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Los recubrimientos PVD están sujetos a tensiones de compresión residual, por lo que hay una significativa menor influencia sobre las propiedades del sustrato

Materiales de corte de alto rendimiento gracias al recubrimiento PVD con óxido de aluminio

Departamento técnico de Walter Tools 24/04/2013

El recubrimiento PVD con óxido de aluminio le confiere al material de corte de alto rendimiento un traje de plata, aportando un aumento de rendimiento del orden del 30% mediante la aplicación de una capa dura de Al2O3 usando un proceso PVD (deposición física de vapor). La ventaja: las placas intercambiables con óxido de aluminio PVD combinan las propiedades clásicas de los recubrimientos PVD con las propiedades de los recubrimientos CVD (deposición química de vapor).

Esto supone una extraordinaria resistencia al desbaste gracias al Al2O3 y, al mismo tiempo proporcionan unas buenas propiedades en tenacidad. Esto es debido al hecho de que el proceso PVD requiere una significativa menor temperatura, alrededor de 500 °C. Además, los recubrimientos PVD están sujetos a tensiones de compresión residual, por lo que hay una significativa menor influencia sobre las propiedades del sustrato. El recubrimiento PVD-Al2O3 crea por lo tanto un material de corte que es el que más se acerca al material de corte ideal ‘Goma de Diamante’ (que obviamente sólo existe en la teoría) de los conocidos hasta la fecha.

Los objetivos de los expertos en materiales de corte se pueden ver en las dos líneas de desarrollo de Walter Tools. Los objetivos aquí son la optimización de los recubrimientos PVD para alcanzar una mayor resistencia a la temperatura y optimizar los recubrimientos CVD para mejorar su tenacidad. La distancia entre los recubrimientos CVD y los PVD por lo tanto, se hace más pequeña. En otras palabras, una aproximación al material de corte ideal proviene por ambas direcciones. Como tal, el cruce del recubrimiento PVD con óxido de aluminio con la tecnología Tiger•tec Silver representa un paso lógico para Walter. PVD Tiger•tec y Tiger•tec Silver entonces se unen para crear el Tiger•tec Silver PVD.

Placa ranurado tipo GX con el recubrimiento Tiger•tec Silver PVD. Walter esta inicialmente suministrando el recubrimiento Tiger•tec Silver PVD en herramientas de ranurado-tronzado. Sin embargo, el rango de herramientas se ampliará en los próximos dos o tres años al fresado y al torneado ISO.

Sin embargo, el nuevo material de corte es más que una combinación de tecnologías conocidas. “Hemos incrementado la dureza del óxido de aluminio al mismo tiempo que hemos mejorado la microestructura de la superficie del recubrimiento” —explica Jörg Drobniewski, responsable de materiales de corte y desarrollo de recubrimientos en Walter AG— “esto nos proporciona una cara de desprendimiento particularmente suave con una fricción extremadamente baja”. Estas optimizaciones hacen al recubrimiento Tiger•tec Silver PVD el referente en los materiales de corte para las tareas cada más más difíciles en los procesos de mecanizado que requieren que las placas intercambiables sean extremadamente tenaces y resistentes a la temperatura al mismo tiempo. Esto es, por ejemplo, el caso de los materiales difíciles de mecanizar, como las aleaciones de titanio y níquel. Como también fue el caso de su predecesor, Walter recomienda el PVD Silver Tiger para el mecanizado de materiales ISO-S e ISO-M. Sin embargo, también se utiliza para materiales ISO-P, en particular cuando las aplicaciones son con amarres inestables o con cortes interrumpidos. Gracias a las nuevas características antes mencionadas, los usuarios se beneficiarán de un aumento de rendimiento del orden del 30%.

Flujo de calor al interior, diferentes acabados superficiales. Comparación de un recubrimiento convencional PVD (izq.) y el recubrimiento Tiger•tec Silver PVD (dcha.). La mejora en la estructura superficial de la placas con el recubrimiento Tiger•tec Silver PVD reduce la fricción y de esta manera nos asegura una reducción de la formación de calor. Con los recubrimientos convencionales PVD, hay un flujo mayor al interior del sustrato de metal duro. Los nuevos grados Tiger•tec PVD, el Al2O3 actúa como un escudo protector de calor, lo que nos garantiza una mayor vida de herramienta.

Todo empieza con el ranurado

La compañía está lanzando este material de corte para todas las aplicaciones de mecanizado con un método paso a paso. Esto comienza con el ranurado con el cuarteto formado por WSM13S, WSM23S, WSM33S y WSM43S. Los dos grados intermedios en realidad ya cubren la mayoría de las aplicaciones de ranurado. Esto es particularmente cierto con el grado WSM33S, que Walter recomienda para la mayoría de las ‘condiciones estándares’. Este grado nos ofrece una ideal relación dureza-tenacidad para la mayoría de las aplicaciones. El grado más duro WSM13S, por otra parte, ofrece el máximo rendimiento para aplicaciones con condiciones de mecanizado estables, por ejemplo, en aplicaciones de acabados en discos y carcasas de Inconel. El grado más tenaz, el WSM43S, ha sido diseñado para condiciones de trabajo inestables y con corte interrumpido. Los cuatro grados de material de corte son adecuados para todos los grupos de materiales a mecanizar. Durante el ranurado, las condiciones de mecanizado son siempre específicas, por lo que el grupo de material ISO tiene menos influencia en ellas. Las operaciones de ranurado normalmente necesitan un material de corte con una tenacidad alta, lo que significa que materiales de alto rendimiento de corte como los Tiger•tec Silver PVD también pueden jugar con sus fortalezas en el mecanizado de aceros. Los que usan estos grados, para hacer los necesarios ajustes finos sólo necesitan seleccionar el rompevirutas adecuado. Con los cuatro materiales de corte de alto rendimiento ya mencionados, el fabricante con base en Tübingen nos ofrece una amplia gama de geometrías para el tronzado y el ranurado.

En una prueba comparativa, el nuevo grado WSM33S compitió con su predecesor, el WSM33, y contra otros productos. La tarea fue ranurar y cortar en las pistas de los rodamientos de bolas en material 100Cr6 (1.3505). El PVD Silver Tiger claramente les sacó una cabeza en términos de vida de herramienta y se produjeron 950 piezas, 150 piezas más que su predecesor. Otros recubrimientos PVD convencionales sólo alcanzaron como máximo las 450 piezas en vida de herramienta. Según Jörg Drobniewski, “la prueba demuestra que hemos superado con las Tiger•tec Silver PVD a nuestro propio rendimiento. Como tal, estamos ampliando nuestra posición en el mercado de recubrimientos PVD que ya estaba ocupada por los PVD Tiger. La recubrimiento PVD con óxido de aluminio sitúa a Walter en otro escalón dentro del mercado internacional de herramientas”. En el futuro, la firma se prepara para lanzar los grados correspondientes a fresado y a torneado ISO durante los próximos dos o tres años, cambiando los grados previos Tiger•tec PVD a grados Tiger•tec Silver PVD.

Diagrama de resistencia a la temperatura-tenacidad.

A veces menos es más

La optimización de la adaptación del tamaño de la placa a la pieza y a la pasada da como resultado un ahorro de costos y también una reducción de los recursos de polvo de metal duro. Walter ha tomado esto en cuenta al expandir su rango de placas intercambiables de la familia Tiger•tec Silver ISO P. En algunos casos donde la placa utilizada es la CNMG1204, la placa de tamaño inferior CNMG0903 puede ser suficiente.

El hecho de que los ‘pequeños’ en muchos casos resultan ser los verdaderos ahorradores de costos ya que al tener un costo más bajo se pasa por alto. Walter por lo tanto ha incorporado el tamaño de placa 09 dentro de su familia Tiger•tec Silver para el torneado de materiales ISO-P. Con la intención de cubrir todas las aplicaciones típicas de esos tamaños, los usuarios pueden elegir entre las siguientes formas básicas CNMG0903, SNMG0903 y TNMG1103 en dos rompevirutas FP5 y MP3 para los trabajos de afino y mecanizado medio. Todas las geometrías son en placas negativas, lo que nos permite tener el máximo número de filos de corte. Las formas ‘C’ y ‘S’ tienen ocho filos de corte, mientras que la forma ‘T’ tiene seis. Las operaciones que como regla, antes se hacían con placas positivas pequeñas, ahora también pueden ser hechas con placas negativas mucho más eficientes en costos (ejemplos pueden ser mandrinados internos de pequeños diámetros, mecanizados en máquinas multihusillos con cargadores de barra, etc.) con la ventaja añadida de los ahorros obtenidos por la utilización de la nueva familia de materiales de corte Tiger•tec Silver. Su excelente productividad (+75%) ha sido ya demostrada en muchísimas ocasiones, y por supuesto, el beneficio de la producción donde pequeñas pasadas son requeridas.

Walter suministra sistema de portaherramientas para el mecanizado interno y externo y estos mismos sistemas de amarre son estándares para estas placas pequeñas, incluyendo barras de mandrinar con refrigeración interna comenzando en diámetro de 16 milímetros. Para mecanizado externo, el usuario puede elegir entre fijación por brida o por palanca, comenzando en cuadradillo de 12 milímetros. El rango de portaherramientas tiene en cuenta todos los tipos de torneado que se encuentran normalmente.

Junto a la ampliación de las placas pequeñas, el rango de Walter está también creciendo. Por ejemplo, los dos rompevirutas de placas negativas de una sola cara NRF y NRR para el mecanizado universal y gran desbaste, ya los disponemos en la familia Tiger•tec Silver. Por ejemplo para el mecanizado de piezas forjadas hasta 18 milímetros de pasada.

Un concepto innovador en el fresado

La generación de fresas Blaxx, muy duras gracias a sus propiedades ‘potentes, precisas y fiables’ que, merecen el atributo de ‘noble’, para las cuales se ha creado un concepto innovador de herramienta con el más alto nivel técnico posible y con un acabado completamente nuevo en negro brillante. Sin embargo, este acabado no es simplemente atractivo visualmente ya que también tiene la función de ser extremadamente resistente. Reduce sustancialmente los efectos del desgate y la corrosión. La alta precisión de los asientos de las placas intercambiables agarran los filos de corte como los caballeros agarran con sus guantes forjados sus espadas brillantes. Equipadas con estas características, las primeras herramientas, dos fresas de escuadrar F5041 y F5141, cuentan además de placas tangenciales como una característica extra. Por un lado, esto nos permite un diseño extremadamente estable y, por otro lado, nos proporciona un gran volumen de metal duro en término de fuerzas de corte, por ejemplo, un nivel superior a la media en fiabilidad de proceso. El resultado es un diseño robusto, que nos garantiza un mecanizado silencioso sin vibraciones.

Las placas de precisión producidas en tamaños LNHU0904 y LNHU1306 tienen cuatro filos de corte positivizados. El alto nivel de concentricidad del cuerpo, el escaso salto entre placa y placa y los 90º justos en la pieza mecanizada, nos aseguran resultados exactos. Con esta placa, se pueden obtener profundidades de pasada hasta 12 milímetros. Dado que los alojamientos de las placas y la zona de evacuación de viruta exigen menos material del cuerpo de la herramienta, se pueden conseguir diámetros más pequeños, mientras que se puede colocar un número superior de dientes (placas) en el mismo diámetro. Las herramientas de escuadrado Blaxx están disponibles desde un diámetro de 25 milímetros. Equipada con más filos de corte, también nos permite hasta un 30% más de avance lineal.