Seleccionar el material de herramienta adecuado en función del tipo de mecanizado y el material de la pieza de trabajo, asegurando una coincidencia entre los materiales de la herramienta y la pieza de trabajo, es un conocimiento común en la industria del mecanizado. Sin embargo, las condiciones exactas requeridas para este emparejamiento no se comprenden universalmente. A continuación, analizaremos cómo los materiales de la herramienta y la pieza de trabajo logran coincidir en términos de propiedades mecánicas, físicas y químicas.
Coincidencia de las propiedades mecánicas de los materiales de la herramienta y la pieza de trabajo
Las propiedades mecánicas implican principalmente el diseño de parámetros como resistencia, tenacidad y dureza tanto para la herramienta como para la pieza de trabajo. Varios materiales de herramientas están ordenados en orden descendente de resistencia a la flexión: acero rápido-, carburo cementado, herramientas cerámicas, diamante y herramientas de nitruro de boro cúbico; en orden descendente de dureza: acero de alta velocidad-, carburo cementado, nitruro de boro cúbico, diamante y herramientas cerámicas; y en orden descendente de dureza: herramientas de diamante, herramientas de nitruro de boro cúbico, herramientas de cerámica, carburo cementado y acero rápido-.
Las diferencias en las propiedades mecánicas permiten que las herramientas se adapten a las necesidades de mecanizado de diversos materiales de piezas de trabajo. La dureza de la herramienta de corte debe ser superior a la de la pieza que se está mecanizando. Por lo tanto, los materiales de piezas de trabajo de alta-dureza requieren herramientas de corte con una dureza aún mayor. Generalmente, cuanto mayor sea la dureza del material de la herramienta de corte, mejor será su resistencia al desgaste, pero la resistencia y la tenacidad se verán afectadas. Las herramientas de alta-dureza y alta-resistencia al desgaste- generalmente se usan para desbaste, mientras que aquellas con una dureza ligeramente menor generalmente se usan para acabado.
Además, las herramientas de corte con excelentes propiedades mecánicas a altas temperaturas-son excelentes opciones para cortes a alta-velocidad. Por ejemplo, las herramientas de corte de cerámica poseen las ventajas antes mencionadas y pueden cortar a velocidades muy altas. Sus velocidades de corte permitidas pueden ser de 2 a 10 veces mayores que las de las herramientas de corte de metal duro.
Coincidencia de las propiedades físicas del material de la herramienta de corte y la pieza de trabajo Las propiedades físicas a las que se hace referencia aquí incluyen principalmente parámetros como la conductividad térmica del material, el punto de fusión y el coeficiente de expansión térmica. La conductividad térmica de la herramienta de corte debe complementar la de la pieza de trabajo. Al mecanizar piezas de trabajo con mala conductividad térmica, se debe utilizar una herramienta de corte con alta conductividad térmica para disipar el calor de corte de manera oportuna y mantener la precisión dimensional tanto de la herramienta como de la pieza de trabajo.
Varios materiales de herramientas de corte están ordenados en orden descendente de resistencia al calor: nitruro de boro cúbico, cerámica, carburo cementado a base de carburo de titanio-, carburo cementado de grano ultrafino-a base de WC-, diamante y HSS; en orden descendente de conductividad térmica: PCD, nitruro de boro cúbico, carburo cementado a base de WC-, carburo cementado a base de carburo de titanio-, HSS, cerámicas a base de Si3N4- y cerámicas a base de Al2O3-; en orden descendente de coeficiente de expansión térmica: HSS, carburo cementado a base de WC-, carburo cementado a base de carburo de titanio-, cerámicas a base de Al2O3, PCBN, cerámicas a base de Si3N4 y PCD; y en orden descendente de resistencia al choque térmico: HSS, carburo cementado a base de WC, cerámicas a base de Si3N4, nitruro de boro cúbico, PCD, carburo cementado a base de carburo de titanio y cerámicas a base de Al2O3.
Coincidencia de propiedades químicas entre materiales de herramientas y piezas de trabajo.
Las propiedades químicas incluyen si la herramienta y la pieza de trabajo tienen afinidad química, la capacidad de sufrir reacciones químicas y fenómenos como la difusión y la disolución. Si estos fenómenos ocurren, indica un desajuste entre la herramienta y el material.
Varios materiales de herramientas están ordenados en orden descendente de su temperatura de anti-adhesión con el acero: nitruro de boro cúbico, cerámica, carburo cementado y HSS; en orden descendente de temperatura de resistencia a la oxidación: cerámica, nitruro de boro cúbico, carburo cementado, diamante y HSS; en orden descendente de intensidad de difusión al acero: diamante, cerámicas a base de Si3N4, nitruro de boro cúbico y cerámicas a base de Al2O3; y en orden descendente de intensidad de difusión al titanio: cerámicas a base de Al2O3, nitruro de boro cúbico, SiC, Si3N4 y diamante.