Elección de su grado de carburo:una guía

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Si bien el término metalúrgico "grados de carburo" se refiere específicamente al carburo de tungsteno (WC) sinterizado con cobalto, el mismo término tiene un significado más amplio en el mecanizado:carburo de tungsteno sinterizado combinado con recubrimientos y otros tratamientos. Por ejemplo, dos plaquitas de torneado hechas del mismo material de carburo pero con un recubrimiento o tratamiento posterior diferente se consideran grados diferentes. Sin embargo, las combinaciones de carburo y recubrimiento carecen de estandarización de clasificación, por lo que los diferentes proveedores de herramientas de corte usan diferentes nombres y métodos de clasificación para sus tablas de grados. Esto puede dificultar la comparación de calidades para el usuario final, un problema especialmente difícil dado que la idoneidad de las calidades de metal duro para una aplicación determinada afecta drásticamente las posibles condiciones de corte y la vida útil de la herramienta.

Para navegar por este laberinto, los usuarios primero deben comprender qué constituye una calidad de metal duro y cómo cada elemento influye en los diferentes aspectos del mecanizado.

¿Qué es el Sustrato?

El sustrato es el material desnudo del inserto de corte o herramienta sólida debajo de los recubrimientos y tratamientos posteriores. Por lo general, se compone de entre 80 y 95 por ciento de WC. Para dar al sustrato las propiedades deseadas, los fabricantes de materiales agregan varios elementos de aleación. El principal elemento de aleación es el cobalto (Co):los niveles más altos de cobalto conducen a una mayor tenacidad, mientras que los niveles más bajos de cobalto conducen a una mayor dureza. Los sustratos muy duros pueden alcanzar una dureza de 1800 HV y proporcionar una excelente resistencia al desgaste, pero son muy frágiles y solo son adecuados para condiciones muy estables. Los sustratos muy tenaces tienen una dureza de alrededor de 1300 HV. Estos sustratos solo se pueden mecanizar a velocidades de corte más bajas y se desgastan más rápido, pero tienen una mejor resistencia a los cortes interrumpidos y a las condiciones desfavorables.

El equilibrio correcto entre dureza y tenacidad es el factor más crucial al seleccionar un grado para una aplicación en particular. Elegir una calidad que sea demasiado dura puede provocar micro roturas a lo largo del filo de corte o incluso fallas catastróficas. Al mismo tiempo, una calidad demasiado dura se desgastará rápidamente o requerirá una reducción de la velocidad de corte, lo que reducirá la productividad. La Tabla 1 proporciona algunas pautas básicas para seleccionar la dureza correcta:

Tabla 1 - Fuente:MachiningDoctor.com

Material	Giro			Fresado
	Continuo	Luz interrumpida	Muy interrumpido
Acero	Difícil	Medio	Resistente	Resistente
Acero inoxidable	Difícil	Medio	Resistente	Resistente
Aluminio	Difícil	Medio-duro	Medio	Medio
Inconel	Muy difícil	Difícil	Medio	Resistente
Titanio	Muy difícil	Difícil	Medio	Medio

¿Qué son los recubrimientos de carburo?

La mayoría de los insertos de carburo modernos y las herramientas de carburo sólido están recubiertos con una película delgada (entre 3 y 20 micrones, o 0,0001 a 0,0007 pulgadas). El recubrimiento se compone típicamente de capas de nitruro de titanio, óxido de aluminio y nitruro de carbono de titanio. Este recubrimiento aumenta la dureza y crea una barrera térmica entre el corte y el sustrato.

Los recubrimientos para herramientas de corte se agregan a través de una de dos tecnologías principales:

1. CVD (deposición química de vapor) —Las capas de revestimiento de CVD pueden tener un grosor de hasta 25 micrones. Este espesor asegura una barrera térmica efectiva y permite velocidades de corte más altas en comparación con los recubrimientos PVD. Por otro lado, ese mismo grosor hace imposible recubrir bordes cortantes muy afilados, y el recubrimiento es más propenso a grietas y roturas.
2. PVD (deposición física de vapor) — Los recubrimientos de PVD varían en espesor de 1 a 8 micras. Las plaquitas con recubrimiento de PVD necesitan operar a velocidades de corte más bajas en comparación con las de CVD; sin embargo, son más resistentes, se pueden aplicar en bordes afilados y tienen superficies más suaves que generan menos fricción.

La Tabla 2 proporciona una guía básica para seleccionar el recubrimiento más adecuado para diferentes aplicaciones.

Tabla 2 - Fuente:MachiningDoctor.com

Material	Giro		Tronzado y Ranurado	Fresado
	Alta velocidad de corte	Velocidad de corte baja
Acero	ECV	PVD	PVD	PVD / CVD fino
Acero inoxidable	ECV delgada	PVD	PVD	PVD / CVD fino
Aluminio	Sin recubrimiento	Sin recubrimiento	Sin recubrimiento	Sin recubrimiento
Inconel	PVD fino	PVD fino	PVD fino	PVD
Titanio	PVD fino/sin recubrimiento	PVD fino/sin recubrimiento	PVD fino/sin recubrimiento	PVD / Sin recubrimiento

¿Qué son los tratamientos posteriores?

A pesar de que solo ganó fuerza hace aproximadamente una década, agregar un tratamiento posterior después del recubrimiento se ha convertido en un estándar de la industria. Estos tratamientos suelen ser arenado u otras técnicas de pulido que alisan la capa de recubrimiento superior, reduciendo la fricción y, como resultado, el calor generado. Las diferencias de precio suelen ser menores y, en la mayoría de los casos, se recomienda favorecer los grados con tratamiento posterior.

Tablas de selección de grados

Para elegir el grado de carburo correcto para una aplicación en particular, consulte el catálogo o el sitio web del proveedor para obtener orientación. Aunque no existe un estándar internacional formal, la mayoría de los proveedores utilizan gráficos que describen los límites de trabajo recomendados de los grados en función de su "rango de aplicación" expresado en una combinación de letras y números de tres caracteres, como P05-P20.

La primera letra representa el grupo de materiales según la norma ISO. Se asigna una letra y un color correspondiente a cada grupo de materiales.

Letra	Material	Color
P	Acero	Azul
M	Acero inoxidable	Amarillo
K	Hierro Fundido	Rojo
N	No ferrosos	Verde
S	Superaleaciones	Naranja
H	Acero endurecido	Gris

Los dos números siguientes representan el nivel de dureza relativo del grado en una escala de 05 a 45 en incrementos de 5. Una aplicación de 05 requiere un grado muy duro adecuado para condiciones favorables y estables. Una aplicación de 45 requiere una calidad muy resistente adecuada para condiciones desfavorables e inestables.

Una vez más, no existe un estándar para estos valores, por lo que deben interpretarse como un valor relativo dentro de la tabla de calificaciones específica en la que aparecen. Por ejemplo, un grado marcado como P10-P20 en dos catálogos de diferentes proveedores podría tener una dureza diferente.

Las tablas de selección de grados generalmente se muestran por separado para cuatro aplicaciones principales diferentes:

1. Giro
2. Fresado
3. Ranurado/Tronzado
4. Perforación

Un grado marcado como P10-P20 en la tabla de grados de torneado podría tener una dureza diferente a un grado marcado como P10-P20 en la tabla de grados de fresado, incluso en el mismo catálogo. Esta diferencia se debe al hecho de que las condiciones favorables varían según las diferentes aplicaciones. Las aplicaciones de torneado se abordan mejor con calidades muy duras, pero en el fresado, las condiciones favorables requieren cierta tenacidad debido a su naturaleza interrumpida.

La Tabla 3 muestra un cuadro hipotético de grados y sus usos en diferentes dificultades de aplicaciones de torneado, como podría aparecer en un catálogo de proveedores de herramientas de corte. En este ejemplo, se recomendaría el grado A para una amplia gama de condiciones de torneado, pero no para cortes interrumpidos pesados, mientras que el grado D se recomendaría para torneado interrumpido pesado y otras condiciones muy desfavorables. Herramientas como Grades Finder de MachiningDoctor.com pueden buscar grados según este sistema de designación.

Designaciones de grado de carburo

Así como no existe un estándar oficial para los rangos de aplicación de grados, tampoco existe un estándar formal para las designaciones de grados. Dicho esto, la mayoría de los principales proveedores de insertos de carburo siguen pautas comunes en sus designaciones de grado. La designación "clásica" sigue un formato de seis caracteres BBSSNN, donde:

• BB — Código de marca: Cada proveedor principal tiene sus propias letras asociadas.
• SS — Número de serie de grado: Los números de las series de calificaciones generalmente se representan con dos dígitos aleatorios. Una serie suele ser un grupo de grados diseñados para una materia prima en particular y que comparten un tipo de recubrimiento común. Algunos ejemplos de series de calificaciones podrían ser:
  • BB85:calidades CVD para torneado de acero.
  • BB64:grados PVD para aleaciones a base de níquel.
  • BB23:calidades CVD para fresado de fundición.
• NN — Nivel de dureza: Los dos últimos dígitos, en la mayoría de los casos, reflejan el nivel de dureza de los diferentes grados de una serie. El número suele oscilar entre 05 y 45 según el mismo sistema explicado anteriormente sobre las tablas de calificaciones. Por ejemplo:
  • BB8505:una calidad muy dura para tornear acero en condiciones estables.
  • BB8540:una calidad muy resistente para tornear acero en cortes interrumpidos pesados.

La explicación anterior es correcta en muchos casos. Pero dado que este no es un estándar ISO/ANSI, algunos proveedores hacen sus propios ajustes al sistema, y ​​es aconsejable estar atento a estos cambios.

Grados de torneado

Los grados juegan un papel vital en las aplicaciones de torneado, más que en cualquier otra aplicación. Por eso, al consultar el catálogo de cualquier proveedor, la sección de torneado contará con la mayor selección de grados.

¿Por qué son tan importantes las calificaciones al tornear?

Esta amplia gama de grados de torneado se deriva de la amplia gama de aplicaciones de torneado. Todo, desde el mecanizado continuo, donde el borde de corte está constantemente acoplado con la pieza de trabajo y no sufre impacto pero genera mucho calor, hasta los cortes interrumpidos, que tienen fuertes impactos, entran en esta categoría.

La amplia gama de grados de torneado también se relaciona con la gran variedad de diámetros en la fabricación, desde 1/8 de pulgada (3 mm) para máquinas de tipo suizo hasta 100 pulgadas para fines industriales pesados. Debido a que la velocidad de corte también depende del diámetro, existe la necesidad de diferentes grados que estén optimizados para velocidades de corte bajas o altas.

Los principales proveedores suelen proporcionar series separadas de grados para cada grupo de materiales. En cada serie, los grados van desde duro para cortes interrumpidos hasta duro para mecanizado continuo.

Grados de fresado

En molienda, la gama de calidades que se ofrecen es menor. Debido a la naturaleza fundamentalmente interrumpida de la aplicación, las herramientas de fresado requieren calidades fuertes con alta resistencia al impacto. Por la misma razón, la capa de recubrimiento debe ser delgada; de lo contrario, no resistirá los impactos.

La mayoría de los proveedores usarán un sustrato resistente y una variedad de recubrimientos para fresar diferentes grupos de materiales.

Calidades para tronzado y ranurado

En aplicaciones de tronzado o ranurado, la selección de grados está limitada debido a factores de velocidad de corte. Es decir, el diámetro se hace más pequeño a medida que el corte se acerca al centro. La velocidad de corte disminuye así gradualmente. Al tronzar hacia el centro, la velocidad finalmente llega a cero al final del corte y la operación se convierte en cizallamiento en lugar de corte.

Por lo tanto, una calidad para tronzado debe ser compatible con una amplia gama de velocidades de corte, y el sustrato debe ser lo suficientemente resistente para soportar el corte al final de la operación.

El ranurado poco profundo es una excepción a otros tipos. Como comparte similitudes con el torneado, los proveedores con una gran selección de plaquitas para ranurado suelen ofrecer una mayor variedad de calidades para grupos de materiales y condiciones específicos.

Grados de perforación

En taladrado, el centro de la broca siempre tiene una velocidad de corte cero, mientras que la periferia tiene una velocidad de corte que depende del diámetro de la broca y la velocidad del husillo. Los grados optimizados para altas velocidades de corte fallarán y, por lo tanto, no deben usarse. La mayoría de los proveedores ofrecerán solo un puñado de grados.