El carburo de 2018 ES tungsteno es cuestión de confianza...Categorías de carburo de tungsteno - Composición y propiedades ... Matriz de aplicaciones Guía para una correcta selección

CERATIZIT es un grupo de ingeniería de alta tecnología especializado en tecnologías de mecanización y técnicas para trabajar con materiales de gran dureza.

El carburo de tungsteno es cuestión de confianza

2018 ES

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HARD MATERIAL SOLUTIONS BY CERATIZIT

Le damos la bienvenida a Premium

Aquí solo encontrará lo mejor en utillaje y piezas capaces de resistir el máximo desgaste, a la altura de sus procesos de trabajo, a la vanguardia de la industria. Una solución de precisión a su medida, eso es lo que usted busca. ¿Necesita un socio experto, capaz de transformar sus requisitos en productos estándar y soluciones personalizadas? Las Soluciones para materiales duros de CERATIZIT son la mejor opción, con una amplia gama de soluciones de vanguardia para mecanizado, el toque final para su cadena de generación de valor.

EFICIENCIA. PRECISIÓN. FIABILIDAD.

Nuestras soluciones se basan en una estructura de carburo de tungsteno cementado homogénea y reproducible de forma consistente, que garantiza las prestaciones de la herramienta a largo plazo, su estabilidad y la fortaleza durante toda la vida útil.Por ejemplo, las variedades de carburo CF desarrolladas para la fabricación de herramientas deben soportar los requisitos más extremos: resistentes a la corrosión y al desgaste, pero también adecuadas a la medida de sus necesidades. Una solución que ha convencido a expertos en mecanizado de todo el mundo.Nuestros productos garantizan resultados de alta productividad en todo tipo de aplicaciones. Las Soluciones para materiales duros de CERATIZIT son su socio ideal, un socio que escucha con atención, reflexiona con usted y le ofrece un servicio personal. Con asesoramiento para elegir la categoría adecuada, analizando su cadena de procesos y con una oferta de seminarios de formación personalizados. Deposite su confianza en nuestra experiencia y nuestros amplísimos conocimientos especializados: desde materias primas y piezas brutas sin tratar hasta productos listos para usar. Años de experiencia permiten que nuestros expertos conciban ideas centradas en el cliente, explotando sus excepcionales conocimientos para conseguir resultados de máximo rendimiento. Y todas esas ventajas quedarán reflejadas en su cadena de generación de valor.

MUCHO MÁS QUE SIMPLES PIEZAS QUE RESISTEN EL DESGASTE

Profundos conocimientos de planificación, diseño y experiencia en la ingeniería de producción: tres aspectos que resumen exactamente por qué el resultado final que ofrecemos es justo esa solución que usted estaba buscando.A través de nuevas creaciones, innovaciones e hitos, CERATIZIT va modelando sin cesar el futuro de los expertos en mecanización... y de paso le ayuda a perfeccionar y extender su ventaja competitiva de la mano de los carburos de tungsteno de más calidad del mercado. Hoy, mañana y todos los días posteriores, siempre hay una constante que se mantiene: usted es algo más que nuestro cliente. Es nuestro socio.

Atentamente,el equipo de Soluciones para materiales duros de CERATIZIT

LE DAMOS LA BIENVENIDA A PREMIUM

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www.ceratizit.comHARD MATERIAL SOLUTIONS BY CERATIZIT

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GRUPO CeratizitDatos y cifrasCentros de producción

Contenidos

CONTENIDO

Carburo de tungsteno cementado¿Por qué elegir el carburo cementado?¿Qué es el carburo de tungsteno cementado?Ejemplos de distintos campos de aplicación del carburo de tungstenoProducción del carburo de tungstenoCategorías de carburo

Mecanización del carburoEsmerilado del carburo de tungstenoMecanización por electroerosiónFresado del carburo de tungstenoTorneado en duroGranalladoPulidoRevestimientos

Técnicas de uniónDistintos tipos de técnicas de uniónSoldaduraConexiones mediante tornillosUnión adhesivaAjuste por contracción

Selección de las categorías de carburoSelección de las categorías de carburoCriterios para elegir la categoría - Un ejemplo de la industria de herramientas y matricesCategorías de carburo de tungsteno - Composición y propiedadesEsquema general de calidades y categoríasEjemplos de aplicacionesSelección de las categorías - Matriz de aplicacionesGuía para una correcta selección de la categoría

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Desde hace más de 95 años, CERATIZIT es una empresa pionera en el desarrollo de productos de materiales duros excepcionales para herramientas de corte y para la protección contra el desgaste.Esta empresa de propiedad privada con sede en Mamer, Luxemburgo, desarrolla y fabrica herramientas de corte de carburo altamente especializadas, insertos y barras de materiales duros, así como piezas de utillaje de desgaste.

El grupo CERATIZIT es el líder mundial del mercado en varios campos de aplicación de piezas de desgaste y desarrolla con éxito nuevos tipos de carburo de tungsteno, carburos cementados, cermets y materiales cerámicos que se utilizan, por ejemplo, en las industrias de la madera, el metal y la piedra.

Grupo CERATIZIT

Datos y cifras

> 9000empleados

> 200empleados en I+D

1 sedeMamer (Luxemburgo)

> 100 000productos diferentes

> 10premios a la innovación

> 1000patentes y modelos de utilidad

30 %de los productos desarrollados en los últimos 5 años

34centros de producción

> 70filiales de ventas

DATOS Y CIFRAS

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CENTROS DE PRODUCCIÓN

Centros de producciónEl grupo CERATIZIT dispone de cuatro plantas centradas en el desarrollo y la fabricación de productos para la protección contra el desgaste.

Mamer (Luxemburgo)La sede central del grupo CERATIZIT está ubicada en Ma-mer, Luxemburgo. Actualmente, nuestra planta de Mamer cuenta con más de 1150 empleados y su principal actividad gira en torno a la protección contra el desgaste en entornos industriales, los procesos de mecanización de piedra y ma-dera y la producción de herramientas, utensilios de utillaje y accesorios.

Alserio (Italia)CERATIZIT Como, antes conocida como "Aldap", es una planta que cuenta con alrededor de 180 empleados y constituye el centro de excelencia para el conformado de metales dentro del grupo CERATIZIT. La gama de productos que ofrece la planta de Alserio abarca desde herramientas para trabajo en frío de altas prestaciones hasta herramientas para cierres y fabricación de clavos.

Empfingen (Alemania)Los aproximadamente 400 empleados de la planta de Empfingen son responsables del desarrollo, la construcción, la producción y las ventas de productos basados en el carburo de tungsteno para el sector de las piezas de utillaje de desgaste, así como para la industria de herramientas y matrices.

Hitzacker (Alemania)La planta de Hitzacker se fundó en 1985 y hoy da traba-jo a unos 50 empleados. CERATIZIT Hitzacker GmbH está especializada en la producción de piezas brutas de carburo de tungsteno y productos semiacabados para la tecnología de conformado de metales. Este centro de producción se dedica principalmente a la producción de piezas únicas y series cortas con plazos de entrega muy ajustados.

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CARBURO DE TUNGSTENO CEMENTADO \ ¿POR QUÉ ELEGIR EL CARBURO CEMENTADO?

¿Por qué elegir el carburo cementado?Cada año que pasa, los requisitos para las herramientas de carburo se intensifican. El motivo es la competitividad del mercado, una situación que debemos afrontar y que la globalización no hace sino espolear. Cada vez hay más competidores, algunos procedentes de países donde los salarios son más bajos, que entran en los mercados tradicionales y aumentan la presión sobre los fabricantes de herramientas tradicionales.

Para afrontar estas dificultades es necesario responder con herramientas impecables desde el punto de vista técnico, que destaquen por sus altas prestaciones y su alta calidad.

Herramientas de altas prestaciones que resistan el paso del tiempo y se caractericen por ofrecer resultados previsibles. Hoy es posible responder a todas estas exigencias con un único material. Se trata, concretamente, del carburo de tungsteno cementado de alta calidad.

El carburo garantiza una larga vida útil para las herramientas. Y no olvidemos el nivel de calidad máxima de nuestros

procesos de fabricación, un ingrediente imprescindible para garantizar la homogeneidad y la consistencia del carburo, cuyo resultado es una vida útil predecible y fiable para las herramientas.Ante la competencia global, la respuesta es combinar un diseño de herramientas adecuado con unos materiales óptimos. Con la ayuda de unas excelentes relaciones de cooperación con nuestros proveedores, contribuiremos a que todos los clientes estén perfectamente preparados para el mercado.

En CERATIZIT nos ilusiona trabajar junto a nuestros clientes en el ámbito de los materiales, como buenos socios en todo momento.

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El material duro proporciona los niveles necesarios de:

▲ Dureza▲ Resistencia al desgaste

El aglutinante metálico proporciona:

▲ Tenacidad

Micrografía de un carburo de WC-Co

Criterios importantes para la aplicación

▲ Dureza, resistencia al desgaste▲ Resistencia a la compresión▲ Resistencia a impactos▲ Resistencia a la rotura transversal▲ Propiedades tribológicas▲ Peso específico▲ Propiedades magnéticas▲ Módulo de elasticidad, rigidez▲ Propiedades térmicas▲ Resistencia a la corrosión, resistencia a la oxidación▲ Tenacidad

Resi

sten

cia

al d

esga

ste

Tenacidad

Nitruro de boro cúbico

Cermet

Diamante naturalDiamante policristalino, revestido de diamante

Cerámico (O)Cerámico (N)

Carburo

Fase de material duro

Fase de material duro

Fase de agluti-nante metálico

¿Qué es el carburo de tungsteno cementado?El término "carburo cementado" describe de forma general un grupo de materiales que se caracterizan por sus propie-dades metálicas y su alto nivel de dureza. Los primeros car-buros se obtuvieron en 1921. Se trataba de carburos extre-madamente simples, que principalmente se emplearon para procesos de torneado.

El "brillo" metálico y sus valores relativamente buenos de conductividad térmica y eléctrica distinguían a estos materiales de forma radical de los materiales duros, pero no metálicos, que antes de la introducción de los carburos se empleaban como medios abrasivos.

El carburo de tungsteno cementado es un material bifásico en forma de polvo metalúrgico, que consta de una fase de material duro y una fase de metal que actúa como aglutinante.

El material duro proporciona el nivel de dureza necesario (que equivale a la resistencia al desgaste) y el metal aglutinante garantiza una tenacidad apropiada.

Gracias a las múltiples posibilidades que existen de combinar el contenido en metal aglutinante y el tamaño del grano, los carburos cubren una amplísima gama de aplicaciones. Véase el gráfico que figura más abajo. Los carburos cementados que más se utilizan en el sector de herramientas y matrices están compuestos por carburo de tungsteno (material duro) y cobalto (metal aglutinante).Existe una razón para ello: con esta combinación se obtienen las mejores propiedades físicas y mecánicas.

Aplicaciones de distintos materiales duros

CARBURO DE TUNGSTENO CEMENTADO \ ¿QUÉ ES EL CARBURO DE TUNGSTENO CEMENTADO?

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CARBURO CEMENTADO \ EJEMPLOS DE DISTINTAS APLICACIONES

Ejemplos de distintos campos de aplicación del carburo de tungsteno

Industrias de precisión y relojería, joyería Varillas y preformados

Conformación de piezas metálicas, general Bloque de electroerosión

Nitruro de silicio Placas y quemadores

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PRODUCCIÓN DEL CARBURO DE TUNGSTENO \ PRODUCCIÓN DE POLVO

Producción de carburosEl proceso de fabricación de los carburos metálicos influye decisivamente sobre la calidad del producto final. La úni-ca vía posible para producir carburos es mediante la apli-cación de técnicas de pulvimetalurgia. Es preciso eliminar minuciosamente todos los riesgos de impurezas en todos y cada uno de los numerosos pasos de que consta el procedimiento.

Producción de polvoEl proceso de fabricación del carburo de tungsteno comi-enza con la minería, para extraer el mineral de tungsteno o wolframio. En los primeros pasos de procesamiento y sepa-ración se obtiene un producto cristalizado muy puro, el para-tungstato de amonio o parawolframato de amonio (también conocido por las siglas APT). Tras someterlo a un proceso de

recocido en vacío, el resultado es el óxido de tungsteno azul W2O5 (pentóxido de diwolframio); si se somete a recocido en un medio con aire se obtiene el óxido de tungsteno amarillo verdoso WO3 (trióxido de wolframio). A temperaturas situa-das entre los 800 y los 1000 °C, el óxido de tungsteno se reduce hasta obtener polvo de tungsteno puro. Para producir el carburo de tungsteno se recurre a la carburización. Con esta finalidad, el polvo de tungsteno se mezcla con hollín o grafito y la mixtura se calienta hasta alcanzar una tempera-tura situada entre 1500 y 2000 °C. El polvo que se utilizará a continuación está formado por diversos tipos de polvos de carburo, metales aglutinantes y aditivos de presión, así como otros aditivos que se pueden molturar en un medio húmedo durante distintos períodos de tiempo hasta lograr el tamaño de grano requerido. A continuación, se procede al granulado mediante secado por atomización.

Óxido de tungsteno

Tungsteno

Carburo detungsteno

Reducción

Carburización

Co (NI, Fe)

TiC, TaC, NbC

Cr3C2, VC, MoC

Mezcla/molturación

Granulación

Granulado de polvo de carburoProducción de polvo

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PRODUCCIÓN DE CARBUROS \ PREFORMADO

PreformadoEl preformado se efectúa mediante la aplicación de diversos procedimientos de prensado y conformado, como:

▲ Prensado directo En este procedimiento se emplea un molde de compac-

tación de polvo para ejercer presión sobre el polvo hasta que adopte su forma final.

▲ Prensado en bolsa húmeda con conformado Este procedimiento se sirve de tubos de caucho situados

en el interior de jaulas de acero, que se llenan

con el polvo y seguidamente se montan en una prensa isostática en frío, que convierte el polvo en barras en bruto sólidas. El posterior proceso de conformado les confiere su forma final.

▲ Presión por extrusión Este procedimiento se aplica para producir piezas como

barras o tiras. Se ejerce presión sobre el polvo plastifica-do haciéndolo pasar por un molde y después se corta.

Piezas brutas

Sinterización

Prensado isostático (en frío)Presión en moldes

Opcional: mecanización de las piezas brutas

Acabado

Preformado

Sinterización

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PRODUCCIÓN DE CARBUROS \ SINTERIZACIÓN

Tras el prensado

Tras la sinterización

Temperatura de sinte-rización

= TS

Calentamiento

RefrigeraciónCarburo acabado

Grano de tamaño grande y medio, con crecimiento selectivo

del grano

Temperatura de sinterización = TS (solubilidad del WC en cobalto a 1250 °C: 22 % en peso)

Pasos de la sinterización

Reducción del tamaño por sinterización

A pesar de que a lo largo de los numerosos pasos que componen el proceso se han extremado las precauciones para evitar el riesgo de que penetre impurezas, no es po-sible descartar por completo que el carburo final presente cierta porosidad residual. Este factor puede acarrear efectos notables, especialmente en los usos de la industria de her-ramientas y matrices, como sucede cuando aparecen poros en los procesos de erosión por hilo o en las superficies ex-ternas o laterales de los estampadores.Incorporar el proceso de presión isostática en caliente per-mite eliminar la porosidad residual en buena medida. Des-pués, el carburo se vuelve a calentar hasta la temperatura de sinterización y se expone a un gas inerte, a una presión de 1000 bares. El resultado es la deformación plástica del carburo, que se expande y ocupa los poros hasta cerrarlos.El procedimiento de presión isostática en caliente con sinte-

Sinterización, prensado isostático en caliente, prensado isostático en caliente con sinterizaciónLas distintas variantes de los carburos desarrollan sus pro-piedades finales durante el proceso de sinterización. En esta fase, el material se calienta hasta los 1500 °C aprox. y el cobalto se licua.

La estructura se densifica gracias a que el cobalto envuelve los granos de carburo de tungsteno. Las piezas encogen y

sus dimensiones se reducen entre un 20 y un 25 %, lo que depende de la estructura y del contenido en cobalto.

Esto implica que para obtener productos finales con las di-mensiones correctas y exactas se requieren unos conoci-mientos muy específicos sobre la producción.

A pesar de todas las posibilidades técnicas que existen, la sinterización de carburos es un procedimiento que exige mucha experiencia y conocimientos minuciosos. Esta fase influye enormemente en la calidad del producto final.

Calentamiento

Pieza bruta Temperatura de sinterización < TS

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PRODUCCIÓN DE CARBUROS \ ACABADO

rización representa una combinación de la sinterización y la presión isostática en caliente, donde el tratamiento de pres-urización con gas se introduce inmediatamente después de la sinterización. Así se consigue un nivel de densificación suficiente a una presión de 100 bares.Además, el lote también incorpora piezas de prueba, así que se consigue procesar un lote de polvo combinándolo con un ciclo de sinterización. Esas piezas de prueba se emplean para los siguientes procedimientos de comprobación:

▲ Test de dureza▲ Test de densidad▲ Medición de fuerza coercitiva▲ Análisis de la estructura y la porosidad

Tras efectuar una serie detallada de pruebas, se decide si la prueba analizada cumple los requisitos de la especificación y se entregará a la siguiente fase o no.

AcabadoEstos son los procedimientos más frecuentes para la mecanización de las piezas de carburo sinterizadas:▲ Esmerilado▲ Electroerosión Electroerosión por penetración Erosión por hilo

Abordaremos estos procedimientos detalladamente a partir de la página 18.

Acabado, procedimientos más frecuentes

Esmerilado

Erosión por hilo Electroerosión por penetración

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10µm

10µm

10µm

0 5 10 15 20 25 30

3000

2500

2000

1500

1000

500

4500

3500

4000

3000

2500

2000

15000 5 10 15 20 25 30

25

20

15

10

5

00 5 10 15 20 25 30

CF-S12Z

CF-F35Z

CF-20HP

CF-H25S+

CF-S18Z

CF-H40S+

CF-S18ZCF-H40S+

CF-F35Z

CF-20HP

CF-H25S+

CF-S12Z

CF-20HP

CF-F35Z

CF-H40S+

CF-S18Z

CF-H25S+

CF-S12Z

CATEGORÍAS DE CARBUROS \ EJEMPLOS Y PROPIEDADES

Ejemplos y propiedades de las distintas categorías de carburos

Co [%]

Co [%]

Co [%]

Valo

r K1C

[MPa

* m1/

2 ]Du

reza

[HV3

0]

Grano submicrónico

Grano fino/medio

Grano grueso

Resi

sten

cia

a la

rotu

ra tr

ansv

ersa

l [M

Pa]

Grano submicrónico

Grano fino/medio

Grano grueso

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CATEGORÍAS DE CARBUROS \ PROPIEDADES DE LOS CARBUROS

Boquillas para corte por chorro de agua

Tipo de esfuerzos▲ Desgaste▲ Corrosión

Categoría de carburo▲ Dureza muy alta: 2650 HV30

▲ Grano de tamaño pequeño: < 0,5 µm▲ Bajo contenido en Co: 0,4 %▲ Resistencia a la corrosión con la adición de Cr3C2

Microperforación Tipo de esfuerzos▲ Desgaste▲ Deflexión

Categoría de carburo▲ Resistencia a ruptura transversal: > 4000 MPa▲ Grano de tamaño pequeño: < 0,5 µm + VC▲ Bajo contenido en Co ~ 8,5 %▲ Alta resistencia al desgaste: 1930 HV30

Laminación en caliente Tipo de esfuerzos▲ Desgaste por abrasión▲ Recrecimiento de aristas y bordes▲ Tensión por impactos

Categoría de carburo▲ Suficiente resistencia a la fractura: Contenido en Co 20 %▲ Buena resistencia al desgaste: 1030 HV30

▲ Grano de tamaño medio, grueso o extragrueso

Dureza (resistencia al desgaste)

Resistencia a la rotura transversal

Las propiedades de los carburos dependen del contenido en Co y del tamaño de los granos de WC.

Dureza Contenido en cobalto ↓ ↓ Tamaño del grano ↓ ↓

Resistencia a la rotura transversal Contenido en cobalto ↑ ↑ Tamaño del grano ↓ ↓

Tenacidad Contenido en cobalto ↑ ↑ Tamaño del grano ↑ ↑

Tenacidad

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0,00001

0,00010

0,00100

0,01000

0,10000

1,00000

10,00000

100,00000

-500 -250 0 250 500

CATEGORÍAS DE CARBUROS \ PROPIEDADES

Debido a la fragilidad y a la dureza, la homogeneidad del material es un factor extremadamente importante para la re-sistencia a la rotura transversal del material y el desgaste homogéneo.

Resistencia a la corrosiónLa resistencia a la corrosión es una propiedad que se debe tener especialmente en cuenta en aplicaciones destinadas al sector de las herramientas y matrices. Debido a la est-ructura heterogénea del carburo, en caso de que aparezca la corrosión, se retira el aglutinante metálico de la estructu-ra. En las siguientes imágenes vemos un caso extremo de empobrecimiento del aglutinante metálico. Este fenómeno puede ocurrir durante la mecanización (como la erosión por hilo en sistemas dieléctricos o el esmerilado con emulsión), pero también durante el proceso de aplicación (lubricantes corrosivos).

Ejemplo de una porosidad que provoca una fractura en un carburo de grano submicrónico que no se sometió a densificación por presión isostática en caliente => Resistencia a la rotura transversal 30 % menor

Ejemplo de empobrecimiento del cobalto en la superficie, provocado por la corrosión

Reducción de la tendencia a la corrosión

Velo

cidad

de

corro

sión

De

nsid

ad a

ctua

l [μA

/cm

2 ]

Potencial [mV]

Gráficos de potenciales medidos de la densidad actual

Se reduce en un factor de 80.

Estándar

Grados de CF

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CATEGORÍAS DE CARBUROS \ PROPIEDADES

Gráfico: Cadena de procesos de CF

Estabilidad de bordesPara determinar cuál es la causa de una estabilidad insuficiente de los bordes en una herramienta desgastada, es preciso recurrir a expertos con una dilatada experiencia en el sector. Una calidad de carburo con alto nivel de dureza puede tener una resistencia a la rotura insuficiente, de modo que se origina el astillado de los bordes como consecuencia de las elevadas tensiones dinámicas que se generan en los bordes de corte. Si se aplica una calidad de carburo dotada de un nivel de dureza insuficiente, pueden producirse deformaciones de los filos de corte, con lo que obtendremos un problema de características similares.La falta de homogeneidad de la estructura del carburo también puede provocar que se astillen zonas específicas dentro de una pieza con carburo de calidad adecuada.

Tendencia a la adhesiónAdemás de la calidad del carburo, la tendencia a la adhesión (es decir, la tendencia a quedarse pegado) del material de corte depende, en gran medida, del material que se pretende cortar, de la calidad de la superficie de la herramienta, de la holgura de corte y de la geometría de la herramienta, sin olvidar el lubricante que se aplique.

Un molde de rotor/estátor típico

Erosión

Esmerilado, rectificado

Limpieza

Estampado, flexionado, conformadoRevestimiento

Almacenamiento

Transporte

CF-

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MECANIZACIÓN DEL CARBURO

Mecanización del carburoLa mecanización del carburo de tungsteno incide notable-mente sobre las propiedades y las prestaciones de las her-ramientas acabadas. Si se ejecuta correctamente, la calidad de cada paso que compone el proceso de mecanización puede incrementar drásticamente la vida útil de la herra-mienta. En este capítulo se describen las siguientes técnicas de mecanización: ▲ Esmerilado▲ Mecanización por electroerosión

▲ Mecanización por electroerosión con hilo▲ Electroerosión por penetración▲ Orificios de inicio▲ Fresado del carburo de tungsteno▲ Torneado del carburo de tungsteno▲ Granallado▲ Pulido▲ Revestimiento

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MECANIZACIÓN DEL CARBURO \ ESMERILADO DEL CARBURO DE TUNGSTENO

Esmerilado del carburo

Selección de las muelas abrasivasA la hora de seleccionar qué muelas abrasivas utilizar, es preciso evaluar el tamaño del grano, el tipo de conexión y la concentración.

Tamaño del granoCuanto mayor sea el grano abrasivo:▲ Más altas serán las fuerzas de esmerilado▲ Más corta será la vida útil de la muela abrasiva▲ Más limitada será la calidad de la superficie▲ Más alta será la temperatura generada durante el

esmerilado

Concentración de los granos de corteLa concentración de los granos de corte es un parámetro significativo para las muelas abrasivas de diamante y de ni-truro de boro, e indica el porcentaje en volumen que repre-sentan los granos de diamante o de nitruro de boro cúbico en la superficie de la muela abrasiva.

Cuanto más alta sea la concentración:▲ Más altas serán las fuerzas de esmerilado▲ Más larga será la vida útil de la muela abrasiva▲ Mejor será la calidad de la superficie

0,80 – 1,20

0,40 – 0,70

0,20 – 0,35

0,16 – 0,18

0,06 – 0,14

Ra [µ

m]

Valores indicativos para la selección de las muelas abrasivas (mu-ela abrasiva de diamante sobre carburo de tungsteno)

Valore indicativos para la selección de muelas abrasivas (compa-ración de una muela de nitruro de boro cúbico/muela de acero al diamante/carburo de tungsteno)

Definición de esmerilado según el estándar DIN 8589: esmerilar es un método de mecanización que consta de va-rios procedimientos de corte. Las muelas abrasivas, como herramientas de corte, están provistas de bordes de corte que no están definidos geométricamente.

Los bordes de corte están formados por materiales de cor-te que son más duros que los materiales que se quiera esmerilar.

Tamaño de los granos abrasivos

Nitruro de boro cúbico

HSS 64 HRC

DIACarburo K20

D301 Ra 2,10 –D213 Ra 1,41 –D181 Ra 1,12 Ra 0,53D91 Ra 0,50 Ra 0,33D54 Ra 0,33 Ra 0,16MD20 – Ra 0,05

Aglutinante de la muela abrasivaBásicamente, se puede establecer la siguiente distinción: resina sintética, metal sinterizado, material cerámico y unión por galvanizado.

Cuanto más fuerte sea la unión:▲ Más altas serán las fuerzas de esmerilado▲ Menos afectada se verá la vida útil de la muela abrasiva▲ Mejor será la calidad de la superficie▲ Más alta será la temperatura generada durante el

esmerilado

Esmerila-do fino

Esmerilado de acabado

Desbastado

Esmerilado medio

Pre-esmerilado

Esmerilado del carburo cementado

MD10MD16MD25MD40

D46D54

D64D76D91

D107D126

D151D181

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MECANIZACIÓN DEL CARBURO \ SELECCIÓN DEL REFRIGERANTE

Si hablamos de lubricación, es esencial asegurarnos de que el lubricante se aplica verdaderamente en el punto donde es más efectivo, para optimizar la refrigeración. Si no es así, corremos el riesgo de que el carburo sufra daños.

MAL

Posibilidad de incurrir en una refrigeración insuficiente

Aplicación incorrecta de los lubricantes de refrigeración

Superficie óptima si se logra una refrigeración correcta

Aplicación correcta de los lubricantes de refrigeración

BIEN

Aceite Emulsión AguaEfecto refrigerante Medio Bueno BuenoEfecto lubricante Muy bueno Medio InsuficienteNúmero de mediciones de control necesarias Bajo, si el volumen es alto Alto, control continuo BajoNúmero de procedimientos de limpieza Alto, con instalaciones especiales Medio BajoImpacto ambiental Alto Bajo BajoCoste Alto Medio BajoPotencial de corrosión Bajo Medio Alto

Selección del refrigeranteDesde el punto de vista del productor de carburos, la refrigeración durante el proceso de esmerilado es un factor clave, importantísimo. Siempre se debe usar un refrigerante en los trabajos de esmerilado.

Información sobre la selección de los refrigerantes

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}}}

D301 50/60 300 – 250D251 60/70 250 – 212D213 70/80 212 – 180D181 80/100 180 – 150D151 100/120 150 – 125D126 120/140 125 – 106D107 140/170 109 – 90D91 170/200 90 – 75D76 200/230 75 – 63D64 230/270 63 – 53D54 270/325 53 – 45D46 325/400 45 – 38D35 400/500 40 – 32D30 500/600 32 – 25D25 30 – 20D20 – 25 – 15

MECANIZACIÓN DEL CARBURO \ TENSIÓN INTERNA \ TABLA DE CONVERSIÓN

Tensión internaAl esmerilar una pieza de carburo, se origina una tensión interna en las capas superiores, que puede afectar considerablemente a la resistencia a la rotura transversal, dependiendo de la sección transversal del componente.

Consumo de calor en caso de mala refrigeración Consumo de calor con una buena refrigeración

Tabla de conversión

Tabla de conversión de tamaños del granoGeneración de tensiones durante el esmerilado de componentes de carburo

Tensión, presión Tensión interna Tensión

Diamante estándar FEPA

Estándar EE. UU.(US mesh)

DIACarburo K20

Zona periférica próxima a la superficie

Zona periférica en posición más pro-funda

Material base

Ambiente

Muela abrasiva

Refrigerante

Astillas

Pieza de trabajo

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55%

Ambiente

Muela abrasiva

Refrigerante

Astillas

Pieza de trabajo

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55%

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MECANIZACIÓN DEL CARBURO \ MECANIZACIÓN POR ELECTROEROSIÓN \ PROBLEMAS Y PREVENCIÓN

Problemas y prevención en la elec-troerosión por hiloDaños en la superficieHabitualmente, si examinamos cualquier pieza tratada o precortada mediante electroerosión por hilo, su superficie nos presentará el siguiente escenario:

Zona 1

Zona 2

Zona 3

Superficie de carburo cortada en bruto

Zona 1:Para los cortes en bruto, normalmente se utilizan las velocidades de alimentación más altas y la máxima potencia eléctrica, de modo que se crea una "zona blanca", la cual alberga una mezcla de residuos y diversos materiales. La mayoría de los residuos o capa refundida deriva del material fundido procedente de la pieza de trabajo y del hilo. Esta zona tiene un grosor aproximado de entre 3 y 5 μm (micrones).

Durante un proceso de mecanización por electroerosión, se mecanizan materiales conductivos como el carburo de tungsteno dentro de un medio dieléctrico (agua o aceite). La pieza sobre la que se trabaja y la herramienta conformadora constituyen dos electrodos, entre los cuales se producen descargas eléctricas de alta frecuencia. Dichas descargas se originan al superar el voltaje disruptivo eléctrico entre la pieza de trabajo y la herramienta, lo que viene determinado por la distancia de trabajo y la capacidad de aislamiento del elemento dieléctrico. La imagen de la derecha ilustra el principio de la mecanización por electroerosión.

En líneas generales, existen dos métodos distintos:▲ Electroerosión por hilo▲ Electroerosión por penetración

Ambos métodos se describen en los siguientes párrafos.

Mecanización por electroerosión

Principio de la mecanización por electroerosión

Zona 2:El trabajo a velocidades de alimentación altas y con una potencia elevada genera otra zona muy afectada, que se sitúa inmediatamente bajo la Zona 1 y tiene un grosor de 9 μm, debida a que registra una temperatura aproximada de 15 000 °C. Sin embargo, muchas observaciones de superficies han constatado que los daños llegaban a profundidades considerablemente mayores. Si la Zona 2 no se elimina por completo mediante un número suficiente de pasadas de acabado, el resultado puede ser que se empobrezca la presencia de cobalto, con efectos desastrosos. Más adelante abordaremos este tema en detalle.

Zona 3:Aquí el carburo de tungsteno está libre de daños. Es el área que es preciso alcanzar mediante recortes si queremos que el carburo retenga sus fantásticas propiedades mecánicas. Es completamente imprescindible alcanzar esta zona. Para saber cuántas pasadas hacen falta, se requiere tener expe-riencia en trabajos de electroerosión por hilo, pero todos los empleados involucrados en la tarea deberían saber perfec-tamente cuáles son las condiciones (de las zonas 1 y 2) y la necesidad de eliminar las capas anteriores.La imagen de la izquierda ilustra la situación que acabamos de describir.

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Superficie creada tras un número de recortes suficiente

1) Klünsner 2016: La igualdad de vida útil ante la fatiga de los carburos cementados de WC Co pulidos y mecanizados por elec-troerosión solamente se consigue con granallado en húmedo

Impacto térmico y fisuras térmicasEl generador trabaja con potencias muy altas y puede provocar temperaturas elevadísimas; un calor que el carburo que rodea el área de mecanización tiene imposible evacuar. Al combinar este factor con la alta velocidad de alimentación (de las piezas sobre las que se trabaja), el resultado son unas condiciones pobres para el flujo del fluido. Por tanto, sube la conductividad del elemento dieléctrico y se incrementa la facilidad de que se produzcan fisuras y un empobrecimiento del nivel de cobalto. Más adelante volveremos sobre este asunto y lo trataremos en profundidad. Ese tipo de fisuras son inaceptables para las finalidades del material, ya que en cuanto la herramienta se ponga en servicio, se propagan y desembocan en roturas. Demasiado a menudo, este es el motivo de la mala calidad del carburo.

Fisuras térmicas típicas tras un corte en bruto

Una buena calidad de la superficie equivale a una vida útil más larga de las herramientas. Claro que, al mismo tiem-po, una buena calidad de superficies también cuesta más dinero.

Micrografía de una superficie de carburo cementado WC Co tras el corte inicial por electroerosión en aceite.1) (Ra= 1,3 μm)

Tensión extra alta (EHT) = 20,00 kVAnchura = 6,0 mm

Señal A = CZ BSDMag = 1,00 K X

10 µm

Tensión extra alta (EHT) = 20,00 kVAnchura = 6,0 mm

Señal A = SE1Mag = 1,00 K X

10 µm

Micrografía de una superficie de carburo cementado WC Co tras el noveno corte consecutivo por electroerosión en aceite.1) (Ra= 0,06 μm)

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Un dato interesante: las superficies no erosionadas también sufren corrosión, provocada por la electrólisis. Se debe a un control inadecuado del dieléctrico (con demasiada suciedad), en combinación con el proceso electroquímico que acabamos de describir. El empobrecimiento del cobalto no es visible sin la ayuda de un microscopio. El medio dieléctrico que penetra a través de las microfisuras disuelve el cobalto, de modo que el carburo de tungsteno que está sobre la superficie carece del apoyo que le aporta el metal aglutinante. Como consecuencia, toda el área afectada pierde sus cualidades de estabilizad, dureza y tenacidad. Es imprescindible esmerilar y eliminar esta superficie para subsanar los daños. La mayoría de los fabricantes de moldes y matrices retiran una capa de entre 0,3 y 0,5 mm.

La imagen que figura más abajo enseña los efectos de las picaduras en la sección transversal. Las picaduras sufridas por el aglutinante tienen su origen en un proceso electroquímico que se desarrolla en el medio dieléctrico y que afecta a las superficies hasta una profundidad aproximada de 20 μm.

La causa de este proceso es un aporte de fluido inadecuado para el corte y, en muchos casos, una conductividad dema-siado alta del medio dieléctrico.

Picaduras en sección transversal

Picaduras

Electroerosionadoras de orificio inicialLas electroerosionadoras de orificio inicial o máquinas electroerosivas se utilizan con frecuencia para efectuar orificios instantáneos en bloques de carburo. En esta industria, se denomina generalmente a este proceso "perforar" el carburo. Si se aplica una potencia excesiva, una velocidad de alimentación excesiva y un flujo pobre del medio dieléctrico, el resultado son roturas y fisuras hasta una profundidad de 0,5 mm (0,02"). A juzgar por el número de fallos de que hemos sido testigos, recomendamos reducir la potencia y asignar un margen de al menos 0,3 mm entre el orificio inicial y la posición de la superficie acabada.

Reacción electroquímica (corrosión/picaduras)La picadura y la corrosión deben considerarse en conjunto, dado que estas reacciones ocurren simultáneamente tanto en las superficies erosionadas como en las no erosionadas. Los efectos son evidentes en toda la pieza de trabajo (no solo en las superficies cortadas por hilo). Los puntos u orificios minúsculos que aparecen en las superficies se conocen como "picaduras". A menudo son invisibles durante las primeras etapas; en realidad lo que sucede es que se está empobreciendo la presencia de cobalto. Tan solo se revelan y hacen visibles con la mecanización o el pulido posterior. O peor aún, cuando finalmente se utiliza la herramienta.La imagen de la derecha muestra un ejemplo típico de picaduras, visible al ojo desnudo. Como hemos mencionado, las picaduras aparecen también en las superficies que no se han mecanizado. Esto se debe a que el carburo cementado incluye como aglutinante el cobalto, que es un mineral magnético. El cobalto magnético atrae partículas del medio dieléctrico, lo que arroja como resultado

▲ una corrosión más rápida▲ y desgaste mecánico localizado,

causado por la vibración de las partículas de suciedad sobre la superficie.

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MECANIZACIÓN DEL CARBURO \ MECANIZACIÓN POR ELECTROEROSIÓN \ RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS

Sugerencias para evitar problemas (consejos sobre electroerosión)

▲ La zona afectada por el calor debe eliminarse practican-do un número de recortes que sea suficiente.

▲ Cuando se inicia un orificio por electroerosión, es preciso actuar con cautela, ya que los efectos térmicos pueden ser gigantescos. Sin embargo, si se utilizan correctamente, las máquinas de perforación de orificios iniciales son herramientas utilísimas.

▲ Los carburos metálicos son magnéticos: hay que desi-mantar las piezas sobre las que se va a trabajar antes de proceder a su mecanización por electroerosión.

▲ Principio de inyección mínima: en lugar de trabajar según las instrucciones, a veces se configura el mismo valor de presión en las boquillas superior e inferior. Como resultado, ambos chorros de agua coinciden con una fuerza igual en el área donde se corta material, atrapando las partículas (del hilo, metálicas y de suciedad) en lugar de lavarlas y alejarlas. Lo que sucede inmediatamente es que la conductividad eléctrica del medio dieléctrico sube hasta niveles intolerables, así que se produce la corrosión, como hemos descrito anteriormente. Es importante que la presión de la boquilla superior sea significativamente más alta que la presión de la boquilla inferior, ya que esta segunda solamente es responsable de aportar fluido para lavar las guías del hilo.

▲ Procedimientos de trabajo: No es aconsejable acabar una pieza y comenzar de inmediato a trabajar en la siguiente. Es mucho más seguro efectuar primero el corte en bruto de todas las piezas, para después abordar el primer corte de acabado en todas las piezas, etc. De lo contrario, la primera pieza que se corte (el componente con la superficie acabada) quedará expuesta al agua durante más tiempo, es decir, al riesgo de corrosión. Si se sigue el procedimiento adecuado, es posible reducir notablemente el riesgo de corrosión.

▲ Se debe vigilar constantemente que la conductividad eléctrica del medio dieléctrico sea < 5 μmS/cm. Si resulta difícil mantener este valor, no se debe iniciar la opera-ción.

▲ Conservación de las piezas procesadas tras la mecani-zación: deben lavarse con agua limpia e introducirlas en un horno a 100 °C durante una hora para evaporar toda el agua que pueda estar alojada en cualquier microfisura.

▲ Nota: No debemos drenar el agua tras finalizar el trabajo y dejar la pieza procesada dentro del tanque. Las gotas de agua que permanecerían adheridas a la pieza tendrían una concentración máxima de materiales corrosivos. Lo mejor es dejar la pieza sumergida con el tanque lleno.

▲ Es necesario mantener limpio el fluido dieléctrico. Los filtros no son capaces de retener y retirar absolutamente todas las partículas de cobalto.

▲ Es preciso analizar periódicamente el valor del pH del agua y sus niveles de conductividad, dureza y cloruros.

▲ Únicamente se debe utilizar carburo de alta calidad tra-tado mediante presión isostática en caliente. La calidad y la estabilidad del carburo influyen decisivamente sobre el acabado de las superficies y la precisión de las piezas que produciremos.

▲ Las caras frontales de la pieza deben esmerilarse después de la mecanización con electroerosión por hilo. Basta alcanzar una profundidad aproximada de 0,3 mm para sanear todos los daños en la superficie.

▲ Marcado de piezas procesadas: Hay que evitar utilizar rotuladores o marcadores que contengan sustancias disolventes que pudiesen ser agresivas para el cobalto.

Corte mediante electroerosión de carburo montado

Los moldes de carburo que se utilizan en el conformado en frío de hilos o planchas de metal a menudo van montados en una jaula de acero dotada de interferencias para comprimir el carburo. Gracias a la compresión, el carburo exhibe sus mejores propiedades mecánicas y se reduce el riesgo de grietas, fisuras y fracturas.

La interferencia aporta un estado de compresión para el carburo que resulta útil durante los trabajos de estampación o matrizado y forjado, pero que también es un factor crítico a la hora de cortar piezas de carburo mediante electroerosión.

Cuando una pieza de carburo va montada en una jaula de acero, no es recomendable cortarla eliminando una can-tidad sustancial de material (por ejemplo, cortando una si-lueta a partir de un único orificio inicial). Esto se debe a que, durante el proceso de electroerosión, se liberan las fuerzas de compresión contenidas en el carburo y lo hacen de forma descontrolada, lo que conlleva riesgo de fractura.

La secuencia correcta para la operación sería esta:▲ Precortar antes del montaje. Antes de montar la pieza

de carburo en la jaula de acero, se corta previamente el perfil que haga falta. El perfil debe precortarse con una tolerancia de unas pocas décimas de milímetro, con el objeto de dejar margen para el acabado.

▲ Montaje. Después de la operación de precorte, el carburo se puede montar en la jaula de acero. Debido al fenó-meno del encogimiento, hay que contar con una posible deformación del perfil interno.

▲ Acabado. Tras el montaje, se procede al acabado del perfil para darle sus dimensiones finales mediante electroerosión por hilo. Puesto que la cantidad de material eliminado en esta operación es limitada, el riesgo de que se formen fisuras decae de forma contundente.

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MECANIZACIÓN DEL CARBURO \ MECANIZACIÓN POR ELECTROEROSIÓN \ ELECTROEROSIÓN POR PENETRACIÓN

Materiales de los electrodos

Requisitos sobre los materiales de los electrodos

Etapas de la mecanización


Requisitos de los electrodos

Propiedades resultantes necesarias

Alta tasa de erosión Alta conductividad eléctrica

Tasas de desgaste bajas Punto de fusión altoAlta conductividad térmica

Alta precisiónDilatación térmica baja

Tensiones internas bajasAlta estabilidad de los bordes

Bajo coste de mecanización Buena mecanibilidad

Precio razonable Alta disponibilidad de las materias primas


Desbas-tado

Acabado Acabado fino

Pulido

Velocidad de erosión [mm³/min]

≥ 17 ≥ 2,5 ≥ 0,5 < 0,5

Velocidad de erosión específica [mm³/(A-min)]

4,5 - 9,0 0,3 - 4,5 0,1 - 0,3 < 0,1

Rugosidad Ra [µm] ≥ 3 ≥ 0,8 ≥ 0,5 ≥ 0,5

Electroerosión por penetraciónEn el proceso de electroerosión por penetración con electrodo de forma, la herramienta es un electrodo cuya forma es la silueta negativa del resultado final que se busca con la operación. Es posible mecanizar y conformar piezas de siluetas muy complejas mediante el uso de varios ejes. Los electrodos pueden estar hechos de cobre-tungsteno, cobre o grafito. Como fluido dieléctrico se utiliza aceite, así se restringe al mínimo el riesgo de corrosión. Un aspecto

Superficie afectada por la influencia térmica, sección transversal

Superficie con ajustes optimizados

crítico de la electroerosión por penetración con electrodo de forma es que, si se efectúan mal los ajustes de partida, se corre el riesgo de causar daños térmicos en grandes secciones de la superficie de la pieza de trabajo.

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MECANIZACIÓN DEL CARBURO

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MECANIZACIÓN DEL CARBURO \ FRESADO DEL CARBURO DE TUNGSTENO

Fresado del carburo de tungsteno

IntroducciónEl fresado de carburos metálicos es una nueva tecnología que ha surgido en los últimos años y que puede aportar ventajas en comparación con otras tecnologías de producción.

Ventajas y límites del fresado:▲ En comparación con otras tecnologías de producción

como la electroerosión de moldes con electrodos de for-ma, el fresado acorta los plazos de tiempo del proceso. Es posible gracias a que la pieza se mecaniza directa-mente, se elimina la mecanización por electrodos y se ahorra tiempo porque se limitan otras fases, como los períodos de espera entre las distintas operaciones.

▲ Buen acabado de las superficies: Se pueden obtener valores de Ra de hasta 0,05 directamente con el fresado, lo que acorta el tiempo necesario para el pulido final.

▲ Es factible producir siluetas complejas. Ahora se pue-den fresar siluetas y perfiles que anteriormente solo se podían producir mediante electroerosión por penetración.

▲ Uno de los límites de esta tecnología consiste en que no es apta para eliminar grandes cantidades de material. A tenor de los tipos de herramientas de fresado que hay disponibles para trabajar con carburos, utilizarlas para eliminar grandes cantidades de material sería una opción desfavorable desde el punto de vista económico.

▲ Los radios negativos muy pequeños pueden ser difíciles de mecanizar. El radio de la fresa afectará directamente al radio de la pieza mecanizada.

Fresas para carburos (revestimien-tos de diamantes sintéticos CVD, policristalinos PCD)Para contar con capacidad de cortar, las herramientas deben ser unas cuatro veces más duras que el material que vayan a mecanizar. Basándose en las propiedades mecánicas y en la dureza de las distintas calidades de carburo (800-2200 HV30), normalmente solo se emplean dos materiales para tareas de mecanización: herramientas de PCD (diamante policristalino) o herramientas CVD (con revestimiento de di-

Fresado del carburo de tungsteno 2)

2) Fraunhofer IPT

Categorías de carburos aptas para fresadoTamaño del grano ...% de aglutinante –

Categoría de carburo apta para fresado

% d

e el

emen

to a

glut

inan

te

GruesoFinoTamaño del grano

CTF50GRANO EXTRAGRUESO

CF-20HPGRANO GRUESO/MEDIO

CF-H40SGRANO FINO/MEDIO

CF-F35ZGRANO FINO

CF-S18ZGRANO MUY FINO

Aglut

inante

25 %

Aglut

inante

10 %

Aglut

inante

12 %

Aglut

inante

17 %

Aglut

inante

7 %

amantes sintéticos). Ambos materiales presentan una dure-za de alrededor de 8000-10,000 HV30 y, por tanto, son aptos para mecanizar carburos.

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1500

1000

500

0

-500

-1000

-1500CF-H405 CF-S18Z CF-F35Z CF-20HP CTF50

MECANIZACIÓN DEL CARBURO \ FRESADO DEL CARBURO DE TUNGSTENO

Las propiedades de la categoría o calidad del carburo que se va a mecanizar afectan notoriamente al proceso de fresa-do. Cuanto más duro sea el carburo, más difícil será la oper-ación de fresado. Este gráfico ilustra la mecanibilidad de las distintas calidades de carburos, en función del tamaño del grano y de la cantidad de aglutinante.

Las durezas en torno a 1860 HV30 representan el límite de posibilidades para los materiales que deban tratarse medi-ante fresado.La dureza del material que se mecaniza también influye sobre la vida útil de la fresa. Cuando se fresa un carburo cuya dureza se sitúa alrededor de 750 HV30 (25 % de aglutinante y grano grueso), una fresa puede eliminar aproximadamente 1000 mm3 de material. Si se incrementa la dureza del material, se reduce la vida útil de la herramienta.

Parámetros de fresado▲ Profundidades de corte de 0,005 a 0,2 mm▲ Saltos de 0,005 a 0,4 mm▲ Velocidades de 20 000 a 48 000 r.p.m.▲ Velocidades de alimentación de 80 a 750 mm/min.▲ Vida útil de la herramienta de hasta 400 minutos

Tensiones compresivas residualesUna de las grandes ventajas del proceso de fresado es que, durante el propio proceso, pueden originarse tensiones compresivas internas en el carburo de tungsteno. Dichas tensiones compresivas internas favorecen una mejora de la tenacidad de las piezas mecanizadas y previenen que crezcan las fisuras.

Tensión interna tras el fresado

Piezas producidas mediante electroerosión

por penetración

Tensión de trac-

ción

Tensión compre-

siva

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MECANIZACIÓN DEL CARBURO \ TORNEADO EN DURO

Otra tecnología de producción que se puede aplicar a los carburos es el torneado. El término "torneado en duro" se re-fiere a la mecanización de materiales con un valor de dureza superior a 80 HRA (58 HRC).El torneado en duro se puede usar para operaciones de desbastado (permite extraer gran cantidad de metal y con grandes profundidades de corte) o bien para producir perfiles complejos con un excelente acabado en las superficies, pero con una baja tasa de eliminación de material y una profundidad de corte mínima.Para conseguir que el proceso sea estable y repetible, es importante contar con la maquinaria más adecuada para tra-bajar con el carburo. De cara a las operaciones de torneado, es importante que la máquina sea rígida.

Herramientas de corte para el torneado de carburoAl igual que ocurre con el fresado de carburos, es funda-mental que la herramienta empleada para mecanizar las piezas de carburo sea más dura que el propio carburo que se va a mecanizar. Los materiales que se suelen usar prin-cipalmente para los insertos destinados al torneado de car-buros son el nitruro de boro cúbico o CBN y el diamante policristalino o PCD.

Los insertos de CBN se usan para carburos con durezas de hasta 1100 HV30 aproximadamente. Para estas calidades es posible conseguir tasas de eliminación de metal elevadas y profundidades de corte considerables, siempre que se elijan herramientas cuya geometría sea adecuada.Para carburos aún más duros, con valores de dureza de hasta 1600 HV30 aproximadamente, es necesario recurrir a herramientas de corte de PCD. Habitualmente, estos in-sertos de corte se suelen soldar al cuerpo de acero de la herramienta o del útil.Si se usan herramientas de PCD, el torneado en duro per-mite alcanzar valores de rugosidad de las superficies de en torno a Ra 0,1.

Categorías de carburos aptas para torneado en duroComo acontece con el fresado de carburos, en este caso las propiedades mecánicas del carburo también condicionan notablemente sobre el proceso de mecanizado.Los carburos con una dureza inferior a 1100 HV30 (que corresponde a un tamaño de grano medio con un 15 % de aglutinante) son relativamente fáciles de mecanizar. Estas calidades de material se pueden mecanizar tanto con herramientas de corte de CBN como de PCD. El torneado se puede incorporar como operación de desbastado, con tasas de eliminación de metal y profundidades de corte de hasta varias décimas de milímetro por pasada.Los carburos con durezas de entre 1100 y 1600 HV30 ofrecen más dificultades para el torneado en duro. Para estos mate-riales, el abanico de operaciones que pueden ejecutarse es

Torneado en duro

Parámetros de mecanización

Categoría de carburo

Herramienta de PCD, des-

bastado

Herramienta de PCD, aca-

bado

CTC5010 35 Velocidad de corte

(m/min)0,1 0,015 Velocidad de alimentación

CTM409 30 Velocidad de corte


CTM308 15 Velocidad de corte


más escueto y generalmente están limitadas a la ejecución de radios o perfiles. Tan solo las herramientas de PCD son aptas para estas calidades de carburos. Los parámetros de mecanización también son más limitados, con profundida-des de corte exiguas: apenas unas cuantas centésimas de milímetro.Teóricamente, las calidades de carburos todavía más duras también se pueden someter al torneado en duro. A menudo, el límite no es consecuencia de restricciones técnicas, sino más bien económicas, ya que ejecutar una operación de este tipo resultaría demasiado caro, dado el coste de las herramientas de corte.

Parámetros de mecanización para el torneado en duro de carburosRecomendaciones generales para los parámetros del tor-neado para tres calidades distintas de carburo, con herra-mientas de PCD. Deberán adaptarse según el trabajo.

Torneado de carburo de tungsteno

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MECANIZACIÓN DEL CARBURO \ GRANALLADO \ PULIDO

GranalladoLa técnica de granallado permite eliminar (en algunos casos por completo) la zona afectada por la tensión térmica ori-ginada por el proceso de erosión anterior, así como la zona blanca. Además, las tensiones de tracción residuales regis-tradas en las superficies se pueden convertir en tensiones compresivas residuales y se puede compactar la capa más exterior de la superficie del carburo.

Con el granallado también es posible eliminar cualquier microfisura que pueda haber surgido en el transcurso del esmerilado.

El microgranallado es un método especialmente apropiado para el acabado de herramientas de carburo, seguido de un pulido de las superficies tratadas. Para este proceso se puede utilizar como abrasivo corindón blanco de grano fino.

El lapeado aero lap y el acabado o pulido por arrastre son otros dos excelentes métodos para mecanizar los acabados de las herramientas de carburo.

PulidoNormalmente, el pulido es la última operación, destinada a mejorar el acabado superficial de las piezas. Se puede ejecutar automáticamente, por medio de máquinas, o bien manualmente.

En el caso de los carburos, se suelen utilizar pastas de diamante con distintos tamaños de grano, algo que depende de la rugosidad inicial de la superficie.

Pulido automáticoEn el mercado hay disponibles varios tipos de máquinas para realizar tareas de pulido.

Pulido internoLas máquinas para pulir perfiles internos funcionan impul-sando una pasta que contiene partículas de diamante a tra-vés del interior de la pieza que se debe pulir (por ejemplo, la técnica de mecanización por flujo abrasivo).

Ventajas: es un proceso repetible y permite pulir orificios profundos o pequeños.

Desventajas: es difícil mejorar de forma significativa la cali-dad del acabado de las superficies.

Pulido externoEl pulido externo se efectúa mediante máquinas de pulido por arrastre, donde las piezas se introducen en un contene-dor que aloja un medio (diamante) y gránulos (por ejemplo, las máquinas Otec). Gracias a este enfoque y con la ayuda de distintos medios, también es posible efectuar otras oper-aciones, como desbarbado, preparación de bordes, etc.

Ventajas: es un proceso repetible, es posible automatizarlo para trabajar con varias piezas al mismo tiempo.

Desventajas: se trata de un proceso rígido, necesita tiempo para desarrollarlo y adaptar el proceso de los ciclos de pu-lido al producto.

Pulido automático

Granallado

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MECANIZACIÓN DEL CARBURO \ PULIDO

Tensiones compresivas residualesEl proceso de pulido tiene la capacidad de igualar las tensio-nes de tracción residuales que se acumulan en la superficie o convertirlas en tensiones residuales compresivas.

Por regla general, con el pulido no es posible eliminar por completo todas las zonas blancas y las zonas sometidas a estrés térmico resultantes del proceso de electroerosión an-terior.

Pulido manualEl pulido manual de los carburos se emplea siempre con la ayuda de pastas de diamante, que se aplican a las piezas sobre las que se va a trabajar, con distintos soportes, de plástico o madera.

El pulido de las siluetas perfiladas (tanto externo como interno) se suele realizar mediante herramientas vibratorias (por ejemplo, Diprofil). Las piezas con simetría axial se pueden montar sobre un eje o husillo para someterlas al pulido.

La posibilidad de elegir distintas pastas de diamante permite mejorar el acabado de las superficies. Será necesario utili-zar distintos granos de diamante según el grado de rugosi-dad que se quiera conseguir para la superficie inicial.

Ventajas: se trata de un proceso flexible, con posibilidad de procesar piezas de tamaños y geometrías muy distintos; al elegir distintos tamaños de grano del medio se pueden lograr mejoras muy importantes en el acabado de las su-perficies, esta técnica hace posible alcanzar valores de Ra próximos a Ra 0,05.Desventajas: es difícil replicar los procesos manuales con exactitud, depende de la habilidad del operario; si se usan pastas de diamantes más rugosas, se corre el riesgo de dis-torsionar los radios o perfiles.

Ra inicial Pulido I Pulido III Pulido III Ra final

0,8 D45 D15 D3 0,05

0,4 D15 D3 0,05

0,1 D3 0,05

Valor inicial Ra 0,6-0,8

Tras pulir con D45 Ra 0,3



Pulido manual

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MECANIZACIÓN DEL CARBURO \ REVESTIMIENTOS

RevestimientosEn la actualidad, cada vez se utilizan más revestimientos antidesgaste para mejorar la vida útil de las herramientas y la calidad de los procesos en multitud de aplicaciones.

Normalmente, los revestimientos antidesgaste suelen ser compuestos cerámicos con altos niveles de dureza y resis-tencia al desgaste.

Algunos ejemplos de materiales empleados para revesti-mientos: SiC, TiC, TiN, TiCN, BC, etc. A menudo resulta difí-cil elegir la opción más adecuada. Conseguir unas buenas prestaciones depende de una larga serie de parámetros del proceso (material sobre el que se trabaja, lubricante, etc.).

Estos materiales se pueden depositar sobre el carburo con la ayuda de diferentes tecnologías. Las más comunes son la PVD (deposición física de vapor) y la CVD (deposición química de vapor).

Procesamiento con PVDLa técnica de la deposición de vapor física tiene como fun-damento la vaporización del material, que hace posible que se deposite como una película muy delgada. El material co-mienza en forma sólida. Se calienta hasta que se produce la evaporación (evaporación térmica) o pulverización catódica.

Ventajas:▲ Deposición a temperatura baja (200–500 °C)▲ Posibilidad de revestir piezas de acero sin merma de la

dureza▲ Posibilidad de revestir herramientas soldadas▲ Buen control sobre las dimensiones (es posible trabajar

con tolerancias muy pequeñas)

Desventajas:▲ Deposición según la línea de visión:

– Problemas con los orificios o geometrías complejas, difíciles para aplicar el revestimiento – Revestimiento para orificios limitado a 1-1,5 x el diáme-tro

▲ Adhesión al sustrato limitada (en comparación con los revestimientos aplicados mediante CVD)

▲ Grosor limitado (aprox. 2 µm) en comparación con los revestimientos aplicados mediante CVD

Procesamiento con CVDLa deposición química de vapor se basa en una reacción química que se produce a altas temperaturas dentro de una atmósfera reactiva, en la que se sumergen las piezas que se quiera dotar de revestimiento. Dicha reacción química tiene lugar en todas las superficies dentro de la cámara de reacción, de modo que las piezas adquieren un revestimiento total al finalizar el proceso.

Ventajas:▲ Gran grosor, mayor resistencia al desgaste▲ Excelente adhesión al sustrato; unión química con el

sustrato▲ Distribución uniforme del revestimiento (dentro de orifi-

cios, geometrías complejas, etc.)

Desventajas:▲ Deposición a altas temperaturas

– Posibilidad de que se forme una fase eta en el carburo – Imprescindible usar carburos de <20 % Co para evitar las deformaciones – Inviable para revestir herramientas montadas (acero y carburo) debido a la pérdida de dureza que se ocasiona para el acero – Imposible revestir herramientas soldadas

▲ Estructura más compleja (en caso de trabajar con piezas montadas)

▲ Necesidad de trabajar con tolerancias mayores (en comparación con piezas sin revestir o revestidas mediante PVD)

Proceso de revestimiento

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TÉCNICAS DE UNIÓN

Técnicas de uniónLa mayoría de las técnicas de unión que existen se pueden aplicar a los carburos. Por ejemplo:

Uniones materiales:▲ Soldadura con aporte (fuerte o blanda)▲ Soldadura por fusión▲ Empalme con pegado

Uniones mediante fuerzas:▲ Contracción

Uniones mediante formas:▲ Roscados▲ Cuñas▲ Moldeado

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TÉCNICAS DE UNIÓN \ SOLDADURA

Distintos tipos de técnicas de unión

Soldadura

Definiciones/explicacionesPunto de fusión, intervalo de temperaturas de fusión, temperatura de trabajoTan solo los metales puros y las aleaciones eutécticas tienen un punto de fusión definido. El metal se vuelve líquido al alcanzar temperaturas por encima del punto de fusión. Los metales que se emplean con este tipo de soldadura generalmente presentan un intervalo de temperaturas de fusión, que va entre las temperaturas solidus y liquidus. Por debajo de la temperatura solidus, el metal que se utiliza como aporte para la soldadura se encuentra en estado sólido. Por encima de la temperatura solidus, puede pasar a fase líquida.El metal de aporte solamente se funde por completo cuando sobrepasa la temperatura liquidus. La temperatura ideal de trabajo en la que se consigue una distribución completa del metal que se aporta a la soldadura se sitúa justo por debajo de la temperatura líquidos (en la sección superior del intervalo de fusión).

Soldadura blanda▲ Temperatura de trabajo <450 °C▲ Ventajas: permite establecer uniones en superficies gran-

des, generando tensiones mínimas durante el proceso de soldadura.

▲ Desventajas: baja estabilidad mecánica▲ Aplicación: componentes de carburo sensibles a la dis-

torsión (reglas, etc.)/piezas delgadas con curvaturas

Soldadura fuerte▲ Temperatura de trabajo >450 °C▲ Ventajas: alta estabilidad térmica y mecánica▲ Desventajas: debido a las tensiones generadas por el

proceso de soldadura, las dimensiones de los compo-nentes están limitadas.

Humectabilidad, agentes fundentesLa humectación es la distribución del metal de aporte en estado líquido sobre el material de sustrato, que fluye para ocupar huecos y fisuras minúsculos.

Agentes fundentesLos fundentes facilitan el proceso de humectación entre el metal y el carburo cementado, ya que reducen la tensión superficial y ofrecen protección contra la oxidación.

Proceso de soldadura fuerte▲ Limpieza mecánica y desengrasado de la zona que se

vaya a soldar.▲ Carga rápida de un agente fundente como protección

contra la oxidación.▲ Colocación de las piezas.▲ Calentamiento rápido y continuo, siempre sobre un área

de gran superficie y desde un lateral del material de sustrato.

▲ Todo el volumen de fundente ha quedado ya desplazado por la acción del metal de aporte.

▲ Enfriamiento lento, para prevenir la aparición de tensiones internas. Para ello, se deben colocar las piezas unidas en hornos o montones de arena precalentados. NO se debe permitir que las piezas se enfríen expuestas al aire libre, ni enfriarlas mediante aire comprimido, agua, etc.

El diseño de la unión debe respetar las características del carburo:

▲ Los carburos son materiales frágiles.▲ Es necesario proteger los bordes (empleando curvaturas,

biselados, etc.).

▲ Es necesario adaptar las guías y los ajustes para trabajar con carburos (centrados, ángulos, huecos, etc.).

▲ Combinar varios materiales distintos puede provocar ten-siones en la zona próxima a la unión, según la dilatación térmica y la rigidez del material.

36



Reducción de la tensión del metal de aporteLa tensión interna acumulada tras una operación de solda-dura fuerte se puede reducir parcialmente mediante la de-formación plástica de la junta de soldadura. Por lo tanto, se deberían emplear los siguientes elementos:

▲ Metales de aporte caracterizados por temperaturas de fusión bajas

▲ Capas o cordones de metal de aporte de buen grosor▲ Metal de aporte con revestimiento (una capa de cobre

o una red de níquel), especialmente si la superficie de unión es de 100 mm² o mayor.

Efecto capilar como función de la anchura del hueco.

El hueco de separación es demasiado estrecho (solamente con soldadura fuerte con agente fundente).

El hueco es ideal.

El hueco es admisible para la solda-dura fuerte manual.

El hueco de sepa-ración es demasia-do amplio.

La humectabilidad del carburo con el metal de aporte (que habitualmente tiene como base el cobre o la plata) depende mucho del contenido en aglutinante de cobalto o níquel. Si el carburo lleva un revestimiento de cobalto, níquel o cobre, mejora el comportamiento en la humectación.Para trabajar con soldadura fuerte en atmósferas oxidativas se emplean fundentes. Estos agentes se ocupan de disolver las capas de óxido presentes en la superficie de carburo y mejorar la humectabilidad. En líneas generales, si se desea obtener una humectabilidad óptima del metal de aporte para la soldadura, las superficies de carburo y acero deberían estar limpias y libres de aceites o grasas.

Tensión internaEn todos los procesos donde existen grandes diferencias de temperatura, los diversos coeficientes de dilatación térmica provocan tensiones en la unión y tensiones internas.En los procesos de soldadura fuerte, entre el carburo cementado y el material de sustrato (que suele ser acero) se alcanzan temperaturas superiores a 450 °C. Debido a que los coeficientes de dilatación térmica son distintos, la tensión interna puede desembocar en deformaciones o fracturas.

▲ Acero: 12,0–14,0* 10–6 1/K.▲ Carburo cementado: 4,7 (bajo contenido en cobalto) –

7,3 (alto contenido en cobalto)* 10–6 1/K.

La intensidad y la distribución de las tensiones internas dependen de:

▲ La diferencia en los coeficientes de dilatación térmica (véase más arriba)

▲ La temperatura de fusión del metal de aporte para la soldadura

▲ La ductilidad del metal de aporte▲ El grosor de la capa o cordón de soldadura▲ La geometría y las dimensiones de los componentes▲ Las propiedades mecánicas (módulo de elasticidad, te-

nacidad, resistencia a la fractura) del carburo cementado y del material de sustrato (acero).

0,1 mm

Comienzo de la humectación

Estado inicial

Etapa intermedia

Soldadura fuerte de carburo cementado.

Soldadura fuerte de carburo cementadoPara unir carburo cementado a piezas de acero mediante soldadura fuerte se requieren temperaturas superiores a 450 °C. Las uniones establecidas mediante soldadura fuerte se caracterizan por su alta estabilidad térmica y mecánica.Es necesario lograr una buena humectación entre el metal de aporte y el carburo, para rellenar por completo todos los huecos que pueda haber (fuerzas capilares) entre los dos materiales, acero y carburo cementado. Hay que asegurarse de que rellenar el hueco que separa las dos piezas que queramos unir con una cantidad de metal de aporte suficiente.

Estado final

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En los procesos de soldadura fuerte, el calentamiento también es importante:

▲ Calentamos toda la superficie de trabajo, completa. ▲ Aplicamos el metal de aporte al hueco de la unión.▲ Mantenemos la temperatura de trabajo hasta que el

agente fundente y el metal de aporte rebosan del hueco de la junta.

▲ ¡No se debe sobrecalentar la unión! Si la temperatura de trabajo es excesiva, causará daños al metal de aporte y a la pieza sobre la que trabajamos.

Además, para prevenir que se originen tensiones internas, es imprescindible que dejemos a la unión y al componen-te que se enfríen lentamente. De este modo, las posibles tensiones internas se reducirán como consecuencia de las deformaciones plásticas que surgen en el metal de aporte. Por eso el componente soldado no se debe dejar enfriar al aire sin control, sino como así:

▲ En un horno, a una temperatura de 350 a 400 °C▲ Enterrado en un montón de arena o polvo▲ En una atmósfera de aire caliente

Capa de metal de aporte 0,05 mm. Fracturas a temperatura ambiente

Componentes a temperatura ambiente sin

fracturas

Utilizar metal de aporte con re-vestimiento es positivo para piezas

de carburo cementado de gran tamaño.

Componente atemperatura de trabajo

Componente atemperatura ambiente

Capa de metal de aporte 0,1 – 0,2 mm

Metal de aporte con revestimiento

0,4 mmUso de metal de aporte con revestimiento

Conexiones mediante tornillosLos orificios practicados en el carburo para permitir el paso de tornillos no presentan ningún problema.

Roscados en el carburoResulta muy caro manufacturar roscados en piezas de carburo macizas mediante moldeado, esmerilado o elec-troerosión.

Roscados internos (carburo macizo)Los estudios desarrollados por CERATIZIT han demostrado que la carga de tracción máxima que pueden soportar los tornillos en orificios con roscados internos practicados en carburo cementado (de M4 a M10) está limitada por la resistencia a la rotura por tracción del material del que está compuesto el tornillo.

Resolución de problemas▲ El hueco de soldadura entre el carburo y el acero es

demasiado estrecho: Causas: calentamiento irregular, cantidad insuficiente de metal de aporte, errores en el perfil/la geometría. Efecto: fracturas en el carburo.

▲ Humectación pobre del carburo y del acero: Causas: contaminación de la superficie, temperatura de soldadura insuficiente, cantidad de agente fundente incorrecta. Efecto: falta de adhesión entre el metal de aporte y la pieza que se quiere soldar.

▲ Fracturas o poros en la zona soldada: Causa: temperatura de soldadura excesiva, cantidad de metal de aporte insuficiente. Efecto: poros y orificios originados por el encogimiento, posibles fracturas en el carburo.

▲ Oclusiones en la zona soldada: Causa: uso de una cantidad excesiva de fundente. Efecto: fracturas o fisuras en el metal de aporte.

38


StHM

R

HM

4 5 6 8 10

100

200

300

400

500

600

700

800

0

♦♦ ♦♦

♦♦

♦♦

♦

♦

7

TÉCNICAS DE UNIÓN \ CONEXIONES MEDIANTE TORNILLOS \ UNIÓN ADHESIVA

Roscados externos (carburo macizo)Los roscados externos practicados sobre el carburo macizo son sensibles a las muescas y pueden romperse si se some-ten a cargas de torsión muy elevadas con un par excesivo.

Roscados con tornillos y casquillos de aceroRecomendamos utilizar casquillos roscados hechos de acero, unidos al carburo mediante adhesivos o soldadura fuerte.

Resultados de los tests de extracción por tracción

Corte trans-versal A-A

Casquillo de acero soldado con superficie

roscada

Detalle de una esquina

Roscado interno soldado en un casquillo de acero

Roscados externos(casquillo de acero sobre el carburo)

Casquillo de acero

Roscado externo (casquillo de acero sobre el carburo)

La unión adhesiva es un proceso económico, rápido y sen-cillo. Atención, las uniones adhesivas industriales no deben confundirse con las utilizadas en manualidades.

El tratamiento de las superficies es crucial para garan-tizar la calidad de la unión y su estabilidad cuando se someta a cargas.▲ Las superficies deben estar limpias, secas y libres de

aceites o grasas.▲ Es preferible que la superficie tenga una rugosidad "nor-

mal".Existen diferentes tipos de adhesivos.▲ Adhesivos monocomponente y de dos componentes.▲ Adhesivos en frío y adhesivos con endurecimiento medi-

ante aplicación de calor.

Unión adhesivaLas uniones adhesivas se pueden usar con una resistencia a la fractura de <25–35 MPa y con temperaturas de funcio-namiento <150–250°C.

Los adhesivos se deterioran con el paso del tiempo, por lo que solamente son eficaces durante un período determina-do.

La unión soldada debe protegerse de agentes limpiadores y disolventes. Los líquidos pueden arrastrar el adhesivo, por eso es preciso proteger la unión soldada.

Es obligatorio respetar las directrices de diseño correspondientes a los adhesivos. Dichas instrucciones pueden diferir de las directrices correspondientes a las uniones (por ejemplo, una unión adhesiva con junta plana).

Roscado preformado en la sinterización

Roscado Longitud máx.

M4 16M5 20M6 20M8 30M10 30

Roscado interno (casquillo de acero insertado en el carburo)

Resis

tenc

ia a

la tr

acció

n [M

Pa]

♦ Tornillos introducidos en un roscado de la pieza de carburo

(valores medidos),tornillos, tipo 8.8

(resistencia a la tracción teórica)

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TÉCNICAS DE UNIÓN \ AJUSTE POR CONTRACCIÓN

Ajuste por contracción

Acero

CarburoDiámetro de unión

Long

itud

de u

nión

Ajuste por contracción

Rotura

Ruta de rotura debida a una tensión de contracción excesiva

Rotura

Ruta de rotura debida a una tensión de contracción insuficiente

El ajuste por contracción o calado es otro método válido para insertar un molde de carburo en una pieza de acero. El núcleo de carburo se ajusta mediante el calado y la apli-cación de presión en frío o caliente con el calado de acero. Cualquier fuerza derivada de la presión interna que se pro-duzca puede compensarse así hasta cierto grado sin que ocurra una tensión de tracción. En este método de unión, la

pieza de carburo se fabrica con unas dimensiones mayores que el diámetro de perforación interno de la pieza de acero.Después de encajar en la jaula de acero calentada, la tole-rancia de sobretamaño genera una fuerza que atenaza las piezas junto con el enfriamiento del acero. Es importante que no se supere la temperatura máxima de unión durante el calentamiento, para que no se produzcan efectos adver-sos sobre las propiedades de dureza del acero. Sin embar-go, la temperatura debe ser suficientemente alta para que el diámetro interior del accesorio de acero se expanda según la cantidad de la tolerancia de sobretamaño.El prensado en caliente es una combinación de ajuste por contracción y presión. La jaula de acero se calienta moderadamente y el carburo se prensa para colocarlo en su

emplazamiento ejerciendo una presión adicional. El acero conserva la mayor parte de sus propiedades de dureza.Sin embargo, si el criterio clave es retener las propiedades del acero, deberíamos optar preferentemente por la presión en frío. La calidad de las superficies en contacto debería ser la mejor posible y la geometría del ajuste debería incorporar un biselado. La presión en frío únicamente se puede aplicar correctamente con un diámetro de unión con cierto grado de conicidad.

Si la fuerza de sujeción no compensa de manera suficiente las fuerzas que actúan, pueden ocurrir fracturas originadas por la sobrecarga.

Estas son algunas soluciones eficaces:▲ Incrementar la fuerza de sujeción▲ Optimizar el diámetro del ajuste por contracción

Además de la alta calidad de las superficies (conseguida mediante bruñido) que entran en contacto durante la unión, el radio del diámetro de unión entre el acero y el carburo (también denominado radio de contracción) es el factor decisivo. Ese radio de contracción determina la presión de unión exacta y, por tanto, de él se deriva la fuerza de sujeción que debe aplicarse antes del ensamblaje.

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SELECCIÓN DE LAS CATEGORÍAS DE CARBURO

Selección de las categorías de carburoSi queremos utilizar el carburo con total éxito, es absolutamente imprescindible respetar las siguientes condiciones:

▲ Mecanización y manipulación correctas del carburo▲ Diseño adecuado del molde▲ Estabilidad del molde▲ Estabilidad de la prensa

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SELECCIÓN DE LAS CATEGORÍAS DE CARBURO \ CRITERIOS

Las condiciones estructurales del material de estampación (principalmente, el grosor de la chapa y la resistencia a la tracción) sirven como primeros indicadores generales de qué categoría de carburo usar. Las otras operaciones ayudarán a acotar la selección.

A continuación, se muestra gráficamente cuál es la relación entre el grosor de la chapa y la resistencia a la rotura por tracción a la hora de elegir una categoría o calidad de car-buro.

Dure

za (c

arbu

ro)

Grosor de la chapa

Grosor de la chapa

Dure

za (c

arbu

ro)

Resistencia a la rotura por tracción (chapa metálica)

Resistencia a la rotura por tracción

Una vez cumplidos los requisitos previos que acabamos de enumerar para la aplicación del carburo, es necesario en-contrar la categoría o calidad de carburo "correcta" para la aplicación específica.

Existen varios factores que afectan a este proceso de selección:

Tipo de molde▲ Moldes de rotor o estátor▲ Moldes electrónicos o de conectores▲ Matrices de micropunzonado▲ Matrices de corte fino

Criterios para elegir la categoría - Un ejemplo de la industria de herramientas y matrices

Operación▲ Operación de estampado▲ Operación de doblado▲ Operación de acuñación

Material de estampación▲ Planchas metálicas magnéticas▲ Planchas de metales no ferrosos▲ ...

Grosor de la chapa

Resistencia a la rotura por tracción

42


7006005004003002001000

2 6 10 14 18 22 26 2 6 10 14 18 22 26

SELECCIÓN DE LAS CATEGORÍAS DE CARBURO \ CATEGORÍAS DE CARBURO

Categorías de carburo

Líneas maestras para elegir la calidad de carburo más adecuada

Tamaño del granoResistencia a

impactosTensiones causadas por

muescas

Tensión y estrés por curvatura(con una buena calidad de la

superficie)Resistencia a la adhesión

(contra metal)

Grueso/medio ++ + o oFino + o o +Submicrónico o - + ++Ultrafino - -- ++ ++

Dentro de las categorías del tamaño del grano, se aplica esta norma: a medida que se reduce el contenido en Co (= se incrementa la dureza), aumentan la resistencia al des-

gaste y la resistencia a la compresión, mientras que la tena-cidad disminuye considerablemente.

Módulo de elasticidad, contracción transversal, densidad y coeficiente de dilatación térmica

Mód

ulo

de e

last

icid

ad [G

Pa]

Cont

racc

ión

trans

vers

al [-

]

Dens

idad

[g/c

m3 ]

Contenido en Co [%] Contenido en Co [%]Módulo de elasticidadContracción transversal

DensidadCoeficiente de dilatación térmica (20-400 °C)

Micrografías

Carburo de WC Co Nitruro de silicio

Coefi

cien

te d

e di

lata

ción

té

rmic

a [1

0-6 1

/K]

0,2450,2400,2350,2300,2250,2200,2150,210

15,5

15,0

14,5

14,0

13,5

13,0

7

6,5

6

5,5

5

4,5

4

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CF-S12ZCF-S18Z

CF-H25S+ K20-K30CF-H40S+ K40 C11/C12CF-F35Z

CF-20HP

SELECCIÓN DE LAS CATEGORÍAS DE CARBURO \ CATEGORÍAS DE CARBURO

Composición y propiedades

Clasificación del tamaño del grano de carburos WCTamaño medio del

grano [µm] Clasificación Código CERATIZIT

< 0,2 nano N

0,2 – < 0,5 ultrafino U

0,5 – < 0,8 submicrónico S

0,8 – < 1,3 fino F

1,3 – < 2,5 medio M

2,5 – < 6,0 grueso C

> 6,0 extragrueso E

Categorías de carburo resistentes a la corrosión

Categorías de carburos no magnéticos

CERATIZITCódigo de calidad

Código ISO

Código EE. UU.

Aglutinan-te Dureza

Resistencia a la rotura trans-versal

Tenacidad de fractura

[m %] HV10 HV30 HRA [MPa] [P.S.I.] [MPa*m½]

CTS17R NM C18 8,5 1600 1580 91,6 2800 406.000 8,7

* Hay otras categorías disponibles bajo demanda.

La clasificación de los carburos de acuerdo con el tamaño del grano corresponde a las recomendaciones de la Asociación de Pulvimetalurgia.

Comentario:1. Los datos de esta tabla son parámetros de materiales típicos. Nos reservamos el derecho a modificar los datos de-bido a avances técnicos o a desarrollos logrados dentro de nuestra empresa.

2. K1C*: Los factores de intensidad crítica de tensiones (K1C) medidos dependen en alto grado de la geometría de la mue-stra y de su preparación. Por lo tanto, no es admisible efec-tuar una comparación directa con parámetros que se han determinado con otro método.

CERATIZITCódigo de calidad

Código ISO

Código EE. UU.

Aglutinan-te Dureza



[m %] HV10 HV30 HRA [MPa] [P.S.I.] [MPa*m½]

Grano submicrónico6,0 1860 1830 93,2 3600 522.000 9,09,0 1630 1610 92,0 3500 508.000 11,0

Grano fino/medio8,5 1660 1640 92,2 3000 435.000 10,2

12,0 1400 1380 90,3 3200 464.000 12,517,5 1200 1190 88,2 3300 479.000 15,6

Grano grueso10,0 1300 1290 89,4 2800 406.000 15,1

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La tabla que figura a continuación se ha concebido como guía general. Sin embargo, conviene tener en cuenta que además de elegir la categoría o calidad de carburo más cor-recta, para garantizar una larga vida útil de las herramientas también hay otras condiciones, como mantener un nivel de calidad alto y constante en los procesos metalúrgicos.

Esquema general de calidades y categoríasSi desea optimizar la vida útil de sus herramientas gracias al uso de la variante de carburo más apropiada, aprovéche-se los conocimientos especializados y la experiencia de su persona de contacto de Soluciones para materiales duros de CERATIZIT.

Composición y propiedades

Comentario:1. Los datos de esta tabla son parámetros de materiales típicos. Nos reservamos el derecho a modificar los datos debido a avances técnicos o a desarrollos logrados dentro de nuestra empresa.


CERATIZITCódigo de calidad Código ISO

Apli-cación

Agluti-nante Densidad Dureza



(K1C)

Resisten-cia a la

compre-sión

Módulo de elasticidad

Conduc-tividad térmica

Coefi-ciente de dilatación

térmica

[m %] [g/cm2] HV10 HV30 HRA [MPa] [P.S.I.] [MPa*m½] [MPa] [GPa] [W/mK] [10-6/K]

Grano ultrafinoCTU17R 8,5 14,55 1760 1730 92,7 2500 363000 8,0 4900 580 85 5,1

Grano submicrónicoCTS06D K01 3,0 15,35 2020 1980 93,9 3300 479000 7,3 8500 665 95 4,6CTS12D K05-K15 6,0 14,95 1800 1770 92,9 3700 537000 8,8 7200 625 90 5,1CTS15D K15-K30 7,5 14,75 1740 1710 92,6 3800 551000 9,5 6700 610 90 5,3CTS17R 8,5 14,55 1600 1580 91,8 2800 406000 8,7 4800 585 100 5,1CTS18D K20-K40 9,0 14,55 1610 1590 91,9 3800 551000 11,0 6600 590 90 5,3CTS20D K20–K40 10.0 14.38 1620 1600 91.9 4000 580000 10.4 6500 580 85 5.3CTS22D K30–K40 11,0 14,35 1520 1500 91,2 3900 566000 12,0 6300 570 85 5,3CTS24D K30–K40 12,0 14,25 1480 1460 90,9 4000 580000 12,5 6100 560 85 5,4

Grano fino/medioCTF08E 4,0 15,15 1845 1815 93,1 2050 297000 8,0 7400 650 100 4,6CTF11E K10 G05 5,6 14,95 1760 1730 92,7 2150 312000 9,2 7000 630 95 4,7CTF12E K20 G10 6,0 14,95 1640 1620 92,1 2200 319000 9,9 6400 625 100 4,7CTF24E K40 G20 12,0 14,30 1330 1320 89,7 3000 435000 12,0 4900 560 95 5,5CTF30E >K40 G30 15,0 14,05 1250 1240 88,8 3100 450000 13,1 4600 530 90 5,7CTF40A G40 20,0 13,60 1070 1060 86,8 3400 493000 18,0 3900 490 90 6,4CTF50A G50 25,0 13,15 950 940 85,3 3400 493000 21,0 3900 450 90 6,4CTF54A >G50 27,0 12,95 920 910 85,0 3200 464000 22,0 3000 440 90 6,9CTM14E 7,0 14,90 1550 1530 91,5 2600 377000 10,4 6000 615 95 5,0CTM16O 8,0 14,85 1300 1290 89,4 2400 348000 10,8 4800 605 100 5,1CTM17E 8,5 14,65 1420 1400 90,4 2800 406000 11,3 5300 600 95 5,1

SELECCIÓN DE LAS CATEGORÍAS DE CARBURO \ ESQUEMA GENERAL DE CALIDADES Y CATEGORÍAS

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Comentario:1. Los datos de esta tabla son parámetros de materiales típicos. Nos reservamos el derecho a modificar los datos debido a avances técnicos o a desarrollos logrados dentro de nuestra empresa.


CERATIZITCódigo de calidad Código ISO

Apli-cación

Agluti-nante Densidad Dureza



(K1C)

Resisten-cia a la

compre-sión

Módulo de elasticidad

Conduc-tividad térmica

Coefi-ciente de dilatación

térmica

[m %] [g/cm2] HV10 HV30 HRA [MPa] [P.S.I.] [MPa*m½] [MPa] [GPa] [W/mK] [10-6/K]

Grano gruesoCTE12A 6.0 15.00 1300 1290 89.4 2400 348000 16.0 4300 630 115 4.7CTE20A 10,0 14,60 1130 1120 87,6 2600 377000 18,0 4000 580 110 5,1CTE20M 10,0 14,50 1140 1130 87,7 2600 377000 21,0 3600 560 110 5,1CTE25A 12,5 14,30 1050 1040 86,6 2700 392000 20,0 3800 555 107 5,3CTE30A 15,0 14,05 970 960 85,6 2800 406000 22,0 3600 530 105 5,6CTE30M 15,0 14,05 960 950 85,5 2900 421000 23,0 3400 530 105 5,6CTE35A 17,5 13,80 910 900 84,8 2850 413000 23,0 3500 510 103 5,9CTE40A 20,0 13,60 850 840 84,2 2900 421000 24,0 3400 490 100 6,3CTE40M 20,0 13,50 810 800 83,6 2800 406000 25,0 3200 490 100 6,3CTE44A 22,0 13,40 810 800 83,6 2900 421000 25,0 3300 475 100 6,5CTE50A 25,0 13,15 760 750 82,6 2800 406000 26,0 3200 450 97 6,8CTE50M 25,0 13,15 710 700 81,7 2700 392000 27,0 3100 450 97 7,0CTE60A 30,0 12,75 690 680 81,4 2700 392000 27,0 3100 420 95 7,3CTE60M 30,0 12,70 610 600 80,0 2700 392000 29,0 3000 420 95 7,4

Nitruro de silicioSNC1 9,0 3,25 1550 1530 91,5 1100 160000 6,5 3000 300 30 3,3

SNCB5 12,5 3,25 1500 1480 91,1 900 145000 6,0 3000 300 30 3,4SNCE10 SN/TiN 4,20 1400 1380 90,3 >850 >123000 >7,0 3000 325 60 5,5SNC20 11,0 3,24 1470 1450 90,8 850 5,7 3000 290 30 3,4

SELECCIÓN DE LAS CATEGORÍAS DE CARBURO \ ESQUEMA GENERAL DE CALIDADES Y CATEGORÍAS

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SELECCIÓN DE LAS CATEGORÍAS DE CARBURO \ MATRIZ DE APLICACIONES

A continuación, describiremos cómo es la selección de las distintas categorías y calidades basándonos en algunos ejemplos.

Ejemplos de aplicaciones

Astillado de los bordes de corte Desgaste del armazón

Si la categoría de carburo es demasiado dura para la apli-cación concreta, el borde de corte mostrará este aspecto:

Como consecuencia, es preciso elegir una calidad de car-buro con una tenacidad de fractura más alta. Ahora bien, no debería contener demasiado cobalto, ya que eso podría intensificar el desgaste.

Como regla general, las siguientes circunstancias condicio-nan la selección de la categoría ideal:limitar al mínimo la cantidad de cobalto (para reducir la ad-hesión y la corrosión) y aumentar al máximo posible el ta-maño del grano (para incrementar la resistencia a la fractura y estabilizar los bordes de corte).

Las tablas de las páginas siguientes se ofrecen como guía general para enseñarle qué categorías de carburo se han aplicado con buenos resultados en diversos procesos de conformado. Sin embargo, conviene tener en cuenta que además de elegir la categoría o calidad de carburo más correcta, para garantizar una larga vida útil de las herramientas también hay otras condiciones, como mantener un nivel de calidad alto y constante en los procesos metalúrgicos.

Si desea optimizar la vida útil de sus herramientas gracias al uso de la variante de carburo más apropiada, aprovéche-se los conocimientos especializados y la experiencia de su persona de contacto de Soluciones para materiales duros de CERATIZIT.

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CF-S12ZCF-S18Z

CF-H25S+

CF-S12ZCF-S18Z

CF-H25S+

CF-S18ZCF-H25S+

CF-S18ZCF-H40S+

CF-F35ZCF-20HP

CF-S12ZCF-S18Z

CF-H25S+

CF-S12ZCF-S18Z

CF-H25S+

CF-S18ZCF-H25S+

CF-H40S+CF-F35Z

CF-F35ZCF-20HP

CF-S18ZCF-H25S+

CF-S18ZCF-H40S+

CF-S18ZCF-H40S+

CF-35ZCF-20HP ○

CF-S18ZCF-H40S+ CF-H40S+ CF-H40S+ CF-F35Z

CF-20HP ○

CF-H40S+ CF-H40S+ CF-H40S+CF-F35Z

CF-F35ZCF-20HP ○

CF-H40S+CF-H40S+CF-F35ZCF-20HP

CF-F35ZCF-20HP ○ ○

CF-H40S+CF-H40S+CF-F35ZCF-20HP


CF-H40S+CF-F35ZCF-20HP


CF-F35ZCF-20HP ○ ○ ○ ○

○ ○ ○ – –

SELECCIÓN DE LAS CATEGORÍAS DE CARBURO \ EJEMPLOS DE APLICACIONES

La siguiente tabla sirve como una buena referencia para ele-gir la categoría más adecuada.

No hay que olvidar otros factores que influyen, como la com-posición del material que se va a desbastar, el hueco de se-

Selección de las categorías - Matriz de aplicacionesparación del corte, la lubricación, la geometría de las partes activas y la estructura de las herramientas.

Requisitos respecto a la calidad de las superficies

○ Datos insuficientes. Existe la posibilidad de realizar tests a petición.– Daños mínimos debidos a los procedimientos de mecanización (formación de fisuras térmicas, zona blanca, etc.) y valores de tenacidad bajos. La adhesión debida al material desprendido exige contar con la mejor calidad posible en las superficies.

Espesor de la banda

Resistencia a la rotura por tracción (N/mm2)< 500 500–900 900–1400 1400–2000 ˃ 2000

< 0,2

0,2–0,5

0,5–0,8

0,8–1,2

1,2–1,5

1,5–2

2–3

3–6

6–10

˃ 10

48


CTS 10

CTS 12

CTS 15

CTS 20

CTS 24

CTS 30

CTF 11

CTF 12

CTF 18

CTF 24

CTF 30

CTF 40

CTF 50

CTF 54

CTM 12

CTM 17

CTM 30

CTM 40

CTC 50

CTE 35

CTE 40

CTE 50

CTE 60

SELECCIÓN DE LAS CATEGORÍAS DE CARBURO \ GUÍA

Matrices de sujeción

Cuchillos de corte

Tenacidad alta

Tenacidad media

Resistencia al desgaste

media


altaTenacidad

alta

Tenacidad media


media


alta

Categoría de carburo principal para la aplicación correspondiente

Incremento de la resistencia al desgaste

Incremento de la resistencia a la rotura transversal

Tenacidad media


mediaTenacidad

alta


alta

Código de categoría CT Herramientas de cierre ø grande ø grandeø pequeño ø pequeño Útiles de martilleo

Útiles de embutición – Metales ferro-sos (matrices y mandriles)

Matrices de embutición – Metales ferrosos (matrices y mandriles)

Guía para una correcta selección de la categoría para procesos de conformado

www.ceratizit.com

49


SELECCIÓN DE LAS CATEGORÍAS DE CARBURO \ GUÍA

Tenaci-dad alta

Tenacidad media Resis-

tencia al desgaste

media

Alta resis-tencia al desgaste

Mandriles de martilleo ø grande ø pequeñoMatrices de calibración

Tenaci-dad alta


tencia al desgaste

media


Tenacidad alta

Tenacidad media


media


Punzones de conformado en frío Troqueles de extrusión

Moldes únicos para conformado en frío

Tenaci-dad alta


tencia al desgaste

media


Tenaci-dad alta


tencia al desgaste

media


50


NOTAS

Notas

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7003

364

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