Selección de herramientas de corte: Guía completa para mecanizado de metales ferrosos y no ferrosos

¿Importa si un material de trabajo de metales es ferroso o no ferroso? El factor más importante es entender cómo cualquier material trabaja con sus herramientas de corte en sus máquinas — y eso sí importa, encuentran fabricantes de herramientas con conocimiento metalúrgico. Descubra lo que necesita saber sobre las principales diferencias en tipos de metales para mecanizado.

Pregunte a cualquier maquinista que defina la palabra "ferroso" y probablemente oirá la misma respuesta: Los metales ferrosos son los que se oxidan — acero al carbono, hierro fundido, acero para herramientas, etc. Esta afirmación, aunque cierta, es incompleta, ya que la definición metalúrgica es tanto más específica como abarca un rango mucho más amplio de metales.

"Simplemente, los materiales ferrosos contienen hierro", dice Aaron Schade, gerente de programa para el Centro de Conocimiento Américas de Kennametal. "Así que por supuesto esto incluye hierro fundido y acero, pero también está viendo metales que no se oxidan típicamente, como acero inoxidable y la mayoría de superaleaciones".

Pero visto de otra manera, el grupo de materiales no ferrosos incluye aluminio, cobre, latón, plástico y compuestos, y cualquier cosa que no esté en este grupo puede clasificarse como ferroso. Pero ya sea ferroso o no ferroso, ambos contienen una enorme variedad de materiales que requieren una amplia gama de diferentes características de diseño, velocidades y avances, explica Schade.

Un purista podría argumentar que muchas aleaciones de aluminio e incluso algunos cobres y bronces son por lo tanto ferrosos porque estos también contienen pequeñas cantidades de hierro. Pero eso es probablemente una simplificación excesiva. No es solo si el hierro está presente: Es la cantidad de hierro, señala Schade.

Los metales no ferrosos no contienen una base de hierro o cantidades significativas de hierro en absoluto. Por ejemplo, el acero inoxidable 316 contiene aproximadamente 62 a 72 por ciento de hierro; Inconel 718 es una base de níquel, pero aún contiene 17 por ciento de hierro y el aluminio 6061-T6 solo contiene un máximo de 0,7 por ciento de hierro. Por eso Schade dice que es difícil hacer afirmaciones generales sobre un tema tan profundamente técnico.

"Lo más relevante es identificar qué herramientas funcionan mejor para un material dado, independientemente de su nomenclatura", dice Schade.

Binky Sargent, gerente de análisis de materiales en Kennametal, está de acuerdo. "Ya sea ferroso o no ferroso, 304 inoxidable o 6061-T6, lo más importante a considerar es cómo la herramienta de corte interactúa con el material", dice. "Necesita saber cómo se forma la viruta y las formas más efectivas de eliminarla de la zona de trabajo, qué efecto tendrán las propiedades térmicas y químicas del material en la herramienta, y la forma de la característica de la pieza relativa a la forma y geometría del cortador".

Esencialmente, la selección correcta de herramientas depende de mucho más que la clasificación metalúrgica del material de la pieza de trabajo.

Metales ferrosos vs. no ferrosos: Selección de la herramienta de corte correcta

Kennametal y otros fabricantes de herramientas de corte evitan "ferroso vs. no ferroso", y en su lugar basan sus agrupaciones de materiales en características metalúrgicas como dureza, resistencia, ductilidad, conductividad térmica y composición química. Son estos atributos los que determinan qué herramienta de corte es más efectiva para mecanizar cualquier material dado, y cómo aplicarla mejor. La siguiente lista describe cada una de las categorías de Kennametal, junto con algunas pautas básicas sobre selección de herramientas de corte:

Acero: P1 – P6

Los aceros de bajo carbono como 1018 y A36 caen en la categoría P1, mientras que P6 incluye PH (endurecimiento por precipitación) y aceros inoxidables serie 400 (440C, 15-5 y 17-4, por nombrar algunos). Entre ellos están los aceros para herramientas (D2, S7), aceros para moldes (P20), y varios aceros de aleación (4340, 8620, etc.). En general, una herramienta de carburo recubierta de óxido de aluminio con rake positivo funciona bien en los metales P1 y P2 más blandos, mientras que una con mayor preparación de filo (piense en K-lands) y un rake más negativo es preferida a medida que aumenta la dureza.

Acero inoxidable: M1 – M3

A diferencia de los aceros inoxidables ferríticos y martensíticos encontrados en el grupo P, los aceros inoxidables tipo M1 y M2 son austeníticos (lo que significa que tienen una estructura cristalina cúbica centrada en las caras), mientras que los aceros dúplex M3 (Nitronic es uno) tienen una microestructura de dos fases que incluye ferrítas, lo que los hace muy tenaces. Los aceros inoxidables y dúplex también contienen al menos 10.5 por ciento de cromo, así como níquel y otros elementos desafiantes. Como regla, use una herramienta recubierta CVD con rake positivo, preparación de filo mínima, avances moderados y menores profundidades de corte.

¿Necesita ayuda con mecanizado de níquel? Lea "5 consejos de corte de metal para aleaciones de níquel de alta temperatura".

Hierro fundido: K1 – K3

El hierro se encuentra en todo, desde tapas de alcantarilla, que usan K1 o hierro fundido gris, hasta discos de freno, que usan CGI, o hierro grafítico compactado, que es un metal K2, hasta los tornos encontrados en los centros de mecanizado del taller. Los tornos usan un hierro dúctil grado K3, también conocido por su nombre comercial "Dura-Bar". Todos los hierros son de viruta corta y abrasivos que hacen que las herramientas de corte de cerámica y PCBN de tope plano (rake cero a negativo) sean la primera elección. El carburo recubierto CVD hace un buen trabajo en todos menos en los hierros más duros.

No ferrosos: N1 – N7

Como señala Schade de Kennametal, no ferroso es cualquier material que no contenga hierro — mayormente. La designación N1 a N3 incluye todos los aluminios desde el ubicuo 6061-T6 hasta el eutéctico, y muy abrasivo, Al-12Si.

N4 significa cobre, latón y aleaciones a base de zinc, que es una lista considerable de metales mayormente de libre mecanizado. N5 a N7 contiene todo, desde plástico y caucho hasta grafito y CFRP.

Desde una perspectiva de herramienta de corte, la mayoría de estos materiales mecanizan bien con un carburo sin recubrir de rake alto positivo o inserto PCD, o diamante policristalino, aunque los plásticos y cauchos blandos pueden cortar mejor con una broca HSS muy afilada.

Superaleaciones: S1 – S4

Como el nombre implica, la serie S de aleaciones de alta temperatura están entre las más difíciles de todos los materiales para mecanizar e incluyen:

• S1: A286, que es a base de hierro o aleación S1
• S2: Stellite que contiene cobalto
• S3: Inconel 625 y Monel son superaleaciones altas en níquel
• S4: Titanio como Ti6Al-4V es el material más común

Las virutas largas y fibrosas son la regla, al igual que el muescado por profundidad de corte, endurecimiento por trabajo y borde acumulado. Se necesitan herramientas de corte afiladas con rake positivo, junto con velocidades de corte más lentas y una configuración rígida. Para mayor productividad, considere herramientas de corte de cerámica, con la única excepción siendo el titanio, debido a su reactividad química.

Materiales endurecidos: H1 – H4

Una vez que el acero para herramientas, inoxidable pH y aceros de alto carbono han sido endurecidos a través de tratamiento térmico, a menudo es necesario cambiar de una herramienta de corte de carburo a una hecha de cerámica o "PCBN", que significa nitruro de boro cúbico policristalino.

Las profundidades de corte y velocidades de corte también deben reducirse, para mitigar la extrema resistencia al desgaste y abrasividad de materiales endurecidos H1 (hasta 48 HRC) a H4 (mayor a 60 HRC). Al igual que con las superaleaciones, cuanto más rígida la configuración, mejor.

Criterios para selección de herramientas de corte similares entre fabricantes de utillaje

Brian Hoefler, ingeniero de aplicaciones corporativo para Seco Tools y Sandvik Machining Solutions, usa descripciones de materiales ligeramente diferentes que Kennametal, pero los criterios básicos para selección de herramientas de corte son los mismos.

"La mecanizabilidad de cualquier material depende en gran medida de su microestructura, conductividad térmica, contenido de carbono, la presencia de elementos de aleación como molibdeno y tungsteno, y una gran cantidad de otras variables", dice Hoefler.

Al final del día, elegir la herramienta correcta típicamente se reduce a qué material de herramienta de corte, geometría y recubrimiento es más efectivo rompiendo los enlaces metalúrgicos del material de la pieza de trabajo mientras soporta el calor y abrasión generados durante el mecanizado.

"Cuando tenga dudas, comuníquese con un proveedor de herramientas de corte conocedor para ayuda", dice Hoefler. "No importa qué esté cortando, las probabilidades son excelentes de que haya una solución productiva y rentable disponible".

¿Qué tan bien conoce la composición metálica de los materiales que corta? Compártalo con sus pares.