Comprender las herramientas de carburo en tornos CNC

Las herramientas de lavado de carburo se han convertido en el estándar para las operaciones de torneado CNC a través de industrias que van desde automotriz hasta aeroespacial. La combinación de dureza, resistencia al desgaste y estabilidad térmica hace que el carburo sea un material de corte ideal para el mecanizado de alta velocidad.

Selección de herramientas y geometría

Elegir la herramienta de carburo adecuada para una aplicación dada es la base de la mecanizado exitosa. Geometría de herramientas, revestimiento, grado e inserción de la forma todos juegan un papel crítico en cómo la herramienta interactúa con el material de la pieza. Una herramienta que funciona bien para el acero de rugido puede ser totalmente inadecuado para terminar el aluminio o maquinado superallas resistentes al calor.

Insertar Geometría y Control de Chip

Los insertos de carburo están disponibles en una amplia gama de geometrías, cada una diseñada para operaciones específicas. Los ángulos de rake positivos reducen las fuerzas de corte y son ideales para materiales más suaves y pases de acabado. Los ángulos de rake negativos proporcionan mayor fuerza de borde y son más adecuados para materiales de evacuación más duros y más duros.

Coating Technologies

Las herramientas de carburo modernas son casi siempre recubiertos para mejorar el rendimiento. Los revestimientos comunes incluyen nitruro de titanio (TiN), carbonitride de titanio (TiCN), nitruro de aluminio de titanio (TiAlN), y óxido de aluminio (Al2O3).

Selección de grado

Las calificaciones de carburo varían de duro y resistente al desgaste a resistentes y resistentes al impacto. Las calificaciones más duras con mayor contenido de cobalto resisten el desgaste abrasivo pero son más frágiles. Las calificaciones de tos con menor contenido de cobalto pueden soportar cortes interrumpidos y vibraciones pero pueden usarse más rápido.

Configuración y alineación

La configuración adecuada de una torno CNC afecta directamente la precisión del mecanizado, la vida útil de la herramienta y el acabado superficial. Incluso una pequeña desalineación puede causar errores de desgaste desigual, el chatter y dimensional.

Alignación de altura del centro

El borde de corte de la herramienta de carburo debe establecerse precisamente en la altura central de la pieza. Una herramienta que se encuentra debajo del centro puede hacer que la pieza de trabajo suba sobre la inserción, lo que conduce a un acabado superficial y un posible rotura de la herramienta. Una herramienta establecida sobre el centro puede crear presión excesiva en el borde de inserción, acelerando el desgaste. Usa un presetter de la herramienta o un medidor de altura para verificar la alineación de la altura central.

Herramienta sobre el tema y la Rigididad

Las herramientas de carburo son frágiles y sensibles a la deflexión. La herramienta de minimización mejora la rigidez y reduce el riesgo de vibración y el corte de bordes. Como regla general, el sobrehusamiento no debe exceder la altura de la manivela por más de 1,5 a 2 veces. Por ejemplo, una manivela cuadrada de 20 mm no debe extender más de 30-40 mm del soporte de la herramienta.

Insertar Clamping y asientos

Los insertos deben estar sujetados de forma segura y estar debidamente sentados en el soporte de herramientas. Los insertos de asientos de sujeción o mal colocados pueden cambiar durante el corte, causando inexactitudes y roturas de inserción. Limpiar el bolsillo de inserción y las superficies de asiento de inserción antes de la instalación. Usar una llave de par para aplicar la fuerza de sujeción recomendada.

Parámetros de corte optimizados

Velocidad de corte, velocidad de alimentación y profundidad de corte influencia directamente la vida útil de la herramienta, acabado de superficie y eficiencia de mecanizado. Para herramientas de carburo, estos parámetros deben ser cuidadosamente seleccionados en base al material de la pieza, grado de herramienta, recubrimiento y rigidez de la máquina.

Velocidad de corte

Las herramientas de carburo pueden funcionar a velocidades de corte significativamente más altas que las herramientas HSS, típicamente en la gama de 100-300 m/min para acero, 150-400 m/min para acero inoxidable, y 300-800 m/min para aluminio. Sin embargo, la velocidad óptima depende de la calidad de carburo específica y el revestimiento. Ejecutar a una velocidad demasiado alta genera calor excesivo, acelerando el desgaste de la lubilla y el desgaste del cráter.

Tasa de alimentación

La tasa de alimentación afecta el espesor de las virutas, las fuerzas de corte y el acabado superficial. Para los insertos de carburo, un punto de partida común es 0.1-0.4 mm/rev para el agitado y 0.05-0.15 mm/rev para el acabado. Las tasas de alimentación de luz reducen las fuerzas de corte y mejoran el acabado superficial, pero pueden causar rotura si el espesor del chip cae por debajo del radio de la rotura del borde.

Profundidad de corte

Para los acabados de corte, las profundidades de 1-5 mm son comunes, dependiendo del tamaño de la inserción y del material. Para los acabados, las profundidades de 0,2-0,5 mm producen buenos acabados de superficie. La profundidad excesiva de corte puede sobrecargar el inserto y causar rotura de borde, especialmente en materiales duros. Al maquinizar aceros endurecidos o superaleoleaciones de corte consistentes,

Refrigeración y Lubricación

La gestión del calor es uno de los factores más importantes en el rendimiento de la herramienta de carburo. El calor excesivo acelera el desgaste, reduce la vida útil de la herramienta y puede causar el grieta térmica de la inserción.

Métodos de aplicación de refrigerante

El enfriamiento de inundaciones es el método más común, proporcionando un flujo continuo de refrigerante a la zona de corte. Para herramientas de carburo, sistemas refrigerantes de alta presión (40-100 bar) proporcionan una mejor penetración y evacuación de chips. Enfriador de herramientas, donde se entrega refrigerante a través del soporte de herramientas al borde de corte, es particularmente eficaz para los borrones profundos y el rugido pesado.

Consideraciones de mecanizado seco

El mecanizado seco es a menudo posible con herramientas de carburo recubiertos, especialmente cuando se utilizan revestimientos TiAlN o Al2O3 que proporcionan protección térmica. El mecanizado seco elimina los costos de eliminación de refrigerantes y las preocupaciones ambientales. Sin embargo, requiere un control cuidadoso de los parámetros de corte para evitar el sobrecalentamiento. Para operaciones secas, use velocidades de corte más altas con tasas de alimentación más bajas y asegurar una evacuación adecuada de chips.

Concentración de refrigerante y calidad

La concentración de refrigerantes solubles en agua debe mantenerse dentro del rango recomendado del fabricante, por lo general 5-10%. La baja concentración reduce el rendimiento de refrigeración y lubricación, mientras que la alta concentración puede causar espuma y irritación de la piel. Monitore regularmente pH refrigerante y crecimiento bacteriano para prevenir la degradación. Usar agua deionizada o suavizada reduce el escalado y extiende la vida de flujo.

Control de mantenimiento y vibración

La vibración es una causa común de falla prematura de la herramienta, acabado superficial deficiente e imprecisiones dimensionales en las operaciones de torno CNC. Las herramientas de carburo, siendo frágiles, son especialmente susceptibles a la picadura inducida por la vibración.

Reparación de piezas

Para el trabajo de eje, utilice un centro de reposo estable o de sastrería para apoyar la pieza de trabajo. Para el trabajo de chuck, asegúrese de que las mandíbulas estén alineadas y ajustadas adecuadamente. La fuerza de sujeción excesiva puede distorsionar partes de paredes delgadas, mientras que la fuerza insuficiente permite que la pieza de trabajo se mueva.

Herramienta de sujetador de daños

Los soportes de herramientas amortiguados reducen el chatter y mejoran el acabado superficial. Estos soportes utilizan un amortiguador de masa sintonizado o una capa viscosa para absorber energía vibratoria. Son especialmente útiles para aplicaciones de larga duración, como el giro aburrido e interno. Al utilizar los soportes de herramientas estándar, asegurar que el soporte esté ajustado correctamente en el turret y que la manta esté completamente soportada.

Espina y condición de máquina

La condición de la CNC la torno afecta el rendimiento de la herramienta. Rodamientos de husillo, torretas mal alineadas y formas sueltas todas contribuyen a la vibración e inexactitud. Mantenimiento de la máquina regular, incluyendo cheques de husillo, verificación de alineación de torretas, y lubricación de la manera, asegura condiciones de corte estables. Para trabajos de alta precisión, un sistema de compensación térmica puede corregir el crecimiento de hus durante las carreras extendidas.

Consideraciones materiales y específicas

Los diferentes materiales de la pieza imponen diferentes exigencias a las herramientas de carburo. La adaptación de la selección de herramientas, geometría y parámetros al material es esencial para obtener resultados óptimos.

Aceros de acero y aleación

Para el mecanizado de acero de uso general, es adecuado un carburo recubierto con un grado de dureza media. Para aceros endurecidos superiores a 45 HRC, utilice un grado más duro con un inserto T-bone o CBN-tipped, o un grado de carburo diseñado específicamente para el corte duro de los metales, geometrías de corte negativa de corte y mejora de la superficie

Acero inoxidable

El acero inoxidable, especialmente las calificaciones austríticas (304, 316), es propensa a endurecer el trabajo y a a afilar. Las herramientas de carburo con bordes afilados y ángulos de rake positivos ayudan a reducir las fuerzas de corte y minimizar el endurecimiento del trabajo. Use un grado con alta resistencia y un revestimiento que proporcione buena lubricación, como TiCN o un recubrimiento multicapa.

Metales de aluminio y no ferrosos

Para el aluminio, utilice los carburo no refrigerados o con diamantes engastados con una superficie pulida para evitar el borde de la construcción. Los ángulos de rake y los bordes afilados producen cortes limpios y acabados de superficie excelentes. Las velocidades de corte de 300-800 m/min son comunes, con velocidades de alimentación de 0.1-0.5 mm/rev, que evitan un uso de magnio.

Superalaciones y Materiales Exóticos

Superallas basadas en níquel (Inconel, Hastelloy) y aleaciones de titanio están entre los materiales más difíciles para herramientas de carburo. Estos materiales conservan alta resistencia a temperaturas elevadas y son abrasivos a los bordes de corte. Utilice una calidad con alta dureza caliente y un revestimiento que proporciona propiedades de barrera térmica, como TiAlN o Al2O3.

Gestión de la vida útil y monitoreo de desgaste

Maximizar la vida útil de la herramienta al mantener la calidad requiere monitoreo sistemático del desgaste de la herramienta. Las herramientas de carburo generalmente fallan por el desgaste de flanco, el desgaste de cráter, el desgaste de las muescas o el barrido.

Flank Wear

El desgaste de la piel se produce en la cara de relieve de la inserción y es el modo de desgaste más común. Es causado por la abrasión y la degradación térmica. El desgaste de la brida aceptable es típicamente de 0,2-0,4 mm para el acabado y 0,4-0,8 mm para el rugido. Cuando el desgaste del flanco supera estos límites, el acabado superficial se deteriora y las fuerzas de corte aumentan.

Crater Wear

Las formas de desgaste de los cráteres en la cara de rastrillo debido a la difusión química y altas temperaturas. Debilita el borde de corte y puede conducir a la rotura de bordes. El desgaste de los cráteres es más común en el mecanizado de alta velocidad de acero. Para reducir el desgaste del cráter, bajar la velocidad de corte, utilizar un revestimiento con mejor estabilidad térmica, o cambiar a un grado con mayor dureza caliente.

Notch Wear

El desgaste de la puntilla se produce a la profundidad de la línea cortada, a menudo debido a una capa o escala de superficie endurecida en la pieza de trabajo. Es común en las superallas y fundición de mecanizado. Para mitigar el desgaste de la puntilla, variar la profundidad de corte para distribuir el desgaste, utilizar una inserción redonda que presenta un ángulo de compromiso cambiante, o aplicar un revestimiento que resiste la oxidación.

Chipping and Breakage

El corte y el rotura son causados por el impacto excesivo, la vibración o el choque térmico. Para prevenir el corte, utilizar una nota más dura, reducir la velocidad de alimentación, asegurar la altura adecuada del centro y mantener un flujo refrigerante adecuado. Evite atraer la herramienta con un borde usado o en un ángulo agudo de la pieza. Al iniciar un corte, utilice un enfoque suave para reducir la carga de impacto.

Errores comunes y cómo evitarlos

Incluso los maquinistas experimentados pueden cometer errores con la herramienta de carburo. La conciencia de los obstáculos comunes ayuda a prevenir errores costosos.

  • ]La rigidez de la herramienta de estimación: El carburo es duro pero frágil. Excesivo sobresaliente, sujeción suelta o componentes de la máquina usados pueden conducir a vibraciones y barrido. Siempre minimizar el sobrecogimiento y verificar la condición de la máquina.
  • ]Altura del centro incorrecto: Un conjunto de herramientas demasiado alto o demasiado bajo altera el ángulo de rake eficaz y aumenta el estrés en la inserción. Usa un presetter de herramientas y la altura del centro de control regularmente.
  • Usando el grado equivocado para el material: Un grado duro puede ser injertado en cortes interrumpidos, mientras que un grado duro puede usar rápidamente en cortes continuos. Coincide el grado con el funcionamiento y el material específico.
  • ] Entrega de refrigerante: El enfriamiento inadecuado acelera el desgaste y puede causar grieta térmica. Asegúrese de que las boquillas se dirigen a la zona de corte y la presión de refrigerante es suficiente.
  • Rebotar a velocidades o alimentación inapropiadas: Una velocidad demasiado alta provoca daño térmico, mientras que una velocidad demasiado baja causa bordes integrados. Siga las recomendaciones del fabricante y ajustarse sobre la base de la utilización de herramientas observadas.
  • Ignorando el control de chips: Las virutas largas y rigurosas pueden dañar la pieza de trabajo y la herramienta. Seleccione una inserción con el interruptor de chip adecuado y ajuste la tasa de alimentación para activar la fractura de chips.
  • Reutilizando los insertos usados: Un inserto usado aumenta las fuerzas de corte y degrada el acabado superficial. Reemplazar los insertos en el primer signo de desgaste excesivo o de barrido.

Conclusión

Las herramientas de carga ofrecen ventajas significativas en las operaciones de torno CNC, incluyendo velocidades de corte más altas, vida útil de herramientas más largas y acabados de superficie superiores. Estos beneficios se realizan sólo cuando las mejores prácticas se siguen durante todo el proceso de mecanizado. Selección de herramientas adecuada basada en geometría, recubrimiento y grado asegura que la herramienta se adapte a las exigencias del material de la pieza de trabajo y la operación.