7 Recubrimientos Esenciales para Herramientas en Mecanizado CNC Superior

Si necesita impulsar su operación de mecanizado CNC, vale la pena entender cómo la tecnología de recubrimientos de herramientas puede marcar la diferencia. Aquí hay buenas razones para evaluar un recubrimiento de alto rendimiento para su próximo trabajo problemático.

El buen carburo es importante, pero un buen recubrimiento aplicado a la superficie de ese carburo es a menudo crítico. En este artículo, entrevistamos al Dr. Jon W. Paggett, director de desarrollo de recubrimientos en Kyocera Hardcoating Technologies, para discutir los desarrollos recientes en recubrimientos de herramientas de corte y cómo ayudan a los talleres a aumentar la productividad y reducir los costos de herramienta.

Los Principales Recubrimientos para Fresas de Extremo, Taladros, Fresadoras

Kyocera SGS Precision Tools es un fabricante líder de fresas de extremo, taladros y fresadoras y ofrece muchos recubrimientos diferentes. Aunque los nombres son propietarios, están los clásicos como TiN y TiCN, con los que cualquier maquinista está familiarizado, así como algunos recién llegados al bloque de recubrimientos. Aquí están los siete principales:

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

Hay más, pero el segundo —AlTiN, junto con sus parientes que contienen silicio (AlTiN/Si₃N₄)— es el que, según Paggett, ha desplazado en gran medida al TiN como el recubrimiento de referencia para una amplia gama de aplicaciones.

"Es quizás el recubrimiento más común y generalmente aplicable disponible, 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 de mayor temperatura."

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Cómo los Recubrimientos Adecuados Previenen Grietas, Deslaminación y Fallo de Herramienta

Hay mucho más en los recubrimientos de herramientas de corte 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 hoy incluyen nanoestructuras como nanocapas o nanocompuestos", dice Paggett. "Suponiendo que el espesor de estas capas ultra-delgadas pueda controlarse dentro de un rango dado, sirven para mejorar la dureza y resistencia al desgaste del recubrimiento, con solo un sacrificio mínimo en tenacidad. Estas estructuras multicapa y multifásicas también ayudan a desviar grietas que de otro modo se propagarían en la herramienta."

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

Y como cualquiera que haya usado una herramienta recubierta con TiC u otro CVD heredado puede atestiguar, los recubrimientos más gruesos también "embotan" la herramienta al aumentar el radio del filo de corte. Esto es ventajoso en algunas aplicaciones —acero al carbono y fundición gris, por ejemplo— pero para acero inoxidable, aluminio, aceros para herramientas y superaleaciones, un filo afilado y herramienta de rake positivo son generalmente la primera opción.

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La Evolución de los Recubrimientos de Herramientas de Corte

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

"Los avances en la aplicación de recubrimientos PVD han incluido diseños de cátodo que intentan combinar las ventajas del arco catódico y el sputtering por magnetrón", dice Paggett. "La configuración del magnetrón y el arco pulsado reducen las macropartículas y producen un recubrimiento más suave en sistemas de arco catódico, mientras que HiPIMS (sputtering por magnetrón de impulso de alta potencia) aumenta la relación de ionización y la tasa de deposición en sistemas de sputtering. También se están logrando avances en configuraciones de grabado por plasma, lo que aumenta la adhesión del recubrimiento."

Toda esta charla sobre magnetrones y sistemas de sputtering puede ser información compleja. Para un maquinista, lo único importante es la vida útil de la herramienta y qué tan rápido se puede remover metal. Si ese metal es aluminio, señala Paggett, eche un vistazo serio a otro recubrimiento recién llegado: el diburo de titanio.

El TiB₂ es un excelente recubrimiento para aleaciones de aluminio y otras aplicaciones no ferrosas. Su alta dureza proporciona buena resistencia al desgaste en aleaciones de aluminio abrasivas con silicio y reduce el filo de arranque que finalmente conduce al fallo de la herramienta.

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

"Cuando se ven bajo un microscopio, los filos de herramienta rectificados son bastante rugosos", dice Paggett. "Los puntos altos actúan como concentradores de tensión que pueden llevar a fracturas prematuras y deterioro del filo de corte. Pero la preparación del filo suaviza esta rugosidad, además de introducir un redondeo que refuerza aún más el filo."

El Impacto en la Productividad de los Recubrimientos de Herramientas

Cualquiera que haya comprado una herramienta de corte últimamente casi con certeza ha notado la etiqueta de precio más alta que viene con estos recubrimientos avanzados —a 2 o 3 veces el precio de los recubrimientos "estándar", ¿realmente vale la pena? Paggett piensa que sí.

Los aumentos potenciales de rendimiento dependen de una amplia gama de variables, incluyendo el material de la pieza, la geometría de la herramienta, las trayectorias de herramienta y la máquina herramienta, pero aumentos de tasa de remoción de material de 10 veces o más son posibles en ciertas aplicaciones.

"La mayor productividad y vida útil de la herramienta casi ciertamente resultarán en una reducción neta del costo total", agrega.

Admitidamente, una máquina herramienta antigua o de baja potencia no podrá aprovechar al máximo estas ganancias de productividad, pero la vida útil extendida de la herramienta seguiría siendo beneficiosa.

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

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