Maquinabilidad del material de la pieza de trabajo
El grupo P de la clasificación ISO de materiales de la pieza de trabajo incluye el acero suave y el acero de uso general.
Las clasificaciones de los materiales de la pieza de trabajo se decidieron basadas en la maquinabilidad del material.
Sin embargo, la maquinabilidad del acero suave difiere en gran medida de la del acero de uso general. Un factor que comparten los dos materiales es que ambos generan virutas continuas que pueden dañar fácilmente el acabado superficial.
Como su nombre indica, el acero suave es blando, lo que significa que fácilmente puede generar soldadura. Sin embargo, el maquinar el acero suave, la resistencia al corte es baja. Este factor obliga a seleccionar herramientas que den prioridad al control de virutas y la resistencia a la soldadura.
Por lo que respecta al acero de uso general, el control de virutas no representa un problema tan grande, lo que permite seleccionar una herramienta basándose sobre todo en la vida de la herramienta y la eficiencia del maquinado.
Cuando el acero contiene niveles elevados de carbono, se incrementan las propiedades de tratamiento térmico, en consecuencia, el material se vuelve más duro y más adhesivo. Por lo general, este tipo de acero, conocido como acero alto en carbono, genera elevadas temperaturas durante el maquinado, lo que requiere el uso de grados de herramienta de corte resistentes al calor. Por el contrario, el acero bajo en carbono, tiene los mismos problemas inherentes al acero suave.
Un ejemplo de material de pieza del grupo P son los engranajes de acero.
Selección de herramientas para el maquinado de acero
El acero es el metal más usado en el mundo. Debido a este hecho, los aceros se clasifican detalladamente según su uso. En consecuencia, hay una amplia variedad de herramientas disponibles para su maquinado.
Como se explicó anteriormente, existe una amplia variedad de aceros con muchas propiedades diferentes. Esto dificulta el establecimiento de un estándar en la selección de herramientas para el maquinado del acero. Es necesario hacer una consideración detallada para cada tipo de acero y se requiere un conocimiento profundo de las características de las herramientas de corte. No obstante, un problema común en el maquinado de cualquier tipo de acero es la generación de calor. Por este motivo, resulta esencial usar herramientas resistentes al calor.
Acero al carbono
Al maquinar acero al carbono con herramientas de carburo cementado, los problemas habituales son la soldadura y el desgaste de cráter.
Esto se produce por la elevada afinidad entre las partículas de carbono que hay dentro del acero y el carburo de wolframio (WC) del carburo cementado. Por lo general, a medida que el contenido de carbono del acero disminuye, el acero (aceros bajos en carbono) será más proclives a sufrir problemas de soldadura. Por el contrario, a medida que el contenido de carbono se incrementa, el acero (aceros medios y altos en carbono) sufrirá con mayor facilidad craterización. Esto es debido a que el incremento del contenido de carbono hace que incremente la temperatura del filo.
Acero aleado
Las propiedades del acero aleado depende de los elementos de aleación.
Los elementos de aleación que frecuentemente se utilizan son Ni (Níquel), Cr (Cromo), Mn (Manganeso) y Mo (Molibdeno) y tienen la siguientes características:
Níquel (Ni) - Se vuelve adhesivo
Cromo (Cr) - Se vuelve duro y forma partículas duras
Manganeso (Mn) - Se vuelve duro y adhesivo
Molibdeno (Mo) - Se vuelve duro y forma partículas duras
Cada aleación, si es incluida en pequeñas cantidades, puede ofrecer una mejor maquinabilidad, mejor control de virutas y mayor resistencia a las soldaduras. Sin embargo, a medida que la cantidad de aleación aumenta, el acero se vuelve más duro y más resistente, finalmente, convirtiéndose en un material difícil de cortar.
Acero para herramientas
Como su nombre indica, el acero para herramientas es un tipo de material duro y resistente.
Los aceros para herramientas incluyen el acero para herramientas al carbono, el acero para herramientas aleado y el acero de alta velocidad. El acero para herramientas contiene más del 0.6% de carbono. A medida que el contenido de carbono aumenta, la cantidad de carburo precipitación crece, lo que hace que el acero de herramientas sea aún más duro y menos vulnerable al desgaste.
El acero para herramientas al carbono contiene principalmente carbono, mientras que el acero para herramientas aleado se obtiene añadiendo diferentes elementos de aleación al acero para herramientas al carbono con el objetivo de fortalecer los carburos que precipitan y el acero como metal común.
El acero de alta velocidad está tratado térmicamente a altas temperaturas para incrementar aún más sus propiedades de dureza. Además, posee suficiente dureza como para soportar el calor generado durante el corte a alta velocidad.
Cualquier tipo de acero es muy duro debido al proceso de tratamiento térmico. A pesar de ello, hay que tener cuidado ya que los efectos del endurecimiento podrían perderse con temperaturas de corte excesivas.
Acero suave
Al maquinar acero suave, los problemas como la soldadura y el control deficiente de las virutas son predominantes y deben tomarse medidas para prevenirlos.
Como el acero Suave es relativamente blando en comparación con otros aceros y no ha sido influenciado por el tratamiento térmico, se producen pocos daños a las herramientas durante el maquinado. Pero tiene problemas de maquinado, como acabados superficiales deficientes causados por la soldadura de virutas y una baja maquinabilidad debido a virutas largas y continuas que se envuelven alrededor de herramientas y piezas de trabajo.
Por lo tanto, cuando maquine acero suave, es importante seleccionar geometrías de herramientas que permitan un buen control de las virutas y la elección de materiales de herramientas resistentes a la soldadura.
Los materiales forjados en frío son materiales forjados a temperatura ambiente. Este proceso solo puede aplicarse a materiales blandos como el acero bajo en carbono.
Dado que los materiales forjados ya experimentaron un endurecimiento mecánico a través del proceso de forja, es habitual realizar un proceso de normalizado al material para permitir el maquinado. El proceso de normalizado y la pequeña tolerancia mecánica del forjado tienden a generar virutas continuas.
Los materiales forjados en frío con características tales como paredes delgadas se consideran materiales difíciles de cortar, ya que son propensos a generar vibraciones, presentan un control de virutas deficiente y el acabado superficial tiende a sufrir daños con facilidad durante el maquinado.
Los materiales forjados en caliente se producen a altas temperaturas. Este proceso se usa en materiales que son duros, por lo tanto, difíciles de forjar a temperatura ambiente.
Los materiales forjados en caliente son relativamente fáciles de cortar, como el acero alto en carbono y el acero aleado. En resumen, a excepción de la cascarilla dura, los materiales forjados en caliente presentan pocos problemas para el maquinado.
Los aceros de fácil maquinado son, como su nombre indica, aceros cuyos componentes de aleación son añadidos con el objetivo de facilitar el maquinado.
Sin embargo, estas “propiedades de fácil maquinado”, desde el punto de vista de un ingeniero de materiales, no siempre tienen efectos positivos para las herramientas de corte.
Antiguamente, el acero al carbono y plomo tenía una resistencia al corte menor. Esto se lograba garantizando una interacción entre la cara de la herramienta y la pieza de trabajo, lo que era posible gracias a que la fase líquida del plomo añadido al acero podía formarse a temperaturas relativamente bajas. Por tanto, este incremento de la lubricación prolongaba la vida de la herramienta y mejoraba el control de virutas.
Cuando el uso del plomo se restringió por motivos ambientales, se desarrolló acero fácil de cortar y en la práctica libre de plomo. Este tipo de acero se encuentra disponible en el mercado como acero al carbono resulfurado. Su uso es cada vez mayor y se están mejorando sus propiedades de corte fácil a través de la dispersión de sulfuro fino en su estructura. Esto reduce la resistencia al corte y mejora el control de virutas. Sin embargo, el sulfuro duro puede rozar con la herramienta de corte y causar desgaste.
A pesar de ello, los aceros de fácil maquinado no siempre tienen propiedades de corte fácil. Por lo tanto, es necesario comprender los efectos de los elementos de aleación que se añaden a cada acero.
Los aceros preendurecidos son frecuentemente usados como material de molde. Por lo general, el tratamiento térmico distorsiona o deforma los materiales, o bien produce un acabado superficial rugoso debido a la influencia del calor. Esto significa que el tratamiento con calor de componentes acabados después del mecanizado no es adecuado para mantener la precisión dimensional. En consecuencia, los aceros preendurecidos ahorran tiempo y dinero en el tratamiento térmico posmaquinado se han vuelto habituales.
Sin embargo, el tratamiento térmico antes del maquinado hace que los materiales sean duros y adhesivos, por lo que el maquinado es más difícil.
Los aceros preendurecidos tienen un nivel de dureza y tenacidad uniforme en toda su estructura. Los fabricantes de acero hacen hincapié en estos puntos en las varias ventas de los materiales. La dureza y otras propiedades se ajustan, en la mayor medida posible, a un nivel que resulte fácil para el maquinado. Los aceros preendurecidos usados como material de molde tiene la misma vida que los materiales tratados con calor después del maquinado. En consecuencia, el tratamiento térmico resulta innecesario y solo se requiere mecanizar el material suministrado de la forma deseada.
A pesar de los esfuerzos realizados para que estos materiales sean más fáciles de mecanizar, algunos aceros preendurecidos tienen una dureza equivalente a la del acero endurecido. Por lo tanto, pueden considerarse materiales difíciles de cortar.
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