7 recubrimientos de herramientas imprescindibles para el mecanizado de alto rendimiento

Si necesita impulsar su operación de mecanizado CNC, vale la pena comprender cómo la tecnología de recubrimientos de herramientas puede marcar la diferencia. Estas son algunas buenas razones para evaluar un recubrimiento de herramienta de corte de alto rendimiento para su próximo trabajo problemático.

Un buen carburo es importante, pero un buen revestimiento aplicado a la superficie de ese carburo suele ser fundamental. En este artículo, entrevistamos al Dr. Jon W. Paggett, director de desarrollo de recubrimientos de Kyocera Hardcoating Technologies, para analizar los desarrollos recientes en recubrimientos para herramientas de corte y cómo ayudan a los talleres a aumentar la productividad y reducir los costos de herramientas.

Los mejores recubrimientos de herramientas para fresas, taladros y fresadoras

Kyocera SGS Precision Tools es un fabricante líder de fresas, taladros y enrutadores y ofrece muchos recubrimientos de herramientas diferentes. Si bien los nombres son de propiedad exclusiva, existen los viejos recursos, como TiN y TiCN, con los que cualquier maquinista está familiarizado, así como algunos recién llegados al bloque de recubrimiento. Aquí están los siete primeros:

• Ti-NAMITE (nitruro de titanio)
• Ti-NAMITE-A (nitruro de titanio y aluminio)
• Ti-NAMITE-B (diboruro de titanio)
• Ti-NAMITE-C (carbonitruro de titanio)
• Ti-NAMITE-X (nanocompuesto patentado)
• Di-NAMITE (diamante cristalino)
• Ti-NAMITE-M (nanocompuesto patentado)

Hay más, pero es el segundo:AlTiN, junto con su componente que contiene silicio (AlTiN/Si₃). N₄ ) parientes, que, según Paggett, ha suplantado en gran medida al TiN como recubrimiento de referencia para una amplia gama de aplicaciones.

“Es quizás el recubrimiento disponible más común y de aplicación general, y es una buena opción de alto rendimiento para aceros inoxidables y algunas superaleaciones”, explica. "Además, la adición de cromo a varios recubrimientos (AlTiCrN y AlCrN, por ejemplo) mejora la estabilidad térmica para una serie de aplicaciones a temperaturas más altas".

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Cómo los recubrimientos de herramientas correctos previenen grietas, delaminación y fallas de herramientas

Los recubrimientos para herramientas de corte son mucho más que un montón de compuestos químicos esotéricos. El método utilizado para aplicar los recubrimientos es igualmente importante, al igual que la preparación del filo de la herramienta, el espesor del recubrimiento y el tamaño de grano del sustrato de carburo.

“Muchos recubrimientos avanzados en la actualidad incluyen nanoestructuras como nanocapas o nanocompuestos”, dice Paggett. “Suponiendo que el grosor de estas capas ultrafinas se pueda controlar dentro de un rango determinado, sirven para mejorar la dureza y la resistencia al desgaste del recubrimiento, con solo un sacrificio mínimo en la tenacidad. Estas estructuras multifásicas en capas también ayudan a desviar las grietas que, de otro modo, se propagarían a la herramienta”.

Los recubrimientos de nitruro suelen estar en el rango de 2 a 4 mm, dice Paggett, y señala que las tensiones entre el recubrimiento y el sustrato aumentan con el espesor del recubrimiento. Si es demasiado grueso, el resultado podría ser una delaminación seguida de una falla de la herramienta.

Y como puede atestiguar cualquiera que haya usado una herramienta TiC u otra heredada con recubrimiento de CVD, los recubrimientos más gruesos también "opacan" la herramienta al aumentar el radio del filo de corte. Esto es ventajoso en algunas aplicaciones (acero al carbono y hierro fundido, por ejemplo), pero para acero inoxidable, aluminio, aceros para herramientas y superaleaciones, una herramienta de borde afilado y de desprendimiento positivo suele ser la primera opción.

¿Está considerando el mecanizado de alto rendimiento? Aprender cómo. Leer “ ¿Es hora de adoptar el mecanizado de alto rendimiento? ”

La evolución de los recubrimientos para herramientas de corte

Por supuesto, la tecnología de recubrimiento ha cambiado mucho desde los primeros días de TiC y otros recubrimientos CVD. Las herramientas recubiertas de TiC más gruesas de la actualidad son mucho más afiladas que antes.

“Los avances en la aplicación de recubrimientos PVD han incluido diseños de cátodos que intentan combinar las ventajas del arco catódico y la pulverización catódica”, dice Paggett. “La configuración magnética y el arco pulsado reducen las macropartículas y crean un recubrimiento más uniforme a partir de los sistemas de arco catódico, mientras que HiPIMS (pulverización catódica con magnetrón de impulso de alta potencia) aumenta la relación de ionización y la tasa de deposición de los sistemas de pulverización catódica. También se están logrando avances en las configuraciones de grabado con plasma, lo que aumenta la adhesión del recubrimiento”.

Toda esta charla sobre magnetrones y sistemas de pulverización catódica puede ser información embriagadora. Para un maquinista, todo lo que es importante es la vida útil de la herramienta y la rapidez con la que se puede quitar el metal. Si ese metal es aluminio, señala Paggett, analice detenidamente otro recubrimiento recién llegado, el diboruro de titanio.

TiB₂ es un excelente recubrimiento para aleaciones de aluminio y otras aplicaciones no ferrosas. Su alta dureza proporciona una buena resistencia al desgaste en aleaciones de aluminio abrasivas que contienen silicio y reduce la acumulación de filo que, en última instancia, conduce a la falla de la herramienta.

¿Y qué efecto tiene la preparación del filo en el rendimiento de la herramienta de corte?

“Cuando se observa bajo un microscopio, los bordes de la herramienta rectificada son bastante ásperos”, dice Paggett. “Los puntos altos actúan como concentradores de tensión que pueden provocar una fractura prematura y un deterioro del filo de corte. Pero la preparación del borde suaviza esta aspereza, además de introducir un afilado que fortalece aún más el borde”.

El impacto en la productividad de los recubrimientos de herramientas

Cualquiera que haya comprado una herramienta de corte últimamente seguramente ha notado el precio más alto que viene con estos recubrimientos avanzados:de 2 a 3 veces el precio de los recubrimientos de herramientas "estándar", ¿realmente vale la pena? Paggett cree que sí.

Los posibles aumentos de rendimiento dependen de una amplia gama de variables, incluido el material de la pieza de trabajo, la geometría de la herramienta, las trayectorias de la herramienta y la máquina herramienta, pero en ciertas aplicaciones es posible aumentar la tasa de eliminación de material de 10 veces o más

“La mayor productividad y vida útil de la herramienta resultarán casi con certeza en una reducción neta del costo total”, agrega.

Por supuesto, una máquina herramienta más antigua o con poca potencia no podrá aprovechar al máximo estas ganancias de productividad, pero la vida útil prolongada de la herramienta aún sería beneficiosa.

“Con eso en mente, hay aplicaciones específicas dentro de los sectores médico y aeroespacial donde pueden ser reacios a usar recubrimientos debido a problemas de biocompatibilidad o transferencia de materiales”, dice Paggett. "Sin embargo, para la mayoría de las aplicaciones, corresponde a los talleres evaluar y probar nuevos recubrimientos a medida que estén disponibles".

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