Estrategias de Tooling Innovadoras para Mecanizado Superior de Hierro Fundido

Este material desafiante hace demandas únicas en herramientas de corte, pero una combinación de I+D, pruebas de laboratorio y resultados de aplicaciones del mundo real está llevando a soluciones efectivas.

El hierro fundido sigue siendo uno de los materiales más duros de mecanizar. Eso es principalmente porque tiene inconsistencias en su composición y su estructura varía, particularmente en la superficie exterior. Esto lleva a variaciones significativas en mecanizabilidad. Cortes interrumpidos o condiciones de máquina inestables también pueden tener que ser tomados en consideración al mecanizar hierro fundido. Estos factores son particularmente desafiantes para las herramientas de corte, especialmente para herramientas de desbaste usadas en producción de alto volumen, donde la vida 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 uso aumentado de aleaciones de metales ligeros. El auge de aleaciones de metales ligeros significa, por ejemplo, que los bloques de motor en autos pequeños y medianos hoy a menudo son hechos de aluminio. Sin embargo, en autos más grandes con motores más grandes de alrededor de dos litros o más, los bloques de motor de aluminio necesitarían ser considerablemente más grandes. En este caso, el hierro fundido permite paredes más delgadas y un motor más compacto. Este es un factor importante particularmente para motores de auto montados transversalmente.

La pregunta de "hierro fundido o aluminio" no aplica a motores diésel o vehículos comerciales. En esta área, no hay competencia debido a los efectos de amortiguación de vibración del hierro fundido, normalmente en la forma de hierro fundido de grafito compactado. Su fuerza está 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 producto para torneado en Walter. Es un sentimiento compartido por otras compañías líderes de tooling, especialmente en años recientes, ya que la industria automotriz ha empujado por formas más eficientes y confiables de mecanizar este material vital pero difícil. "Dentro de él tenemos varios sectores de enfoque, como la industria automotriz, industria general y construcción, con componentes como bloques de motor, cubos de rueda, bombas, y carcasas de diferencial o caja de cambios", añadió.

El uso de hierro fundido para permitir paredes de motor más delgadas fue mencionado anteriormente. Mecanizar estas paredes más delgadas, sin embargo, típicamente induce vibración. Por eso se necesitan herramientas que sean tanto de corte suave como robustas. Para alcanzar esa mezcla, estas herramientas necesitan 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 resistencia al desgaste térmico aumentada, y proporcione máxima vida de herramienta y velocidades de corte", responde. "Además, un tratamiento de superficie especial que convierte los esfuerzos de tracción en el recubrimiento en esfuerzos de compresión." Esto está diseñado para aumentar la tenacidad del material de la herramienta de corte, lo que impulsa la confiabilidad del filo de corte, particularmente al mecanizar cascarilla de fundición. Tanto la resistencia al desgaste como la tenacidad son por lo tanto mayores que con recubrimientos convencionales.

Kussmaul enfatiza que la geometría de inserto adecuada también es crucial ya que la macro y microgeometría de un filo de corte tienen una influencia significativa en la formación de viruta y, por lo tanto, en las fuerzas de corte resultantes. Elegir la geometría correcta para la aplicación, preferiblemente una con superficie de contacto rectificada para asegurar asentamiento seguro del inserto indexable, es crucial. "Un recubrimiento avanzado junto con geometrías optimizadas y los nuevos grados de material de herramienta de corte de hoy pueden llevar a rendimiento de corte máximo y un aumento en la vida de la herramienta de hasta 75 por ciento", dice.

Múltiples filos para fresado

Quizás la mayoría de las piezas encontradas en mecanizado de hierro fundido, y generalmente también las más grandes, son cúbicas en forma y son por lo tanto un trabajo para una fresadora o centro de mecanizado. Una de las operaciones más comunes es el fresado de cara de superficies de sellado y fijación, como superficies de cabeza de cilindro en bloques de motor.

"En la industria automotriz, es importante procesar tantas superficies como sea posible en el menor tiempo y con confiabilidad de proceso. Fresas grandes con múltiples filos de corte son requeridas para las tasas de remoción de metal apropiadas", dice Wolfgang Vötsch, especialista en fresado en gestión de producto en Walter.

Vötsch señala el F4045 de su compañía como un ejemplo principal del tipo de herramienta requerido para maximizar la productividad y confiabilidad de proceso en mecanizado de hierro fundido. Los insertos del F4045 proporcionan 14 filos de corte utilizables porque los insertos indexables simétricos no solo se indexan radialmente, sino que también son reversibles. Estas características hacen un cortador de hierro fundido altamente eficiente, que reduce costos de filo de corte. Además, una geometría general positiva proporciona fuerzas de corte bajas y consumo de energía reducido.

Otra característica deseable en una fresa es un sistema de sujeción por cuña de inserto para que el inserto indexable pueda ser ajustado precisamente y seguro en su asiento. Con este diseño, la cuña de sujeción pivota hacia un lado después de solo unas vueltas del tornillo de sujeción para permitir acceso rápido y fácil al inserto indexable.

"El manejo es de importancia crucial para una herramienta con muchos filos de corte utilizables", explica Vötsch. "Si los insertos indexables no pueden ser volteados o indexados rápida y fácilmente a mano, mucho tiempo valioso se pierde."