Herramientas revestidas de diamante impresionan en el campo de materiales compuestos

El mecanizado fiable de compuestos de fibra de vidrio o de carbono es una tarea difícil. En definitiva, las aristas de corte deben ser suaves y que no afecten a la pieza que se está mecanizando, compuesta de varios materiales. Esto requiere que el filo de corte sea extremadamente agudo y resistente al efecto abrasivo de las fibras. Se han obtenido buenos resultados con herramientas con un recubrimiento de diamante policristalino.

Los plásticos reforzados con fibra de carbono y vidrio (CFRP / GFRP) están de moda. Son ligeros y tienen altos valores de resistencia. Comparado con los métodos de construcción convencionales, con elementos de la carrocería en CFRP / GFRP se puede ahorrar mucho peso. El Instituto del Automóvil y de Procesamiento de Plásticos de la Universidad RWTH de Aquisgrán, por ejemplo, ha desarrollado y fabricado puertas hechas de plástico reforzado con fibra de carbono (CFRP) y acero para su uso en un coche de competición, y probadas con éxito en las carreras. Al sustituir la plancha exterior de acero por fibra de carbono, se obtuvo una reducción del 23% del peso de la puerta (alrededor de 3 kilos por puerta). En el transcurso del proyecto, también se diseñó y fabricó un capó en fibra de carbono para sustituir al de aluminio. Con ello se buscaba una reducción de peso de alrededor del 60% (unos 5,5 kilos). El diseño ligero resultante tiene a su vez un efecto beneficioso sobre las emisiones de CO₂. Así que no es sorprendente que la demanda de materiales como la fibra de carbono está aumentado rápidamente y el consumo/demanda mundial crecerá desde el 2010 (48.000 t) a más del doble en 2015 (estimado en torno a 100.000 t).

A la hora de mecanizar, las dificultades vienen dadas por la alta abrasividad de fibras integradas al mismo tiempo que la sensibilidad al calor (y parcialmente también a la humedad) y la adhesión del material a la herramienta.

La producción automatizada del contorno final en piezas de fibra ha hecho un gran progreso, como se pudo ver en la feria Automatica 2012 en Múnich. Por el acabado final que se consigue, el mecanizado con arranque de viruta sigue siendo el número 1. Pero donde hay demanda principalmente es en herramientas de alto rendimiento. Las dificultades cuando se intenta mecanizar (taladrado, roscado, fresado) es la alta abrasividad de estas fibras integradas al mismo tiempo que la sensibilidad al calor (y parcialmente también a la humedad) y la adhesión del material a la herramienta. Y los materiales compuestos de fibra son sumamente variados. En primer lugar, las fibras difieren en el material, la longitud, el grosor y la dirección de la fibra. Por otro lado, hay más de 100 tipos de matrices diferentes en el mercado: duroplásticos y termoplásticos, que deben ser mecanizados en frío, y elastómeros, que requieren velocidades de corte altas, ya que con altas revoluciones el calor por fricción en el canal de viruta permanece bajo. A temperaturas de mecanizado por encima de 120 – 170 °C, la propia matriz de fibra cambiaría. La lubricación también es problemática, ya que en muchos casos el aceite o la emulsión generan la aparición de delaminaciones, que a su vez producirían variaciones de tolerancia en el acabado.

Los materiales compuestos son de por sí diferentes y, por tanto, exigen una adaptación personalizada de la herramienta con respecto a la geometría, sustrato y revestimiento y de los parámetros de corte. El Grupo Komet ha asumido el tema del mecanizado de fibras de carbono y de vidrio. Combinando el know-how en tecnología de herramientas con la experiencia en recubrimiento de diamante nanocristalino (NCD) de la filial Komet Rhobest GmbH, los técnicos Komet disponen de un valor añadido vital: herramientas con recubrimiento NCD, optimizando tanto la geometría, sustrato y recubrimiento, así como los parámetros de corte.

Un elemento fundamental de estas herramientas es su recubrimiento de diamante nanocristalino, que se obtiene en con el método de Komet Rhobest. Su característica especial: la pureza particular de la capa de diamante y por el minúsculo tamaño de cristal, con una longitud de aproximadamente entre 5 a 15 nanómetros. Esto da como resultado una superficie extremadamente lisa y una adhesión de la capa de diamante excelente, debido a que los cristales pequeños penetran profundamente en el material base y queda fijado. Así se auto-generan recubrimientos finos y de alto rendimiento, que para el mecanizado de fibras de carbono y de vidrio es de gran importancia. Debido al poco grosor del recubrimiento, las aristas permanecen vivas. Por lo tanto, el usuario puede incrementar los datos de corte, reduciendo el tiempo de ciclo, lo que en última instancia contribuye a una mayor productividad.

Puesto que los componentes CFRP / GRP se utilizan preferentemente por la industria aeroespacial, así como la industria del automóvil, los requisitos para el producto final son altos. Las piezas deben estar completamente libres de rebabas y con superficies perfectas y los bordes lisos. La delaminación debe evitarse en cualquier caso. Las herramientas con este recubrimiento pueden cumplir con estos requisitos. Porque por su alta pureza y superficie lisa, se puede realizar radios en las aristas de corte inferiores a 0,010 mm, generando muy poco calor en la zona de corte. El recubrimiento con alta resistencia al desgaste nos permite una larga vida de herramienta. En su aplicación en la producción industrial, esto significa menores costos de herramientas, reducción de los tiempos de mecanizado, costes de equitación menores, menor tiempo de inactividad de máquina y menos trabajo posterior en la pieza terminada.

Usuarios satisfechos

Komet realizó ensayos en sus laboratorios de pruebas con resultados muy satisfactorios. Desafortunadamente, estos experimentos no se pueden trasladar al 100% en el cliente. Por ejemplo, los amarres de las piezas de trabajo pueden dar lugar a resultados muy diferentes. Pero las herramientas revestidas de diamante nanocristalino han dado una respuesta muy positiva. Con este recubrimiento se llegó a doblar el avance en una herramienta de fresar. En otra aplicación en un material con el 45% de fibra de vidrio, la vida de una fresa recubierta en NCD multiplicó su vida útil por 10. En otro material compuesto por CFRP / aluminio / titanio, la vida de una broca se multiplicó por 8.