Materiales de Materiales de herramientasherramientas

Germán SarmientoGermán Sarmiento 200426041200426041

Sebastián GarcíaSebastián García 200323081200323081

-Carburos metálicos (clase anterior)Carburos metálicos (clase anterior)-Carburos metálicos especialesCarburos metálicos especiales-Carburos metálicos recubiertosCarburos metálicos recubiertos-Materiales cerámicos (cerámicas de corte)Materiales cerámicos (cerámicas de corte)-Nitruro de boro cúbicoNitruro de boro cúbico-Diamantes naturalesDiamantes naturales-Diamantes sinterizados policristalinosDiamantes sinterizados policristalinos-Conclusiones sobre la elección de los Conclusiones sobre la elección de los materiales para herramientasmateriales para herramientas

Carburos metálicos especialesCarburos metálicos especiales

Carburos de grano micrométrico o mejoradosCarburos de grano micrométrico o mejorados Partículas de dimensiones menores a una micraPartículas de dimensiones menores a una micra Resistencia transversal cerca del doble de los Resistencia transversal cerca del doble de los

carburos normales, dureza comparable (inferior). carburos normales, dureza comparable (inferior). Gracias a esto se pueden usar grandes ángulos de Gracias a esto se pueden usar grandes ángulos de incidencia y desprendimientoincidencia y desprendimiento

Se recomiendan cuando el desgaste es muy grande Se recomiendan cuando el desgaste es muy grande en aceros rápidos y cuando los carburos normales en aceros rápidos y cuando los carburos normales son sobredimensionados y/o no son lo son sobredimensionados y/o no son lo suficientemente resistentes (además de ser frágiles)suficientemente resistentes (además de ser frágiles)

Carburos “fundidos” (cast carbide)Carburos “fundidos” (cast carbide)

Matriz ligante refractaria con una dispersión Matriz ligante refractaria con una dispersión de carburosde carburos

Compuestos de 20% Ti, 58% W, 22% CCompuestos de 20% Ti, 58% W, 22% C Elevada resistencia y dureza en calienteElevada resistencia y dureza en caliente Adecuados para desbastes de aleaciones o Adecuados para desbastes de aleaciones o

aceros inoxidables a altas velocidades de aceros inoxidables a altas velocidades de cortecorte

Resistencia al desgaste por difusión Resistencia al desgaste por difusión mejorada, pero no son recomendables para mejorada, pero no son recomendables para mecanizar fundición y superaleaciones mecanizar fundición y superaleaciones porque se desgastan por fatiga (fragilidad). porque se desgastan por fatiga (fragilidad).

Carburos metálicos recubiertosCarburos metálicos recubiertos

Se deposita termoquímicamente por vapor Se deposita termoquímicamente por vapor un recubrimiento sobre la herramienta. La un recubrimiento sobre la herramienta. La unión es muy resistenteunión es muy resistente

Usualmente las capas son de óxidos, Usualmente las capas son de óxidos, nitruros o carburos de Ti, W y Al nitruros o carburos de Ti, W y Al

La dureza es muy elevada y se reduce el La dureza es muy elevada y se reduce el el rozamiento, así son muy resistentes al el rozamiento, así son muy resistentes al desgastedesgaste

Estas características de los carburos recubiertos permiten elevadas velocidades de corte, hasta 50% más que los convencionales y su duración puede llegar a ser hasta 3 veces mayor.

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Uno de los problemas Uno de los problemas de tener varias capas de tener varias capas es la diferencia de es la diferencia de elasticidad y dilatación elasticidad y dilatación térmica de las térmica de las diferentes capas. Esto diferentes capas. Esto se ha resuelto creando se ha resuelto creando zonas de difusión, zonas de difusión, haciendo que la haciendo que la variación sea variación sea progresivaprogresiva

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Insertos (pastillas) de carburos metálicos

Algunas herramientas con recubrimientos

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Materiales CerámicosMateriales Cerámicos

Alrededor de 1954 Alrededor de 1954 aparecieron los aparecieron los primeros materiales primeros materiales cerámicos para cerámicos para herramientas. (en herramientas. (en forma de plaquitas)forma de plaquitas)Se clasifican en 2 Se clasifican en 2 tipos:tipos: Los CermetsLos Cermets Los óxidos Los óxidos

sinterizados sinterizados

Se caracterizan por su optima calidad en especial en Se caracterizan por su optima calidad en especial en condiciones alta velocidad de corte.condiciones alta velocidad de corte.No se pueden emplear con eficacia en máquinas No se pueden emplear con eficacia en máquinas herramientas de baja potencia. Se necesitan herramientas de baja potencia. Se necesitan máquinas muy rígidas y de gran potencia para máquinas muy rígidas y de gran potencia para aprovechar la resistencia al calor y dureza de estos aprovechar la resistencia al calor y dureza de estos materiales. materiales. Así mismo son químicamente inertes y soportan altas Así mismo son químicamente inertes y soportan altas temperaturas de trabajo sin perder su dureza.temperaturas de trabajo sin perder su dureza.La misma dureza que caracteriza a las herramientas La misma dureza que caracteriza a las herramientas cerámicas las hace mas frágiles que los carburos y cerámicas las hace mas frágiles que los carburos y que otros materiales.que otros materiales.La conductividad térmica es muy baja lo que La conductividad térmica es muy baja lo que restringe las profundidades de corte en este tipo de restringe las profundidades de corte en este tipo de herramientas.herramientas.Tienden a fallar por fatiga en un costado de la Tienden a fallar por fatiga en un costado de la herramienta mostrando un cráter o hendidura.herramienta mostrando un cráter o hendidura.

Los CermetsLos Cermets Son materiales sinterizados, constituidos por Son materiales sinterizados, constituidos por

un componente no metálico ( óxidos, silicatos, un componente no metálico ( óxidos, silicatos, carburo de silicio, carburo de boro). Y carburo de silicio, carburo de boro). Y componentes metálicos de alto punto de componentes metálicos de alto punto de fusión ( Mo, Cr, V).fusión ( Mo, Cr, V).

Los cermets comúnmente utilizados en Los cermets comúnmente utilizados en herramientas se obtienen por la sinterización herramientas se obtienen por la sinterización del oxido de aluminio (Aldel oxido de aluminio (Al22OO33) junto con el ) junto con el carburo de Molibdeno (Mocarburo de Molibdeno (Mo22C) y el carburo de C) y el carburo de vanadio (VC).vanadio (VC).

El porcentaje de carburos metálicos oscila El porcentaje de carburos metálicos oscila entre el 5-40% entre el 5-40%

El aglomerante es níquel-cobalto y también se El aglomerante es níquel-cobalto y también se usan partículas base de TiC, TiCN, TiN.usan partículas base de TiC, TiCN, TiN.

Buena resistencia al desgaste y formación de Buena resistencia al desgaste y formación de cráteres, alta estabilidad química y dureza en cráteres, alta estabilidad química y dureza en caliente.caliente.

Baja tendencia a la oxidación y a la formación Baja tendencia a la oxidación y a la formación del filo aportado. Son de gran dureza y del filo aportado. Son de gran dureza y resistencia a la abrasión.resistencia a la abrasión.

Frágiles y poco tenaces Frágiles y poco tenaces

Los cermets se aplican mejor a aquellos Los cermets se aplican mejor a aquellos materiales que producen una viruta dúctil, materiales que producen una viruta dúctil, aceros y las fundiciones dúctiles. aceros y las fundiciones dúctiles.

Óxidos SinterizadosÓxidos Sinterizados

Se usa una Alumina casi pura sinterizada Se usa una Alumina casi pura sinterizada (99,5% Al(99,5% Al22OO33). Con pequeñas cantidades de ). Con pequeñas cantidades de (SiO(SiO22) y (Cr) y (Cr22OO33).).

La materia prima es un polvo fino de alumina La materia prima es un polvo fino de alumina con un tamaño de grano con un tamaño de grano ≈≈ (1 (1μμm) m) Las plaquitas son producidas ya sea por Las plaquitas son producidas ya sea por prensado en frió o en caliente a 40-50 ksi. Y prensado en frió o en caliente a 40-50 ksi. Y luego se sinteriza a una temperatura entre los luego se sinteriza a una temperatura entre los 1600 y 17001600 y 1700ooC. C. Es posible comprimir y sinterizar Es posible comprimir y sinterizar simultáneamente en caliente.simultáneamente en caliente.

Los insertos de cerámica prensados en Los insertos de cerámica prensados en caliente se sintetizan estando a presión, y caliente se sintetizan estando a presión, y son más densos. son más densos.

Es posible usar una mezcla de 90% de Es posible usar una mezcla de 90% de ALAL22OO3 3 y agregarle oxidos de hierro, titanio y agregarle oxidos de hierro, titanio

y cromo para aumentar la dureza de la y cromo para aumentar la dureza de la herramienta.herramienta.

También hay herramientas cerámicas que También hay herramientas cerámicas que usan el nitruro de silicio (Siusan el nitruro de silicio (Si33NN44) como ) como

componente principal.componente principal.

Características de los Óxidos Características de los Óxidos SinterizadosSinterizados

Baja conductividad térmica.Baja conductividad térmica. Calentamiento uniforme del filoCalentamiento uniforme del filo Transferencia de calor a traves de la viruta.Transferencia de calor a traves de la viruta.

El coeficiente de rozamiento en menor al de los El coeficiente de rozamiento en menor al de los carburos sinterizados por lo que no hay filo carburos sinterizados por lo que no hay filo aportado.aportado.

Las elevadas velocidades de corte y las Las elevadas velocidades de corte y las elevadas temperaturas alcanzadas en la viruta elevadas temperaturas alcanzadas en la viruta proporcionan un óptimo acabado superficial.proporcionan un óptimo acabado superficial.

La resistencia a la La resistencia a la compresión de las compresión de las herramientas de herramientas de cerámica es muy alta.cerámica es muy alta.Por lo que es bastante Por lo que es bastante frágil.frágil.El mango de soporte El mango de soporte debe explotar las debe explotar las ventajas de las ventajas de las herramientas cerámicas. herramientas cerámicas. Y debe evitar los Y debe evitar los principales problemas.principales problemas.

Los mangos deben permitir un buen apoyo de la Los mangos deben permitir un buen apoyo de la palanquita y un voladizo mínimo para que no se palanquita y un voladizo mínimo para que no se presenten deformaciones por flexión.presenten deformaciones por flexión.

Las fuerzas de compresión deben ser Las fuerzas de compresión deben ser uniformemente distribuidas para evitar tensiones uniformemente distribuidas para evitar tensiones superficiales. superficiales.

El rompe virutas debe ser postizo en carburo de El rompe virutas debe ser postizo en carburo de tungsteno para facilitar la salida de la viruta.tungsteno para facilitar la salida de la viruta.

Los ángulos deben ser escogidos Los ángulos deben ser escogidos cuidadosamente, la experiencia dice que el cuidadosamente, la experiencia dice que el ángulo de desprendimiento debe ser cercano a ángulo de desprendimiento debe ser cercano a 00oo y el de incidencia cercano a 10º. y el de incidencia cercano a 10º.

Las herramientas cerámicas se han Las herramientas cerámicas se han utilizado para mecanizar materiales que utilizado para mecanizar materiales que aunque no son muy resistentes, ejercen aunque no son muy resistentes, ejercen intensa acción de desgaste (abrasión) intensa acción de desgaste (abrasión) sobre la herramienta.sobre la herramienta. Materias PlásticasMaterias Plásticas GrafitoGrafito MetalesMetales Aleaciones no ferrosasAleaciones no ferrosas

Nitruro de boro cúbicoNitruro de boro cúbico

Soporte de carburo con una fina capa o un Soporte de carburo con una fina capa o un pequeño inserto de nitruro de boro cúbicopequeño inserto de nitruro de boro cúbico

Segundo material más duro conocido. Es Segundo material más duro conocido. Es frágil, pero poco reactivo y tiene una frágil, pero poco reactivo y tiene una elevada estabilidad térmica (>1000ºC)elevada estabilidad térmica (>1000ºC)

Permite altas velocidades de corte en Permite altas velocidades de corte en aleaciones muy duras, como las de níquelaleaciones muy duras, como las de níquel

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Herramientas de nitruro de boro cúbico

Diamantes NaturalesDiamantes Naturales

Es el material mas duro que se conoce.Es el material mas duro que se conoce.Se dividen en:Se dividen en:

Diamantes Negros Diamantes Negros Diamantes BlancosDiamantes Blancos

Los diamantes negros no tienen planos de Los diamantes negros no tienen planos de exfoliación, Se usan para el rectificado y exfoliación, Se usan para el rectificado y revivado de muelas.revivado de muelas.Los diamantes blancos son aglomerados de Los diamantes blancos son aglomerados de cistales blanquecinos. Se utilizan tanto para el cistales blanquecinos. Se utilizan tanto para el rectificado de muelas como para procedimientos rectificado de muelas como para procedimientos de torneado.de torneado.

Los diamantes blancos se usan para Los diamantes blancos se usan para acabados de gran precisión sobre metales acabados de gran precisión sobre metales blandos, aleaciones ligeras y aleaciones blandos, aleaciones ligeras y aleaciones del cobre. También se usa en el corte de del cobre. También se usa en el corte de vidrios.vidrios.

El filo de mantiene durante largo tiempo, y El filo de mantiene durante largo tiempo, y logra el corte de sobre metal mínimo logra el corte de sobre metal mínimo (hasta 0,005mm) con tolerancias del (hasta 0,005mm) con tolerancias del orden de milésimas de milímetro orden de milésimas de milímetro

Aplicaciones del Diamante.Aplicaciones del Diamante.

Torneado y mandrilado de precisión sobreTorneado y mandrilado de precisión sobreAleaciones de aluminio, bronceAleaciones de aluminio, bronceMetal antifricciónMetal antifricciónMaterias plásticas Materias plásticas

Diamantes para reavivar muelas simples y Diamantes para reavivar muelas simples y múltiplesmúltiplesMuelas diamantadas: (Abrasivo constituido por Muelas diamantadas: (Abrasivo constituido por polvo de diamante)polvo de diamante)Hileras: producción de alambres metálicosHileras: producción de alambres metálicosLos polvos de diamantes también se usan en Los polvos de diamantes también se usan en bruñido y lapeado de precisión.bruñido y lapeado de precisión.

Los soportes deben ser muy rígidos y no Los soportes deben ser muy rígidos y no debe haber vibraciones.debe haber vibraciones.

El diamante se une a la herramienta por El diamante se une a la herramienta por medio de soldadura de bronce o latón o medio de soldadura de bronce o latón o por sujeción metálica con una por sujeción metálica con una interposición de una lamina de metal interposición de una lamina de metal blando.blando.

Diamantes Sinterizados Diamantes Sinterizados PolicristalinosPolicristalinos

Formados a partir de polvo de diamantes por Formados a partir de polvo de diamantes por compresión y sinterización a una presión de 700-800 compresión y sinterización a una presión de 700-800 daN/mmdaN/mm22 y a temperaturas de 2000 y a temperaturas de 2000 ooC. C. Los diamantes policristalinos sirven para el el Los diamantes policristalinos sirven para el el mecanizado de:mecanizado de:

Aleaciones no ferrosas de aluminio y cobreAleaciones no ferrosas de aluminio y cobrePlásticosPlásticosGrafitoGrafitoCarburosCarburosCerámicos. Etc.Cerámicos. Etc.

La velocidad de corte puede ser aumentada entre 2,5 y La velocidad de corte puede ser aumentada entre 2,5 y 3,5 veces la velocidad de los metales duros.3,5 veces la velocidad de los metales duros.No pueden mecanizar aleaciones de titanio, níquel o No pueden mecanizar aleaciones de titanio, níquel o hierro debido a fenómenos de difusión entre la hierro debido a fenómenos de difusión entre la herramienta y al pieza.herramienta y al pieza.

Conclusión sobre la selección de Conclusión sobre la selección de materiales de herramientas.materiales de herramientas.

No existe la herramienta que tenga una superioridad No existe la herramienta que tenga una superioridad neta sobre las demás.neta sobre las demás.Se deben considerar las condiciones especificas de Se deben considerar las condiciones especificas de corte al momento de seleccionar el material.corte al momento de seleccionar el material.

Velocidad de CorteVelocidad de Corte AvanceAvance Material a MecanizarMaterial a Mecanizar Tipo de mecanizado (continuo, intermitente, con choques etc.)Tipo de mecanizado (continuo, intermitente, con choques etc.) La maquina herramienta (potencia de la maquina)La maquina herramienta (potencia de la maquina)

En general, lo que se busca es minimizar los costos de En general, lo que se busca es minimizar los costos de la operación de mecanizado, así hay que encontrar un la operación de mecanizado, así hay que encontrar un material para herramientas que tenga un compromiso material para herramientas que tenga un compromiso entre las diferentes propiedadesentre las diferentes propiedades

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Velocidad de corte a través del tiempo Dureza Vs. Temperatura

7

Tenacidad a la fractura vs. Tenacidad a la fractura vs. ResistenciaResistencia 5

Resistencia @T vs. TemperaturaResistencia @T vs. Temperatura6

BibliografíaBibliografía

1 , 7– Tomado de Micheletti G.F, Mecanizado por 1 , 7– Tomado de Micheletti G.F, Mecanizado por arranque de viruta – Ed Blume, Barcelona 1980arranque de viruta – Ed Blume, Barcelona 19802 – Tomado de www.hartmetallschrott.de/gfx7.jpg 2 – Tomado de www.hartmetallschrott.de/gfx7.jpg vistada el 12/03/07vistada el 12/03/073 – Tomado de www.tomahawktoolservice.com 3 – Tomado de www.tomahawktoolservice.com vistada el 12/03/07vistada el 12/03/074 - Tomado de www.kompetenznetze.de vistada el 4 - Tomado de www.kompetenznetze.de vistada el 12/03/0712/03/075 - Tomado de 5 - Tomado de httphttp://://www.sumitomowww.sumitomo--hardmetal.co.ukhardmetal.co.uk// vistada el 12/03/07vistada el 12/03/075,6 Tomado de Ashby, Michael F. Materials and design : the art and science of material selection in product design. PDF appendix C