Las plaquitas de metal duro se utilizan ampliamente en la industria metalúrgica para diversas operaciones de mecanizado, como torneado, fresado, taladrado y mandrinado. Las plaquitas de metal duro ofrecen un rendimiento, una productividad y una vida útil superiores a los de otros materiales de corte, como el acero rápido (HSS) o las herramientas de metal duro. Sin embargo, no todas las plaquitas de metal duro son iguales. Hay muchos factores a tener en cuenta a la hora de seleccionar la plaquita de metal duro adecuada para su aplicación de mecanizado específica, como:
- El material de la pieza y su mecanizabilidad
- La velocidad de corte, el avance y la profundidad de corte
- La geometría de la herramienta, como la forma, el tamaño, la preparación del filo y el radio de la nariz.
- El tipo y el grosor del revestimiento
- El portaherramientas y el sistema de sujeción
En esta entrada del blog, analizaremos algunos de los principales aspectos de la selección de plaquitas de metal duro y ofreceremos algunos consejos y recomendaciones para ayudarle a optimizar sus resultados de mecanizado.
Material de la pieza y maquinabilidad
El primer factor, y el más importante, que hay que tener en cuenta al elegir una plaquita de metal duro es el material de la pieza y su mecanizabilidad. Los distintos materiales tienen propiedades diferentes, como dureza, tenacidad, abrasividad, conductividad térmica y reactividad química, que afectan al desgaste y a los modos de fallo de la herramienta de corte. Por ejemplo, el acero es generalmente más duro y más abrasivo que el aluminio, pero el aluminio tiene mayor conductividad térmica y menor afinidad química con el carburo. Por lo tanto, se requieren diferentes grados de carburo y recubrimientos para diferentes materiales con el fin de lograr el mejor equilibrio entre resistencia al desgaste y tenacidad.
La maquinabilidad de un material es una medida de lo fácil o difícil que es mecanizarlo con una herramienta de corte determinada. La maquinabilidad depende de varios factores, como la composición del material, la microestructura, la dureza, la resistencia, la ductilidad y el estado de la superficie. La maquinabilidad se expresa a menudo como un porcentaje o una clasificación basada en un material estándar, como el acero de corte libre. Cuanto mayor sea la maquinabilidad, más fácil será mecanizar el material con una velocidad de corte, un avance y una profundidad de corte elevados, y mayor será la vida útil de la herramienta.
Por lo general, la maquinabilidad de un material disminuye a medida que aumentan su dureza y resistencia, y viceversa. Sin embargo, hay algunas excepciones, como el hierro fundido, que tiene una gran dureza pero también una gran maquinabilidad debido a su contenido en grafito. Algunos materiales, como el acero inoxidable, el titanio y las aleaciones con base de níquel, se clasifican como materiales difíciles de cortar, ya que tienen una baja maquinabilidad y una alta tendencia a provocar el desgaste y el fallo de la herramienta. Estos materiales requieren calidades especiales de metal duro y recubrimientos que puedan soportar altas temperaturas, presiones y reacciones químicas en el filo de corte.
Velocidad de corte, avance y profundidad de corte
El segundo factor que hay que tener en cuenta al elegir una plaquita de metal duro es la velocidad de corte, el avance y la profundidad de corte. Estos son los principales parámetros que determinan las condiciones de corte y la tasa de arranque de material en una operación de mecanizado. También afectan a la temperatura, la presión y la tensión en el filo de corte y, por tanto, al desgaste de la herramienta y a los modos de fallo.
La velocidad de corte es la velocidad lineal del filo de corte con respecto a la superficie de la pieza. Suele expresarse en metros por minuto (m/min) o pies de superficie por minuto (sfm). La velocidad de corte depende del material de la pieza, el material de la herramienta, la geometría de la herramienta y el tipo de recubrimiento. Generalmente, cuanto mayor es la velocidad de corte, mayor es la productividad y menor la vida útil de la herramienta, y viceversa. Sin embargo, existe un intervalo óptimo de velocidad de corte para cada combinación de material y herramienta, en el que se maximiza la vida útil de la herramienta y se minimiza su desgaste. Este rango óptimo de velocidad de corte puede determinarse realizando pruebas de corte o consultando las recomendaciones del fabricante.
El avance es la distancia lineal que el filo de corte avanza en la pieza por revolución del husillo o por diente de la herramienta. Suele expresarse en milímetros por revolución (mm/rev) o pulgadas por revolución (ipr) para torneado, y en milímetros por diente (mm/diente) o pulgadas por diente (ipt) para fresado. El avance depende del material de la pieza, el material de la herramienta, la geometría de la herramienta y el tipo de recubrimiento. Generalmente, cuanto mayor es el avance, mayor es la productividad y la tasa de arranque de material, pero también mayores son las fuerzas de corte y el desgaste de la herramienta, y viceversa. Sin embargo, existe un rango de avance óptimo para cada combinación de material y herramienta, en el que se optimizan el acabado superficial y la precisión dimensional y se minimiza el desgaste de la herramienta. Este rango óptimo de avance puede determinarse realizando pruebas de corte o consultando las recomendaciones del fabricante.
La profundidad de corte es la distancia perpendicular que penetra el filo de corte en la pieza. Suele expresarse en milímetros (mm) o pulgadas (in). La profundidad de corte depende del material de la pieza, el material de la herramienta, la geometría de la herramienta y el tipo de recubrimiento. Generalmente, cuanto mayor es la profundidad de corte, mayor es la productividad y la tasa de arranque de material, pero también mayores son las fuerzas de corte y el desgaste de la herramienta, y viceversa. Sin embargo, existe un rango óptimo de profundidad de corte para cada combinación de material y herramienta, en el que se maximizan la vida y la estabilidad de la herramienta y se minimizan el desgaste y las vibraciones. Este rango óptimo de profundidad de corte puede determinarse realizando pruebas de corte o consultando las recomendaciones del fabricante.
Geometría de la herramienta
El tercer factor que hay que tener en cuenta al elegir una plaquita de metal duro es la geometría de la herramienta, como la forma, el tamaño, la preparación del filo y el radio de la punta. La geometría de la herramienta afecta al rendimiento de corte, el acabado superficial, la precisión dimensional y la vida útil de la plaquita.
La forma de la plaquita determina el número de filos de corte, la formación de viruta y la evacuación de la misma. Existen varias formas de plaquitas, como triangular, cuadrada, rómbica, redonda e irregular. Cada forma tiene sus propias ventajas e inconvenientes, en función de la operación de mecanizado y de la geometría de la pieza. Por ejemplo, las plaquitas triangulares tienen tres filos de corte y pueden utilizarse para operaciones de torneado, ranurado y roscado. Sin embargo, tienen un ángulo de juego pequeño y un filo de corte débil, lo que limita su aplicación al mecanizado ligero y medio. Las plaquitas cuadradas tienen cuatro filos de corte y pueden utilizarse para operaciones de torneado, fresado y refrentado. Sin embargo, tienen un ángulo de juego grande y un filo de corte fuerte, lo que las hace adecuadas para mecanizados pesados e interrumpidos.
El tamaño de la plaquita determina la resistencia, la estabilidad y las fuerzas de corte de la herramienta. El tamaño de la plaquita suele expresarse mediante dos parámetros: el diámetro del círculo inscrito (IC) y el espesor (T). El IC es el diámetro del círculo más grande que puede inscribirse en la forma de la plaquita. T es la distancia entre las superficies superior e inferior del inserto. Generalmente, cuanto mayor es el tamaño de la plaquita, más fuerte y estable es la herramienta, pero también mayores son las fuerzas de corte y el consumo de energía, y viceversa. Por lo tanto, el tamaño de la plaquita debe seleccionarse en función de los requisitos de mecanizado y de las capacidades de la máquina.
La preparación del filo de la plaquita determina la agudeza, la resistencia al desgaste y la tenacidad del filo de corte. La preparación del filo es la modificación de la geometría del filo de corte mediante rectificado, bruñido o recubrimiento. Existen varias preparaciones del filo, como afilado, apomazado, biselado y redondeado. Cada preparación del filo tiene sus propias ventajas y desventajas, dependiendo del material de la pieza y de las condiciones de corte. Por ejemplo, los filos cortantes tienen una fuerza de corte baja y un acabado superficial alto, pero también una baja resistencia al desgaste y una alta tendencia a astillarse o fracturarse. Los cantos bruñidos tienen una alta resistencia al desgaste y una gran tenacidad, pero también altas fuerzas de corte y un bajo acabado superficial. Los cantos biselados presentan un compromiso entre los cantos afilados y los rectificados, con fuerzas de corte, resistencia al desgaste y acabado superficial moderados. Los filos redondeados tienen una transición suave entre las caras de desprendimiento y flanco, lo que reduce la concentración de tensiones y mejora la vida útil de la herramienta.
El radio de la punta de la plaquita determina el acabado superficial, la precisión dimensional y la vida útil de la herramienta. El radio de la punta es el radio del arco en la punta de la plaquita. Generalmente, cuanto mayor sea el radio de la punta, mejor será el acabado superficial y la precisión dimensional, pero también mayores serán las fuerzas de corte y el desgaste de la herramienta, y viceversa. Por lo tanto, el radio de la punta de la plaquita debe seleccionarse en función de los requisitos de acabado superficial y precisión dimensional de la pieza.
Tipo y grosor del revestimiento
El cuarto factor que hay que tener en cuenta al elegir una plaquita de metal duro es el tipo y el grosor del recubrimiento. El recubrimiento es una fina capa de material duro y resistente al desgaste que se aplica sobre la superficie del sustrato de metal duro mediante métodos físicos o químicos de deposición de vapor (PVD o CVD). El recubrimiento mejora el rendimiento y la vida útil de la plaquita al proporcionar:
- Mayor dureza y resistencia al desgaste
- Menor fricción y adherencia
- Mayor estabilidad térmica y química
- Mayor resistencia a la oxidación y la corrosión
Existen varios materiales de recubrimiento, como el carburo de titanio (TiC), el nitruro de titanio (TiN), el carbonitruro de titanio (TiCN), el óxido de aluminio (Al2O3) y el carbono diamante (DLC). Cada material de recubrimiento tiene sus propias ventajas e inconvenientes, dependiendo del material de la pieza y de las condiciones de corte. Por ejemplo, el TiC tiene una gran dureza y resistencia al desgaste, pero también una gran fragilidad y baja estabilidad térmica. El TiN tiene baja fricción y adherencia, pero también baja dureza y resistencia al desgaste. El TiCN presenta un compromiso entre el TiC y el TiN, con dureza, resistencia al desgaste, fricción y adherencia moderadas. El Al2O3 tiene una alta estabilidad térmica y química, pero también una alta fricción y adherencia. El DLC tiene baja fricción y adherencia, pero también baja estabilidad térmica y química.
El espesor del revestimiento determina el equilibrio entre la resistencia al desgaste y la tenacidad de la plaquita. Por lo general, cuanto más grueso es el revestimiento, mayor es la resistencia al desgaste,
