Un proceso de torneado de acero alineado

¿Qué tienen en común la antigua estrategia de guerra del Imperio romano y las calidades de torneado de acero ISO P de Sandvik Coromant? ¿Esto cómo puede ayudar a incrementar el volumen de producción de su taller? Aquí, Rolf Olofsson, jefe de producto de Sandvik Coromant, explora cómo el recubrimiento y el sustrato de las calidades de metal duro pueden tener un gran impacto en la eficiencia y la productividad de los procesos de torneado de acero.

Un error habitual en la industria del corte de metal es creer que mecanizar acero es una tarea sencilla. Los operarios más experimentados saben que tornear acero ISO P es cualquier cosa menos eso. La primera entre muchas otras preocupaciones es el abanico de materiales presente en la clasificación ISO P, que comprende desde aceros dúctiles de bajo contenido en carbono a muy aleados.

La segunda, es que la dureza de los diferentes aceros varía considerablemente de un extremo al otro del espectro. Además, también varía el tipo de aplicación, al igual que las condiciones de mecanizado de los talleres.

Claramente, el torneado de acero es un auténtico reto y, dadas todas las variables, la tarea de seleccionar una calidad para responder a la amplia gama de propiedades presentes en los aceros ISO P es incluso más compleja. 

Una calidad para todo

Una calidad así debe ser resistente a la rotura. Además, el filo debe ofrecer la dureza necesaria para resistir la deformación plástica inducida por las temperaturas extremas presentes en la zona de corte.

Además, la calidad debe estar equipada con un recubrimiento capaz de prevenir el desgaste en incidencia, el desgaste en cráter y el filo de aportación. Principalmente, el recubrimiento también debe adherirse al sustrato; si no se pega, se expone el sustrato, lo que resulta en un fallo acelerado.

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Dada esta gama de exigencias, es crucial comprender la estructura de la calidad de torneado de acero para tomar una decisión informada al elegir una para su aplicación.

La estructura de una plaquita de metal duro

Todas las calidades de metal duro contienen un núcleo de metal duro enterizo, conocido como sustrato. El sustrato define la tenacidad y la resistencia de la calidad. También se le puede atribuir la resistencia a la deformación plástica.

El sustrato de metal duro enterizo suele cubrirse con unas cuantas capas de recubrimiento como el carbonitruro de titanio (TiCN), la alúmina (Al2O3) o el nitruro de titanio (TiN) que proporcionan a la plaquita las propiedades de tenacidad del filo, adherencia y resistencia al desgaste. El secreto para la sobresaliente resistencia a los diferentes tipos de desgaste —en incidencia, cráter y filo de aportación—, la adherencia al sustrato y la vida útil optimizada se encuentra en los detalles microscópicos que residen en el diseño de la capa del recubrimiento.

La tortuga romana

En el recubrimiento de alúmina convencional, la dirección de crecimiento del cristal es aleatoria, como muestra la Figura 1a. Si el crecimiento en la capa del recubrimiento puede controlarse para garantizar que los cristales están alineados en la misma dirección, como se muestra en amarillo en la Figura 1b, el resultado es una resistencia al desgaste superior.

Para ayudarle a comprender la fuerza de la alineación del cristal, tomaremos un ejemplo de la historia romana. Cuando las antiguas legiones romanas iniciaban sus asedios, solían crear un caparazón: la formación en testudo. En esta formación todos los escudos estaban alineados y agrupados para evitar huecos vulnerables. La pared de escudos ayudaba a los romanos a resistir el ataque mientras avanzaban.

La alineación de los cristales en una capa del recubrimiento funciona de forma pareja: los cristales unidireccionales densamente agrupados actúan de escudo y mejoran la resistencia ante condiciones difíciles en la zona de corte.

Cristales unidireccionales

Los expertos en I+D de Sandvik Coromant han encontrado una forma de controlar el crecimiento de los cristales en el recubrimiento de alúmina, para garantizar que los cristales están alineados en la misma dirección, con la parte más resistente en la superficie superior. Esta tecnología patentada conocida como la tecnología de recubrimiento Inveio es un importante avance tecnológico que aporta a las plaquitas un nuevo nivel de resistencia al desgaste y vida útil de la herramienta.

Los cristales unidireccionales estrechamente agrupados crean una fuerte barrera en dirección a la zona de corte y la viruta. Esto ayuda a las calidades equipadas con la tecnología Inveio a mejorar considerablemente su resistencia al desgaste en cráter y el desgaste en incidencia. Un efecto positivo adicional es la rápida dispersión del calor de la zona de corte, lo que contribuye a mantener la forma del filo durante largos tiempos en corte. En líneas generales, lo que se obtiene es una herramienta predecible con una vida útil duradera.

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Con la incorporación de la segunda generación de la tecnología Inveio —presente en las nuevas calidades de torneado de acero GC4415 y GC4425 de Sandvik Coromant—, las ventajas del recubrimiento unidireccional ahora son incluso mayores. La orientación optimizada del cristal proporciona un rendimiento incluso más consistente y una resistencia al desgaste muy mejorada.

Operaciones de corte discontinuo

Ahora que hemos hablado de las dos primeras consideraciones para seleccionar una calidad de plaquita, es decir, el sustrato y el recubrimiento, echemos un vistazo a la tercera: el rendimiento en las operaciones de corte discontinuo. Esto es un requisito importante dado que ayuda a evitar roturas de plaquita repentinas.

Busque plaquitas con tratamiento posterior: un proceso en el que partículas cerámicas muy finas y agudas se proyectan a gran velocidad sobre el recubrimiento de la plaquita. Es como un martillo que golpea el recubrimiento para reforzarlo. Las plaquitas que han sido sometidas a un tratamiento posterior efectivo ofrecen un excelente rendimiento en cortes discontinuos.

Nuevas calidades GC4415 y GC4425

Sandvik Coromant acaba de sacar al mercado dos nuevas calidades de plaquita de torneado de acero ISO P. Las calidades GC4415 y GC4425 son ideales para los fabricantes dedicados a las producciones en serie y por lotes.

Equipadas con un nuevo sustrato en el núcleo, reforzado por la tecnología Inveio®, las dos nuevas calidades ofrecen un rendimiento fiable y una resistencia al desgaste superior. Además, el nuevo tratamiento posterior de la calidad mejora el rendimiento en operaciones de corte interrumpido, evitando las roturas repentinas y permitiendo que ambas calidades de plaquita superen su rendimiento en una amplia gama de aplicación.

Los clientes han logrado aplicar mayores velocidades de corte (Vc) y multiplicar las velocidades de avance (Fn) con estas calidades. Un fabricante de ingeniería general, por ejemplo, aplicó desbaste multidireccional exterior a una pieza de acero 4140 pre-tratado con la plaquita GC4425. Frente a la plaquita ISO de la competencia, logró incrementar su productividad un 100% con un tiempo de ciclo un 50% menor y una reducción del coste del 30%.

Mecanizar aceros ISO P es una tarea compleja. Tener en cuenta una serie de consideraciones al seleccionar la calidad, tales como la tenacidad del sustrato, y los nuevos avances tecnológicos en el área de la ciencia de los materiales puede tener un gran impacto en la eficiencia de sus operaciones de torneado de acero y la productividad general de su taller.