¿Se ha preguntado alguna vez por qué las herramientas de mecanizado CNC fallan prematuramente? Los daños y el desgaste de las herramientas pueden interrumpir la producción y provocar costosos retrasos. En este artículo se analizan problemas comunes como el microastillado, el agrietamiento térmico y el desgaste abrasivo, y se explican sus causas y soluciones. Si conoce estos problemas, podrá mejorar la longevidad de las herramientas y la eficacia de sus procesos de mecanizado. Sumérjase y aprenda a identificar y mitigar estos problemas para conseguir operaciones más fluidas y mejores resultados.
Para un centro de mecanizado, las herramientas de corte se consideran herramientas consumibles y, durante el proceso de mecanizado, pueden sufrir daños, desgaste y astillado.
Estos sucesos son inevitables, pero también pueden deberse a factores controlables, como un funcionamiento no científico y no normalizado, un mantenimiento inadecuado, etc.
Encontrar la causa de fondo es clave para resolver el problema con mayor eficacia.
Cuando la estructura del material, la dureza y el material de la pieza son desiguales, el ángulo frontal es demasiado grande, lo que provoca que la resistencia del filo de corte sea baja, la rigidez del sistema de proceso es insuficiente, lo que provoca vibraciones, o realiza un corte intermitente, y la calidad del rectificado es deficiente, el filo de corte es propenso al microastillamiento, es decir, aparecen pequeñas fracturas, huecos o peladuras en la zona del filo.
Después de que esto ocurra, la herramienta perderá parte de su capacidad de corte, pero todavía puede seguir trabajando.
Durante el corte continuado, la zona dañada del filo puede expandirse rápidamente, provocando un daño mayor.
2）Ruptura del filo o de la punta
Este tipo de daño se produce en condiciones de corte más severas que el microdesgarro o como resultado de un mayor desarrollo del microdesgarro.
El tamaño y el alcance de la rotura son mayores que los de la microrrotura, lo que hace que la herramienta pierda completamente su capacidad de corte y tenga que dejar de funcionar. La rotura de la punta se conoce comúnmente como rotura de punta.
3）Ruptura de la cuchilla o de la herramienta
En condiciones de corte extremadamente severas, volumen de corte excesivo, cargas de impacto, microfisuras en el material de la cuchilla o la herramienta, tensiones residuales de la soldadura o el amolado y otros factores como un manejo descuidado, la cuchilla o la herramienta pueden romperse. Cuando se produce este tipo de daño, la herramienta ya no puede utilizarse y se desguaza.
4）Desprendimiento de la capa superficial de la cuchilla.
Para materiales con alta fragilidad, como aleaciones duras con alto contenido de TiC, cerámicas, PCBN, etc., la capa superficial puede pelarse debido a defectos o posibles grietas en la capa superficial o tensión residual de soldadura o amolado.
Cuando la superficie no es lo suficientemente estable durante el corte o la superficie de la herramienta está sometida a tensiones de contacto alternas, es probable que se produzca el descascarillado.
El pelado puede producirse en la cara frontal o en la cara posterior de la herramienta, con material pelado en forma de láminas y una gran superficie de pelado. La probabilidad de pelado es mayor para herramientas revestidas.
Tras un ligero descascarillado, la herramienta puede seguir trabajando, pero tras un descascarillado severo, perderá su capacidad de corte.
5）Deformación plástica de la parte cortante.
Debido a su baja resistencia y dureza, puede producirse deformación plástica en la parte de corte del acero al carbono y el acero rápido.
Cuando las aleaciones duras trabajan a alta temperatura y en condiciones de tensión triaxial, también puede producirse flujo plástico superficial, lo que provoca la deformación plástica del filo o punta de corte, que conduce al colapso.
El colapso suele producirse en condiciones de gran volumen de corte y procesamiento de materiales duros. La capacidad de deformación antiplástica de las aleaciones duras basadas en TiC es más rápida o falla más rápidamente que la de las aleaciones duras basadas en WC porque las primeras tienen una menor módulo de elasticidad. PCD y PCBN básicamente no experimentan deformación plástica.
6）Fisuración térmica de la hoja
Cuando la herramienta se somete a cargas mecánicas y cargas térmicas alternas, la expansión y contracción térmicas repetidas de la superficie de la porción de corte generarán inevitablemente tensiones térmicas alternas, provocando la fatiga y el agrietamiento de la cuchilla.
Por ejemplo, al fresar a alta velocidad con una aleación dura fresa, los dientes están sometidos constantemente a impactos periódicos y tensiones térmicas alternas, lo que provoca grietas en forma de peine en la cara frontal.
Aunque algunas herramientas no presentan cargas alternas y tensiones alternas evidentes, las diferencias de temperatura entre la superficie y las capas internas también generarán tensiones térmicas.
Además, inevitablemente hay defectos en el material de la herramienta, por lo que la cuchilla también puede agrietarse. Tras la formación de grietas, a veces la herramienta puede seguir trabajando durante un tiempo, pero otras veces las grietas se expanden rápidamente, provocando la rotura de la cuchilla o un pelado severo de la superficie.
1）Desgaste abrasivo
La pieza de trabajo contiene a menudo algunas pequeñas partículas de extrema dureza que pueden raspar ranuras en la superficie de la herramienta, esto es desgaste abrasivo.
El desgaste abrasivo existe en todas las superficies y es más evidente en el filo delantero.
El desgaste abrasivo puede producirse a todas las velocidades de corte, pero cuando se corta a baja velocidad, otros tipos de desgaste no son evidentes debido a la baja temperatura de corte, por lo que el desgaste abrasivo es la causa principal. Cuanto menor sea la dureza de la herramienta, más grave será el desgaste abrasivo.
2）Desgaste de soldadura en frío
Durante el corte, existe una gran presión y una intensa fricción entre la pieza y el filo de corte, lo que provoca soldadura en frío.
Debido al movimiento relativo entre el par de fricción, la soldadura en frío hace que la fractura se la lleve una de las partes, lo que provoca el desgaste por soldadura en frío. El desgaste por soldadura en frío suele ser más grave a velocidades de corte moderadas.
Según los experimentos, los metales frágiles tienen mayor resistencia a la soldadura en frío que los metales plásticos; los metales multifásicos son más pequeños que los metales monofásicos; los compuestos metálicos tienen menor tendencia a la soldadura en frío que los metales puros; los elementos del grupo B de la tabla periódica y el hierro tienen menor tendencia a la soldadura en frío.
Los aceros rápidos y las aleaciones duras son más sensibles a la soldadura en frío a bajas velocidades de corte.
3）Desgaste por difusión
Durante el corte a alta temperatura y el contacto entre la pieza de trabajo y la herramienta, los elementos químicos de ambas partes se difunden entre sí en estado sólido, cambiando la composición y la estructura de la herramienta, haciendo que la superficie de la herramienta se vuelva quebradiza y acelerando su desgaste.
La difusión siempre mantiene un gradiente profundo desde el objeto de alto gradiente hacia el objeto de bajo gradiente.
Por ejemplo, cuando el cobalto de una aleación dura se corta a 800°C, se difunde rápidamente en las virutas y en la pieza de trabajo; el WC se descompone en wolframio y carbono y se difunde en el acero; cuando acero de corte y hierro con una herramienta de PCD, si la temperatura de corte es superior a 800°C, los átomos de carbono del PCD se transferirán a la superficie de la pieza con una alta fuerza de difusión para formar una nueva aleación y la superficie de la herramienta se grafitizará.
El cobalto y el wolframio tienen una difusión más severa, mientras que titanio, el tántalo y el niobio tienen una mayor capacidad antidifusora, por lo que las aleaciones duras de tipo YT presentan una mayor resistencia al desgaste.
Durante el corte de cerámica y PCBN, el desgaste por difusión no es significativo cuando la temperatura es tan alta como 1000°C-1300°C.
Debido al material de la pieza, las virutas y la herramienta, se generará un potencial termoeléctrico durante el contacto de corte, que favorece la difusión y acelera el desgaste de la herramienta.
Este tipo de desgaste por difusión bajo la acción del potencial termoeléctrico se denomina "desgaste termoeléctrico".
4）Desgaste por oxidación
Cuando la temperatura sube, la superficie del herramienta de corte puede oxidarse, creando un óxido blando que es abrasionado por las virutas y causando desgaste. Este tipo de desgaste se denomina desgaste por oxidación.
Por ejemplo, en el intervalo de temperaturas de 700-800°C, el oxígeno del aire reacciona con el cobalto y los carburos de los carburos cementados, y con el carburo de titanio, formando un óxido más blando. A 1000°C, el PCBN reacciona con el vapor de agua.
1）Desgaste del filo de corte delantero:
Durante el corte con una velocidad mayor de materiales plásticos, el filo de corte frontal cerca de la fuerza de corte se desgastará en forma de media luna debido al efecto de las virutas, por lo que también se denomina desgaste de ranura de media luna.
En la fase inicial del desgaste, el ángulo frontal de la herramienta aumenta, mejorando las condiciones de corte y ayudando a doblar y romper las virutas.
Sin embargo, a medida que la ranura de la media luna se hace más grande, la resistencia del filo de corte se debilita y, finalmente, el filo de corte puede romperse.
El desgaste de la ranura creciente no se produce cuando se cortan materiales quebradizos o cuando se cortan materiales plásticos con una velocidad de corte más baja y un espesor de corte más fino.
2）Desgaste de la punta de corte:
El desgaste de la punta de corte es el desgaste del filo de corte posterior y del lado adyacente del filo de corte posterior del arco de la punta de corte.
Es una continuación del desgaste en el filo de corte trasero de la herramienta. Debido a las malas condiciones de disipación del calor aquí, la tensión se concentra, y por lo tanto la tasa de desgaste es más rápida que en el filo de corte trasero.
A veces, se formará una serie de ranuras con un espaciado igual a la velocidad de avance en el lado del filo de corte posterior, lo que se denomina desgaste de ranura.
Se deben principalmente a la capa de endurecimiento y al patrón de corte de la superficie mecanizada.
El desgaste de la ranura es más probable que se produzca al cortar materiales difíciles de cortar con una alta tendencia al endurecimiento.
El desgaste de la punta de corte tiene el mayor impacto en la rugosidad superficial y la precisión de mecanizado de la pieza.
3）Desgaste del filo de corte trasero:
Al cortar materiales plásticos con un gran espesor de corte, es posible que el filo de corte posterior de la herramienta no esté en contacto con la pieza debido a la existencia de filo acumulado.
Además, el filo posterior suele entrar en contacto con la pieza, formando una banda de desgaste con un ángulo posterior de 0.
Normalmente, en la mitad de la longitud de trabajo del filo de corte, el desgaste del filo de corte trasero es relativamente uniforme, por lo que el grado de desgaste del filo de corte trasero puede medirse por la anchura de la banda de desgaste VB en esta sección del filo de corte.
Dado que casi todos los tipos de herramientas experimentarán desgaste del filo de corte posterior en diferentes condiciones de corte, especialmente cuando se cortan materiales frágiles o se cortan materiales plásticos con un espesor de corte menor, el principal desgaste de la herramienta es el desgaste del filo de corte posterior.
Y la medición de la anchura de la banda de desgaste VB es sencilla, por lo que VB se utiliza a menudo para representar el grado de desgaste de la herramienta.
Cuanto mayor sea VB, más aumentará la fuerza de corte, causando vibraciones de corte, y también afectando al desgaste en el arco de la punta de corte, afectando así a la precisión del mecanizado y a la calidad de la superficie.
En función de las características del material y de las piezas que se van a mecanizar, seleccione el tipo y el grado de material de la hoja razonablemente. Asegúrese de que el material de la cuchilla tiene la tenacidad necesaria bajo la premisa de tener una cierta dureza y resistencia al desgaste.
Seleccione razonablemente los parámetros de geometría de la cuchilla. Ajuste los ángulos delantero y trasero, los ángulos de relieve principal y secundario, y los ángulos de desprendimiento para garantizar que el filo de corte y la punta tengan una buena resistencia. Esmerilar un rastrillo negativo en el filo de corte es una medida eficaz para evitar la rotura de la cuchilla.
Garantizar la calidad de la soldadura y esmerilado, y evitar diversos defectos causados por una soldadura y esmerilado deficientes. Las hojas de la llave utilizadas en el proceso deben rectificarse para mejorar la calidad de la superficie y comprobarse que no presenten grietas.
Elija la cantidad de corte razonablemente para evitar una fuerza de corte excesiva y una temperatura de corte elevada y evitar la rotura de la cuchilla.
Haga que el sistema de proceso sea lo más rígido posible para reducir las vibraciones.
Utilice el método de operación correcto para minimizar la exposición de la cuchilla a cargas repentinas.
1. 1. Selección incorrecta de la especificación y el grado de la cuchilla de la herramienta, como cuchilla demasiado fina o cuchilla con una dureza y fragilidad demasiado elevadas durante el mecanizado de desbaste.
Contramedidas: Aumente el grosor de la hoja o instálela verticalmente y seleccione una calidad con mayor resistencia a la flexión y tenacidad.
2. Selección incorrecta de los parámetros de geometría de la herramienta (como ángulos frontales y traseros excesivos).
Contramedidas:
Rediseñar la herramienta desde los siguientes aspectos:
1）Reduzca adecuadamente los ángulos delantero y trasero.
2）Adoptar un mayor ángulo de inclinación negativo de la pala.
3）Reducir el ángulo de inclinación principal.
4）Adoptar un mayor rastrillo negativo o arco circular del filo de la cuchilla.
5）Rectificar el filo de transición para reforzar la punta de la herramienta.
3. Proceso de soldadura de la hoja de la herramienta incorrecto, que provoca una tensión de soldadura excesiva o grietas de soldadura.
Contramedidas:
1）Evitar el uso de una estructura de ranura de cuchilla con cerramiento de tres lados.
2）Seleccione la opción correcta material de soldadura.
3）Evitar el uso de la llama de oxígeno-acetileno de calefacción y mantener la hoja caliente después de la soldadura para eliminar tensión interna.
4）Sustituir la estructura por sujeción mecánica en la medida de lo posible.
4. 4. Método de rectificado inadecuado, que provoca tensiones y grietas en el rectificado. Para PCBN herramientas de fresado, el balanceo excesivo de los dientes tras el tallado puede hacer que algunos dientes soporten cargas excesivas y provoquen roturas.
Contramedidas:
1）Utilizar esmerilado intermitente o esmerilado abrasivo con diamante.
2）Seleccione un disco abrasivo más blando y afílelo con frecuencia.
3）Prestar atención a la calidad de la molienda y controlar estrictamente el balanceo de los dientes de la herramienta de fresado.
5. Selección inadecuada de la cantidad de corte, como fuerza de corte y temperatura excesivas, lo que provoca la rotura de la herramienta.
Contramedidas: Vuelva a seleccionar la cantidad de corte.
6. Razones estructurales de las herramientas de tipo de sujeción mecánica, como un fondo desigual de la ranura de la herramienta o una cuchilla que sobresale demasiado.
Contramedidas:
1）Repare la parte inferior de la ranura de la herramienta.
2）Arreglar razonablemente la posición de la boquilla de fluido de corte.
3）Aumentar la dureza del espaciador de aleación bajo la hoja mediante el temple del mango.
7. Desgaste excesivo de la herramienta.
Contramedidas: Cambiar la cuchilla o cambiar el filo a tiempo.
8. Flujo de líquido de corte insuficiente o método de adición incorrecto, lo que provoca el sobrecalentamiento y la rotura de la cuchilla.
Contramedidas:
1）Incrementar el flujo de fluido de corte.
2）Arreglar razonablemente la posición de la boquilla de fluido de corte.
3）Utilizar métodos de refrigeración eficaces, como la refrigeración por pulverización, para mejorar la eficacia de la refrigeración.
4）Utilice el corte interrumpido para reducir el impacto en la cuchilla.
9. Instalación incorrecta de la herramienta, como herramienta de corte instalada demasiado alta o baja, fresa utilizando fresado asimétrico, etc.
Contramedidas: Vuelva a instalar la herramienta.
10. Rigidez deficiente del sistema de proceso, que provoca vibraciones de corte excesivas.
Contramedidas:
1）Aumentar el apoyo auxiliar de la pieza y mejorar la rigidez de sujeción de la pieza.
2）Reducir la longitud del voladizo de la herramienta.
3）Reducir adecuadamente el ángulo de retroceso de la herramienta.
4）Adoptar otras medidas de amortiguación de las vibraciones.
11. Funcionamiento inseguro, como demasiado brusco al cortar en la pieza desde el centro, o detener la máquina antes de retraer la herramienta.
Contramedidas: Presta atención al método de funcionamiento.
1. Formación
En la zona próxima al filo de corte, donde se produce el contacto entre la herramienta y la viruta, debido a la elevada presión descendente, el metal de la parte inferior de las virutas se incrusta en los picos y valles microscópicos de la parte frontal de la herramienta de corte, formando un estrecho contacto metal-metal que da lugar a la adhesión.
Esta parte de la zona de contacto entre la herramienta y la viruta se conoce como zona de unión. En la zona de unión, una fina capa de material metálico procedente de las virutas se acumula en la parte delantera de la herramienta de corte, que sufre una fuerte deformación y se refuerza a temperaturas de corte adecuadas.
A medida que las virutas siguen saliendo, este material acumulado se aleja del flujo de corte posterior y se convierte en la base del filo acumulado.
A continuación, se formará una segunda capa de material de corte acumulado sobre ella, y este proceso continuará acumulándose, formando un filo acumulado.
2. Características e impacto en el proceso de corte
1）La dureza del filo acumulado es de 1,5 a 2 veces superior a la del material de la pieza de trabajo, y puede sustituir a la parte delantera de la herramienta de corte, protegiendo el filo de corte y reduciendo el desgaste de la parte delantera de la herramienta de corte, pero los fragmentos del filo acumulado que se desprenden pueden causar desgaste en la parte trasera de la herramienta de corte cuando fluyen a través de la zona de contacto herramienta-pieza de trabajo.
2）Una vez formado el filo acumulado, el ángulo frontal de trabajo de la herramienta aumenta, lo que reduce activamente la deformación de las virutas y disminuye la fuerza de corte.
3）Debido al borde acumulado que sobresale del filo de corte, la profundidad de corte real aumenta, afectando a la precisión dimensional de la pieza.
4）El borde acumulado provoca un efecto de "arado" en la superficie de la pieza, afectando a su rugosidad superficial.
5）Los fragmentos de la arista acumulada pueden adherirse o incrustarse en la superficie de la pieza, provocando puntos duros y afectando a la calidad de la superficie mecanizada de la pieza.
Del análisis anterior se desprende que el filo acumulado es perjudicial para el mecanizado de corte, especialmente para el mecanizado de precisión.
3. 3. Medidas de control
Para evitar la formación de filo acumulado, se pueden tomar las siguientes medidas para evitar que el metal del fondo de las virutas se adhiera o refuerce con la parte delantera de la herramienta de corte:
1）Reducir la rugosidad de la parte delantera de la herramienta de corte.
2）Aumentar el ángulo frontal de la herramienta.
3）Reducir el espesor de corte.
4）Utilizar corte de baja o alta velocidad para evitar velocidades de corte propensas a la formación de bordes acumulados.
5）Tratamiento térmico adecuado del material de la pieza para aumentar su dureza y reducir su plasticidad.
6）Uso fluidos de corte con buenas propiedades antiadherentes (como los fluidos de corte a presión extrema que contienen azufre y cloro).
Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.
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