Nuevos enfoques de herramientas para el mecanizado de hierro fundido

Este desafiante material impone exigencias únicas a las herramientas de corte, pero una combinación de I+D, pruebas de laboratorio y los resultados de aplicaciones del mundo real está conduciendo a soluciones efectivas.

El hierro fundido sigue siendo uno de los materiales más difíciles de mecanizar. Esto se debe principalmente a que tiene inconsistencias en su composición y su estructura varía, particularmente en la superficie exterior. Esto conduce a variaciones significativas en la maquinabilidad. Los cortes interrumpidos o las condiciones inestables de la máquina también deben tenerse en cuenta al mecanizar hierro fundido. Estos factores son particularmente desafiantes para las herramientas de corte, especialmente para las herramientas de desbaste utilizadas en la producción de alto volumen, donde la vida útil de la herramienta y la confiabilidad del proceso tienen una gran influencia en los costos.

El hierro fundido todavía se usa mucho, a pesar del mayor uso de aleaciones de metales ligeros. El auge de las aleaciones de metales ligeros significa, por ejemplo, que los bloques de motor de los automóviles pequeños y medianos de hoy en día a menudo están hechos de aluminio. Sin embargo, en automóviles más grandes con motores más grandes de alrededor de dos litros o más, los bloques de motor de aluminio deberían ser considerablemente más grandes. En este caso, el hierro fundido permite paredes más delgadas y un motor más compacto. Este es un factor importante especialmente para los motores de automóviles montados transversalmente.

La cuestión de "hierro fundido o aluminio" no se aplica a los motores diésel ni a los vehículos industriales. En esta área, no hay competencia debido a los efectos de amortiguación de vibraciones del hierro fundido, normalmente en forma de hierro fundido de grafito compactado. Su fuerza se encuentra entre la del hierro gris y el hierro dúctil.

"El mecanizado de hierro fundido es un área de aplicación muy importante para nosotros", dice Gerd Kussmaul, gerente senior de productos para torneado en Walter. Es un sentimiento compartido por otras empresas líderes de herramientas, especialmente en los últimos años, ya que la industria automotriz ha impulsado formas más eficientes y confiables de mecanizar este material vital pero difícil. “Dentro de él tenemos varios sectores de enfoque, como la industria automotriz, la industria en general y la construcción, con componentes como bloques de motor, cubos de rueda, bombas y cajas de diferencial o caja de cambios”, agregó.

El uso de hierro fundido para permitir paredes de motor más delgadas se mencionó anteriormente. Sin embargo, el maquinado de estas paredes más delgadas generalmente induce vibración. Es por eso que se necesitan herramientas que sean tanto de corte suave como resistentes. Para lograr esa mezcla, estas herramientas deben tener ciertas características, la primera de las cuales es un recubrimiento de alto rendimiento. ¿Por qué?

"El recubrimiento debe tener una microestructura optimizada que permita una mayor resistencia al desgaste térmico y proporcione la máxima vida útil de la herramienta y velocidades de corte", responde. "Además, un tratamiento de superficie especial que convierte las tensiones de tracción en el recubrimiento en tensiones de compresión". Esto está diseñado para aumentar la tenacidad del material de la herramienta de corte, lo que aumenta la fiabilidad del filo, especialmente cuando se mecanizan incrustaciones de fundición. Por lo tanto, tanto la resistencia al desgaste como la tenacidad son mayores que con los recubrimientos convencionales.

Kussmaul destaca que la geometría adecuada de la plaquita también es crucial, ya que la macro y microgeometría de un filo de corte tienen una influencia significativa en la formación de virutas y, por lo tanto, en las fuerzas de corte resultantes. Es fundamental elegir la geometría adecuada para la aplicación, preferiblemente una con una superficie de contacto con el suelo para garantizar un asiento seguro de la plaquita intercambiable. "Un recubrimiento avanzado junto con las geometrías optimizadas y los nuevos grados de materiales de las herramientas de corte de hoy en día pueden conducir a un rendimiento de corte máximo y un aumento en la vida útil de la herramienta de hasta un 75 por ciento", dice.

Múltiples filos para fresado

Quizás la mayoría de las piezas de trabajo que se encuentran en el mecanizado de hierro fundido, y generalmente también las más grandes, tienen forma cúbica y, por lo tanto, son un trabajo para una fresadora o un centro de mecanizado. Una de las operaciones más comunes es el fresado frontal de superficies de sellado y fijación, como superficies de culatas en bloques de motor.

“En la industria automotriz, es importante procesar tantas superficies como sea posible en el menor tiempo posible y con seguridad en el proceso. Se requieren fresas grandes con varios filos de corte para las tasas de arranque de viruta apropiadas”, dice Wolfgang Vötsch, especialista en fresado en gestión de productos en Walter.

Vötsch señala la F4045 de su empresa como un excelente ejemplo del tipo de herramienta necesaria para maximizar la productividad del mecanizado de hierro fundido y la fiabilidad del proceso. Las plaquitas de la F4045 proporcionan 14 filos de corte utilizables porque las plaquitas indexables simétricas no solo están indexadas radialmente, sino que también son reversibles. Estas características lo convierten en un cortador de hierro fundido altamente eficiente, lo que reduce los costos de vanguardia. Además, una geometría general positiva proporciona fuerzas de corte bajas y un consumo de energía reducido.

Otra característica deseable en una fresa es un sistema de sujeción de cuña de inserto para que el inserto indexable pueda ajustarse con precisión y seguridad en su asiento. Con este diseño, la cuña de sujeción pivota hacia un lado después de unas pocas vueltas del tornillo de sujeción para permitir un acceso rápido y fácil a la plaquita intercambiable.

"El manejo es de vital importancia para una herramienta con muchos filos útiles", explica Vötsch. "Si las inserciones indexables no se pueden girar o indexar rápida y fácilmente a mano, se pierde mucho tiempo valioso".