Optimización de la Vida Útil y Selección de Materiales en Herramientas de Corte

Procesos de Desgaste en Herramientas de Corte

El desgaste de las herramientas es un factor crítico que determina su vida útil y la calidad del acabado superficial. A continuación, se detallan los principales tipos de desgaste observados en plaquitas y brocas.

Desgaste en Plaquitas (Inserts)

Desgaste de Flanco

• Ubicación: Aparece en la superficie de incidencia (cara de alivio).
• Causa: Se produce principalmente por abrasión entre la superficie mecanizada y la superficie de incidencia.

Desgaste de Cráter

• Ubicación: Aparece en la superficie de desprendimiento (cara de ataque).
• Causa: Se produce por abrasión o por el fenómeno de desgaste por difusión, facilitado por el flujo constante de la viruta sobre esta cara.

Entalla (Notching)

• Causa: Suele producirse al mecanizar materiales que tienden a endurecerse durante el proceso.
• Ubicación: Aparece en el filo principal.

Desgaste en Brocas Enterizas

Desgaste por Inercia y Condiciones Operativas

El desgaste en brocas está fuertemente influenciado por las condiciones de corte:

• Filo Principal: Una velocidad de corte ($V_c$) baja y/o un avance ($f$) bajo implican un calor excesivo. La herramienta puede generar más calor del que es capaz de disipar.
• Filo Transversal: Afectado por una velocidad de corte baja o una frecuencia de vibración alta. Este tipo de desgaste influye directamente en la calidad dimensional del agujero.

Rotura de la Broca

La rotura catastrófica puede ser causada por:

• Desviación excesiva de la herramienta.
• Condiciones de mecanizado inestables.
• Potencia insuficiente del husillo.
• Avance demasiado alto.

Influencia de Variables en la Vida Útil de la Herramienta

Aplicación de la Ecuación de Taylor

La vida útil de la herramienta ($T$) se modela mediante la Ecuación General de Corte de Taylor:

$$V f^x a_p^y T^n = C$$

Donde $V$ es la velocidad de corte, $f$ es el avance, $a_p$ es la profundidad de corte, $T$ es la duración de la herramienta, y $C, n, x, y$ son constantes empíricas.

Determinación de la Influencia de Variables

Para determinar el porcentaje de influencia de cada variable en la vida útil, se siguen los siguientes pasos:

1. Se despeja la variable $T$ de la ecuación y se deriva cada término respecto a sí mismo. Esto resulta en una ecuación diferencial que, conociendo las constantes $(n, x, y)$, permite determinar la influencia porcentual de cada variable.
2. Considerando valores típicos para las constantes: $n=0.3$; $y=0.1$; $x=0.2$.
3. Se deduce que, para un aumento del 10% en alguna de las variables de corte, la duración de la herramienta se ve afectada de la siguiente manera:

Conclusión sobre la Duración de la Herramienta

Se concluye que la variable que más influye en la reducción de la vida útil de la herramienta es la velocidad de corte ($V$).

Características y Materiales de las Herramientas de Corte

Requisitos Ideales y Soluciones de Compromiso

El usuario final busca herramientas que cumplan simultáneamente con las siguientes solicitaciones:

• Alta resistencia al desgaste.
• Alta estabilidad física y química a altas temperaturas.
• Alta resistencia a la fractura frágil (tenacidad).

Dado que no es posible alcanzar todas estas solicitaciones al mismo tiempo, la ingeniería de materiales se enfoca en encontrar soluciones de compromiso.

Los materiales de las herramientas deben ser significativamente más duros que los materiales a mecanizar.

Tipos de Materiales Comunes

Acero Rápido (HSS)

• Uso: Muy utilizado debido a su bajo coste.
• Características: Posee gran dureza, incluso a temperaturas elevadas. Alto contenido en carbono.

Metal Duro (Carburo Cementado)

• Uso: Constituye la base de casi todas las herramientas de plaquitas. Es uno de los metales más utilizados en la industria.
• Optimización: Se revisten para conseguir el equilibrio deseado entre tenacidad y resistencia al desgaste.

Cerámicos, Nitruro de Boro Cúbico (BN) y Diamante

• Uso: Empleados en alta producción y bajo condiciones de mecanizado estables.
• Diamante: Es el material más duro, ideal para mecanizar materiales de muy alta dureza.
• Nitruro de Boro Cúbico (BN): Es más estable y tenaz que el diamante, utilizado frecuentemente para el torneado de aceros duros y fundiciones.

Recubrimientos para Herramientas de Corte

Los recubrimientos se aplican para mejorar el rendimiento de la herramienta, proporcionando:

• Alta dureza superficial.
• Menor rozamiento entre la herramienta y la viruta.
• Protección de la herramienta a altas temperaturas.

Sistemas CAD/CAM y Programación CNC

Definiciones Clave

CAD (Computer-Aided Design)

Diseño Asistido por Computadora.

CAM (Computer-Aided Manufacturing)

Fabricación Asistida por Computadora.

Flujo de Trabajo en la Fabricación Asistida

El proceso de fabricación asistida comienza con la definición de los datos de partida:

1. Diseño de la pieza (CAD).
2. Características de la herramienta.
3. Estrategia de mecanizado (CAM).

Posteriormente, se aplica el postprocesado, que incluye la adición de datos específicos de la máquina para obtener el programa CNC final.