Mecanizado Por Arranque De Viruta Micheletti Pdf 41l: Tecnología Mecánica y Procesos de Corte

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Mecanizado Por Arranque De Viruta Micheletti Pdf 41l

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1 Guía práctica para la selección de insertos de mecanizado Por Daniel Martinez Krahmer Introducción De la sola lectura del título de este trabajo, se desprende que al menos el mismo servirá para cumplir con dos objetivos principales: - Constituir un material de utilidad práctica, que ayude a establecer una metodología para la selección de insertos, y sus correspondientes portainsertos, - Enfocar el trabajo en la producción, porque el único tipo de herramientas al que nos referiremos es al inserto de fijación mecánica. Por otra parte, hablar de insertos, significa hacerlo de metales duros, y estos son según Sandvik todo material cuya dureza es superior a la de cualquier tipo de acero de herramientas. De este modo, el piso de nuestro trabajo, en lo que respecta a la selección de materiales de herramienta, es el llamado metal duro de carburo de tungsteno, o en la jerga de los talleres denominado Widia. Sin embargo, para comprender como se fueron mejorando algunas propiedades de las herramientas (por ejemplo la dureza en caliente), vamos a analizar cómo fue la evolución de los materiales usados para fabricarlas. Materiales y tratamientos empleados en la fabricación de herramientas de corte Reseña histórica Una buena forma de analizar la evolución de los materiales empleados en la fabricación de herramientas de corte que arrancan viruta, consiste en hacer una reseña histórica. Es así que, puede considerarse como primer material, al acero al carbono, una aleación hierro-carbono, en la cual el carbono ocupa un porcentaje en peso de hasta un 1,7% con otros pocos elementos como son el fósforo, azufre, manganeso y silicio; todos ellos, residuos del proceso de fabricación. Este material alcanzaba una dureza a temperatura ambiente importante mediante un temple cuyo enfriamiento se realizaba en agua (el temple al agua, dada la severidad del medio de temple, producía normalmente fisuras sobre la herramienta, además de heterogeneidad en la dureza debido a que el agua se evapora en contacto del material caliente, disminuyendo la velocidad de enfriamiento y variando así la misma). Se obtenía así un acero con una dureza a temperatura ambiente comprendida entre los 63 a 66 HRC (entre 770 a 860HV), el cual, dada su reducida temperatura de

2 revenido, sólo permitía emplear bajas velocidades de corte para mecanizar metales (se entiende por temperatura de revenido, aquella que una vez alcanzada por el material de la herramienta, produce una drástica caída de la dureza, y consecuentemente de la capacidad de corte de la herramienta involucrada, como se ve en la Figura 1). Esta situación se traducía como una baja dureza a elevada temperatura. Para esta clase de aceros, la temperatura de revenido se sitúa en un rango comprendido entre los 200ºC a 250ºC. Dado que la temperatura que alcanza el filo de la herramienta durante el corte, depende fundamentalmente de la velocidad de corte empleada, una baja temperatura de revenido, implica necesariamente una baja velocidad de corte, y como consecuencia directa, se producían tiempos de mecanizado muy prolongados. Con el objeto de visualizar el progreso de las velocidades de corte (o la disminución de los tiempos de fabricación resultantes con el uso de herramientas construidas con este material), conforme fueron apareciendo nuevos materiales, daremos como referencia una velocidad de corte de 5m/min, cuando se cortaba acero recocido sin alear de medio carbono, con una herramienta de acero al carbono. Esta clase de aceros no se emplean en la actualidad, para la fabricación de herramientas de corte por arranque de viruta. Un salto tecnológico enorme ocurrió a partir del año 1900 a raíz de las investigaciones llevadas a cabo por la dupla de ingenieros Fredrick Taylor y Maunsel White en las instalaciones de la empresa Bethlehem Steel Corporation de Estados Unidos, que tenían por objetivo alcanzar un material para herramientas de corte que permitiese trabajar en condiciones cada vez más severas, para aumentar así el rendimiento de las herramientas usadas para el mecanizado de piezas metálicas. Luego de innumerables experiencias, variando elementos y composiciones químicas, y tras haber mecanizado alrededor de kg de acero forjado, obtuvieron un acero al que denominaron acero rápido o acero de alta velocidad (como resulta más apropiadamente de traducir su denominación en inglés, High Speed Steel), cuya última evolución del año 1910, incluía un 18% de tungsteno, 4% de cromo, 1% de vanadio y hierro balance (durante el posterior advenimiento de la normalización, este acero fue designado como AISI T1, un grado de acero que se fabrica hasta el día de hoy). Si bien para estos aceros, la dureza a temperatura ambiente es similar a la de un acero al carbono, su principal ventaja, que permitió elevar la velocidad de corte de referencia hasta los 30m/min, radica en que los aleantes empleados retardan el ablandamiento que se

7 A modo de resumen, en la Tabla I, presentamos los hitos históricos referidos a la evolución de los materiales empleados en la construcción de herramientas por arranque de viruta de nuestro particular interés, así como la velocidad de referencia asociada a cada uno de ellos. Tabla I: Evolución de los materiales de herramientas Año Material Velocidad de referencia (m/min) 1870 Acero al carbono Acero rápido Metal duro (WC+TiC +TaC+Co) Metal duro revestido por CVD Acero rápido revestido con PVD 40 Nota: se entiende por velocidad de corte de referencia, a aquella velocidad de corte que se emplearía con cada uno de los materiales de herramienta incluidos en la tabla, para mecanizar un acero recocido sin alear de medio carbono. Distintas formas comerciales de las herramientas de metal duro se muestran en la figura 5. En la imagen de la izquierda se tratan de placas soldadas a mangos de acero templado (son herramientas reafilables y sin recubrimiento), en tanto a la derecha tenemos insertos de fijación mecánica. Figura 5: Distintas formas comerciales de placas de metal duro

8 Requerimientos de un material empleado para construir herramientas de corte Antes de pasar a analizar con mayor profundidad los materiales empleados en la fabricación de herramientas de corte, es preciso establecer que condiciones debe cumplir un material para poder ser empleado en la fabricación de herramientas de corte por arranque de viruta. Es evidente que tal material, debe como mínimo poseer una dureza a temperatura ambiente (que se mide en forma sencilla mediante un durómetro) y una dureza en caliente, mayor en todo momento que la del material a cortar (en el único proceso que emplea herramientas y que esta situación puede no ocurrir, es en la electroerosión, donde normalmente el electrodo es más blando que el material a erosionar, aunque justo es decir, que no hay contacto mecánico entre el electrodo y la pieza) y una tenacidad elevada (se entiende por tenacidad la capacidad que posee el material para absorber energía, tales como, variaciones en los esfuerzos de mecanizado, vibraciones autoinducidas en la máquina, la propia herramienta y el material a mecanizar, dureza heterogénea en el material de la pieza, irregularidades de la superficie a mecanizar, etc.) Nota: Algunos autores hacen referencia a la resistencia al desgaste del material, en lugar de dureza. Sin embargo, no son sinónimos. Es importante aclarar que desde el punto de vista global de la herramienta, para que esta pueda cortar otro material, no alcanza con un material de mayor dureza y elevada tenacidad, sino que además, la herramienta, debe poseer una geometría que genere la forma de cuña en su filo cortante. Esta situación se analizará más adelante en el apartado Geometría de las herramientas de corte. Reunidos los requisitos mencionados en dos (dureza y tenacidad), es necesario explicar que estas propiedades recorren caminos opuestos, es decir, el aumento de una, significa normalmente la disminución de la otra. Por este motivo, en el caso que la herramienta adquiera su dureza por tratamiento térmico, y según sea su clase de trabajo (corte interrumpido, herramienta multicortante), no se le otorga al material durante su tratamiento térmico la máxima dureza, sino aquella compatible con su función que aporte la máxima tenacidad (esta situación puede ser evaluada mediante ensayos Charpy). De ahí que no sean iguales la dureza de una herramienta de acero rápido para torneado (corte continuo), que para un fresado (corte discontinuo). Sin embargo, no son estas dos las únicas condiciones a tener en cuenta. Son también importantes, el coeficiente de rozamiento entre herramienta y viruta, la conductividad térmica del material de herramienta (el primero incide sobre la cantidad de calor generado durante el corte y del segundo depende el equilibrio térmico entre las partes de mayor calentamiento y el resto de la herramienta), la resistencia mecánica, así como el costo del

9 material y su facilidad para ser mecanizado (sin embargo, hablar de facilidad de mecanizado cuando se mecanizan aceros rápidos, no es del todo correcto, dado que estos aceros presentan índices de maquinabilidad regulares, cuyo valor es 45 según Avner). Con el objeto de relacionar la dureza y tenacidad relativa de los materiales citados, se los presenta en sentido de tenacidad decreciente en la Tabla II. Tabla II: Dureza a temperatura ambiente y a 500ºC, de algunos materiales empleados en herramientas de corte por arranque de viruta (Fuentes: Mecanizado por arranque de viruta, Micheletti G. y Metal Cutting, Trent E.) Dureza Vickers Acero rápido Metal duro sin revestir para fundición (*) Metal duro sin revestir para acero (*) A temperatura ambiente 770 a a a 1800 A 500ºC 510 a a a 1200 Nota: las durezas se indican en la escala Vickers (HV) dado que la Rockwell escala C (HRC) está limitada a un máximo de 68 que equivale aproximadamente a 940 HV. (*) Depende del porcentaje de cobalto. A mayor porcentaje de Co, menor dureza. Descripción de los materiales y sus tratamientos El acero rápido El acero rápido o acero de alta velocidad, es por definición un acero de alta aleación, dado que el porcentaje de elementos aleantes representa al menos un 18% en peso. Sus cinco principales aleantes son: tungsteno (W); molibdeno (Mo); cromo (Cr); vanadio (V) y cobalto (Co). Los primeros cuatro elementos son de los denominados formadores de carburos, es decir que, se combinan con el carbono del acero para formar partículas duras. Asimismo son los responsables del aumento de la temperatura de revenido y de la dureza promedio de los aceros rápidos. Por el contrario, el cobalto, no se combina con ningún otro elemento, ya que permanece en solución sólida dentro de la estructura del acero. El rol específico del carbono y de cada uno de los elementos citados se analiza a continuación: 2ff7e9595c