El consumo de energía en el proceso de corte de metales se expresa en forma de calor de corte y fricción. Estos factores hacen que la herramienta se encuentre en malas condiciones de mecanizado, con alta carga superficial y alta temperatura de corte. La razón de la alta temperatura es que la viruta se desliza a lo largo de la cara frontal de la herramienta a alta velocidad, lo que genera una alta presión y una fuerte fricción en el filo.

Colapsar

En el proceso de mecanizado, el cortador se encuentra con el punto duro en la microestructura del componente, o corta de forma intermitente, lo que puede provocar que la fuerza de corte fluctúe. Por lo tanto, la herramienta de corte tiene las características de resistencia a altas temperaturas, alta tenacidad, alta resistencia al desgaste y alta dureza.

desgaste de la ranura

En el último medio siglo, con el fin de mejorar continuamente el rendimiento de las herramientas de corte, se ha llevado a cabo una gran cantidad de trabajo de investigación. Uno de los factores clave que afectan la tasa de desgaste de casi todos los materiales de las herramientas es la temperatura de corte alcanzada en el proceso de mecanizado. Desafortunadamente, es difícil definir los parámetros del cálculo de la temperatura de corte, pero la medición experimental puede proporcionar la base para la fórmula empírica.

En general, se supone que toda la energía generada en el proceso de corte se convierte en calor de corte, y las virutas se llevarán el 80% del calor de corte.

El valor numérico cambiará con algunos factores, y la velocidad de corte es el factor principal. Esto hace que alrededor de 20% del calor ingrese a la herramienta. Incluso si se corta acero con bajo contenido de carbono, la temperatura de la herramienta puede superar los 550 ℃, que es la temperatura más alta que puede soportar el HSS. Al cortar acero endurecido con herramienta CBN, la temperatura de la herramienta y la viruta puede superar los 1000 ℃.

Relación entre el desgaste de la herramienta y la vida útil de la herramienta

Los patrones de desgaste de herramientas se pueden dividir en las siguientes categorías:

Desgaste de la cara de corte trasera

desgaste de la ranura

desgaste del cráter

Colapso de vanguardia

Grieta caliente

falla de ráfaga

En la actualidad, no existe una definición unificada universalmente aceptada de la vida útil de la herramienta en la industria. Es necesario especificar la vida útil de la herramienta para el material de la pieza y la tecnología de corte. Un método para cuantificar la vida útil de la herramienta es definir un valor de desgaste máximo aceptable de la cara posterior, es decir, VB o VBmax.

Desgaste de la cara de corte trasera

Desde un punto de vista matemático, la vida útil de la herramienta se puede expresar mediante la siguiente fórmula. La fórmula de Taylor proporciona un buen método de cálculo aproximado para la predicción de la vida útil de la herramienta.

Vctn = C, que es la forma general de la fórmula de Taylor. Los parámetros relevantes son los siguientes:

VC = velocidad de corte

T = vida de la herramienta

D = profundidad de corte

F = velocidad de avance

X e y se determinan mediante experimentos. N y C son constantes determinadas por experimentos o valores empíricos. Son diferentes debido a diferentes materiales de herramientas, materiales de piezas de trabajo y velocidades de avance.

Desde un punto de vista práctico, para frenar el desgaste excesivo de la herramienta y superar las altas temperaturas, se debe prestar atención a tres elementos clave: sustrato, recubrimiento y tratamiento del filo. Cada elemento está relacionado con el éxito o fracaso del corte de metales. Estos tres elementos, combinados con la forma de la ranura de curvatura de la viruta y el radio de filete de la punta de la herramienta, determinan los materiales aplicables y las ocasiones de aplicación de cada herramienta. Todos los parámetros anteriores trabajan juntos para garantizar la larga vida útil de la herramienta de corte y, finalmente, reflejan la economía y la confiabilidad del procesamiento.

matriz

Las herramientas de carburo de tungsteno con resistencia al desgaste y tenacidad tienen una gama más amplia de aplicaciones de mecanizado. Los proveedores de herramientas suelen controlar el rango de tama?o de grano de WC de 0,3 μm a 5 μm para comprender el rendimiento de la matriz. El tama?o de grano WC tiene una gran influencia en el rendimiento de la herramienta de corte. Cuanto más peque?a es la granulometría del WC, más resistente al desgaste es la herramienta; por el contrario, cuanto mayor es el tama?o de grano WC, mejor es la tenacidad de la herramienta. Las cuchillas hechas de matriz de grano ultrafino se utilizan principalmente para procesar los materiales procesados en la industria aeroespacial, como la aleación de titanio, la aleación de Inconel, la aleación de alta temperatura, etc.

Tumor de acumulación

Además, la dureza de la matriz se puede mejorar significativamente ajustando el contenido de cobalto de 6% a 12%. Por lo tanto, solo es necesario ajustar la composición del material de la matriz para cumplir con los requisitos de dureza y resistencia al desgaste de la herramienta en la aplicación de procesamiento de metales.

Las propiedades de la matriz se pueden mejorar no solo con la capa rica en cobalto adyacente a la capa superficial, sino también agregando selectivamente otros tipos de elementos de aleación al carburo cementado, como carburo de titanio (TIC), carburo de tantalio (TAC), carburo de vanadio (VC) y carburo de niobio (NBC). La capa rica en cobalto mejora significativamente la resistencia del filo de corte, lo que hace que la herramienta tenga un rendimiento excelente en aplicaciones de mecanizado de desbaste e intermitente.

Grieta caliente

Además, para hacer coincidir el material de la pieza de trabajo y cumplir con los requisitos de procesamiento específicos, se deben considerar las siguientes cinco propiedades físicas al seleccionar la matriz adecuada: tenacidad al impacto, resistencia a la fractura transversal, resistencia a la compresión, dureza y tenacidad al impacto térmico.

Revestimiento

Actualmente, los principales materiales de revestimiento en el mercado incluyen:

Nitruro de titanio (TIN): generalmente un recubrimiento de PVD, tiene las características de alta dureza y alta temperatura de resistencia a la oxidación.

Carburo de nitruro de titanio (TiCN): la adición de carbono puede mejorar la dureza y la propiedad autolubricante del recubrimiento.

Nitruro de titanio y aluminio (TiAlN o AlTiN): compuesto por una capa de alúmina, prolonga la vida útil de la herramienta en aplicaciones con altas temperaturas de corte, especialmente para corte cuasi seco/seco. En comparación con el recubrimiento de TiAlN, la dureza de la superficie del recubrimiento es mayor debido a la diferente proporción de aluminio y titanio. Este esquema de recubrimiento es muy adecuado para aplicaciones de mecanizado de alta velocidad.

Nitruro de cromo (CRN): con las ventajas de una alta dureza y alta resistencia al desgaste, es la solución de primera elección para resistir la acumulación de virutas.

Diamante (PCD): tiene el mejor rendimiento de procesamiento de materiales de aleaciones no ferrosas, especialmente para procesar grafito, compuestos de matriz metálica, aleaciones de aluminio con alto contenido de silicio y otros materiales de molienda. No es adecuado procesar acero en absoluto, porque la reacción química destruirá la combinación de revestimiento y sustrato.

desgaste del cráter

Mediante el análisis del desarrollo de materiales de recubrimiento y el crecimiento de la demanda del mercado en los últimos a?os, podemos ver que las herramientas recubiertas con PVD son más populares que las herramientas recubiertas con CVD. El grosor del recubrimiento CVD generalmente varía entre 5 y 15 micrones

El grosor del recubrimiento de PVD es generalmente entre 2 y 6 μ M. Cuando se aplica el recubrimiento de CVD en la superficie superior del sustrato, se producirá una tensión de tracción en el recubrimiento de CVD, mientras que en el recubrimiento de PVD se producirá una tensión de compresión. Estos dos factores tienen un impacto significativo en el filo de corte, especialmente en el rendimiento de la herramienta en corte intermitente o mecanizado continuo. La adición de nuevos elementos de aleación en el proceso de recubrimiento no solo es beneficiosa para mejorar la adherencia del recubrimiento, sino también para mejorar las propiedades del recubrimiento.

Tratamiento del filo de la hoja

En muchos casos, el tratamiento de vanguardia (pasivación) determina el éxito o el fracaso del mecanizado. Los parámetros de pasivación están determinados por la aplicación preestablecida. Por ejemplo, el tratamiento del filo de corte necesario para el acabado de acero a alta velocidad es totalmente diferente del que se utiliza para el mecanizado de desbaste.

En general, el torneado continuo requiere la pasivación del filo de corte, al igual que la mayoría del fresado de acero y hierro fundido. Para el mecanizado intermitente severo, es necesario aumentar los parámetros de pasivación o el biselado negativo del borde de corte.

Por el contrario, cuando se mecaniza acero inoxidable o superaleaciones, es necesario pasivar la hoja para obtener un radio de pasivación peque?o y adoptar un borde de corte afilado, porque cuando se mecanizan dichos materiales, es fácil que se produzca acumulación de virutas. De manera similar, cuando se procesa aluminio, también se requiere un borde de corte afilado.

En geometría, iska ofrece una amplia gama de cuchillas con filo de corte helicoidal, cuyo perfil se distribuye progresivamente alrededor de una superficie cilíndrica a lo largo del eje. La dirección de la hoja espiral es similar a una hélice. Una de las ventajas del dise?o de borde en espiral es hacer que el proceso de corte sea suave y excesivo, reducir la vibración y obtener un mejor acabado superficial. Además, el filo de corte en espiral puede soportar más carga de corte, lo que puede reducir la fuerza de corte y eliminar más metal al mismo tiempo. Otra ventaja de las herramientas de corte helicoidales es que tienen una vida útil más larga, porque tienen una fuerza de corte y un calor menores.