavidad cónica que permite la salida de los blancos. Placa sufridera: parte templada y revenida que impide las posibles indentaciones producidas por los continuos golpes o impactos que suceden durante la troquelada.
. Guías de Fleje (lámina): Orientan la lámina haciendo que ésta se mantenga alineada según el trabajo requerido.
A modo de resumen, estas son los componentes principales de un troquel.

       Un saludo

DOBLADO DE CHAPA


  El conformado mecánico es un proceso de deformación plástica que sirve para obtener piezas en estado solido, que de manera útil aprovecha las propiedades mecánicas y tecnológicas de los metales como es la ductilidad y la maleabilidad.
  El conformado de partes con la aplicación de fuerza mecánica, se considera uno de los procesos de formación más importantes, en términos del valor de la producción y del método de producción. El formado de partes se puede efectuar con el material frío (formado en frío) o con material caliente (formado en caliente). Las fuerzas utilizadas para formar las partes pueden ser de tipo de flexión, compresión o cizallado y tensión. Los procesos de formado se pueden clasificar sobre la base de la forma en que se aplica la fuerza.
PROCESO DE DOBLADO.
  El doblado es un proceso de conformado sin separación de material y con deformación plástica utilizado para dar forma a chapas. Se utiliza, normalmente, una prensa que cuenta con una matriz –si es con estampa ésta tendrá una forma determinada- y un punzón -que también puede tener forma- que realizará la presión sobre la chapa. En el proceso, el material situado a un lado del eje neutro se comprimirá –zona interior- y el situado en el lado opuesto –zona exterior- será traccionado como consecuencia de los esfuerzos aplicados. Esto provoca también un pequeño adelgazamiento en el codo de la chapa doblada, cosa que se acentúa en el centro de la chapa.
A consecuencia de este estado de tracción-compresión el material tenderá a una pequeña recuperación elástica. Por tanto, si queremos realizar un doblado tendremos que hacerlo en un valor superior al requerido para compensar dicha recuperación elástica. Otra posible solución es realizar un rebaje en la zona de compresión de la chapa, de esta forma aseguramos que toda la zona está siendo sometida a deformación plástica. También podría servir estirar la chapa así aseguramos que toda la zona supera el límite elástico.
Según el ángulo o la forma que queramos dar al doblado existen matrices que nos proporcionan la forma deseada.

martes, 7 de febrero de 2012

HERRAMIENTAS DE CORTE




5.1.  HERRAMIENTAS PARA EL MECANIZADO.


5.1.1. INTRODUCCIÓN.


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.

5.1.2. CRITERIOS A CONSIDERAR EN EL MECANIZADO.


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.

5.1.5. CERÁMICAS.


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.

5.1.6. CERMETS.


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.

5.1.7. NITRUTO DE BORO CÚBICO, BORAZÓN (CBN).


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.

5.1.8. DIAMANTE POLICRISTALINO (PCD).


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.