Los avanzados equipos de procesamiento y las herramientas CNC de alto rendimiento pueden aprovechar al máximo su debido rendimiento y lograr buenos beneficios económicos.
Con el rápido desarrollo de los materiales para herramientas, las propiedades físicas y mecánicas y el rendimiento de corte de varios materiales nuevos para herramientas han mejorado mucho, y el campo de aplicación se ha ampliado continuamente.
La elección de los materiales de la herramienta de corte tiene un gran impacto en la vida útil de la herramienta, la eficiencia del mecanizado, la calidad del mecanizado y los costes de mecanizado. La herramienta debe soportar alta presión, alta temperatura, fricción, golpes y vibraciones durante el corte. Por lo tanto, el material de la herramienta de corte debe tener las siguientes propiedades básicas:
(1) Dureza y resistencia al desgaste.
La dureza del material de la herramienta de corte debe ser superior a la dureza del material de la pieza de trabajo, generalmente se requiere que sea superior a 60HRC.
Cuanto mayor sea la dureza del material de la herramienta, mayor será la resistencia al desgaste.
(2) Fuerza y dureza.
Materiales de las herramientas de corte deben tener una gran resistencia y tenacidad para soportar las fuerzas de corte, los choques y las vibraciones, y evitar la fractura frágil y el astillado de la herramienta.
(3) Resistencia al calor.
El material de la herramienta de corte debe tener buena resistencia al calor, soportar altas temperaturas de corte y tener buena resistencia a la oxidación.
(4) Rendimiento y economía del proceso.
El material de la herramienta debe tener un buen rendimiento de forja, de tratamiento térmico, de soldadura, de rectificado, etc., y perseguir una alta relación rendimiento-precio.
El diamante es un isómero del carbono, el material más duro jamás encontrado en la naturaleza.
Las herramientas de corte de diamante tienen una gran dureza, alta resistencia al desgaste y alta conductividad térmica, y se utilizan ampliamente en el procesamiento de metales no férreos y metales no ferrosos.materiales metálicos.
Lectura relacionada: Metales ferrosos y no ferrosos
Especialmente en el mecanizado de alta velocidad de aluminio y aleaciones de silicio-aluminio, las herramientas de diamante son las principales tipos de corte herramientas difíciles de sustituir. Las herramientas de diamante pueden lograr una alta eficiencia, gran estabilidad y larga vida útil, y son indispensables en los modernos procesos de mecanizado CNC.
Tipo de cortador de diamante
Diamantadora natural
Los diamantes naturales se han utilizado como herramientas de corte durante cientos de años. La herramienta de diamante monocristalino natural está finamente afilada, y el filo puede afilarse nítidamente con un radio de filo de 0,002 μm. El corte ultrafino permite una precisión extremadamente alta de la pieza de trabajo y muy baja rugosidad superficial. Es una herramienta de mecanizado de ultraprecisión reconocida, ideal e insustituible.
Cortadora de diamante PCD
Los diamantes naturales son caros. El diamante ampliamente utilizado en el mecanizado de corte es el diamante policristalino (PCD). Desde principios de los años 70, el diamante policristalino (PCD blade) se ha desarrollado con éxito, y las herramientas de diamante natural se sustituyen por diamante policristalino sintético.
Las materias primas de PCD son abundantes y su precio es sólo de unas décimas a una décima parte del del diamante natural. Las herramientas de PCD no pueden producir bordes afiladosy la calidad superficial de la pieza mecanizada no es tan buena como la del diamante natural.
Actualmente, no es fácil fabricar plaquitas de PCD con rompevirutas en la industria. Por lo tanto, el PCD sólo puede utilizarse para el corte fino de metales no ferrosos y no metálicos, y es difícil conseguir un corte espejo de ultraprecisión.
Cortador de diamante CVD
Desde finales de los años 70 hasta principios de los 80, la tecnología CVD de diamante apareció en Japón. El diamante CVD se refiere a la síntesis de una película de diamante sobre un sustrato heterogéneo (como carburo de cementocerámica, etc.) mediante deposición química de vapor (CVD). El diamante CVD tiene exactamente la misma estructura y propiedades que el diamante natural.
El rendimiento del diamante CVD se aproxima mucho al del diamante natural y presenta las ventajas del diamante monocristalino natural y del diamante policristalino (PCD) y, en cierta medida, supera sus deficiencias.
Diamante corte características de rendimiento de la herramienta
Dureza y resistencia al desgaste extremadamente altas
El diamante natural es la sustancia más dura que se encuentra en la naturaleza. El diamante tiene una resistencia al desgaste muy elevada. Cuando se mecanizan materiales de gran dureza, la vida útil de las herramientas de diamante es de 10 a 100 veces, o incluso cientos de veces, la de las herramientas de carburo cementado.
Tiene un coeficiente de fricción muy bajo
El coeficiente de fricción entre el diamante y algunos metales no ferrosos es inferior al de otras herramientas. El bajo coeficiente de fricción se traduce en una menor deformación durante el mecanizado y una menor fuerza de corte.
El filo es muy afilado
El filo de la herramienta de diamante puede afilarse. Las herramientas de diamante monocristalino natural pueden alcanzar un filo de hasta 0,002~0,008 μm para el corte ultrafino y el mecanizado de ultraprecisión.
Alta conductividad térmica
La conductividad térmica y la difusividad térmica del diamante son elevadas. Esto permite disipar fácilmente el calor de corte, lo que se traduce en una menor temperatura de corte de la herramienta.
Tiene un coeficiente de dilatación térmica más bajo
El diamante tiene un coeficiente de dilatación térmica varias veces inferior al del carburo cementado. El pequeño cambio de tamaño de la herramienta provocado por el calor del corte es especialmente importante para el mecanizado de precisión y ultraprecisión, donde la exactitud dimensional es fundamental.
Aplicación de herramientas diamantadas
Las herramientas de diamante se utilizan principalmente para el corte fino y el mandrinado de materiales no ferrosos y no metálicos a altas velocidades. Son adecuadas para procesar diversos materiales no metálicos resistentes al desgaste, como piezas en bruto de pulvimetalurgia FRP, materiales cerámicos, etc., así como diversos metales no ferrosos resistentes al desgaste, como diversas aleaciones de silicio-aluminio y acabado de metales no ferrosos.
Sin embargo, el inconveniente de las herramientas de diamante es su escasa estabilidad térmica. Cuando la temperatura de corte supera los 700°C a 800°C, la dureza del diamante se pierde por completo. Además, las herramientas de diamante no son adecuadas para cortar metales ferrosos, ya que el diamante (carbono) puede interactuar fácilmente con los átomos de hierro a altas temperaturas, convirtiendo los átomos de carbono en estructuras de grafito, lo que puede hacer que la herramienta sea extremadamente frágil.
El segundo material superduro, el nitruro de boro cúbico (CBN), sintetizado por un método similar al de fabricación del diamante, sólo es superado por éste en dureza y conductividad térmica.
Tiene una excelente estabilidad térmica y no se oxida cuando se calienta a 10.000℃ en una atmósfera.
El CBN tiene propiedades químicas extremadamente estables para los metales ferrosos y puede utilizarse ampliamente en el procesamiento de productos de acero.
Tipo de herramienta de nitruro de boro cúbico
El nitruro de boro cúbico (CBN) es una sustancia que no existe en la naturaleza.
Existen dos tipos: monocristalino y policristalino, a saber, CBN monocristalino y nitruro de boro cúbico policristalino (PCBN).
El CBN es uno de los isómeros del nitruro de boro (BN) y tiene una estructura similar a la del diamante.
El PCBN (nitruro de boro cúbico policristalino) es un material policristalino en el que los materiales finos de CBN se sinterizan juntos a través de una fase de unión (TiC, TiN, Al, Ti, etc.) a alta temperatura y alta presión.
Actualmente es un material para herramientas que utiliza una dureza sintetizada artificialmente próxima a la del diamante.
Se denomina colectivamente material superduro para herramientas.
El PCBN se utiliza principalmente para fabricar herramientas.
Las herramientas de PCBN pueden dividirse en plaquitas integrales de PCBN y plaquitas compuestas de PCBN sinterizadas con carburo cementado.
La hoja de material compuesto de PCBN se forma sinterizando una capa de PCBN de 0,5~1,0 mm de espesor sobre carburo cementado con buena resistencia y tenacidad.
Sus propiedades combinan buena tenacidad, gran dureza y resistencia al desgaste.
Resuelve los problemas de baja resistencia a la flexión y difícil soldadura de las plaquitas CBN.
Principales propiedades y características del nitruro de boro cúbico
Aunque la dureza del nitruro de boro cúbico es ligeramente inferior a la del diamante, es muy superior a la de otros materiales de alta dureza.
La ventaja más destacada del CBN es que su estabilidad térmica es muy superior a la del diamante, hasta 1200 °C (frente a los 700-800 °C del diamante).
Otra ventaja destacada es que es químicamente inerte y no reacciona químicamente con el hierro a 1200-1300 °C.
Las principales características de rendimiento del nitruro de boro cúbico son las siguientes:
Gran dureza y resistencia al desgaste
La estructura cristalina del CBN es similar a la del diamante y tiene propiedades comparables a las del diamante. dureza y resistencia.
El PCBN es especialmente adecuado para procesar materiales de gran dureza que sólo pueden rectificarse previamente, y puede lograr una calidad superior de la superficie de la pieza.
Alta estabilidad térmica
La resistencia al calor del CBN puede alcanzar de 1400 a 1500℃, casi el doble que la del diamante (700 a 800℃).
Las herramientas PCBN pueden cortar superaleaciones y aceros endurecidos a velocidades entre 3 y 5 veces superiores a las herramientas de metal duro.
Excelente estabilidad química
No desempeña ningún papel químico con los materiales a base de hierro hasta 1200-1300℃.
No se desgasta tan bruscamente como el diamante, pero mantiene la dureza del carburo cementado.
Las herramientas PCBN son adecuadas para el corte de piezas de acero templado y fundición enfriada, y pueden utilizarse ampliamente para el corte a alta velocidad de fundición.
Tiene buena conductividad térmica
Aunque la conductividad térmica del CBN no puede seguir el ritmo del diamante, la conductividad térmica del PCBN en diversos materiales para herramientas sólo es superada por la del diamante, que es muy superior a la del acero rápido y a la del acero inoxidable. aleación dura.
Tiene un coeficiente de fricción más bajo
Un bajo coeficiente de fricción se traduce en una reducción de las fuerzas de corte durante el corte, una reducción de las temperaturas de corte y una mejora de la calidad de la superficie.
Aplicación de herramientas de nitruro de boro cúbico
El nitruro de boro cúbico es adecuado para el acabado de materiales difíciles de cortar, como acero templado, fundición dura, superaleaciones, aleaciones duras y materiales de pulverización superficial.
La precisión de procesamiento puede alcanzar IT5 (el agujero es IT6), y el valor de la rugosidad superficial puede ser tan pequeño como Ra 1,25 a 0,20 μm.
El material de la herramienta de nitruro de boro cúbico tiene poca tenacidad y resistencia a la flexión. Por lo tanto, las herramientas de torneado de nitruro de boro cúbico no son adecuadas para el mecanizado de desbaste con baja velocidad y gran carga de impacto. Además, no son adecuadas para el corte de materiales plásticos (tales como aleaciones de aluminio, aleaciones de cobre, aleaciones a base de níquel, acero con gran plasticidad, etc.) porque el corte de estos metales puede causar una grave acumulación de filo, que puede deteriorar la superficie mecanizada.
Las cuchillas cerámicas tienen las características de alta dureza, buena resistencia al desgaste, excelente resistencia al calor y estabilidad química, y no son fáciles de adherir a los metales.
Las herramientas cerámicas desempeñan un papel importante en el mecanizado CNC y se han convertido en una de las principales herramientas para el corte a alta velocidad y de materiales difíciles de mecanizar.
Las herramientas cerámicas se utilizan ampliamente para el corte de alta velocidad, el corte en seco, el corte duro y el mecanizado de materiales difíciles de mecanizar.
Las cuchillas cerámicas pueden procesar eficazmente materiales de gran dureza que las cuchillas tradicionales no pueden procesar en absoluto y lograr que el "fresado sustituya al rectificado".
La velocidad de corte óptima de las herramientas cerámicas puede ser de 2 a 10 veces superior a la de las herramientas de carburo cementado, lo que mejora enormemente la eficacia de la producción de corte.
La principal materia prima utilizada en los materiales de las herramientas cerámicas es el elemento más abundante en la corteza terrestre. Por lo tanto, la promoción y aplicación de herramientas cerámicas es de gran importancia para mejorar la productividad, reducir los costes de procesamiento y ahorrar metales preciosos estratégicos. Esto promoverá en gran medida el avance de la tecnología de corte.
Tipos de materiales cerámicos para herramientas
Los tipos de materiales cerámicos para herramientas pueden dividirse generalmente en tres categorías: cerámicas a base de alúmina, cerámicas a base de nitruro de silicio y cerámicas compuestas a base de nitruro de silicio y alúmina.
Entre ellos, los materiales cerámicos para herramientas a base de alúmina y nitruro de silicio son los más utilizados.
Las cerámicas a base de nitruro de silicio son superiores a las cerámicas a base de alúmina.
Rendimiento y características de las herramientas cerámicas
Gran dureza y buena resistencia al desgaste
Aunque la dureza de las herramientas cerámicas no es tan alta como la del PCD y el PCBN, es muy superior a la de las aleaciones duras y las herramientas de acero rápido, alcanzando 93-95 HRA.
Las herramientas cerámicas pueden procesar materiales de gran dureza difíciles de mecanizar con herramientas tradicionales y son adecuadas para el corte a alta velocidad y el corte duro.
Resistencia a altas temperaturas y al calor
Las herramientas cerámicas pueden seguir cortando a temperaturas superiores a 1200°C.
Las herramientas cerámicas tienen buenas propiedades mecánicas a altas temperaturas.
La herramienta de cerámica Al2O3 tiene una excelente resistencia a la oxidación, y el filo de corte puede utilizarse continuamente incluso en estado al rojo vivo.
Por lo tanto, las herramientas cerámicas pueden lograr el corte en seco, eliminando la necesidad de fluido de corte.
Buena estabilidad química
Las cuchillas cerámicas no se adhieren fácilmente al metal, y tienen buena resistencia a la corrosión y estabilidad química, lo que puede reducir el desgaste por adhesión de la herramienta.
Bajo coeficiente de fricción
Las cuchillas cerámicas tienen una baja afinidad con los metales y un bajo coeficiente de fricción, lo que reduce las fuerzas de corte y las temperaturas de corte.
Aplicación de herramientas cerámicas
La cerámica es uno de los materiales para herramientas más utilizados para el acabado y semiacabado a alta velocidad.
Las fresas cerámicas son adecuadas para cortar todo tipo de fundición (fundición gris, fundición dúctil, fundición maleable, fundición enfriada, fundición de alta aleación resistente al desgaste) y acero (acero estructural al carbono, acero estructural aleado, acero de alta resistenciaacero al manganeso, acero templado, etc.). También pueden utilizarse para cortar aleaciones de cobre, grafito, plásticos técnicos y materiales compuestos.
El rendimiento de los materiales cerámicos para herramientas tiene una baja resistencia a la flexión y una escasa tenacidad al impacto, y no son adecuados para el corte a baja velocidad y con carga de impacto.
El recubrimiento de la herramienta es una de las formas importantes de mejorar su rendimiento.
La aparición de herramientas revestidas ha supuesto un gran avance en el rendimiento del corte de herramientas.
Una herramienta revestida está recubierta con una o varias capas de un compuesto refractario con buena resistencia al desgaste sobre un cuerpo de herramienta más duro. Esto combina la base de la herramienta con un revestimiento duro para maximizar el rendimiento de la herramienta.
Las herramientas revestidas pueden aumentar la eficacia del mecanizado, incrementar la precisión del mecanizado, prolongar la vida útil de la herramienta y reducir los costes de mecanizado.
Alrededor de 80% de las herramientas de corte utilizadas en las nuevas Máquina CNC utilizar herramientas revestidas.
Las herramientas revestidas serán la herramienta más importante en el campo del mecanizado CNC en el futuro.
Tipo de herramienta revestida
Según el método de recubrimiento:
Las herramientas recubiertas pueden dividirse en herramientas recubiertas por deposición química de vapor (CVD) y herramientas recubiertas por deposición física de vapor (PVD).
Las herramientas de carburo cementado revestidas se revisten generalmente utilizando el método de deposición química de vapor con una temperatura de deposición de alrededor de 1000°C.
Las herramientas de acero rápido revestidas suelen adoptar el método de deposición física de vapor, y la temperatura de deposición es de unos 500°C.
Según la diferencia del material base de la herramienta de revestimiento:
Las herramientas recubiertas pueden dividirse en herramientas recubiertas de metal duro, herramientas recubiertas de acero rápido y herramientas recubiertas de materiales cerámicos y superduros (diamante y nitruro de boro cúbico).
Según la naturaleza del material de revestimiento:
Las herramientas con revestimiento pueden dividirse en dos grandes categorías: herramientas con revestimiento "duro" y herramientas con revestimiento "blando".
El principal objetivo que persiguen las herramientas con revestimiento "duro" es una elevada dureza y resistencia al desgaste. Sus principales ventajas son una elevada dureza y una buena resistencia al desgaste, normalmente recubrimientos de TiC y TiN.
El objetivo de las herramientas con recubrimiento "blando" es un bajo coeficiente de fricción, también conocidas como herramientas autolubricantes. Su coeficiente de fricción con el material de la pieza de trabajo es muy bajo, sólo alrededor de 0,1, lo que puede reducir la adherencia, la fricción, la fuerza de corte y la temperatura de corte.
Recientemente se han desarrollado herramientas de nanoetiquetado.
Esta herramienta revestida puede utilizarse en diferentes combinaciones de materiales de revestimiento (como metal/metal, metal/cerámica, cerámica/cerámica, etc.) para satisfacer diferentes requisitos funcionales y de rendimiento.
El nanorrevestimiento bien diseñado permite que el material de la herramienta tenga excelentes propiedades antifricción y antidesgaste, lo que lo hace adecuado para el corte en seco a alta velocidad.
Características de la herramienta de revestimiento
Buena mecánica y rendimiento de corte
La herramienta recubierta combina las excelentes propiedades del material base y del material de recubrimiento para mantener la buena tenacidad y la alta resistencia del sustrato, así como la alta dureza, la alta resistencia al desgaste y el bajo coeficiente de fricción del recubrimiento.
Como resultado, las herramientas revestidas pueden cortar más del doble de rápido que las herramientas sin revestir y permiten mayores velocidades de avance.
También se mejora la vida útil de las herramientas revestidas.
Gran versatilidad
Las herramientas revestidas tienen una gran versatilidad y una amplia gama de procesado, y una herramienta revestida puede utilizarse en lugar de varias herramientas no revestidas.
Espesor del revestimiento
La vida útil de la herramienta aumenta a medida que aumenta el grosor del revestimiento.
Sin embargo, cuando el espesor del revestimiento se satura, la vida útil de la herramienta ya no aumenta significativamente.
Cuando el revestimiento es demasiado grueso, es fácil que se desconche, y cuando es demasiado fino, la resistencia a la abrasión es escasa.
Regrind
La cuchilla recubierta tiene un reafilado deficiente, un equipo de recubrimiento complicado, unos requisitos de proceso elevados y un tiempo de recubrimiento largo.
Material de revestimiento
Las herramientas de corte con diferentes materiales de recubrimiento tienen diferentes prestaciones de corte.
Por ejemplo, los revestimientos de TiC tienen ventaja en el corte a baja velocidad, y el TiN es adecuado para el corte a alta velocidad.
Aplicación de herramientas revestidas
Las herramientas revestidas tienen un gran potencial en el campo del mecanizado CNC y serán la herramienta más importante en el campo del mecanizado CNC en el futuro.
La tecnología de revestimiento se ha aplicado a fresas, escariadores, brocas y herramientas de mecanizado de agujeros compuestos, placas de engranajesfresas de piñón, fresas de afeitar, brochas de conformación y diversas plaquitas intercambiables para máquinas.
Satisface las necesidades de mecanizado a alta velocidad de diversos aceros y fundiciones, aleaciones resistentes al calor y metales no férreos.
Las herramientas de metal duro, especialmente las herramientas de metal duro indexables, son los principales productos para herramientas de mecanizado CNC.
Desde la década de 1980, diversos tipos de herramientas o plaquitas de metal duro integrales e indexables se han extendido a varios campos de las herramientas de corte.
Entre ellas, las herramientas indexables de metal duro han pasado de ser simples herramientas de torneado y fresado frontal fresas a diversas herramientas de precisión, complejas y de conformación.
Tipo de herramienta de metal duro
Según la composición química principal, el carburo cementado puede dividirse en aleación dura a base de carburo de tungsteno y aleación dura a base de carbono (nitruro de titanio) (TiC(N)).
Los carburos cementados a base de carburo de wolframio incluyen el cobalto de wolframio (YG), el titanio de cobalto de wolframio (YT) y los carburos raros (YW), cada uno de los cuales presenta ventajas e inconvenientes.
Los principales componentes son el carburo de wolframio (WC), el carburo de titanio (TiC), el carburo de tántalo (TaC), el carburo de niobio (NbC), etc., y la fase de enlace metálico comúnmente utilizada es el Co.
El carburo cementado a base de carbono (nitrógeno) y titanio es una aleación dura que contiene TiC como componente principal (algunos de los cuales se añaden con otros carburos o nitruros), y las fases de enlace metálico utilizadas habitualmente son Mo y Ni.
La Organización Internacional de Normalización (ISO) clasifica los carburos de corte en tres categorías:
La clase K, que incluye de K10 a K40, es equivalente a la clase YG de China (el componente principal es WC.Co).
La clase P, que incluye de P01 a P50, equivale a YT en China (el componente principal es WC.TiC.Co).
La clase M, que incluye de M10 a M40, es equivalente a YW en China (el componente principal es WC-TiC-TaC(NbC)-Co).
Cada grado representa una serie de aleaciones desde alta dureza hasta máxima tenacidad, con números entre 01 y 50, respectivamente.
Características de rendimiento de las herramientas de metal duro
Gran dureza
Las herramientas de metal duro se fabrican mediante pulvimetalurgia a partir de carburos de gran dureza y puntos de fusión (denominados fase dura) y aglutinantes metálicos (denominados fases ligadas).
Su dureza es de 89-93 HRA, muy superior a la del acero rápido.
A 540°C, la dureza sigue alcanzando 82-87 HRA.
A temperatura ambiente, el valor de dureza es el mismo que el del acero rápido (83~86 HRA).
El valor de la dureza del carburo cementado varía con la naturaleza, la cantidad, el tamaño de las partículas y el contenido de la fase metálica ligada del carburo, y generalmente disminuye a medida que aumenta el contenido de la fase metálica ligada.
Cuando el contenido de la fase aglutinante es el mismo, la dureza de la aleación YT es superior a la de la aleación YG.
La aleación a la que se añade TaC (NbC) tiene una dureza a alta temperatura.
Resistencia a la flexión y tenacidad
La resistencia a la flexión de los carburos cementados de uso común se sitúa entre 900~1500 MPa.
Cuanto mayor sea el contenido de la fase de enlace metálico, mayor será la resistencia a la flexión.
Cuando el contenido de aglutinante es el mismo, la resistencia de la aleación basada en YG (WC-Co) es superior a la de la aleación basada en YT (WC-TiC-Co), y la resistencia disminuye a medida que aumenta el contenido de TiC.
El carburo cementado es un material frágil, y su tenacidad al impacto es sólo 1/30~1/8 de la del acero rápido a temperatura ambiente.
Aplicaciones de cólo se utilizan herramientas de metal duro
Las aleaciones YG se utilizan principalmente para procesar hierro fundido, metales no férreos y materiales no metálicos.
Las aleaciones duras de grano fino (como YG3X, YG6X) tienen mayor dureza y resistencia al desgaste que las aleaciones de grano medio cuando el contenido de cobalto es el mismo. Son adecuadas para procesar algunas fundiciones duras especiales, acero inoxidable austenítico, aleaciones resistentes al calor, aleaciones de titanio, bronce duro y materiales aislantes resistentes al desgaste.
Las ventajas más destacadas de los carburos cementados de tipo YT son su alta dureza, buena resistencia al calor, alta dureza y resistencia a la compresión a altas temperaturas, mayor resistencia al YG y mejor resistencia a la oxidación.
Por lo tanto, cuando la herramienta requiere una alta resistencia al calor y al desgaste, debe seleccionarse una calidad con un alto contenido de TiC.
Las aleaciones YT son adecuadas para procesar materiales de acero, pero no son adecuadas para procesar aleaciones de titanio y silicio. aleaciones de aluminio.
Las aleaciones YW tienen las propiedades de las aleaciones YG e YT y presentan buenas propiedades integrales. Pueden utilizarse para procesar materiales de acero, así como para procesar hierro fundido y metales no férreos.
Tales aleaciones, si se añade adecuadamente el contenido de cobalto, pueden utilizarse con alta resistencia y para el desbaste y corte interrumpido de diversos materiales difíciles de mecanizar.
El acero de alta velocidad (HSS) es un acero para herramientas de alta aleación con más elementos de aleación, como W, Mo, Cr y V.
Las fresas de acero rápido tienen excelentes propiedades integrales en términos de resistencia, tenacidad y mano de obra.
En herramientas complejas, especialmente para la producción de herramientas de corte de agujeros, fresas, fresas de roscar, brochas, herramientas de corte y otras herramientas complejas con forma de hoja, sigue dominando el acero rápido.
Las herramientas de acero rápido son fáciles de afilar.
El acero rápido puede clasificarse en acero rápido de uso general y acero rápido de alto rendimiento, en función de la aplicación.
Universal acero rápido cortador
El acero rápido de uso general puede dividirse en dos tipos: acero al tungsteno y acero al tungsteno-molibdeno.
Este tipo de acero rápido contiene entre 0,7% y 0,9% de carbono (C).
Según la cantidad de wolframio que contenga el acero, puede dividirse en acero al tungsteno con 12% o 18% de tungsteno.
Un acero al wolframio-molibdeno que contenga 6% u 8% de wolframio, y un acero al molibdeno conteniendo 2% de tungsteno o ninguno.
El acero rápido de uso general tiene cierta dureza (63-66 HRC) y resistencia al desgaste, alta resistencia y tenacidad, buena plasticidad y tecnología de procesamiento.
Por ello, se utiliza ampliamente en la fabricación de diversas herramientas complejas.
Acero al tungsteno
El grado general del acero al tungsteno para acero rápido es W18Cr4V (denominado W18), que tiene un buen rendimiento integral. La dureza a alta temperatura es de 48,5HRC a 600 °C y puede utilizarse para fabricar una gran variedad de herramientas complejas. Tiene las ventajas de una buena rectificabilidad y un bajo descarburización sensibilidad. Sin embargo, debido al alto contenido de carburo, la distribución es menos uniforme, las partículas son más grandes y la resistencia y la tenacidad no son elevadas.
Acero al carburo de tungsteno
Se trata de un acero rápido que se obtiene sustituyendo una parte del wolframio del acero al wolframio por molibdeno.
La calidad típica del acero al wolframio-molibdeno es W6Mo5Cr4V2 (denominado M2).
Las partículas de carburo de M2 son finas y uniformes, y la resistencia, tenacidad y plasticidad a alta temperatura son mejores que las de W18Cr4V.
Otro tipo de acero al wolframio-molibdeno es el W9Mo3Cr4V (denominado W9). Su estabilidad térmica es ligeramente superior a la del acero M2, y su resistencia a la flexión y tenacidad son mejores que las del W6Mo5Cr4V2, además de presentar una buena maquinabilidad.
Fresa de acero rápido de alto rendimiento
El acero rápido de altas prestaciones es un nuevo tipo de acero que añade algunos contenido en carbonoy elementos de aleación como Co y Al al componente de acero rápido de uso general, mejorando así su resistencia al calor y al desgaste.
Existen principalmente las siguientes categorías principales:
Acero rápido con alto contenido en carbono
Acero rápido de alto contenido en carbono (como 95W18Cr4V), gran dureza a temperatura ambiente y alta temperatura, adecuado para la fabricación de acero ordinario y fundición, brocas con gran resistencia al desgaste, escariadores, machos de roscar y fresas, o herramientas para procesar materiales duros. No apto para grandes impactos.
Acero rápido con alto contenido en vanadio
Los grados típicos, como el W12Cr4V4Mo, (EV4 para abreviar), aumentan V a 3% a 5%.
Tiene buena resistencia al desgaste y es adecuada para cortar materiales con gran desgaste de la herramienta, como fibra, caucho duro, plástico, etc. También puede utilizarse para procesar acero inoxidable, acero de alta resistencia y aleaciones de alta temperatura.
Acero rápido al cobalto
Es un acero superrápido que contiene cobalto, con un grado típico como W2Mo9Cr4VCo8 (denominado M42).
Tiene una dureza elevada de 69-70 HRC y es adecuado para procesar materiales difíciles de mecanizar, como acero de alta resistencia al calor, aleación de alta temperatura y aleación de titanio.
El M42 es muy rectificable y adecuado para fabricar herramientas complejas, pero no es adecuado para trabajar en condiciones de corte por impacto.
Aluminio acero rápido
Es un tipo de acero rápido superduro de aluminio, grado típico, como W6Mo5Cr4V2Al, (abreviatura 501).
La dureza a alta temperatura a 6000C también alcanza 54HRC, y el rendimiento de corte es equivalente a M42.
Adecuado para la fabricación de fresas, brocas, escariadores, fresas de engranajes, brochas, etc., para el procesamiento de acero aleadoAcero inoxidable, acero de alta resistencia y aleaciones de alta temperatura.
Acero rápido superduro al nitrógeno
Las calidades típicas, como W12M03Cr4V3N, denominada (V3N), son aceros rápidos superduros que contienen nitrógeno.
La dureza, la resistencia y la tenacidad son comparables a las del M42.
Puede utilizarse como sustituto del acero rápido con cobalto para el corte a baja velocidad de materiales difíciles de mecanizar y el mecanizado de alta precisión a baja velocidad.
Fundición de acero rápido y pulvimetalurgia de acero rápido
Según los distintos procesos de fabricación, el acero rápido puede dividirse en acero rápido de fundición y acero rápido pulvimetalúrgico.
Smelting high speed steel
Tanto el acero rápido ordinario como el acero rápido de alto rendimiento se fabrican mediante un método de fusión.
Se convierten en herramientas mediante procesos como la fundición, la colada en lingotes y el laminado.
Un grave problema que puede producirse en la fundición de acero rápido es la segregación de carburos. Los carburos duros y quebradizos se distribuyen de forma desigual en el acero rápido y tienen granos gruesos (de hasta varias decenas de micras), lo que afecta negativamente a la resistencia al desgaste, la tenacidad y el rendimiento de corte de las herramientas de acero rápido.
Acero rápido pulvimetalúrgico (PM HSS)
El acero rápido pulvimetalúrgico (HSS PM) es acero fundido en un horno de inducción de alta frecuencia y atomizado con argón a alta presión o nitrógeno puro. A continuación, se enfría para obtener una estructura cristalina fina y uniforme (polvo de acero rápido). A continuación, el polvo obtenido se prensa a alta temperatura y alta presión para obtener una hoja en bruto, o se forma primero un planchón de acero y luego se forja y se lamina para darle forma de herramienta.
Comparado con el acero de alta velocidad producido por el método de fusión, el HSS PM tiene las ventajas de granos de carburo finos y uniformes, así como una mayor resistencia, tenacidad y resistencia al desgaste.
En el campo de las herramientas CNC complejas, las herramientas PM HSS desempeñarán un papel cada vez más importante. Las calidades típicas son F15, FR71, GFl, GF2, GF3, PT1, PVN, etc.
Puede utilizarse para fabricar herramientas de gran tamaño, resistentes a los impactos y a los golpes, así como herramientas de precisión.
En la actualidad, los materiales de herramientas CNC más utilizados son las herramientas de diamante, las herramientas de nitruro de boro cúbico, las herramientas cerámicas, las herramientas revestidas, las herramientas de carburo y las herramientas de acero rápido.
El número total de materiales para herramientas es grande, y su rendimiento varía enormemente. Los principales indicadores de rendimiento de los distintos materiales para herramientas son los siguientes:
| Tipos | Densidad g/cm2 | Resistente al calor ℃ | Dureza | Doblar fuerza Mpa | Térmico conductividad w/(m.K） | Coeficiente de dilatación térmica ×10-5/℃ | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Diamante policristalino | 3.47-3.56 | 700-800 | ＞9000HV | 600-1100 | 210 | 3.1 | |
| Carburo de boro cúbico policristalino | 3.44-3.49 | 1300-1500 | 4500HV | 500-800 | 130 | 4.7 | |
| Cuchillo de cerámica | 3.1-5.0 | ＞1200 | 91-95HRA | 700-1500 | 15.0-38.0 | 7.0-9.0 | |
| Carburo cementado | Cobalto tungsteno | 14.0-15.5 | 800 | 89-91.5HRA | 1000-2350 | 74.5-87.9 | 3-7.5 |
| Tungsteno cobalto titanio | 9.0-14.0 | 900 | 89-92.5HRA | 800-1800 | 20.9-62.8 | ||
| Aleación general | 12.0-14.0 | 1000-1100 | ~92,5HRA | / | / | ||
| Aleación basada en TiC | 5.0-7.0 | 1100 | 92-93.5HRA | 1150-1350 | / | 8.2 | |
| Acero rápido | 8.0-8.8 | 600-700 | 62-70HRC | 2000-4500 | 15.0-30.0 | 8-12 | |
Los materiales de las herramientas de corte para el mecanizado CNC deben seleccionarse en función de la pieza que se va a mecanizar y de la naturaleza del proceso.
La selección de los materiales de las herramientas de corte debe adaptarse adecuadamente al objeto mecanizado. La adecuación del material de la herramienta de corte con el objeto de mecanizado se refiere principalmente a la adecuación de las propiedades mecánicas, las propiedades físicas y las propiedades químicas de ambos para obtener la mayor vida útil de la herramienta y la máxima productividad del mecanizado de corte.
El problema de la correspondencia de propiedades mecánicas entre la herramienta de corte y el objeto mecanizado se refiere principalmente a parámetros de propiedades mecánicas como la resistencia, la tenacidad y la dureza de la herramienta y el material de la pieza.
Los materiales de las herramientas con diferentes propiedades mecánicas son adecuados para el mecanizado de los materiales de las piezas.
El orden de dureza del material de la herramienta es el siguiente: herramienta de diamante > herramienta de nitruro de boro cúbico > herramienta cerámica > aleación dura > acero rápido.
El orden de resistencia a la flexión del material de la herramienta es el siguiente: acero rápido > aleación dura > herramienta cerámica > herramienta de diamante y nitruro de boro cúbico.
El orden de tenacidad del material de la herramienta es el siguiente: acero rápido > aleación dura > herramientas de nitruro de boro cúbico, diamante y cerámica.
Los materiales de las piezas de alta dureza deben mecanizarse con herramientas de mayor dureza. La dureza del material de la herramienta debe ser superior a la dureza del material de la pieza de trabajo, generalmente superior a 60 HRC. Cuanto mayor sea la dureza del material de la herramienta, mayor será su resistencia al desgaste.
Por ejemplo, cuando la cantidad de cobalto en el carburo cementado aumenta, la resistencia y la tenacidad aumentan, la dureza disminuye, y es adecuado para el procesamiento en bruto. Cuando la cantidad de cobalto disminuye, la dureza y la resistencia al desgaste aumentan, lo que es adecuado para el acabado.
Las herramientas con excelentes propiedades mecánicas a altas temperaturas son especialmente adecuadas para el mecanizado a alta velocidad. El excelente rendimiento a altas temperaturas de las herramientas cerámicas permite cortarlas a altas velocidades, lo que permite alcanzar velocidades de corte entre 2 y 10 veces superiores a las de los carburos cementados.
Las herramientas con diferentes propiedades físicas, como las herramientas de acero rápido con alta conductividad térmica y bajo punto de fusión, las herramientas cerámicas con alto punto de fusión y baja dilatación térmica, y las herramientas de diamante con alta conductividad térmica y baja dilatación térmica, son adecuadas para procesar materiales de piezas de trabajo.
Cuando se mecaniza una pieza con escasa conductividad térmica, debe utilizarse un material de herramienta con mejor conductividad térmica para permitir que el calor de corte se transmita rápidamente para reducir la temperatura de corte.
Gracias a la elevada conductividad térmica y difusividad térmica del diamante, el calor de corte se disipa fácilmente y no provoca grandes deformaciones térmicas. Esto es especialmente importante para las herramientas de mecanizado de precisión con gran exactitud dimensional.
Temperatura de resistencia al calor de diversos materiales para herramientas:
700~8000C para herramientas de diamante, 13000～15000C para herramientas de PCBN, 1100～12000C para herramientas de cerámica, 900～11000C para aleaciones duras basadas en TiC(N), WC de grano ultrafino duro La calidad de la aleación es de 800 a 9000 C, y la del HSS es de 600 a 7000 C.
Secuencia de conductividad térmica de diversos materiales para herramientas:
PCD>PCBN>Carburo cementado a base de WC>Carburo cementado a base de TiC(N)>HSS>Cerámica a base de Si3N4>Cerámica a base de A1203.
El orden del coeficiente de dilatación térmica de los distintos materiales de las herramientas es:
HSS>Carburo cementado a base de WC>TiC(N)>Cerámica a base de A1203>PCBN>Cerámica a base de Si3N4>PCD.
El orden de resistencia al choque térmico de los distintos materiales de las herramientas es:
HSS>Carburo cementado a base de WC>Cerámica a base de Si3N4>PCBN>PCD>Carburo cementado a base de TiC(N)>Cerámica a base de A1203.
La adecuación de las propiedades químicas del material de la herramienta de corte con el objeto de procesamiento se refiere principalmente a la adecuación de las propiedades químicas del material de la herramienta con la afinidad química, la reacción química, la difusión y la disolución del material de la pieza de trabajo.
Las herramientas de distintos materiales son adecuadas para el mecanizado de distintos materiales de piezas.
La temperatura antiadherente de diversos materiales para herramientas (y acero) es:
PCBN>cerámica>aleación dura>HSS.
La temperatura de oxidación de diversos materiales para herramientas es:
cerámica>PCBN>aleación dura>diamante>HSS.
La resistencia a la difusión de diversos materiales para herramientas (para el acero) es:
diamante > cerámica basada en Si3N4 > PCBN > cerámica basada en A1203.
La resistencia a la difusión (para el titanio) es:
Cerámica basada en A1203 > PCBN > SiC > Si3N4 > diamante.
En general, las herramientas de PCBN, cerámica, carburo revestido y carburo a base de TiCN son adecuadas para el mecanizado CNC de metales ferrosos como el acero.
Las herramientas de PCD son adecuadas para procesar materiales no ferrosos como Al, Mg, Cu, aleaciones y materiales no metálicos.
La tabla 2 enumera algunos de los materiales de las piezas de trabajo que son adecuados para el mecanizado con los materiales de las herramientas anteriores.
| Herramienta de corte | Alta dureza acero | Calor resistente aleación | Titanio aleación | Níquel basado en superaleación | Fundición hierro | Puro acero | Alta silicio aluminio aleación | FRP compuesto material |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| PCD | × | × | ◎ | × | × | × | ◎ | ◎ |
| PCBN | ◎ | ◎ | ○ | ◎ | ◎ | ● | ● | |
| Cuchillo de cerámica | ◎ | ◎ | × | ◎ | ◎ | ● | × | × |
| Capa de carburo cementado | ○ | ◎ | ◎ | ● | ◎ | ◎ | ● | ● |
| Aleación dura a base de TiCN | ● | × | × | × | ◎ | ● | × | × |
Nota:
◎ - Excelente
○ - Bueno
● - OK
× - Malo
Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.
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