Dominando el mecanizado de grafito: herramienta, refrigerante y seguridad

A pesar de ser un material más blando, el grafito es en realidad uno de los materiales más difíciles de mecanizar. Hay muchas consideraciones que los mecanizadores deben hacer en términos de herramienta, uso de refrigerante y seguridad personal cuando se trata de mecanizar estas piezas. Este post "In The Loupe" examinará las propiedades del material, técnicas clave de mecanizado a considerar, y consejos para seleccionar correctamente herramientas de corte para lograr el éxito en este material complicado.

¿Qué es el Grafito?

Aunque el grafito es un alótropo de carbono, los dos términos no son simplemente intercambiables. El carbono es un elemento que puede formar varios alótropos diferentes incluyendo grafito, diamante y fullerita. El grafito resulta ser la forma más estable de carbono, y es la más común, ya que el carbono ocurre naturalmente como grafito bajo condiciones estándar.

El grafito es más reconocido por su conductividad superior y resistencia a altas temperaturas y corrosión. Esto lo hace un material común en situaciones de alta temperatura y alta presión en las industrias aeroespacial, electrodos, nuclear, energética y militar.

Aunque el grafito puede manejar situaciones intensas de alta presión con facilidad, es en realidad un material muy blando, abrasivo y frágil. Esto puede causar serios desafíos al mecanizar, ya que el grafito puede consumir herramientas de corte, y minimizar severamente la vida útil de una herramienta. Sin embargo, con la herramienta y técnicas adecuadas, hay formas de optimizar el mecanizado de grafito para que sea más rentable que la competencia.

Técnicas de Mecanizado de Grafito

Dado que el grafito es un material tan blando y frágil, se necesita consideración especial al mecanizar para evitar astillarlo. Para obtener un buen corte, se recomienda tomar cargas de viruta ligeras y usar avances más bajos en grafito. Si tomara un corte pesado a una velocidad de avance rápida, comenzaría a astillar el grafito y podría causar que se fracture completamente. Para dar un punto de comparación, las cargas de viruta para grafito son similares a las de materiales de aluminio, pero con menos de la mitad de la velocidad de avance.

Para darle una idea de velocidades y avances para grafito, aquí hay un ejemplo usando una fresa de mango Harvey Tool CVD Diamante Recubierta, 4 flautas, cuadrada de 1/4". Si esa herramienta funcionara a un RPM estándar de 12.000 a 780 SFM, la carga de viruta recomendada sería .00292 para una velocidad de avance de 140 IPM.

En términos de configuración de máquina, el consejo principal a recordar es evitar siempre el uso de refrigerante. El grafito es un material bastante poroso, y puede absorber refrigerante y actuar como una "esponja de refrigerante", lo que causará problemas con las piezas terminadas. Dentro de la máquina y en la herramienta, el refrigerante puede reaccionar con el polvo de grafito y crear una pasta abrasiva, que causará problemas durante el mecanizado. Se recomienda un sistema de vacío para limpiar material mientras se mecaniza grafito. De lo contrario, las herramientas recubiertas deberían poder funcionar en seco.

Otra cosa a notar al mecanizar grafito es que, como el grafito no produce virutas, sino una nube de polvo muy abrasivo, puede ser dañino para operadores y máquinas sin el cuidado adecuado. Los operadores deberían usar mascarilla protectora para evitar inhalar el polvo de grafito. La ventilación adecuada y mantener la calidad del aire en el taller también es clave para la protección de los mecanizadores al trabajar con grafito.

Dado que el polvo de grafito también es extremadamente conductor, puede dañar fácilmente circuitos no protectores dentro de su máquina CNC, lo que puede causar problemas eléctricos mayores. Aunque el refrigerante no se recomienda, un sistema de vacío puede ayudar a remover el polvo, evitando que se acumule demasiado dentro de la máquina y previniendo problemas serios.

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Herramientas de Corte para Mecanizado de Grafito

Como se mencionó previamente, el grafito es un notorio asesino de herramientas de corte debido a su naturaleza extremadamente abrasiva. Incluso las fresas de mango de carburo de más alta calidad, si se dejan sin recubrir, se desgastarán rápidamente en la mayoría de trabajos. Este desgaste extremo puede forzar un cambio de herramienta durante una operación, lo que podría llevar a una imperfección en la pieza al intentar reiniciar la operación donde la herramienta desgastada lo dejó.

Al seleccionar una herramienta de corte para mecanizado de grafito, el recubrimiento y filo de corte es la consideración más importante. Conteo de flautas, ángulos de hélice y otras características clave de la geometría de la herramienta vienen en segundo lugar al recubrimiento al comprar herramienta.

Para mecanizado de grafito, un recubrimiento CVD (Deposición Química de Vapor) de diamante se recomienda siempre que sea posible para maximizar la vida útil y rendimiento de la herramienta. Estos recubrimientos se crecen directamente en la fresa de carburo, mejorando la dureza y dejando la herramienta con una capa de recubrimiento 5 veces más gruesa que un recubrimiento PVD de diamante. Aunque no es el filo más afilado, el recubrimiento CVD de diamante proporciona vida útil de herramienta mucho más larga que otros recubrimientos de diamante debido a la capa de diamante más gruesa.

Aunque los costes iniciales de herramienta puedan ser más altos con herramientas recubiertas CVD versus herramientas sin recubrir, dado que las herramientas recubiertas CVD ven vida útil considerablemente más larga que las sin recubrir, esto hace que el coste por pieza se reduzca significativamente. En materiales difíciles y abrasivos como el grafito, la herramienta de carburo sin recubrir durará poco tiempo antes de que la abrasividad del grafito desgaste completamente el filo de corte. Tener una herramienta recubierta CVD le dará una ventaja sobre la competencia, mantendrá su máquina funcionando con menos tiempo de inactividad por cambios de herramienta, y en última instancia entregará ahorros de coste sustanciales.

En general, el grafito puede ser un material difícil de mecanizar, pero con las herramientas de corte adecuadas y velocidades y avances apropiados estará fabricando piezas de calidad en poco tiempo. Harvey Tool ofrece una amplia selección de fresas de mango recubiertas CVD en varios diámetros, alcances y longitudes de corte para asegurar que tenga lo que necesita para cualquier trabajo que se presente.