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El reto de las herramientas y los materiales

12/09/2022

El taladrado es, posiblemente, el proceso de mecanizado por corte de material más utilizado y del que más pensamos que conocemos. Pero siempre es importante ponerse al día de las alternativas en la selección de las herramientas empleadas. Es importante, tanto para los más experimentados como para los menos, dar un repaso de vez en cuando a que se mueve en el mercado y analizar si nos puede servir para ser más competitivos.

Las herramientas y sus características
Para continuar ejerciendo su capacidad de corte con los nuevos retos de los mercados y los productos, el material de la herramienta debe experimentando progresos y mejoras. Varios materiales de herramienta utilizados normalmente presentan características que les permiten cumplir con varios requisitos de procesado acorde con el rápido desarrollo de materiales de las herramientas, lo físico, propiedades mecánicas y rendimiento de corte de los materiales de nuevas herramientas han sido muy mejoradas, y el alcance de la aplicación ha sido continuamente ampliado. La elección del material de la herramienta tiene una gran influencia en su vida útil, la eficiencia del mecanizado, su calidad y su coste. Hay que tener en cuenta que las herramientas de corte están sujetas a alta presión, alta temperatura, fricción, golpes y vibraciones.

Características principales que debe tener una herramienta
El material de la herramienta debe tener una serie de propiedades básicas. Por un lado, están la dureza y la resistencia al desgaste. La dureza del material de la herramienta debe ser mayor que la del material de la pieza. Cuanto mayor sea la dureza del material de la herramienta, mejor será la resistencia al desgaste. Otro aspecto es la resistencia y la tenacidad, el material de la herramienta debe tener alta resistencia mecánica y alta dureza para soportar las fuerzas de corte, los choques y las vibraciones debidas al proceso de corte, y, por otro lado, evitar la fragilidad que lleva a la rotura o astillado de la herramienta. La resistencia al calor es otra característica a cumplir por parte de la herramienta para poder soportar las altas temperaturas de corte. Por último, podemos resaltar la necesidad de tener un alto rendimiento. Para ello es necesario tener una alta capacidad de corte y alta duración de vida de la herramienta que traen como resultado un proceso competitivo económicamente. El buen rendimiento del material de la herramienta se debe conseguir en todo el proceso de fabricación de la herramienta desde el material de partida, el tratamiento térmico, la soldadura (si la lleva), el rectificado, etc.

Tipos de materiales
En la actualidad, la amplia gama de herramientas existente utiliza principalmente materiales como diamante, nitruro de boro cúbico (CBN), cerámica, materiales recubiertos, carburo, aceros para alta velocidad, etc. Hay muchos grados de materiales de herramienta, y su rendimiento varía considerablemente.
El material de la herramienta para el mecanizado se debe seleccionar según la pieza a procesar y la naturaleza del mecanizado. La selección del material de la herramienta debe estar emparejado con el proceso a realizar, principalmente a la correspondencia de propiedades mecánicas, físicas y químicas de los dos partes, herramienta-pieza, para obtener una vida de herramienta más larga y el máximo de productividad.
A continuación, analizamos en profundidad tres de estos materiales.

Diamante
El diamante es un alótropo de carbono, el material más duro que se ha encontrado en la naturaleza. Las herramientas de diamante tienen una alta dureza, alta resistencia y conductividad térmica, y son ampliamente utilizadas en el procesamiento de materiales no ferrosos y no metálicos, especialmente en el corte de alta velocidad de aluminio y aleaciones de silicio-aluminio. Las herramientas de diamante, que pueden lograr alta eficiencia, alta estabilidad y larga vida, son indispensables en el mecanizado moderno.

1.- Tipos de diamante
Diamante natural: El diamante natural ha sido utilizado como corte herramienta durante cientos de años. El perfil de corte del borde puede ser extremadamente afilado. Se pueden alcanzar radios de 0.002 μm, lo que permite realizar un corte ultrafino y conseguir trabajos de alta precisión y muy baja rugosidad.
Diamante PCD: Los diamantes naturales son caros y como alternativa son ampliamente utilizados los policristalinos. EL PCD es un diamante conseguido por medio de la conjunción de alta temperatura y alta presión. El PCD tiene un precio que es una décima parte del diamante natural. Las herramientas de PCD no pueden conseguir bordes extremadamente agudos y la superficie de trabajo conseguida no es tan buena como la que se obtiene con el diamante natural. En la actualidad, no se pueden conseguir fácilmente plaquitas de PCD con rompevirutas. Por lo tanto, el PCD se puede utilizar para corte fino de materiales no ferrosos, y es difícil de lograr ultraprecisión con acabado espejo.
Diamante CVD: El diamante CVD es una tecnología que ha aparecido en Japón. El CVD se refiere a la síntesis de una película de diamante sobre un sustrato realizado por deposición química de vapor (CVD). El CVD tiene la misma estructura y características que el diamante natural. El rendimiento del diamante CVD está cerca del conseguido con el diamante natural, y tiene las ventajas del diamante natural y del PCD.

2.- Características de rendimiento de herramientas de diamante

  • Extremada alta dureza y resistencia al desgaste: El diamante natural es el material más duro que ha sido encontrado en la naturaleza. Cuando se mecaniza materiales de alta dureza, la vida de las herramientas de diamante es de 10 a 100 veces mayor que las herramientas de metal duro.
  • Bajo coeficiente de fricción: El coeficiente de fricción es bajo, la deformación durante el proceso de corte es pequeña, y la fuerza de corte puede ser reducida.
  • El borde de corte es afilado: El afilado del borde de corte del diamante puede ser tan alto como de 0.002 ~ 0.008 μm, lo que permite realizar un corte ultrafino y un mecanizado de ultraprecisión.
  • Tiene una alta conductividad térmica: La conductividad térmica y la difusividad térmica del diamante es alta, por lo que el calor producido en el corte es fácilmente disipado y la temperatura del corte en la herramienta es baja.

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