ADI aporta durabilidad con menos mecanizado

Cuando la confiabilidad mecánica es primordial para piezas relativamente complejas que pesan menos que sus versiones de acero, los fabricantes de piezas frecuentemente recurren al hierro dúctil austemperado o ADI. Las piezas fundidas ADI de alta resistencia y resistentes a la abrasión, que se procesan con un tratamiento térmico especial que requiere un enfriamiento ininterrumpido, se producen en formas casi netas, por lo que se pueden mecanizar rápidamente grandes cantidades de piezas.

Sin embargo, hacer agujeros implica perforar un material sólido de la pieza de trabajo, dijo Henry Rutkowski, especialista en aplicaciones de Sandvik Coromant Co., con sede en Fair Lawn, Nueva Jersey, y ubicada en South Elgin, Illinois.

"No hacen un agujero allí", dijo. "Tiene que ser sólido para disfrutar de los beneficios del hierro dúctil austemplado".

Debido a que ADI tiene un alto nivel de resistencia a la fatiga y a la tracción, pero no es tan duro y quebradizo como para ser propenso a agrietarse, la mayoría de las aplicaciones de ADI son automotrices, dijo Salvatore DeLuca, gerente de producto de Allied Machine & Engineering Corp. en Dover, Ohio. Pero esas aplicaciones no se limitan a las piezas de automóviles.

Con frecuencia se necesitan brocas escalonadas para aplicaciones de perforación ADI. Imagen cortesía de Allied Machine & Engineering

"Lo verás mucho en vehículos todo terreno, embarcaciones y cualquier cosa donde el peso reducido y la integridad estructural sean críticos", dijo. "Necesitan la durabilidad de un hierro dúctil, pero también deben poder producir en mayores cantidades con menos mecanizado".

Además de la industria automotriz, ADI es muy adecuada para producir grandes volúmenes de componentes de bombas, dijo Steve Pilger, gerente de producto para taladrado en YG-1 Tool (USA) Co. en Vernon Hills, Illinois.

"Es una mejora con respecto al antiguo hierro fundido gris", afirmó. “Antes usábamos hierro fundido gris y, en lugar de virutas, obteníamos más polvo. Solíamos llamarlo 'polvo de hierro'”.

Pilger dijo que perforar hierro fundido gris no causó un problema de evacuación de viruta, pero ADI produce virutas pequeñas cuando se mecaniza que deben controlarse, especialmente cuando se perforan agujeros profundos.

"Si no puedes sacar esas virutas", dijo, "comienzan a girar en la parte inferior, se obstruyen y romperás el taladro".

Bill Ruegsegger III, gerente de producto de Allied Machine & Engineering, dijo que la viruta no es tan continua como la que se crea al perforar acero.

"La viruta se rompe más cerca del filo que en el acero", dijo, "donde normalmente se produce una deformación más prolongada del material".

Rutkowski, que también ve numerosas aplicaciones agrícolas para ADI, dijo que perforar con éxito el material requiere controlar la formación de virutas además de la evacuación.

“Sabes que lo has hecho bien cuando las fichas están saliendo del hoyo”, dijo.

Mejores bits

Cuando se trata de herramientas para perforar grandes volúmenes de agujeros en ADI fundido, Pilger recomienda las de carburo.

“Necesitan procesar la pieza de manera rápida y eficiente al menor costo posible, por lo que en la mayoría de las máquinas CNC modernas utilizan herramientas de carburo. Hay que cambiar una herramienta cerámica con demasiada frecuencia”, dijo sobre un sustrato alternativo. "Las herramientas cerámicas son más adecuadas para aleaciones de alta temperatura".

Rutkowski afirmó que el grado de sustrato de carburo “insignia” de Sandvik Coromant es el H10F. Según se informa, tiene un tamaño de grano promedio de carburo de tungsteno de 0,8 µm (0,00003") que se controla con precisión mediante el tiempo y la temperatura durante el proceso de sinterización y un 10 % de cobalto para proporcionar resistencia y tenacidad. Además, un aditivo especial maximiza la resistencia a la corrosión sin pérdida de tenacidad. .

Dijo que el fabricante de herramientas emplea un proceso de sinterización que permite que los gránulos más pequeños y con más microgranos migren a los bordes de corte exteriores donde se necesitan perfiles afilados, mientras que los gránulos más grandes migran al centro de la herramienta para mejorar la dureza.

"Se trata de poner todo en el lugar correcto", dijo Rutkowski. "Usamos H10F en la mayoría de nuestros taladros porque queremos asegurarnos de que el recubrimiento se adhiera a ellos, y el H10F hace un trabajo maravilloso para todo tipo de recubrimientos".

El taladro modular i-One de YG-1 Tool cuenta con un cabezal de carburo intercambiable de doble eficacia. Imagen cortesía de YG-1 Tool (EE. UU.)

Dijo que el mejor recubrimiento para una broca que corta ADI es una deposición física de vapor multicapa de AlTiN, que Sandvik Coromant deposita en la punta de la broca y no después del cono posterior de la herramienta.

Ruegsegger coincidió en que un recubrimiento de AlTiN es adecuado para perforar ADI, así como TiCN.

"Cualquier cosa para garantizar que se obtiene el equilibrio entre resistencia al desgaste y lubricidad en el corte", dijo. "El recubrimiento en sí ayudará con el desgaste y aumentará la vida útil de la herramienta".

Ruegsegger dijo que pulir el recubrimiento para eliminar pequeños picos y valles reduce el coeficiente de fricción de la broca y mejora la eficiencia de la perforación.

El pulido se puede realizar con ruedas abrasivas y cepillos, pero Rutkowski dijo que se prefiere el chorro húmedo del recubrimiento, así como el sustrato sin recubrimiento para mejorar la adhesión del recubrimiento, al chorro seco.

"Se utilizan todo tipo de medios", dijo, "pero lo que funciona mejor son las perlas de vidrio".

Las características geométricas de una broca también desempeñan un papel fundamental a la hora de mecanizar ADI. Ruegsegger recomienda las geometrías XT/TA Pro de Allied Machine & Engineering al perforar materiales de hierro fundido/dúctil o de clasificación K ISO. Las geometrías de hierro estándar tienen un filo relativamente plano sin mucha inclinación radial.

"Hay que encontrar el punto medio", dijo. “No es necesario tener demasiado desprendimiento porque se trabaja con un material altamente abrasivo donde la herramienta se desgastará rápidamente si se tiene demasiado desprendimiento. Comenzará a ver que las esquinas de la herramienta se rompen y es posible que vea algunas astillas”.

Por el contrario, Ruegsegger dijo que muy poco rastrillo causa problemas con la formación de virutas, en las que las virutas no se formarán adecuadamente y no podrán ser evacuadas mientras se acumulan en el pozo.

“Te resultará difícil atravesar un agujero”, dijo.

La geometría correcta comienza con la punta de la broca, que debe ser cónica para que la broca se centre, dijo Rutkowski. Dijo que tener ranuras pulidas, márgenes dobles y un adorno, como un chaflán en forma de C, en la cara exterior del filo es fundamental para una perforación de alto rendimiento.

Pilger dijo que las flautas deberían tener un ángulo de 30 grados o más.

"Tenemos que asegurarnos de que la espiral esté en el ángulo correcto", dijo, "y, lo que es más importante, tenga el espacio correcto para eliminar ese material a las velocidades y avances a los que se ejecuta".

Pilger dijo que la configuración de flauta se encuentra en los taladros Dream Drill General y MQL de YG-1 Tool.

Otra opción del fabricante de herramientas es su taladro modular i-One, que tiene un cabezal de carburo intercambiable de doble eficacia, afirmó. La broca es adecuada para producir orificios de gran diámetro, a partir de aproximadamente 19 mm (0,75").

En el fondo

La definición de un agujero profundo depende del ojo de quien lo mira. DeLuca dijo que alguien en un taller de tornillería podría considerar que un orificio de dos o tres veces el diámetro es profundo, mientras que un orificio perforado en un taller de taladradoras podría necesitar tener 100 veces el diámetro para calificar. Al perforar ADI, dijo, un pozo que tenga al menos siete veces el diámetro puede considerarse profundo.

Cuanto más profundo es el orificio, más crítica resulta la aplicación eficaz de refrigerante para eliminar las virutas, siendo el método de elección el refrigerante pasante a alta presión.

“Algo donde los orificios de refrigerante apunten hacia el filo y mantengan la mayor cantidad de refrigerante posible en el punto de corte”, dijo DeLuca.

Dijo que la formulación del refrigerante cuando se perfora ADI es ligeramente diferente a la de las aplicaciones tradicionales de hierro. Por ejemplo, en lugar de una concentración del 8% de aditivos de extrema presión, tendría que ser del 10% al 12% porque ADI corta más como el acero que el hierro tradicional.

"Está aumentando la concentración para experimentar una mejor vida útil de la herramienta, calidad del orificio y acabado general", dijo DeLuca.

Las propiedades de alta resistencia y resistencia a la abrasión del hierro dúctil austemperado lo hacen adecuado para una variedad de aplicaciones automotrices y agrícolas. Imagen cortesía de Sandvik Coromant

Comenzar un agujero profundo frecuentemente requiere crear un agujero piloto con un taladro puntual para guiar el taladro principal. Dijo que la recomendación estándar de Allied Machine & Engineering es tener el mismo ángulo de punta en ambos taladros. Un taladro puntual, o piloto, puede tener un ángulo de punta más plano o más grande, pero lo contrario evitaría que el taladro principal tenga algún punto de contacto durante el corte inicial, dijo.

"Experimentarás una serie de problemas", dijo DeLuca. “Lo más común es que explotes las esquinas. Picarás las esquinas de la herramienta de corte mucho más rápido porque no obtienen ninguna estabilidad desde la punta cuando entran en el corte”.

Rutkowski estuvo de acuerdo y recomendó un taladro piloto para agujeros más profundos que ocho veces el diámetro con un ángulo incluido que sea 5 grados más grande que la punta del siguiente taladro.

"Guía correctamente la siguiente broca a través del agujero", dijo, "especialmente cuanto más profundo se profundiza".

Algunas personas podrían verse tentadas a perforar agujeros profundos en ADI, pero Rutkowski dijo que esa técnica no es necesaria cuando el taladro se ejecuta a las velocidades y avances correctos, lo que evita que el material se endurezca. Dijo que el proceso de austempering provoca fluctuaciones en las propiedades del material de una pieza a otra y recomienda parámetros de perforación iniciales que son un 35% menores que los del hierro dúctil convencional.

“A partir de ahí”, dijo, “afinas”.

Además de los parámetros correctos, el taladro debe sujetarse correctamente. Aunque los taladros suelen sujetarse con una pinza, Pilger recomienda un mandril hidráulico para perforaciones profundas ADI. Dijo que el mandril minimiza el descentramiento total del indicador y, por lo tanto, la cantidad de látigo y el desgaste correspondiente que experimenta un taladro largo, y el aceite en el portaherramientas amortigua la vibración.

“Al colocarlo en un mandril hidráulico, recién sacado de la caja, se ha mejorado la vida útil en un promedio de un 25 %”, afirmó.

Rutkowski dijo que los usuarios finales harían bien en invertir en el portaherramientas de mayor calidad disponible.

“No escatimen”, dijo. “Ya sea un ajuste hidráulico o por contracción, prefiero gastar el dinero extra en ello y dará sus frutos a largo plazo”.

En el horizonte

Rutkowski dijo que una forma de mejorar la maquinabilidad y al mismo tiempo mantener o incluso mejorar la resistencia y la integridad estructural, como ocurre con los componentes del tren motriz de automóviles, es sustituir el ADI por hierro dúctil ferrítico reforzado con solución. Dijo que la maquinabilidad mejorada es el resultado del mayor contenido de silicio de SSFDI en comparación con ADI. La cantidad de silicio oscila entre el 3% y el 4,3%.

"Eso es lo que necesitamos en comparación con ADI: una mejor maquinabilidad, y esta SSFDI podría ser el maullido del gato para todas esas piezas, pero todavía no", dijo, refiriéndose a los componentes automotrices y agrícolas fabricados con ADI.

Si bien una maquinabilidad mejorada reduce el costo de las piezas, el costo de la materia prima es un factor limitante para un uso más amplio.

Por ahora, los fabricantes de piezas continuarán principalmente perforando y mecanizando ADI cuando produzcan grandes volúmenes de piezas relativamente complejas que deben ser fuertes, tenaces y resistentes a la abrasión.

Para obtener más información de Sandvik Coromant sobre la perforación de agujeros profundos, vea una presentación en vídeo encteplus.delivr.com/29nqy

El diámetro de 0,05 mm. Una broca de carburo con un revestimiento de diamante multicapa de 12 µm de espesor se muestra junto a un cabello humano. Imagen cortesía de GCT

GCT GmbH anunció que ha depositado un recubrimiento de diamante multicapa de 12 µm de espesor (0,00047") sobre una broca de carburo de 0,05 mm de diámetro (0,002"). La herramienta se utiliza específicamente para perforar piezas de cerámica, dijo Martin Vogler, director general de la empresa Weingarten, con sede en Alemania.

Dijo que las brocas de carburo provienen de proveedores alemanes selectos y se producen según las especificaciones de GCT. La empresa ofrece servicios de recubrimiento y normalmente vende herramientas recubiertas de diamante para aplicaciones cerámicas.

Vogler dijo que GCT tiene siete dispositivos de recubrimiento por deposición química de vapor y ha recubierto alrededor de 1,2 millones de herramientas de corte, incluidas las de carburo para aplicaciones de grafito, compuestos y cerámica. Las industrias atendidas incluyen la dental y la electrónica.

Para obtener más información sobre la empresa, visite www.gctool.com.

—Alan Richter

Sustancia utilizada para esmerilar, bruñir, lapear, superacabar y pulir. Los ejemplos incluyen granate, esmeril, corindón, carburo de silicio, nitruro de boro cúbico y diamante en varios tamaños de grano.

Sustancias que tienen propiedades metálicas y están compuestas por dos o más elementos químicos de los cuales al menos uno es un metal.

Tratamiento térmico para aleaciones ferrosas en el que una pieza se enfría desde la temperatura de austenización a una velocidad lo suficientemente rápida para evitar la formación de ferrita o perlita, y luego se mantiene a esa temperatura para lograr las características deseadas. El austemperado a temperaturas más bajas (240° C a 270° C) produce una pieza con máxima resistencia, mientras que el austemperado a temperaturas más altas (360° C a 380° C) produce alta ductilidad y tenacidad. Temperatura de transformación adecuada

Proceso de alta temperatura (1000 °C o superior) y atmósfera controlada en el que se induce una reacción química con el fin de depositar un recubrimiento de 2 µm a 12 µm de espesor sobre la superficie de una herramienta. Ver herramientas recubiertas; PVD, deposición física de vapor.

Dispositivo de sujeción de piezas que se fija a un husillo de fresado, torno o taladradora. Sostiene una herramienta o pieza de trabajo por un extremo, lo que permite girarla. También se puede instalar en la mesa de la máquina para sujetar una pieza de trabajo. En realidad, dos o más mordazas ajustables sujetan la herramienta o pieza. Puede ser accionado manual, neumática, hidráulica o eléctricamente. Ver collarín.

Dispositivo de lados flexibles que asegura una herramienta o pieza de trabajo. Tiene una función similar a la de un mandril, pero solo puede adaptarse a un rango de tamaño reducido. Normalmente proporciona mayor fuerza de agarre y precisión que un mandril. Ver mandril.

Controlador basado en microprocesador dedicado a una máquina herramienta que permite la creación o modificación de piezas. El control numérico programado activa los servos y accionamientos del husillo de la máquina y controla las distintas operaciones de mecanizado. Ver DNC, control numérico directo; NC, control numérico.

Fluido que reduce la acumulación de temperatura en la interfaz herramienta/pieza de trabajo durante el mecanizado. Normalmente toma la forma de un líquido como soluble o mezclas químicas (semisintéticas, sintéticas) pero puede ser aire presurizado u otro gas. Debido a la capacidad del agua para absorber grandes cantidades de calor, se usa ampliamente como refrigerante y vehículo para diversos compuestos de corte, y la relación agua-compuesto varía según la tarea de mecanizado. Ver fluido de corte; fluido de corte semisintético; fluido de corte en aceite soluble; fluido de corte sintético.

Capacidad de una aleación o material para resistir el óxido y la corrosión. Estas son propiedades que favorecen el níquel y el cromo en aleaciones como el acero inoxidable.

Fenómeno que conduce a la fractura bajo esfuerzos repetidos o fluctuantes que tienen un valor máximo menor que la resistencia a la tracción del material. Las fracturas por fatiga son progresivas y comienzan como grietas diminutas que crecen bajo la acción de la tensión fluctuante.

Esfuerzo máximo que se puede sostener durante un número específico de ciclos sin fallar, siendo el esfuerzo completamente invertido dentro de cada ciclo a menos que se indique lo contrario.

Superficie plana mecanizada en el vástago de una herramienta de corte para mejorar la sujeción de la herramienta.

Ranuras y espacios en el cuerpo de una herramienta que permiten la eliminación de virutas y la aplicación de fluido de corte en el punto de corte.

Taladro autoguiado para producir agujeros profundos con buena precisión y acabado superficial fino. Tiene conductos de refrigerante que suministran refrigerante a la interfaz herramienta/pieza de trabajo a alta presión.

Medición del ángulo total dentro del interior de una pieza de trabajo o el ángulo entre dos líneas o superficies que se cruzan.

Material ligero y abrasivo utilizado para el acabado de una superficie.

Medida de la eficiencia relativa con la que un fluido de corte o lubricante reduce la fricción entre superficies.

La relativa facilidad de mecanizar metales y aleaciones.

Proceso de recubrimiento de herramientas realizado a baja temperatura (500° C), en comparación con la deposición química de vapor (1.000° C). Emplea un campo eléctrico para generar el calor necesario para depositar el recubrimiento en la superficie de una herramienta. Ver CVD, deposición química de vapor.

Ángulo incluido en la punta de una broca helicoidal o herramienta similar; para herramientas de uso general, el ángulo de la punta suele ser de 118°.

Proceso abrasivo que mejora el acabado superficial y difumina los contornos. Las partículas abrasivas adheridas a un soporte flexible desgastan la pieza de trabajo.

También conocido como retroceso de herramienta, el ángulo entre la cara del diente y el plano radial a través de la punta de la herramienta.

Ángulo de inclinación entre la cara de la herramienta de corte y la pieza de trabajo. Si la cara de la herramienta se encuentra en un plano que pasa por el eje de la pieza de trabajo, se dice que la herramienta tiene una inclinación neutra o nula. Si la inclinación de la cara de la herramienta hace que el filo sea más agudo que cuando el ángulo de ataque es cero, el ataque es positivo. Si la inclinación de la cara de la herramienta hace que el filo sea menos agudo o más romo que cuando el ángulo de ataque es cero, el ataque es negativo.

Unión de superficies adyacentes en una masa de partículas mediante atracción molecular o atómica al calentarlas a altas temperaturas por debajo de la temperatura de fusión de cualquier constituyente del material. La sinterización fortalece y aumenta la densidad de una masa de polvo y recristaliza los metales en polvo.

En ensayos de tracción, la relación entre la carga máxima y el área de la sección transversal original. También llamada fuerza máxima. Comparar con el límite elástico.

A menudo se utiliza como revestimiento de herramientas. Ver herramientas recubiertas.

Asegura una herramienta de corte durante una operación de mecanizado. Los tipos básicos incluyen bloque, cartucho, mandril, pinza, fijo, modular, de cambio rápido y giratorio.

Variaciones combinadas de todas las dimensiones de una pieza de trabajo, medidas con un indicador, determinadas girando la pieza 360°.

Compuesto intermetálico formado por partes iguales, en peso atómico, de tungsteno y carbono. A veces se utiliza carburo de tungsteno en referencia al material de carburo de tungsteno cementado con cobalto añadido y/o con carburo de titanio o carburo de tantalio añadido. Por lo tanto, el carburo de tungsteno puede usarse para referirse al carburo de tungsteno puro así como al carburo de tungsteno co-unido, que puede contener o no carburo de titanio y/o carburo de tantalio agregado.

Capacidad de la herramienta para resistir tensiones que provocan su desgaste durante el corte; un atributo vinculado a la composición de la aleación, el material base, las condiciones térmicas, el tipo de herramental y operación y otras variables.

Tendencia de todos los metales a volverse más duros cuando se mecanizan o se someten a otras tensiones y deformaciones. Esta característica es particularmente pronunciada en acero blando con bajo contenido de carbono o aleaciones que contienen níquel y manganeso: acero inoxidable no magnético, acero con alto contenido de manganeso y las superaleaciones Inconel y Monel.

Alan tiene una licenciatura en periodismo de la Universidad Carbondale del Sur de Illinois. Incluyendo sus 20 años en CTE, Alan tiene más de 30 años de experiencia en periodismo comercial.

Allied Machine & Engineering Corp.330-343-4283 www.alliedmachine.com

Sandvik Coromant Co.800-726-3845 www.sandvik.coromant.com

Herramienta YG-1 (EE. UU.) Co.800-765-8665 www.yg1usa.com