CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES DE MAQUINADO Y CORTE

CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES DE MAQUINADO Y CORTE

El maquinado se puede considerar, en general, como una competencia para sobrevivir entre la pieza de trabajo y el material de la herramienta. Se ha mejorado la maquinabilidad de los metales, pero los agentes principales en los avances recientes En el maquinado se deben al desarrollo de materiales para herramientas. No solo permiten la eliminación más rápida del material si no que también facilita el progreso en el diseño y en el control de las maquinas herramientas.

1. La herramienta debe ser más dura que el componente más duro del material de la pieza de trabajo, no solo a temperatura ambiente, si no también en la temperatura de operación. La alta dureza en caliente evita la deformación plástica, asegura que la geometría de la herramienta se mantenga bajo las condiciones extremas causadas por el proceso de formación de la viruta, y también ayuda a resistir el desgaste.
2. La tenacidad es necesaria para sobrevivir a choques mecánicos (carga por impacto) en los cortes interrumpidos. El choque ocurre aun en los procesos de formación de viruta continua, cuando la herramienta encuentra una zona dura localizada.
3. La resistencia del impacto térmico requiere cuando ocurren calentamiento y enfriamiento rápido en cortes interrumpidos. La alta conductividad térmica es preferible por que mantiene las temperaturas bajas en el área de contexto.
4. La baja adhesión al material de la pieza de trabajo ayuda a evitar la soldadura localizada, paradójicamente, la alta adhesión es deseable cuando se va a estabilizar una zona secundaria de corte; sin embargo, entonces se necesita una barrera de difusión.
5. La difusión de los constituyentes de la herramienta en el material de la piza de trabajo produce desgaste rápido; por ello, la solubilidad de la herramienta en el material de lapiza de trabajo debe ser baja.

La baja dureza y a alta adhesión son indeseables por que permiten la distorsión del perfil de la herramienta, el redondeo de su nariz. El desgaste gradual del flanco y, combinados con la difusión, el desgate de cráter. La tenacidad y la resistencia al impacto térmico inadecuadas conducen la ruptura del borde e incluso a la fractura total. Desafortunadamente, la dureza y la resistencia térmica de los materiales se pueden incrementar, en general, solamente a costa e la tenacidad; por lo tanto, no existe un material óptimo para herramientas de corte.

Materiales ferrosos:

Aceros al carbono: los aceros al carbono derivan de su dureza de la transformación martensita. La martensita se suaviza (reviene) por arriba de los 250 °C; así que los aceros al carbono son adecuados solamente para maquinar materiales suaves como madera, y a tasas bajas de producción. Sin embargo, son duros y mantienen un filo agudo, por lo que, las legras cónicas manuales de acero al apto carbono algunas veces se fabrican para el corte de metal.

1. En la condición completamente recocida; la resistencia aumenta en tanto que la ductilidad disminuye con el incremento de las cantidades de carburo presentes en la forma perlática laminar.
2. Tratados térmicamente para llevar al carburo a una forma esferoidal; un acero esferoidal tiene baja resistencia ya alta conductividad.
3. Trabajos en frio (por lo general estirados en frio); la resistencia es mayor ya la ductilidad disminuye para un contenido de carbono superficial y las tolerancias se mejoran.

Aceros de maquinado libre: vastas cantidades de acero al carbono se máquina, y los esfuerzos dirigidos a mejorar su maquinabilidad han conducido al desarrollo de grados de maquinado libre. Contiene un elemento insoluble y suave, principalmente plomo (acero el plomo) o azufre elevado (acero resulfurado), que forma inclusiones de MnS de forma globular controlada.

Aceros aleados: la dureza mayor de los aceros aleados incrementa el desgaste de la herramienta, especialmente si están presentes carburos en grandes cantidades. Para el control dimensional, estos aceros a menudo se maquinan en la condición completamente tratada térmicamente (templada y revenida) (corte duro); entonces los parámetros de corte se eligen para asegurar la integridad superficial.

Aceros inoxidables: la resistencia elevada y la baja conductividad térmica de los aceros inoxidables resulta en temperaturas mayores de corte. La alta tasa de endurecimiento por deformación de los aceros austeníticos (ANSI seri 300) los hace más dúctiles de maquinar.

Hierros fundidos: la presencia de cementita primaria hace a los hierros fundidos blancos es muy difícil de maquinar, y las zonas blancas en los hierros fundidos grafiticos son responsables de gran parte del desgaste y fractura de las herramientas.

1. los hierros grises básicamente son de maquinado libre, ya que las láminas de grafito rompen la viruta. Sin embargo, la superficie maquinada es rugosa por que las partículas de grafito se rompen. Refinar el tamaño de las partículas se mejora el acabado sin afectar las propiedades de maquinado libre. La vida de la herramienta disminuye con el incremento de la proporción de la perlita en la matriz, y es menos para la perlita más fina.
2. El hierro fundido con grafito compacto es un poco más difícil de maquinar.
3. El hierro fundido nodular es más dúctil y resiste pero, sorprendente, puede dar una mayor vida de la herramienta.

Aceros de alta velocidad (HSS): la mayor parte de los aceros para herramienta está en la categoría de los aceros de alta velocidad (HSS). Los dos grupos principales son los tipos de molibdeno (M1, M2, etcétera, típicamente con 0.8% C, 4% Cr, 5- 8% Mo, 0- 6% W y entre 1 y 2% V) y al tungsteno (como T1, con 0.7C- 4Cr-18W-1V). los carburos formados con los elementos aleante constituyen entre 10 y 20% del volumen, permiten calentamiento y enfriamiento repetidos hasta 500°C sin pérdida de dureza. Temperaturas aún mayores son permisibles al agregar de 5 a 8 % de Co, algunas veces acoplado con un contenido elevado de carbono (grados M40 y T15).

Todos estos aceros se pueden laminar o forjar en caliente hasta una dimensión dese que la herramienta de corte puede manufacturar fácilmente, en la condición recocida, por medio de técnicas convencionales de maquinado. Antes del esmerilado final, se someten a un tratamiento térmico que imparte gran resistencia y alta dureza (HRC 63 y más) acopladas con una técnica razonable. Se pude afilar repetidamente, son importantes para la industria del corte de metal, especialmente para brocas, legras, escariadores y otras clases de herramientas.  Los avances en la técnica de fundición y vaciado han mejorado si calidad; algunos grados se fabrican al consolidar polvo praleado atomizado, asegurando una distribución más uniforme de los carburos más finos y permitiendo una concentración mayor del elemento aleante.

Los recubrimientos superficiales tienen una función cada vez mayor, el revenido con vapor (pavonado) crea una capa dura y porosa Fe3O4, que aumenta la vida de la herramienta.

Materiales no ferrosos de maquinado:

Materiales de bajo punto de fusión: solo las aleaciones de zinc se maquinan en cantidades significativas. Su baja resistencia y ductilidad limitada los hace altamente maquinables.

Aleación de magnesio: la baja ductilidad imparte propiedades de maquinado libre, convirtiendo al magnesio en un material altamente maquinable. Las virutas finamente distribuidas se incendian espontáneamente, por lo tanto, el corte de acabado con espesores de las virutas menores de 25 μm siempre se hace con un fluido de corte con base de aceite.

Aleaciones de aluminio: El aluminio puro y sus aleaciones dúctiles se maquinan mejor con la condición de trabajo en frio, ya que su alta ductilidad lo hace “rugoso” en la condición recocida: las fuerzas de corte son mayores que lo esperado debido a su dureza, y a alta adhesión conduce a un pobre acabado superficial. La aleación endurecida por precipitación se puede maquinar fácilmente en la condición completamente tratada térmicamente (tratado por solución y envejecido); en la que su ductilidad es baja por su resistencia no es excesivamente alta.

Berilio: el berilio se maquina fácilmente en seco, pero las partículas finas son toxicas.

Aleaciones con base de cobre: el cobre puro, como el aluminio, se maquina mejor en la condición de trabajo en frio. Esto también se aplica a las aleaciones de una sola fase que, no obstante, a menudo se puede cortar con menos energía que el cobre puro. La disposición de la viruta es difícil.

Aleaciones y superaleaciones con base de níquel: para menos ductilidad, sería deseable cortar estas aleaciones en la condición de trabajadas en frio o completamente tratadas térmicamente. Sin embargo, su alta adhesión y baja conductibilidad térmica con frecuencia se combinan con alta resistencia, y esto exige su corte en las condiciones recocida o sobre envejecida. El azufre se bebe evitar en los fluidos de corte por que forma un eutéctico de bajo de fusión con níquel.

Titanio: la alta reactividad y por tanto la elevada adhesión del titanio, combinada con su baja conductividad térmica, hace la formación de la viruta en discontinua en la mayoría de las velocidades y el maquinado es difícil. Para bajas velocidades las herramientas de HSS se usan con aceite altamente aditivo o una emulsión. A velocidades mayores (30 – 60 m/min) se prefiere carburos cementados o cermets. Son mejores las alimentaciones más profundas porque el calor de la fricción se reduce y se transporta más calor en la viruta.

...