Elección de plaquitas de PCD y CBN

Los insertos de nitruro de boro cúbico se utilizan mejor en operaciones ligeras de semiacabado y acabado.

La fabricación de los cortadores más duros del planeta implica algunos procesos y química intensos. Las herramientas de diamante policristalino (PCD) y el nitruro de boro cúbico (CBN) son uno y dos, respectivamente, en la lista de materiales de inserción más duros, pero sus composiciones son bastante diferentes.

Sin entrar en el meollo de la cuestión química, se utilizan calor extremo, sinterización y presión para formar los diferentes grados de estos insertos en función de su relación material-aglutinante.

BIG Daishowa, que se especializa en soportes pero también ofrece insertos con punta de CBN y PCD con formas de rompevirutas personalizadas para sus herramientas de mandrinado, a menudo recibe preguntas sobre este estilo de herramientas. A Matt Tegelman, especialista senior de productos, se le hicieron algunas de las preguntas más comunes. Aquí compartimos sus respuestas.

P: Como experto en portaherramientas, ¿cómo describe la importancia de la interfaz herramienta/portaherramientas? R: Sólo las condiciones más estables son adecuadas para PCD y CBN. Una alta dureza conlleva características muy frágiles. Si la rigidez de las herramientas o accesorios no es ideal, o si una pieza de trabajo tiene armónicos severos causados ​​por vacíos excesivos, se pueden manifestar vibraciones en el corte. Esto conduce a una mala vida útil del filo de corte del diamante. En estos casos, lo mejor es optar por insertos de carburo.

P: ¿Cuál es la mayor diferencia entre las plaquitas de PCD y CBN?R: Un inserto de PCD debería ser la primera opción en aplicaciones de aluminio y magnesio, así como para piezas de fibra de carbono, porque su dureza extrema proporciona una vida útil muy larga de la herramienta en estos materiales no ferrosos.

Debido a que es un diamante sintético (carbono casi puro), no se puede utilizar para mecanizar materiales ferrosos, como aceros y hierros fundidos, porque a temperaturas superiores a 700 grados F, los átomos de carbono reaccionan con el material de la pieza para formar carburo de hierro y provocar la estructuras de diamantes colapsen.

El PCD es especialmente necesario cuando el aluminio tiene más del 5 por ciento de contenido de silicio para resistir la abrasividad que provoca el desgaste.

El CBN utiliza boro como elemento principal. Si bien el boro tiene una estructura cristalina similar a la del carbono, carece de afinidad con el hierro.

Es el segundo material más duro conocido y puede tolerar temperaturas de corte superiores a 1,800 grados F. El CBN es adecuado para el mecanizado de acero o hierro y es una de las primeras opciones para trabajar con aceros endurecidos, generalmente a más de 50 HRC, y debe ser Se utiliza sólo para acabado. Cualquier corte interrumpido requiere la herramienta más estable posible; de ​​lo contrario, no funcionará bien.

El CBN viene en diferentes grados, a los que se añaden aglutinantes, como cerámica y metales, para cambiar las características. Los tamaños de grano de la estructura cristalina también se pueden modificar para ciertas características. El alto contenido de CBN con tamaños de grano ultrafinos es la combinación más dura, adecuada para el mecanizado continuo de hierro fundido endurecido y metales en polvo.

Las herramientas de nitruro de boro cúbico vienen en diferentes grados, a las que se les añaden aglutinantes, como cerámica y metales, para cambiar las características.

Las inserciones de CBN también pueden recubrirse. Por ejemplo, para mecanizar aceros endurecidos se recomienda un material CBN de tamaño de grano medio con un recubrimiento de TiCN.

P: ¿Cuál es la mejor profundidad de corte mínima/máxima para plaquitas de PCD y CBN? R: Es mejor reservar las plaquitas de PCD y CBN para operaciones ligeras de semiacabado y acabado. Generalmente recomendaría un máximo de 0,040 pulgadas de diámetro y un mínimo de hasta 0,004 pulgadas, dependiendo del radio de la punta del inserto.

P: ¿Cuál es la relación entre el acabado de la superficie y el radio de la punta de una herramienta? R: Un radio de punta más grande produce un mejor acabado superficial para una velocidad de avance determinada. Por lo tanto, cuanto mayor sea el radio, más rápido podrá avanzar la herramienta y aun así obtener un buen acabado. La compensación viene en la presión de la herramienta. Un radio mayor provoca una mayor desviación de la herramienta y, en cierto punto, puede provocar vibraciones. El truco consiste en encontrar el radio más grande que produzca resultados sin vibraciones.

Una forma de solucionar este problema es utilizar una geometría Wiper, que ahora se ofrece para algunas plaquitas de PCD y CBN. Un limpiador es un radio secundario más pequeño o una serie de radios más pequeños que siguen el radio de la esquina principal para suavizar adicionalmente el perfil festoneado del corte de la esquina principal. Es una forma de obtener una mejor relación entre avance y acabado superficial.

P: ¿Se debe utilizar refrigerante con insertos de PCD y CBN? R: Utilice mucho refrigerante o nada. La fractura térmica de estos materiales ocurre con grandes fluctuaciones de temperatura. Si el refrigerante se utiliza de forma eficaz, ayuda a aumentar la vida útil de la herramienta y mejorar la evacuación de virutas. Si el refrigerante no puede dirigirse a la acción de corte con un flujo constante, será perjudicial para la operación.

P: ¿Importa la preparación de los bordes con las plaquitas de PCD y CBN? R: Los procesos extremos utilizados para crear estos materiales de corte muy duros hacen que la preparación de los bordes sea importante tanto para las herramientas CBN como para PCD, tanto para refuerzo como para control de viruta. Es más, siempre encontrará defectos microscópicos en los bordes de casi todas las herramientas antes de la preparación de los bordes. Cuando se requiere un alto rendimiento, como suele ser el caso con estas cortadoras, la preparación elimina los defectos que causan un rendimiento errático.

Las plaquitas de PCD y CBN ahora se ofrecen con casi tantos estilos de preparación de filos como las plaquitas de carburo. Se clasifican por tipos de “tierra” y cada tipo ofrece ventajas para materiales y condiciones de corte específicos.

P: ¿Cómo se relaciona un tipo de terreno con una aplicación o material? R: La mayoría de las preparaciones de bordes todavía consisten en un bruñido de radio y, por lo general, se prefiere un radio más pequeño para dejar más material en el borde de corte, lo que prolonga la vida útil de la herramienta. Un bruñidor en cascada desvía el radio para dejar más material debajo del filo para fortalecerlo para cortes más pesados ​​o aplicaciones de corte interrumpido, pero este estilo también genera presiones de herramienta más altas.

P: ¿Existen velocidades mínimas y máximas para las plaquitas de PCD y CBN?R: Contrariamente a la mayoría de las percepciones, el PCD tiene una amplia gama de ajustes de superficie permitidos en pies por minuto (SFM) para aluminio, desde tan solo 200 SFM hasta 6000 SFM, y normalmente dura más que los insertos de carburo al menos 10 veces, lo que permite que las herramientas permanecer en tolerancia sin ajustes durante períodos de tiempo de corte muy largos.

Con insertos de CBN, a menudo se utilizan avances tan bajos como 200 SFM en aplicaciones de acero endurecido.

Las herramientas de diamante policristalino se utilizan a menudo para mecanizar aluminio que tiene más del 5 por ciento de contenido de silicio porque puede resistir su abrasividad.

La velocidad también depende del conjunto de la herramienta en su conjunto. Para herramientas de mandrinado, por ejemplo, a menudo es necesario considerar el conjunto de la herramienta y la rigidez de la configuración de la pieza de trabajo al tomar la decisión de utilizar mecanizado de alta velocidad con este tipo de plaquitas. A menudo se requiere un cabezal de mandrinado con contrapesos incorporados para mantener el equilibrio para poder ejecutar las velocidades que estas plaquitas son capaces de alcanzar.

P: ¿Cuáles son las modalidades de desgaste comunes para estos insertos? R: El desgaste por cráter se produce en el mecanizado CBN de aleaciones a base de hierro y titanio cuando el calor de las virutas de la pieza de trabajo disuelve y dispersa los agentes aglutinantes de carburo cementado y forma cráteres en la parte superior de la herramienta. Una vez que los cráteres crecen lo suficiente como para provocar un microcolapso de la estructura cristalina, se produce deformación y rápido desgaste de los flancos.

El filo reconstruido (BUE) ocurre cuando fragmentos de la pieza de trabajo se unen al filo mediante soldadura a presión caliente (una combinación de alta presión y temperatura junto con afinidad química en la zona de corte).

Esta acumulación eventualmente fallará y, cuando lo haga, también puede llevarse consigo parte del filo. Este problema puede identificarse por cambios anormales en el tamaño de la pieza de trabajo o el acabado de la superficie y áreas brillantes en la superficie del filo. El BUE a menudo se puede controlar aumentando la carga de corte de la herramienta (mayor velocidad de corte y/o avance) o alterando el flujo o la concentración del refrigerante en la zona de corte.

GRAN Daishowa, www.bigdaishowa.com

Debido a su extrema dureza, las herramientas de diamante policristalinas proporcionan una vida útil muy larga en materiales no ferrosos.