El tratamiento superficial correcto de herramientas de corte redondas pequeñas puede mejorar la vida útil de la herramienta, reducir el tiempo del ciclo de mecanizado y mejorar la calidad de la superficie mecanizada. Sin embargo, elegir el recubrimiento de herramienta adecuado para sus necesidades de mecanizado puede resultar una tarea confusa.
Cada recubrimiento tiene ventajas y desventajas en el corte. Si se selecciona el recubrimiento incorrecto, puede resultar en una vida útil de la herramienta menor que la de una herramienta sin recubrimiento y, a veces, incluso causar más problemas.
Hay muchos tipos de recubrimientos para herramientas disponibles, incluidos recubrimientos PVD, recubrimientos CVD y recubrimientos compuestos que alternan recubrimientos PVD y CVD, que se pueden obtener fácilmente de los fabricantes de herramientas o proveedores de recubrimientos.
Este artículo presentará brevemente algunas propiedades comunes de los recubrimientos para herramientas y algunas opciones de selección de recubrimientos PVD y CVD comúnmente utilizadas. Cada propiedad del recubrimiento juega un papel importante a la hora de determinar qué recubrimiento es más beneficioso para el corte.
Propiedades del recubrimiento
1. Dureza
La alta dureza superficial aportada por el recubrimiento es una de las mejores formas de mejorar la vida útil de la herramienta. En términos generales, cuanto más duro sea el material o la superficie, mayor será la vida útil de la herramienta.
El recubrimiento de carburo de titanio (TiCN) tiene una dureza mayor que el recubrimiento de nitruro de titanio (TiN). Debido al mayor contenido de carbono, la dureza del recubrimiento de TiCN ha aumentado en un 33% y su dureza oscila entre aproximadamente Hv3000 y 4000 (según el fabricante).
La aplicación del recubrimiento de diamante CVD con una dureza superficial de hasta Hv9000 en herramientas de corte está relativamente madura. En comparación con las herramientas recubiertas de PVD, la vida útil de las herramientas recubiertas de diamante CVD ha aumentado de 10 a 20 veces. La alta dureza y velocidad de corte de los recubrimientos de diamante pueden aumentar la velocidad de corte de 2 a 3 veces en comparación con las herramientas sin recubrimiento, lo que las convierte en una buena opción para cortar materiales no-ferrosos.
2. Resistencia al desgaste
La resistencia al desgaste se refiere a la capacidad del recubrimiento para resistir el desgaste. Aunque la dureza de algunos materiales de la pieza de trabajo puede no ser demasiado alta, los elementos agregados durante el proceso de producción y los procesos utilizados pueden hacer que el filo de la herramienta se agriete o se desafile.
3. Lubricidad superficial
Los altos coeficientes de fricción aumentan el calor de corte, lo que resulta en una vida útil más corta del recubrimiento o incluso en fallas. Reducir el coeficiente de fricción puede prolongar enormemente la vida útil de la herramienta. Las superficies de revestimiento finas y lisas o de textura regular ayudan a reducir el calor de corte porque la superficie lisa permite que las virutas se deslicen rápidamente fuera del filo frontal y reducen la generación de calor. En comparación con las herramientas sin recubrimiento, las herramientas recubiertas con mejor lubricidad superficial también se pueden procesar a velocidades de corte más altas, evitando aún más la soldadura por fusión a alta-temperatura con el material de la pieza de trabajo.
4. Temperatura de oxidación
La temperatura de oxidación se refiere a la temperatura a la que el recubrimiento comienza a descomponerse. Cuanto mayor sea la temperatura de oxidación, más favorable será para el corte en condiciones de alta temperatura. Aunque la dureza a temperatura ambiente del recubrimiento de TiAlN puede ser menor que la del recubrimiento de TiCN, se ha demostrado que es mucho más efectivo que el TiCN en el procesamiento a alta-temperatura. La razón por la que el recubrimiento de TiAlN aún puede mantener su dureza a altas temperaturas es que se puede formar una capa de óxido de aluminio entre la herramienta y la viruta, que puede transferir calor de la herramienta a la pieza de trabajo o a la viruta. En comparación con las herramientas de acero de alta-velocidad, las herramientas de carburo suelen tener velocidades de corte más altas, lo que hace que TiAlN sea el recubrimiento preferido para las herramientas de carburo. Las brocas y fresas de carburo suelen utilizar este recubrimiento PVD TiAlN.
5. Anti-adherencia
La propiedad anti-del recubrimiento puede prevenir o reducir la reacción química entre la herramienta y el material procesado y evitar la deposición del material de la pieza de trabajo en la herramienta.
Al mecanizar metales no-ferrosos (como aluminio, latón, etc.), a menudo se produce-una acumulación de bordes en la herramienta, lo que provoca que la herramienta se astille o se desvíe el tamaño de la pieza de trabajo. Una vez que el material que se está mecanizando comience a adherirse a la herramienta, la adhesión continuará expandiéndose.
Al mecanizar piezas de trabajo de aluminio con machos de roscar, el aluminio adherido al macho aumentará después de mecanizar cada orificio y, finalmente, el diámetro del macho se volverá demasiado grande, lo que provocará que se descarte la desviación del tamaño de la pieza de trabajo. Los recubrimientos con buenas propiedades antiadherentes-pueden desempeñar un buen papel incluso en ocasiones de mecanizado con un rendimiento deficiente del refrigerante o una concentración insuficiente.
Recubrimientos de uso común
1. Recubrimiento de nitruro de titanio (TiN)
TiN es un recubrimiento PVD{0}}de uso general que puede aumentar la dureza de la herramienta y tiene una temperatura de oxidación alta. Este recubrimiento puede lograr muy buenos resultados de mecanizado cuando se utiliza para herramientas de corte o de conformado de acero de alta-velocidad.
2. Recubrimiento de nitruro de carburo de titanio (TiCN)
El elemento de carbono agregado al recubrimiento de TiCN puede aumentar la dureza de la herramienta y obtener una mejor lubricidad de la superficie, lo que lo convierte en un recubrimiento ideal para herramientas de acero de alta-velocidad.
3. Recubrimiento de nitrógeno aluminio-titanio o nitrógeno-titanio-aluminio (TiAlN/AlTiN)
La capa de óxido de aluminio formada en el revestimiento de TiAlN/AlTiN puede mejorar eficazmente la vida útil del mecanizado a alta-temperatura de la herramienta. Este recubrimiento se puede utilizar para herramientas de carburo utilizadas principalmente para corte en seco o semiseco. Dependiendo de la proporción de aluminio y titanio contenida en el recubrimiento, el recubrimiento de AlTiN puede proporcionar una mayor dureza superficial que el recubrimiento de TiAlN, por lo que es otra opción de recubrimiento viable en el campo del mecanizado de alta-velocidad.
4. Recubrimiento de nitrógeno, cromo y aluminio (AlCrN)
La buena propiedad anti-adherencia del recubrimiento AlCrN lo convierte en el recubrimiento preferido en el mecanizado propenso a la acumulación-de bordes. Después de aplicar este recubrimiento casi invisible, el rendimiento del mecanizado de herramientas de acero de alta-velocidad o herramientas de carburo y herramientas de conformado mejorará enormemente.
5. Diamante
Los recubrimientos de diamante CVD proporcionan un rendimiento óptimo para herramientas de mecanizado de materiales no-ferrosos y son ideales para mecanizar grafito, compuestos de matriz metálica (MMC), aleaciones de aluminio con alto contenido de silicio y muchos otros materiales altamente abrasivos (nota: las herramientas recubiertas de diamante puro no se pueden utilizar para mecanizar piezas de acero porque el mecanizado de piezas de acero genera mucho calor de corte y provoca una reacción química que destruye la capa de adhesión entre el revestimiento y la herramienta).
Hay diferentes recubrimientos adecuados para fresado, roscado y taladrado en duro, y cada uno tiene su propia aplicación específica. Además, se pueden usar recubrimientos multi-capas, que tienen otros recubrimientos incrustados entre la capa superficial y el sustrato de la herramienta para mejorar aún más la vida útil de la herramienta.
Aplicación exitosa de recubrimientos.
La aplicación rentable-de recubrimientos puede depender de muchos factores, pero para cada aplicación de mecanizado específica, normalmente solo hay una o unas pocas opciones de recubrimiento viables.
La elección correcta del recubrimiento y sus características puede suponer la diferencia entre una mejora significativa en el rendimiento del mecanizado y casi ninguna mejora. La profundidad de corte, la velocidad de corte y el refrigerante pueden afectar la aplicación de recubrimientos de herramientas.
Debido a que existen muchas variables en el mecanizado del material de una pieza de trabajo, una de las mejores formas de determinar qué recubrimiento utilizar es mediante corte de prueba. Los proveedores de recubrimientos están desarrollando constantemente más recubrimientos nuevos para mejorar aún más la resistencia a altas temperaturas, la fricción y el desgaste del recubrimiento. Siempre es bueno verificar la aplicación de los últimos y mejores recubrimientos para herramientas en el mecanizado con el fabricante del recubrimiento (herramienta).
