INDICE.
- INTRODUCCION
- CONDICIONES DEL MATERIAL
2.1 Aceros rápidos
2.2 Metales rápidos
2.3 Materiales cerámicos
2.4 Diamantes
2.5 Tratamientos termoquímicos
- ELEMENTOS QUE COMPONEN LAS HERRAMIENTAS
- PORTAHERRAMIENTAS
- GEOMETRÍA DEL CORTE.
- ESFUERZOS A QUE ESTÁN SOMETIDAS DURANTE EL CORTE
- CAUSAS DE INUTILIZACIÓN DE LAS HERRAMIENTAS
- CONCLUSIÓN
1. INTRODUCCIÓN
La calidad de acabado de una pieza, así como el rendimiento económico de un proceso de mecanizado dependen enormemente de las características de la herramienta utilizada. La elección de la herramienta ideal en cada proceso no es una tarea sencilla ya que son muchos los factores que influyen en su comportamiento. En esta exposición explicaremos las características comunes a las herramientas de corte de una forma general. Empezaremos conociendo los materiales más utilizados como útiles de corte.
2. CONDICIONES DEL MATERIAL
El material de corte debe poseer la combinación de propiedades fundamentales como son alta dureza, tenacidad, resistencia al desgaste y la capacidad de conservación de estas propiedades a las altas temperaturas alcanzadas durante el proceso. Antiguamente se usaban para estos fines aceros de alto carbono pero por razones lógicas fueron sustituidos por otros materiales como son:
2.1 Aceros rápidos
Fueron introducidos por Taylor y White a principios del siglo pasado. Se caracterizan por tener elevado porcentaje de elementos de aleación, especialmente W (14-20%) y Co junto con alto contenido en C para la formación de carburos de alta dureza.
Durante muchos años fueron los más utilizados, dominando el mercado el 18/4/1 con dichos porcentajes en W, Co y Va respectivamente.
Alcanzan temperaturas límites de trabajo de 800° C. y poseen una dureza de 65-70 HRC.
2.2 Metales duros
Con este nombre se conocen a las plaquitas conformadas por sinterización de carburos de W, Ti, Ta o V y un aglomerante metálico como el Co y Ni.
Los carburos le confieren al conjunto gran dureza, elevada resistencia al desgaste y extraordinaria resistencia al calor, así como buena resistencia a cambios de Tª. Todo lo cual supone poder aumentar muchísimo las Vc hasta 2500 m/min, consiguiendo así mejores acabados y disminución de los tiempos accesorios para el cambio de útil y reafilado. Poseen una dureza de 82-92 HRC y una resistencia térmica de 900-1100° C.
Las normas ISO los han normalizado en grupos, caracterizándolos en colores (azul, amarillo y rojo) y nueve notaciones donde se especifican el sistema de embriado, la forma de las plaquitas, filos, ángulos…etc.
2.3 Materiales cerámicos
De forma similar a los metales duros, también se sinterizan plaquitas de materiales cerámicos de muy alta dureza y punto de fusión como son alúminas u óxidos Cr, Va o Mn junto con aglomerantes metálicos. Poseen mayores durezas que los anteriores y sobretodo soportan mejor las temperaturas de trabajo, pudiendo trabajar en perfecto estado a 1200ºC.
2.4 Diamante
Desde hace varias décadas se utiliza para el acabado de máxima precisión y mecanizado de materiales muy abrasivos. Con él se pueden conseguir rugosidades del orden de 0.2 μm. Su duración es unas 2000 veces superior a la de los aceros rápidos.
Su fragilidad, precio y dificultad de montaje limita su uso para casos muy especiales.
Varios de los materiales son susceptibles de mejorar sus propiedades por cambios en su composición química superficial por lo son sometidos a tratamientos de nitruración y sulfunización. Las piezas así tratadas aumentan su periodo de vida hasta 5 veces.
3. ELEMENTOS QUE COMPONEN LAS HERRAMIENTAS
La variedad de formas y tamaños de las herramientas de corte es casi tan amplia como operaciones pueden realizar. Sin embargo, en cuanto a los elementos que las componen son muy similares, encontrando:
Herramientas enterizas. Muchas herramientas de corte están compuestas por un solo cuerpo o bloque, suelen ser aquellas que presentan filos múltiples. Es el caso por ejemplo de las brocas, los escariadores, machos de roscar…etc. También existen gran cantidad de fresas de un solo cuerpo donde los dientes han sido retorneados o fresados. Son fabricadas de acero rápido y en menor medida de metal duro.
Herramientas con plaquitas. La irrupción de los metales duros y oxi-cerámicos conllevó la utilización de estos materiales en forma de plaquitas sinterizadas postizas. Estas plaquitas de varios filos, reversibles o no, se sujetan a los portaherramientas y mangos de forma permanente, es decir soldadas (en desuso) o de forma desmontable mediante tornillos, bridas o palancas. Una vez inutilizado un filo la plaquita se cambia de posición para proseguir el proceso con un nuevo filo o bien son reafiladas o sustituidas.
4. PORTAHERRAMIENTAS
En muchas ocasiones el tamaño o geometría del útil de corte hace necesario de elementos para acoplarlos a la máquina. La misión del portaherramientas será sujetar firmemente el útil de corte y comunicarle los movimientos pertinentes para realizar el mecanizado. La geometría del portaherramientas irá en relación con el útil, la máquina y la operación a realizar, debiendo existir relación entre ellas lógicamente. Por ejemplo el portabrocas de una taladradora diferirá completamente del portaherramientas para un cilindrado o el de una barra de mandrinar.
Independientemente de su forma, el portaherramientas ha de reunir las siguientes cualidades:
- Ser suficientemente robusto par soportar las fuerzas de corte sin sufrir vibraciones durante el mecanizado.
- Tener buena capacidad para evacuar la viruta.
- Tener buena accesibilidad, versatilidad operativa y mantenimiento sencillo.
Los tipos de portaherramientas dependerán como decimos del tipo de máquina y operación, así por ejemplo para las fresadoras el portaherramientas más común es el de plaquitas de metal duro las fresas de planear. El acoplamiento de las fresas con mango al árbol principal también puede ser considerado un tipo de portaherramientas así tenemos los conos ISO, MORSE, ejes y mangos portafresas, pinzas y portapinzas…etc.
Para el caso del torno las barras portaherramientas podrán ser rectas, acodadas, de sección cuadrada, redonda…etc.
5. GEOMETRÍA DE LA HERRAMIENTA
El filo presenta en general forma de cuña en todas las herramientas, siendo la forma de estas o su trabajo lo que las distingue. El filo puede ser múltiple, caso de fresas, brocas o herramientas de forma, si bien no referiremos aquí a piezas de un solo corte como es el caso del torno, limadora, mortajadora…etc.
El ángulo correspondiente a la cuña se llama ángulo de filo, y se designa por β. Cuanto menor sea el ángulo de filo mayor será la penetración pero se presentarán mayores peligros de rotura. Valores favorables para β son 50º ó 60º con γ entre 30º – 20º.
El ángulo existente entre la superficie de la cuchilla y la normal se conoce como ángulo de ataque γ. Su valor suele oscilar entre 0º y 45º dependiendo de la dureza y tenacidad del metal, siendo γ determinante de la clase de viruta generada. En ocasiones su valor es negativo especialmente para cuchillas frágiles, altas velocidades de corte y grandes esfuerzos en la punta.
Las superficies de contacto entre la herramienta y la viruta se conocen como superficie de ataque o desprendimiento, según se refieran a la herramienta o a la pieza respectivamente.
La cara del filo situada frente al material que se mecaniza se denomina superficie de incidencia y el ángulo α que forma con la superficie de trabajo (correspondiente a la pieza) es el ángulo de incidencia. El ángulo de incidencia α, tienen como misión disminuir el rozamiento entre herramienta y material. Su valor oscila entre (4º a 10º) y será tanto menor cuanto más duro sea el material a mecanizar y más frágil el material de la herramienta.
Según puede verse en la figura, la suma α, β, y γ completa un ángulo recto. Al ángulo formado por la suma de α + β = δ se le conoce como ángulo de corte.
Además de estos ángulos, en la posición de la herramienta podemos definir el ángulo de punta ε (80º-110º), haciéndose tanto mayor cuanta mayor dureza y tenacidad posea el material.
6. ESFUERZOS EN EL CORTE
Para el análisis de las fuerzas y tensiones en el corte, consideraremos el problema bidimensional concreto de un cepillado. Los conceptos que aparecen son aplicables al caso general con debidas modificaciones.
La figura de arriba, representa un corte transversal. Durante el arranque de viruta aparece en la región de contacto viruta-herramienta la fuerza R ejercida por la herramienta sobre la pieza, a la que corresponde R’ de igual valor y sentido opuesto a R Esta fuerza R’ será la reacción por parte de la pieza sobre la viruta.
En la intercara viruta-herramienta, aparece N, normal al plano de la intercara. El deslizamiento de la viruta hará aparecer un rozamiento μN para vencer el cual se aplicará otra componente F. En un desprendimiento de la viruta uniforme se tendrá F= μN.
El efecto de la reacción R’ se manifiesta en la zona AB de cizallamiento. Considerando el plano de deslizamiento pase por AB, podemos considerar R’ descompuesta en dos: una normal N’, a ese plano y otra T, situada en él. N’ originará tensiones normales 
y T, tangenciales 
, siendo S la superficie de cizallamiento, calculada por 
siendo b la anchura de la viruta. Es evidente, que el deslizamiento se producirá cuando el valor de τ supere al de cizallamiento crítico 
siendo σe el límite elástico del material base.
El valor de la fuerza necesaria para el corte no es de sencilla obtención y dependerá lógicamente de la cantidad de material arrancado. La fuerza específica de corte Ks, realiza una aproximación de la misma. Se define como la fuerza de corte referida a la unidad de sección de viruta (en mm2). Se suele obtener en tablas en base a la experiencia. Toma el valor:
La fuerza específica para producir el cizallamiento aumenta de forma casi proporcional conforme lo hace la resistencia del material. En los aceros la relación 
. Además la será dependiente de los ángulos de corte y posición, así como de la sección de viruta y del avance, disminuyendo sensiblemente con el aumento del estos últimos. La velocidad de corte sobretodo cuando tiene valores altos apenas influye.
7. INUTILIZACIÓN DEL FILO DE LA HERRAMIENTA
Los efectos más perjudiciales sobre el filo del útil son: los térmicos, provocados por el calor desarrollado y los mecánicos, causados por la fuerza total, R. Así resultan tres causas de inutilización del filo:
a. Calentamiento excesivo, que produce, por lo menos, un recocido del acero con pérdida del temple y ablandamiento consiguiente, conocido como frenado brillante.
b. Rotura parcial, como consecuencia de fuerza excesiva, temple defectuoso, vibraciones o variaciones bruscas de Tª que dan origen a grietas.
c. Desgaste. Este el problema fundamental y a diferencia de los anteriores se produce inevitablemente y de modo natural. Es consecuencia del continuo deslizamiento de la viruta sobre la superficie de ataque.
Se distinguen cuatro tipos de desgaste:
1. De la superficie de incidencia.
2. De la superficie de ataque.
3. Del filo.
4. Vaciado.
8. CONCLUSIÓN
Podemos concluir la exposición, de la misma forma que la hemos empezado, haciendo hincapié en la importancia que tiene la elección de la herramienta en el proceso de mecanizado. La variedad de formas, tamaños, materiales y geometrías de las mismas harán que no sea una tarea fácil esta elección. Además el uso de una u otra herramienta será función del material de la pieza a trabajar y los parámetros de corte posteriores. Por tanto la herramienta utilizada será fruto de nuestra propia experiencia o la de precedentes. Para ello usaremos prontuarios y tablas con datos empíricos.