Introducción a los insertos de corte de carburo

Los insertos de corte de carburo son una piedra angular de la fabricación moderna de precisión, que se encuentra en todo desde bloques de motor automotriz hasta cuchillas de turbina aeroespaciales. Estos pequeños puntas de corte reemplazables se montan en soportes de herramientas y se utilizan en tornos, máquinas de fresado y equipos de perforación para moldear metal, madera, compuestos y otros materiales.

La demanda global de inserción de carburo sigue creciendo a medida que las industrias impulsan tolerancias más estrictas, vida útil más larga y tiempo de inactividad reducido. Entendiendo cómo se hacen estos insertos no es sólo de interés académico, afecta directamente a las opciones que los ingenieros y administradores de compras hacen al seleccionar herramientas para aplicaciones específicas. Desde la selección de polvos crudos hasta el revestimiento final, cada paso en el proceso de fabricación influye en el rendimiento, la consistencia y el costo de la preparación de la técnica de la inserción.

Resúmenes del Carburo de tungsteno como material

Composición y Propiedades

El carburo de tungsteno (WC) es un compuesto químico que contiene partes iguales átomos de tungsteno y carbono; es un material de cerámica resistente y refractario con un punto de fusión superior a 2.800 °C. En su forma pura, carburo de tungsteno es extremadamente duro - alrededor 9 en la escala de Mohs, segundo sólo al diamante - pero también es frágil y no se puede utilizar solo para cortar herramientas que experimentan impacto o vibración.

La fracción de volumen del cobalto suele oscilar entre el 3% y el 30%, elegida sobre la base del equilibrio requerido de dureza y dureza. El contenido de cobalto inferior produce una inserción más resistente al desgaste más difícil, adaptada para los cortes de acabado en materiales abrasivos. El contenido de cobalto más alto aumenta la resistencia a la resistencia al impacto, haciendo que el inserto sea adecuado para operaciones de rugido o cortes interrumpidos.

Papel de la carpeta de cobalto

El cobalto sirve como el "glute" que mantiene las partículas de carburo de tungsteno juntas. Durante la fabricación, los derretimientos de cobalto o suaviza a temperaturas sinterizantes (alrededor de 1.400 °C) y humedece las superficies de WC, dibujando partículas junto a través de fuerzas capilares.

Preparación de materias primas

El viaje de un inserto de corte de carburo comienza con la selección y preparación de polvos crudos. La calidad en esta etapa es crítica: pequeñas variaciones en la distribución del tamaño de partículas, pureza o composición pueden propagarse a través del proceso, lo que conduce a la dureza inconsistente, la porosidad o la falla de herramienta prematura.

Agrietación y calidad de los polvos

El polvo de carburo de tungsteno se produce normalmente a través de la carburación de polvo de metal de tungsteno. Los ores de tungsteno (como esqueelita o wolframite) se procesan químicamente para producir paratungstate de amonio, que se reduce a polvo de metal de tungsteno en atmósfera de hidrógeno. Este polvo se mezcla con carbono negro y calentado en un horno para formar contenido de carburo de tungsteno.

Técnicas de mezcla y de mezcla

Una vez que los polvos constituyente están calificados, se pesan en proporciones precisas y se cargan en molinos de bolas o atritores. El recubrimiento se realiza en un medio líquido —a menudo etanol o acetona— para prevenir la generación de polvo y lograr la dispersión uniforme del binder de cobalto alrededor de cada partícula de WC.

Formando los Insertos

Métodos de prensa

El método más común para formar formas de inserción de carburo es el prensado de mora inoxidable, donde el polvo de pulverización se alimenta en una cavidad de fundición de acero endurecido y presionado con un golpe a presión de 100 a 300 MPa. Esto produce un compacto "verde" que mantiene su forma a través de las fuerzas de siniestra sintáticas selladas y débiles.

Diseño moldeado y tolerancias

Los moldes de prensado son de precisión en el acero de la herramienta o carburo a tolerancias de unos pocos micrometros. El diseño debe tener en cuenta la reducción durante el sintering, que es típicamente 15–25% lineal. Por lo tanto, las dimensiones de cavidad de la cavidad de la muerte se calculan utilizando las ratios de compactación empírica derivadas de las propiedades de polvo y los parámetros de prensa.

Proceso de sinterización

Sintering es la transformación de un pacto verde poroso en un sólido denso y fuerte. Para los carburos cementados, este paso se realiza en un horno de atmósfera controlado a temperaturas entre 1.350°C y 1.600°C. El proceso puede dividirse en tres etapas: despilfarro o despilfarro, sinterización de estado sólido y sinterización de fase líquida.

Mobiliario sinterizador y control de la atmósfera

Los hornos de sinterización industrial modernos son hornos de vacío de tipo lote o hornos de empuje continuos. Los insertos se transfieren a través de un perfil de temperatura que primero elimina cualquier carpeta orgánica (added durante el secado de aerosol) por calentamiento en un ambiente de hidrógeno o argón a cerca de 400 °C.

Parámetros sinterizadores y desarrollo de la microestructura

El binderismo se funde en aproximadamente 1.320°C y se produce entre los granos de la WC, lo que hace que el esqueleto de partículas de carburo se reorganice y densifique. La tensión superficial del cobalto líquido se junta los granos, eliminando los poros excesivos.

Acabado y revestimiento

Postinteres, los insertos no están listos para usarse, deben ser llevados a dimensiones precisas y recubiertos para mejorar aún más el rendimiento.

Preparación de agarre y borde

El acabado de la apriete es necesario para lograr tolerancias dimensionales finales (típicamente ±0.025 mm o más ajustadas) y para producir los bordes de corte agudos o geometrías en honda. Las ruedas de trituración de diamante se utilizan debido a la dureza extrema de la carburo cementado.Los pasos principales de la trituración son: moler las caras superiores y inferiores para el plano y el paralelismo.

Coating Technologies

TIF [LT]: La capa de acero [LT]

Comunes y sus beneficios

  • Nitruro de titanio (TiN): Color dorado; revestimiento de uso general para materiales ferrosos y no ferrosos; proporciona dureza moderada y baja fricción.
  • Titanium carbonitride (TiCN): Más difícil que TiN; ofrece una mayor resistencia a la abrasión para el hierro fundido y aluminio de alta resistencia al silico.
  • Nitruro de aluminio de titanio (TiAlN): Alta estabilidad de temperatura; forma una capa de óxido de aluminio en uso que auto-lubrica a altas velocidades; ideal para el mecanizado seco de acero y acero inoxidable.
  • Nítrido de aluminio de cromo (AlCrN): Mayor dureza que TiAlN; excelente resistencia a la corrosión y oxidación para el mecanizado de titanio, aleaciones de níquel y aceros endurecidos.
  • carbono tipo diamantina (DLC): Se utiliza para materiales no ferrosos (aluminio, compuestos) para prevenir el borde de montaje; coeficiente muy bajo de fricción.

Control e Inspección de Calidad

Ningún inserto de corte deja un fabricante reputable sin someterse a una batería de pruebas. Estos procedimientos aseguran que cada inserción cumple las especificaciones de grado para la dureza, la dureza, la dimensión y el rendimiento de corte.

Pruebas de dureza y tosicidad

Rockwell Una dureza (HRA) es la medida estándar para los carburos cementados, normalmente oscilando entre 88 y 93 HRA. Las muestras se toman de cada lote sinterizado y se identifican con un cono de diamante bajo una carga de 60 kg. Además, las pruebas de dureza de Palmqvist, un método que mide la longitud de la grieta en los rincones de una indentación de Vickers, proporciona un índice de dureza de fractura.

Inspección de dimensiones y superficies

Sistemas de visión automatizados inspeccionan cada inserción para dimensiones críticas: diámetro del círculo inscrito, espesor, diámetro del agujero (si está presente), y flatness. Estos sistemas también verifican el corte de bordes, grietas y defectos de revestimiento. Espesor de superficie (Ra) en las caras de rastrillo y flanco se mide utilizando profilometros; los valores de 0,2-0,4 μm son típicos para los insertos de suelo.

Pruebas de rendimiento en mecanizado

La prueba final es ensayos de mecanizado. Los insertos de muestra de cada lote se ejecutan en tornos CNC o máquinas de fresado bajo condiciones controladas que simulan aplicaciones típicas del cliente. Tasa de eliminación de materiales, desgaste de flancos, desgaste de cráter, desgaste de nómina y acabado superficial de la pieza se registran. El criterio de vida útil de la herramienta es normalmente un ancho de tierra de desgaste de 0.3 mm o una profundidad máxima de cráter.

Conclusión

La fabricación de inserciones de corte de carburo es una sofisticada interacción de metalurgia de polvo, ingeniería mecánica, ciencia de materiales y control de calidad. Cada paso -desde la mezcla precisa de carburo de tungsteno y polvos de cobalto, mediante la formación, sinterización, rectificado y recubrimiento- demanda control de proceso cuidadoso para producir inserciones que pueden soportar el calor, presión y abrasión de la maquinaria moderna.

Para más información sobre temas específicos, consulte recursos como el Wikipedia artículo sobre carburo de tungsteno, el ]Guía de nombre numérico para los grados de carburo, o un ]CienciaDirecto panorama del procesamiento de carburo cementado].