Tema 28. Herramientas de corte para el mecanizado por arranque de viruta: Materiales. El desgaste de las herramientas.

TEMA 28. HERRAMIENTAS DE CORTE PARA EL MECANIZADO POR ARRANQUE DE VIRUTA: NORMAS, IDENTIFICACIÓN, TIPOS EN FUNCIÓN DE LA OPERACIÓN DE MECANIZADO, APLICACIONES, ELEMENTOS COMPONENTES Y ESTRUCTURAS DE LAS HERRAMIENTAS (II). GEOMETRÍAS DE CORTE. MATERIALES. EL DESGASTE DE LAS HERRAMIENTAS DE CORTE.


MATERIALES

Es requisito indispensable que la herramienta de corte presente alta dureza, incluso a temperaturas elevadas, alta resistencia al desgaste y gran ductilidad. Estas características dependen de los materiales con los que se fabrica la herramienta, los cuales se dividen en varios grupos: La norma ISO divide los grupos de materiales estándar en 6 tipos distintos. Cada tipo cuenta con propiedades únicas de acuerdo a la maquinabilidad y las preparaciones que plantean distintas exigencias sobre la herramienta.

Acero al carbono.
De escasa aplicación en la actualidad, las herramientas fabricadas en acero al carbono o acero no aleado. Los elementos que la confieren resistencia son esencialmente el cromo (resistencia al desgaste), wolframio, molibdeno, cobalto (dureza en caliente), níquel, vanadio (mejoran la tenacidad) y silicio (resistencia a la abrasión. Tienen una resistencia térmica al rojo de 250-300ºC y, por lo tanto, se emplean solamente para bajas velocidades de corte o en el torneado de madera y plásticos. Son herramientas de bajo costo y fácil tratamiento térmico, pero por encima de 300°C pierden el filo y la dureza. Son los materiales más tenaces y por tanto menos duros de todos los utilizados en la construcción de herramientas de corte.

Acero rápido.
Son herramientas de acero aleado con elementos ferrosos tales como tungsteno, cromo, vanadio, cobalto y otros. Estos aceros adquieren alta dureza, alta resistencia al desgaste y una resistencia térmica al rojo hasta temperaturas de 650ºC. Aunque a escala industrial y en el mecanizado de alta velocidad su aplicación ha disminuido notablemente en los últimos años, las herramientas de acero rápido aún se prefieren para trabajos en metales blandos o de baja producción, porque son relativamente económicas y son las únicas que se pueden volver a afilar en amoladoras o esmeriladoras.

El wolframio es el elemento básico de los aceros rápidos, de los que forma parte en proporciones del 12 al 21%.

Carburos metálicos o metal duro (WIDEA)
Estas herramientas se fabrican a base de polvo de carburo, que junto a una porción de cobalto, usado como aglomerante, le otorgan una resistencia de hasta 815°C. Los carburos más comunes son: carburo de tungsteno (WC o widia), carburo de titanio (TiC), carburo de tantalio (TaC) y carburo de niobio (NbC). Por su dureza y buena resistencia al desgaste son las herramientas más adecuadas para maquinar hierro colado, metales no ferrosos y algunos materiales abrasivos no metálicos.

Carburo cementado recubierto.
Donde la base de carburo cementado se recubre con una material más duro para mejorar su resistencia al desgaste. Entre los recubrimientos más utilizados se encuentran el carburo de titanio, nitruro de titanio (TiN), nitruro de boro (borazón) y carburo de aluminio (Al2O3). Estos recubrimientos varían entre 5 y 8 μm de espesor. Una herramienta con recubrimiento dura hasta 2 o 3 veces superior a la de un carburo metálico normal.

Cermets (combinación de material cerámico y metal).
Aunque el nombre es aplicable incluso a las herramientas de carburo cementado, un cermet es un metal duro con partículas duras de base de titanio. Estas herramientas presentan buena baja conductividad, bajo coeficiente de rozamiento, resistencia al desgaste, alta estabilidad química y dureza en caliente. Su aplicación más adecuada es en los materiales que producen una viruta dúctil, aceros y las fundiciones dúctiles.

Cerámica.
Existen dos tipos básicos de cerámica, las basadas en óxido de aluminio y las de nitruro de silicio. Son duras, con alta dureza en caliente y no reaccionan químicamente con los materiales de la pieza, pero son muy frágiles. Se emplean en producciones en serie, como el sector automotriz y las autopartes, donde dado a su buen desempeño, han logrado aumentar notablemente la cantidad de piezas fabricadas.

Nitruro de boro químico.
Es el material más duro después del diamante. Presenta extrema dureza en caliente, excelente resistencia al desgaste y en general buena estabilidad química durante el mecanizado. Es frágil, pero más tenaz que la cerámica.

Diamante policristalino.
Es sintético y casi tan duro como el diamante natural. Presenta una increíble resistencia al desgaste y una baja conductividad térmica, por lo que la vida útil de la herramienta es hasta cien veces mayor que la del carburo cementado, se puede conseguir elevadas velocidades de corte, 2.5 a 3.5 veces superior a los carburos, y un acabado del orden de micras. Sin embargo, también es muy frágil, las temperaturas de corte no deben exceder de 600 ºC, no puede usarse para cortar materiales ferrosos porque existe afinidad y no sirve para cortar materiales tenaces.