Los principales requisitos para los materiales de las herramientas son la dureza, la resistencia al desgaste, al calor, etc. El cumplimiento de estos criterios permite el corte. Para penetrar en las capas superficiales del producto que se procesa, las cuchillas para cortar la parte de trabajo deben estar hechas de aleaciones fuertes. La dureza puede ser natural o adquirida.
Por ejemplo, los aceros para herramientas fabricados en fábrica son fáciles de cortar. Después del procesamiento mecánico y térmico, así como del pulido y afilado, su nivel de resistencia y dureza aumenta.
¿Cómo se determina la dureza?
La característica se puede definir de diferentes maneras. Los aceros para herramientas tienen dureza Rockwell, la dureza tiene una designación numérica, así como la letra HR con una escala de A, B o C (por ejemplo, HRC). La elección del material de la herramienta depende del tipo de metal que se esté procesando.
El rendimiento más estable y las cuchillas de bajo desgaste quehan sido tratados térmicamente, se puede lograr con un HRC de 63 o 64. A un valor más bajo, las propiedades de los materiales de la herramienta no son tan altas, y a una dureza alta, comienzan a desmoronarse debido a la fragilidad.
Los metales con una dureza de HRC 30-35 se mecanizan perfectamente con herramientas de hierro tratadas térmicamente con una HRC de 63-64. Por lo tanto, la proporción de indicadores de dureza es 1:2.
Para procesar metales con HRC 45-55, se deben usar herramientas basadas en aleaciones duras. Su índice es HRA 87-93. Los materiales de base sintética se pueden utilizar en aceros endurecidos.
Resistencia de los materiales de la herramienta
Durante el proceso de corte, se aplica una fuerza de 10 kN o más a la pieza de trabajo. Provoca alto voltaje, lo que puede conducir a la destrucción de la herramienta. Para evitar esto, los materiales de corte deben tener un alto factor de seguridad.
La mejor combinación de características de resistencia la tienen los aceros para herramientas. La parte de trabajo hecha de ellos soporta perfectamente cargas pesadas y puede funcionar en compresión, torsión, flexión y estiramiento.
Efecto de la temperatura crítica de calentamiento en las hojas de herramientas
Cuando se libera calor al cortar metales, sus cuchillas están sujetas a calentamiento, en mayor medida, superficies. Cuando la temperatura está por debajo de la marca crítica (para cada material tiene la suya)la estructura y la dureza no cambian. Si la temperatura de calentamiento supera la norma permitida, el nivel de dureza disminuye. La temperatura crítica se llama dureza roja.
¿Qué significa el término "dureza roja"?
La dureza roja es la propiedad de un metal de brillar de color rojo oscuro cuando se calienta a una temperatura de 600 °C. El término implica que el metal conserva su dureza y resistencia al desgaste. En esencia, es la capacidad de soportar altas temperaturas. Para diferentes materiales existe un límite, de 220 a 1800 °C.
¿Cómo se puede aumentar el rendimiento de la herramienta de corte?
Los materiales de la herramienta de corte se caracterizan por una mayor funcionalidad al tiempo que aumentan la resistencia a la temperatura y mejoran la eliminación del calor generado en la cuchilla durante el corte. El calor eleva la temperatura.
Cuanto más calor se elimine de la cuchilla profundamente en el dispositivo, menor será la temperatura en su superficie de contacto. El nivel de conductividad térmica depende de la composición y el calentamiento.
Por ejemplo, el contenido de elementos como el tungsteno y el vanadio en el acero provoca una disminución de su conductividad térmica, y una mezcla de titanio, cob alto y molibdeno hace que aumente.
¿Qué determina el coeficiente de fricción por deslizamiento?
El coeficiente de fricción por deslizamiento depende de la composición y las propiedades físicas de los pares de materiales en contacto, así como del valor de la tensión en las superficies,sometidos a fricción y deslizamiento. El coeficiente afecta la resistencia al desgaste del material.
La interacción de la herramienta con el material que se ha procesado se produce con un contacto en movimiento constante.
¿Cómo se comportan los materiales instrumentales en este caso? Tipos de ellos se desgastan por igual.
Se caracterizan por:
- la capacidad de borrar el metal con el que entra en contacto;
- capacidad de mostrar resistencia al desgaste, es decir, de resistir la abrasión de otro material.
El desgaste de las cuchillas ocurre todo el tiempo. Como resultado, los dispositivos pierden sus propiedades y la forma de su superficie de trabajo también cambia.
La resistencia al desgaste puede variar según las condiciones de corte.
¿En qué grupos se dividen los aceros para herramientas?
Los principales materiales instrumentales se pueden dividir en las siguientes categorías:
- cermet (aleaciones duras);
- cermets o cerámicas minerales;
- nitruro de boro a base de material sintético;
- diamantes sintéticos;
- Aceros para herramientas a base de carbono.
El hierro para herramientas puede ser de carbono, de aleación y de alta velocidad.
Aceros para herramientas a base de carbono
Los materiales carbonosos comenzaron a utilizarse para fabricar herramientas. Su velocidad de corte es lenta.
¿Cómo se marcan los aceros para herramientas? Los materiales se designan con una letra (por ejemplo, "U" significa carbono), así como con un número (indicadores de décimas de porcentaje del contenido de carbono). La presencia de la letra "A" al final de la marca indica la alta calidad del acero (el contenido de sustancias como azufre y fósforo no supera el 0,03%).
El material de carbono tiene una dureza de 62-65 HRC y resistencia a bajas temperaturas.
Los grados U9 y U10A de materiales para herramientas se utilizan en la fabricación de sierras, y las series U11, U11A y U12 están diseñadas para machos de roscar manuales y otras herramientas.
El nivel de resistencia a la temperatura de los aceros de las series U10A, U13A es de 220 °C, por lo que se recomienda utilizar herramientas fabricadas con dichos materiales a una velocidad de corte de 8-10 m/min.
Hierro aleado
El material de herramienta aleado puede ser cromo, cromo-silicio, tungsteno y cromo-tungsteno, con una mezcla de manganeso. Dichas series están indicadas por números y también tienen marcas de letras. La primera cifra de la izquierda indica el coeficiente de contenido de carbono en décimas si el contenido del elemento es inferior al 1%. Los números de la derecha representan el contenido medio de aleación como porcentaje.
El grado de material de la herramienta X es adecuado para fabricar machos de roscar y matrices. El acero B1 es adecuado para hacer pequeños taladros, machos de roscar y escariadores.
El nivel de resistencia a la temperatura de las sustancias aleadas es de 350-400 °C, por lo que la velocidad de corte es una vez y media más rápida que paraaleación de carbono.
¿Para qué se utilizan los aceros de alta aleación?
En la fabricación de brocas, avellanadores y machos de roscar se utilizan varios materiales para herramientas de corte rápido. Están etiquetados con letras y números. Los componentes importantes de los materiales son tungsteno, molibdeno, cromo y vanadio.
HSS se dividen en dos categorías: rendimiento normal y alto.
Aceros de rendimiento normal
La categoría de hierro con un nivel de rendimiento normal incluye los grados R18, R9, R9F5 y las aleaciones de tungsteno con una mezcla de molibdeno de la serie R6MZ, R6M5, que conservan una dureza de al menos HRC 58 a 620 °C. Adecuado para aceros al carbono y de baja aleación, fundición gris y aleaciones no ferrosas.
Aceros de alto rendimiento
Esta categoría incluye los grados R18F2, R14F4, R6M5K5, R9M4K8, R9K5, R9K10, R10K5F5, R18K5F2. Son capaces de mantener HRC 64 a temperaturas de 630 a 640 °C. Esta categoría incluye materiales para herramientas superduros. Está diseñado para hierro y aleaciones difíciles de mecanizar, así como titanio.
Metales duros
Dichos materiales son:
- cermet;
- cerámica mineral.
La forma de las placas depende de las propiedades de la mecánica. Estas herramientas funcionan a alta velocidad de corte en comparación con material de alta velocidad.
Cerámica metalica
Los carburos cermet son:
- tungsteno;
- tungsteno titanio;
- tungsteno con la inclusión de titanio y tantalio.
La serie VK incluye tungsteno y titanio. Las herramientas basadas en estos componentes tienen una mayor resistencia al desgaste, pero su nivel de resistencia al impacto es bajo. Los dispositivos sobre esta base se utilizan para procesar hierro fundido.
La aleación de tungsteno-titanio-cob alto es aplicable a todo tipo de hierro.
La síntesis de tungsteno, titanio, tantalio y cob alto se utiliza en casos especiales cuando otros materiales son ineficaces.
Los grados de metal duro se caracterizan por un alto nivel de resistencia a la temperatura. Los materiales hechos de tungsteno pueden mantener sus propiedades con HRC 83-90, y tungsteno con titanio - con HRC 87-92 a una temperatura de 800 a 950 ° C, lo que permite operar a altas velocidades de corte (desde 500 m/min a 2700 m /min al mecanizar aluminio).
Para mecanizar piezas resistentes a la oxidación ya las altas temperaturas se utilizan herramientas de la serie de aleaciones de grano fino OM. La calidad VK6-OM es adecuada para el acabado, mientras que la VK10-OM y la VK15-OM son adecuadas para el semiacabado y el desbaste.
Aún más eficientes cuando se trabaja con piezas "difíciles" son los materiales para herramientas súper duros de las series BK10-XOM y BK15-XOM. Reemplazan el carburo de tantalio con carburo de cromo, lo que los hace más duraderos incluso cuando se someten a altas temperaturas.
Para aumentar el nivel de resistencia de la placa sólida, recurren a recubrirla con una película protectora. Se utilizan carburo de titanio, nitruro y carbonita, que se aplican en una capa muy fina. El espesor es de 5 a 10 micras. Como resultado, se forma una capa de carburo de titanio de grano fino. Estos insertos tienen una vida útil tres veces mayor que los insertos sin recubrimiento, lo que aumenta la velocidad de corte en un 30 %.
En algunos casos se utilizan materiales cermet, que se obtienen a partir del óxido de aluminio con la adición de tungsteno, titanio, tantalio y cob alto.
Cerámica mineral
Las cerámicas minerales TsM-332 se utilizan para herramientas de corte. Tiene resistencia a altas temperaturas. El índice de dureza HRC es de 89 a 95 a 1200 °C. Además, el material se caracteriza por su resistencia al desgaste, lo que permite el procesamiento de acero, hierro fundido y aleaciones no ferrosas a altas velocidades de corte.
Para fabricar herramientas de corte, también se utiliza cermet de la serie B. Se basa en óxido y carburo. La introducción de carburo metálico, así como de molibdeno y cromo en la composición de las cerámicas minerales, ayuda a optimizar las propiedades físicas y mecánicas del cermet y elimina su fragilidad. Se aumenta la velocidad de corte. El semiacabado y el acabado con una herramienta a base de cermet son adecuados para hierro dúctil gris, acero difícil de mecanizar y varios metales no ferrosos. El proceso se lleva a cabo a una velocidad de 435-1000 m/min. La cerámica de corte es resistente a la temperatura. Su dureza es HRC90-95 a 950-1100 °С.
Para el procesamiento de hierro templado, hierro fundido duradero y fibra de vidrio, se utiliza una herramienta cuya parte de corte está hecha de sustancias sólidas que contienen nitruro de boro y diamantes. El índice de dureza del elbor (nitruro de boro) es aproximadamente el mismo que el del diamante. Su resistencia a la temperatura es el doble que la de este último. Elbor se distingue por su inercia a los materiales de hierro. El límite de resistencia de sus policristales en compresión es de 4-5 GPa (400-500 kgf/mm2), y en flexión - 0,7 GPa (70 kgf/mm 2). La resistencia a la temperatura es de hasta 1350-1450 °C.
También destacan las balas de diamante de base sintética de la serie ASB y el carbonado de la serie ASPK. La actividad química de estos últimos frente a los materiales que contienen carbono es mayor. Por eso se utiliza para afilar piezas de metales no ferrosos, aleaciones con alto contenido de silicio, materiales duros VK10, VK30, así como superficies no metálicas.
La vida útil de las fresas de carbonada es entre 20 y 50 veces mayor que la de las aleaciones duras.
¿Qué aleaciones se utilizan en la industria?
Los materiales instrumentales se publican en todo el mundo. Los tipos utilizados en Rusia, EE. UU. y Europa, en su mayor parte, no contienen tungsteno. Pertenecen a la serie KNT016 y TN020. Estos modelos se han convertido en reemplazo de las marcas T15K6, T14K8 y VK8. Se utilizan para procesar aceros para estructuras, acero inoxidable y materiales para herramientas.
Nuevos requisitos para materiales de herramientas debido a la escasez de tungsteno ycob alto. Es precisamente con este factor que constantemente se desarrollan métodos alternativos para la obtención de nuevas aleaciones duras que no contienen tungsteno en EE. UU., países europeos y Rusia.
Por ejemplo, los materiales de herramientas de las series Titan 50, 60, 80, 100 fabricados por la empresa estadounidense Adamas Carbide Co contienen carburo, titanio y molibdeno. El aumento del número indica el grado de resistencia del material. La característica de los materiales de las herramientas de esta versión implica un alto nivel de resistencia. Por ejemplo, la serie Titan100 tiene una fuerza de 1000 MPa. Es una competidora de la cerámica.
