Las plaquitas de carburo se utilizan ampliamente en la industria metalúrgica para diversas operaciones de mecanizado, como torneado, fresado, taladrado y mandrinado. Las plaquitas de carburo ofrecen rendimiento, productividad y vida útil superiores en comparación con otros materiales de corte, como el acero de alta velocidad (HSS) o las herramientas de carburo soldadas. Sin embargo, no todos los insertos de carburo son iguales. Hay muchos factores a considerar al seleccionar la plaquita de carburo adecuada para su aplicación de mecanizado específica, como por ejemplo:

  • El material de la pieza y su maquinabilidad.
  • La velocidad de corte, el avance y la profundidad de corte.
  • La geometría de la herramienta, como la forma, el tamaño, la preparación del borde y el radio de la punta.
  • El tipo de recubrimiento y el espesor.
  • El portaherramientas y el sistema de sujeción.

En esta publicación de blog, analizaremos algunos de los aspectos principales de la selección de insertos de carburo y brindaremos algunos consejos y recomendaciones para ayudarlo a optimizar sus resultados de mecanizado.

Material de la pieza de trabajo y maquinabilidad

El primer y más importante factor a considerar al elegir una plaquita de carburo es el material de la pieza de trabajo y su maquinabilidad. Los diferentes materiales tienen diferentes propiedades, como dureza, tenacidad, abrasividad, conductividad térmica y reactividad química, que afectan los modos de desgaste y falla de la herramienta de corte. Por ejemplo, el acero es generalmente más duro y abrasivo que el aluminio, pero el aluminio tiene una mayor conductividad térmica y una menor afinidad química con el carburo. Por lo tanto, se requieren diferentes grados de carburo y recubrimientos para diferentes materiales para lograr el mejor equilibrio entre resistencia al desgaste y tenacidad.

La maquinabilidad de un material es una medida de qué tan fácil o difícil es mecanizar 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 a menudo se expresa como un porcentaje o una clasificación basada en un material estándar, como el acero de fácil mecanización. Cuanto mayor sea la maquinabilidad, más fácil será mecanizar el material con una alta velocidad de corte, avance y profundidad de corte, y mayor será la vida útil de la herramienta.

Generalmente, la maquinabilidad de un material disminuye a medida que aumentan su dureza y resistencia, y viceversa. Sin embargo, existen algunas excepciones, como el hierro fundido, que tiene una alta dureza pero también una alta maquinabilidad debido a su contenido de grafito. Algunos materiales, como el acero inoxidable, el titanio y las aleaciones a base de níquel, se clasifican como materiales difíciles de cortar porque tienen una baja maquinabilidad y una alta tendencia a provocar desgaste y fallas en las herramientas. Estos materiales requieren grados y recubrimientos de carburo especiales que puedan soportar altas temperaturas, presiones y reacciones químicas en el filo.

Velocidad de corte, velocidad de avance y profundidad de corte

El segundo factor a considerar al elegir una plaquita de carburo 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 eliminación de material en una operación de mecanizado. También afectan la temperatura, la presión y la tensión en el filo y, por lo tanto, el desgaste de la herramienta y los modos de falla.

La velocidad de corte es la velocidad lineal del filo con respecto a la superficie de la pieza de trabajo. Generalmente se expresa en metros por minuto (m/min) o pies de superficie por minuto (sfm). La velocidad de corte depende del material de la pieza, del material de la herramienta, de la geometría de la herramienta y del tipo de recubrimiento. Generalmente, cuanto mayor es la velocidad de corte, mayor es la productividad y menor es la vida útil de la herramienta, y viceversa. Sin embargo, existe un rango de velocidad de corte óptimo para cada combinación de material y herramienta, donde se maximiza la vida útil de la herramienta y se minimiza el desgaste de la misma. Este rango óptimo de velocidad de corte se puede determinar realizando pruebas de corte o consultando las recomendaciones del fabricante.

La velocidad de avance es la distancia lineal que avanza el filo dentro de la pieza de trabajo 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. La velocidad de avance depende del material de la pieza, del material de la herramienta, de la geometría de la herramienta y del tipo de recubrimiento. Generalmente, cuanto mayor sea el avance, mayor será la productividad y la tasa de eliminación de material, pero también mayores serán las fuerzas de corte y el desgaste de la herramienta, y viceversa. Sin embargo, existe un rango de velocidad de avance óptimo para cada combinación de material y herramienta, donde se optimiza el acabado superficial y la precisión dimensional y se minimiza el desgaste de la herramienta. Este rango de velocidad de avance óptimo se puede determinar realizando pruebas de corte o consultando las recomendaciones del fabricante.

La profundidad de corte es la distancia perpendicular que penetra el filo en la pieza de trabajo. Generalmente se expresa en milímetros (mm) o pulgadas (in). La profundidad de corte depende del material de la pieza, del material de la herramienta, de la geometría de la herramienta y del tipo de recubrimiento. Generalmente, cuanto mayor es la profundidad de corte, mayor es la productividad y la tasa de eliminación de material, pero también mayores son las fuerzas de corte y el desgaste de la herramienta, y viceversa. Sin embargo, existe un rango de profundidad de corte óptimo para cada combinación de material y herramienta, donde se maximizan la vida útil y la estabilidad de la herramienta y se minimizan el desgaste y la vibración de la herramienta. Este rango óptimo de profundidad de corte se puede determinar realizando pruebas de corte o consultando las recomendaciones del fabricante.

Geometría de la herramienta

El tercer factor a considerar al elegir un inserto de carburo es la geometría de la herramienta, como la forma, el tamaño, la preparación del borde y el radio de la punta. La geometría de la herramienta afecta el rendimiento de corte, el acabado de la superficie, 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 viruta. Hay varias formas de insertos disponibles, como triangular, cuadrada, rómbica, redonda e irregular. Cada forma tiene sus propias ventajas y desventajas, dependiendo de la operación de mecanizado y de la geometría de la pieza. Por ejemplo, las plaquitas triangulares tienen tres filos de corte y se pueden utilizar para operaciones de torneado, ranurado y roscado. Sin embargo, tienen un ángulo libre pequeño y un filo débil, lo que limita su aplicación al mecanizado ligero y medio. Las plaquitas cuadradas tienen cuatro filos de corte y se pueden utilizar para operaciones de torneado, fresado y planeado. Sin embargo, tienen un gran ángulo libre y un filo de corte fuerte, lo que los hace adecuados para mecanizado pesado e interrumpido.

El tamaño del inserto determina la resistencia, la estabilidad y las fuerzas de corte de la herramienta. El tamaño del inserto 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 se puede inscribir dentro de la forma del inserto. La T es la distancia entre las superficies superior e inferior del inserto. Generalmente, cuanto mayor sea el tamaño de la plaquita, más resistente y estable será la herramienta, pero también mayores serán las fuerzas de corte y el consumo de energía, y viceversa. Por lo tanto, el tamaño de la plaquita debe seleccionarse según los requisitos de mecanizado y las capacidades de la máquina.

La preparación del filo de la plaquita determina el filo, la resistencia al desgaste y la tenacidad del filo. La preparación del filo es la modificación de la geometría del filo mediante rectificado, bruñido o recubrimiento. Hay varias preparaciones de bordes disponibles, como afilados, afilados, biselados y redondeados. Cada preparación de bordes tiene sus propias ventajas y desventajas, dependiendo del material de la pieza y de las condiciones de corte. Por ejemplo, los bordes afilados tienen bajas fuerzas de corte y un alto acabado superficial, pero también baja resistencia al desgaste y alta tendencia a astillarse o fracturarse. Los bordes afilados tienen alta resistencia al desgaste y alta tenacidad, pero también altas fuerzas de corte y bajo acabado superficial. Los bordes biselados tienen un compromiso entre bordes afilados y afilados, con fuerzas de corte moderadas, resistencia al desgaste y acabado superficial. Los bordes redondeados tienen una transición suave entre las caras de inclinación y de flanco, lo que reduce la concentración de tensión y mejora la vida útil de la herramienta.

El radio de la punta del inserto determina el acabado de la superficie, la precisión dimensional y la vida útil de la herramienta. El radio de la punta es el radio del arco en la punta del inserto. 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 del inserto debe seleccionarse de acuerdo con el acabado de la superficie y los requisitos de precisión dimensional de la pieza de trabajo.

Tipo de recubrimiento y espesor

El cuarto factor a considerar al elegir una plaquita de carburo es el tipo y espesor del recubrimiento. El recubrimiento es una capa delgada de material duro y resistente al desgaste que se aplica sobre la superficie del sustrato de carburo 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.

Hay varios materiales de recubrimiento disponibles, como carburo de titanio (TiC), nitruro de titanio (TiN), carbonitruro de titanio (TiCN), óxido de aluminio (Al2O3) y carbono similar al diamante (DLC). Cada material de recubrimiento tiene sus propias ventajas y desventajas, 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 una baja estabilidad térmica. El TiN tiene baja fricción y adherencia, pero también baja dureza y resistencia al desgaste. TiCN tiene un compromiso entre TiC y TiN, con dureza, resistencia al desgaste, fricción y adherencia moderadas. 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 recubrimiento determina el equilibrio entre la resistencia al desgaste y la tenacidad del inserto. Generalmente, cuanto más grueso sea el recubrimiento, mayor será la resistencia al desgaste.