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MÓDULO III: MECANIZADO POR ARRANQUE DEVIRUTATEMA 12: Herramientas de corteTECNOLOGÍA MECÁNICADPTO. DE INGENIERÍA MECÁNICAUniversidad del País Vasco – Euskal Herriko UnibertsitateaTema12: Herramientas de corte1/27

Contenidos1. Introducción-Requisitos de una herramienta de cortePropiedades de los materiales de herramientasInfluencia de la geometría de la herramienta en los parámetros de corte2. Materiales-Acero rápidoMetal duroCerámicasMateriales compactos3. Recubrimientos4. Desgaste-Mecanismos de desgasteDesgaste de flancoDesgaste de cráterDesgaste de adhesiónOtros tipos de desgasteInfluencia de los parámetros de corte en el desgaste5. Cálculo de parámetros de corte6. Cuestionario tutorizado7. Oportunidades laborales: empresas y productosTema12: Herramientas de corte2/27

1. IntroducciónREQUISITOS DE LAS HERRAMIENTAS DE CORTE:Fuerzas de corte en: Las herramientas de corte sufren altas temperaturasy grandes esfuerzos mecánicos. LOS PRINCIPALES REQUISITOS DE LASHERRAMIENTAS DE CORTE SON: Alta resistencia al desgaste. Alta estabilidad física y química a altatemperatura. Alta resistencia a la fractura frágil.TiempoTORNEADO No es posible conseguir todas las cualidades a la vezy es necesario llegar a soluciones de compromiso. INFLUENCIA DEL TIPO DE PROCESO: Tipo de fuerzas que sufre la herramienta:impactos o fuerzas de módulo constante. Temperatura que alcanza el filo de laherramienta.Tema12: Herramientas de corteFuerza sobre laherramientaImpactosTiempoFRESADO3/27

1. IntroducciónPROPIEDADES DE LOS MATERIALES DE LASHERRAMIENTAS DE CORTE: Los materiales utilizados en las herramientas decorte son muy duros si se comparan con losmateriales mecanizados. LOS MATERIALES MÁS UTILIZADOS EN LASHERRAMIENTAS DE CORTE SON: Acero rápidoMetal duroOtros materiales cerámicosNitruro de boro cúbicoDiamante policristalino A medida que se utilizan materiales de mayor dureza,se pierde tenacidad Menor resistencia a losimpactos. Existe también una relación entre la dureza de losmateriales con la temperatura. A medida que seaumenta la temperatura se pierde dureza.Tema12: Herramientas de corte4/27

1. IntroducciónINFLUENCIA DEL TIPO DE ROMPEVIRUTAS EN LOSPARÁMETROS DE CORTEGeometría de herramientapara desbaste En términos generales: El material de la herramienta influye en la Vc.El tipo de rompevirutas influye en: Avance Profundidad de pasada Las herramientas disponen de un rompevirutas en lacara de desprendimiento.Geometría de herramientapara acabado El diseño del rompevirutas marca la zona óptima detrabajo. Se debe buscar una combinación óptima degeometría y material de la herramienta de corte.Tema12: Herramientas de corte5/27

2. Materiales deherramientas de corteACERO RÁPIDO (HSS) Muy utilizado en la actualidad. Son aceros con alto contenido en carbonocon adiciones considerables de elementosde aleación tales como W, Mo, Cr, V y Co. Existe una gran cantidad de acerosrápidos, según sus elementos de aleacióny los tratamientos térmicos que sufren. Dado que es un material de relativo bajocoste, se emplea para herramientasenterizas. También se utilizan herramientas de acerorápido recubiertas.Tema12: Herramientas de corteHerramientas de Acero Rápido6/27

2. Materiales deherramientas de corteMETAL DURO (HM, Hard Metal) Uno de los materiales que más se utilizajunto con el HSS. Cada año crece suutilización. El metal duro es una mezcla de carburo detungsteno y cobalto (CW Co). A medida que crece su contenido encobalto, más tenaz es la herramienta. Muchas herramientas de metal duro estánrecubiertas por otros materiales para darunas propiedades añadidas. METAL DUROHTAS ENTERIZASCasi todas las herramientas de plaquitasson de metal duro.PLAQUITASTema12: Herramientas de corte7/27

2. Materiales deherramientas de corteClasificación ISO del metal duroCLASIFICACIÓN ISO DE METAL DURO Existen diferentes tipos de metal duro enfunción de la composición, tamaño degrano de los polvos de partida, etc.Mayor dureza01Mayor tenacidad50 Para clasificar los diferentes tipos de metalduro se usa la norma ISO: ISO 513:2004.40M01 La norma clasifica los diferentes tipos demetal duro en 6 grupos, según el materialque pueda mecanizar la herramienta. Cadagrupo se designa con una letra: P, M, K, S,N y H.AceroP01Dentro de cada grupo, se diferencian unosgrados o escalas que determinan larelación entre dureza-tenacidad del metalduro. Estos grados se determinan con unnúmero.Tema12: Herramientas de S MATERIAL AMECANIZAR01Aleaciones de titanioy níquel30HMateriales templados8/27

2. Materiales deherramientas de corteCERÁMICAS, NITRURO DE BORO CÚBICO YDIAMANTE Las cerámicas son materiales muy duros,pero que mantienen cierta tenacidad. Sesuelen utilizar para mecanizado de altaproducción en condiciones de corte muyestables. Un ejemplo es el torneado dediscos de freno de automóvil. Se utilizan varios tipos de cerámicas. Lasmás comunes son la alúmina (Al2O3), elSIALON y el nitruro de silicio (NSi). Si se requieren durezas todavía más altas,a costa de perder tenacidad, se empleanlos materiales compactos: Diamantepolicristalino (PCD) y el nitruro de borocúbico policristalino (PCBN). Dado el elevado coste de estos materiales,siempre se utilizan plaquitas o insertos.Tema12: Herramientas de corteFresa de plaquitas de diamantepolicristalinoPlaca de PCDsoldada a unaplaquita9/27

3. Recubrimientos paraherramientas de corteFUNCIONES DEL RECUBRIMIENTO DE LASHERRAMIENTAS DE CORTE: Los requisitos que debe cumplir unaherramienta de corte son muchas vecesimposibles de conseguir con un únicomaterial de corte.En la práctica se utiliza una combinaciónde materiales. Un material base que aportela tenacidad, recubierto superficialmentecon otro material muy duro.Las funciones de un recubrimiento son: Aumentar la dureza de la superficie. Reducir el rozamiento entreherramienta y viruta. Proteger la herramienta de las altastemperaturas.Tema12: Herramientas de corteHerramienta recubierta- Zona de contacto entre herramientaviruta.- Máximo rozamiento y Recubrimiento12 μmSustrato10/27

3. Recubrimientos paraherramientas de corteTIPOS DE RECUBRIMIENTO UTILIZADO ENHERRAMIENTAS DE CORTE: Existe gran variedad de cticamente la mayoría de losrecubrimientos se basan en el Nitrurode Titanio (TiN).En función de la propiedad que sebusca, se han desarrollado: TiCN: Más dureza que TiN. TiAlN:Recubrimientosmásduros a mayores temperaturasque TiN. TiCAlN: Mejora de la fricción. Tema12: Herramientas de corte3000TiCN2500TiNMicro dureza HV 0,05 2000TiAlNK30F metalduro15001000HSS50000200400600Temperatura [ C]800100011/27

4. Desgaste de lasherramientas de corteDESGASTE DE LAS HERRAMIENTAS DE CORTE: El desgaste progresivo de la herramienta,es un fenómeno inevitable. La selección de una herramienta de corteóptima ayuda a retrasar su aparición yralentizar el desgaste en la medida de loposible, pero con el uso continuado sedesgasta. Una vez que se llega a un desgasteelevado, se alcanza el fin de vida de laherramienta. HerramientanuevaHerramienta desgastadaRápidodesgaste inicialZona de altoriesgoEl desgaste en las herramientas se da porla combinación de rozamiento, altatemperatura y afinidad química entre elmaterial de la herramienta y el material dela pieza.Tema12: Herramientas de corte12/27

4. Desgaste de lasherramientas de corteMECANISMOS DE DESGASTE DE LASHERRAMIENTAS DE CORTE:Existen una serie de fenómenos que provocan eldesgaste de la herramienta. Abrasión con la pieza y viruta pérdida dematerial de la herramienta.AbrasiónDifusión Difusión, favorecida por las altastemperaturas. Oxidación: se da en la superficie de laherramienta y también es favorecida porlas altas temperaturas.Oxidación Adhesión debida a la alta presión decontacto entre viruta y herramienta.AdhesiónTema12: Herramientas de corte13/27

4. Desgaste de lasherramientas de corteLOCALIZACIÓN DEL DESGASTE DE HERRAMIENTA: El desgaste de herramienta se concentrafundamentalmente en: Sup. de incidencia: Desgaste de flanco. Sup. de desprendimiento: Desgaste de cráter Filo principal: EntallaCara dedesprendimientoFilo PrincipalCara dedesprendimientoFilo PrincipalDesgastede CráterDesgaste de entallaCara de incidenciaTema12: Herramientas de corteDesgaste de flancoCara de incidencia14/27

4. Desgaste de lasherramientas de corteCara dedesprendimientoDESGASTE DE FLANCO Abrasión entre la superficie de incidencia yla superficie mecanizada.Cara deincidenciaSuperficiemecanizadaVirutaDESGASTE DE CRÁTER Afinidad química entre pieza y herramienta.Se ve favorecida por altas temperaturas.Cráter en la zona demáxima TªVirutaHTAFILO RECRECIDO Adhesión de material en la superficie dedesprendimiento y la punta de laherramienta.Se da con materiales dúctiles (Aluminio oaceros de bajo contenido en C) a bajasvelocidades de corte.PiezaMaterial AdheridoHerramientaVBTema12: Herramientas de corte15/27

4. Desgaste de lasherramientas de corteOTROS TIPOS DE DESGASTE Deformación plástica. Grietas de origen termomecánico. Desgaste de entalla.Deformación plásticaTema12: Herramientas de corteGrietas de origen termomecánicoDesgaste de Entalla16/27

4. Desgaste de lasherramientas de corteINFLUENCIA DE LOS PARÁMETROS DE CORTE ENEL DESGASTE El criterio más extendido para valorar siuna herramienta está desgastada o no es lanorma ISO TC29/WG22. La evolución del desgaste a lo largo deltiempo se mide utilizando el desgaste deflanco promedio (Vb) y se mide en mm. También se dan valores para laprofundidad del cráter (KT). Para dar una idea de los valoresadmisibles, una herramienta se consideradesgastada si: Vbmedio 0,3 mm Vbmax 0,6 mm Rotura de la herramientaTema12: Herramientas de corteParámetros para medir el desgastedesignados por la norma ISO17/27

4. Desgaste de lasherramientas de corteECUACIÓN DE TAYLOR Representación gráficade la ecuación de TaylorLa vida de la herramienta está directamenterelacionada con los parámetros de corte.La primera relación entre vida deherramienta y parámetros de corte fue laecuación de Taylor:Vc T n K Para cada combinación material herramienta hay unos valores de K y n.Tema12: Herramientas de corte18/27

5. Cálculo de losparámetros de corteEJEMPLO DE CÁLCULO DE PARÁMETROSDE CORTE A PARTIR DE UN CASO PRÁCTICODE MECANIZADO El siguiente caso práctico presenta un ejemplo de cálculo de condiciones de corteutilizando un catálogo comercial de la marca Sandvik (www.coromant.sandvik.com). El mismo ejemplo se podía haber realizado con otros catálogos llegándose a resultadossimilares.Se desea cilindrar una pieza de acero de baja aleación DIN36CrNiMo4 de 40HRC de dureza. Laoperación es de acabado, con el objetivo de obtener una rugosidad media de 0,6μm Ra conuna profundidad de pasada de 0,5mm.Se pide: Obtener la geometría de la plaquita y el material óptimo para esta operación. Obtener las condiciones de corte óptimas para la plaquita seleccionada.Tema12: Herramientas de corte19/27

5. Cálculo de losparámetros de corteEn primer lugar, se localiza el material. Se trata de un acero de bajo contenido en aleación (Grupo P).Tema12: Herramientas de corte20/27

5. Cálculo de losparámetros de cortePASO 1: Obtener la geometría óptima de la plaquitaExisten 3 geometrías diferentes para mecanizar aceros (Grupo P)Dentro del rango de condiciones (acabado con ap 0,5mm) las geometrías que se adaptanson T-MAX P –WF y T-MAX P –PF. Seleccionamos la T-MAX P –PF.Tema12: Herramientas de corte21/27

5. Cálculo de losparámetros de cortePASO 2: Seleccionar el radio de punta y el avanceEl fabricante facilita la combinación de avances para cada radio de punta, para obteneruna rugosidad determinadarε 0,8mmf 0,1mm/revPosible combinación válida. También se podría usar rε 1,2mm y f 0,12mm/revTema12: Herramientas de corte22/27

5. Cálculo de losparámetros de cortePASO 3: Seleccionar el material de la plaquitaSe selecciona elmaterial CT5015con una Vc de190m/minTema12: Herramientas de corte23/27