Mecanizar fundición

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El mecanizado de fundición no se considera problemático”.

Esta premisa se debe en buena parte al elevado contenido en grafito de la fundición en comparación con el del acero.

El grafito genera virutas frágiles y cortas, y posee propiedades antifricción que contribuyen a la lubricación del filo de corte. Y gracias a su capacidad para absorber vibraciones, el grafito también mejora la estabilidad del mecanizado. Aunque estas ventajas refuerzan la premisa inicial, el mundo del mecanizado de fundición requiere un estudio más detallado de la misma.

Mecanizar fundición

TECH-lines ISCAR Cuando denominamos un material simplemente como fundición se trata en realidad de hierro fundido.

El mecanizado de piezas de fundición implica la extracción de material variable y heterogéneo, puede tener inclusiones de arena, costras, sopladuras, grietas y otros defectos que afectan a las herramientas de corte. Desde el punto de vista del mecanizado, el alto contenido en grafito tiene una desventaja: acelera el desgaste por abrasión. Esto quiere decir que las herramientas de corte deben tener una elevada resistencia al desgaste para garantizar la productividad. También debemos señalar que el término “fundición” puede hacer referencia a diferentes tipos de aleaciones de hierro y con una maquinabilidad significativamente diferente. Este hecho se ignora con frecuencia, lo que conduce a una errónea elección de la herramienta y a la incorrecta definición de los parámetros de corte.

Tipos de Fundición

Hay diferentes tipos de fundición denominadas como: gris, nodular y maleable, que forman el grupo de aplicaciones K (de color rojo) según la clasificación de la norma ISO 513. Por otro lado, la fundición templada y la de coquilla pertenecen al grupo H (de color gris). Estas especificaciones ofrecen unas claras y diferentes directrices para los fabricantes, en cuanto a las características, materiales, calidades y parámetros de corte a aplicar.

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Entremos en detalle…

Habitualmente, el mecanizado de fundiciones del grupo ISO K no supone un problema. La fundición gris ferrítica, por ejemplo, es un material de fácil mecanización. Sin embargo, el mecanizado de fundiciones del grupo ISO H es más difícil. En este caso las condiciones de corte son similares a las del mecanizado de aceros templados y las características específicas del material requieren soluciones específicas por parte de los fabricantes de herramientas de corte. Además, algunos tipos de fundiciones muestran cierta dualidad en la maquinabilidad, poniendo de manifiesto la amplitud y heterogeneidad de la definición genérica de “fundición”.

Por ejemplo, podemos comparar la maquinabilidad de las fundiciones con Níquel con la de la fundición gris; sin embargo, la geometría de corte requerida parece la adecuada para los aceros inoxidables austeníticos. Las piezas de fundición dúctil austenítica (ADI) presentan diferentes condiciones y nivel de dureza que afectan a la selección de la correcta herramienta de corte. La maquinabilidad de las ADI antes del proceso de templado es similar al del acero de alta aleación. Sin embargo, si se pretende mecanizar esta fundición endurecida, únicamente las herramientas diseñadas para los materiales del grupo ISO H darán los resultados esperados por el cliente.

El caso de las fundiciones de elevada dureza del grupo ISO H es todo un reto. El mecanizado de una fundición con una dureza de 400-440 HB suele ser menos problemático. Esto cambia radicalmente cuando se trata de fundición con alto contenido en Cromo muy resistente a la abrasión. Si bien la dureza general es de unos 52 a 54 HRC, en las zonas de paredes delgadas de una pieza determinada pueden alcanzar 60 HRC e incluso más.

TECH-lines ISCAR Esta característica junto con su elevado contenido en Cromo hace su mecanizado extremadamente difícil y disminuye significativamente la duración de la herramienta.

La Tabla 1 muestra el índice medio de maquinabilidad para diferentes tipos de fundición. La fundición gris perlítica, con una calificación del 100%, es la base para la comparativa.

Material

Grupo de Materiales ISCAR*

% Maquinabilidad

Ferrítica

15

130

Perlítica

16

100

Ferrítica - Perlítica

17

75

Perlítica

18

70

Ferrítica

19

115

Perlítica

20

93

˜17

80

Dulce

˜10

80

Templada

41

35

CONDICIÓN

Fundición Gris (GCI)

Fundición Nodular (NCI)

Fundición Maleable (MCI) Grafito Compactado (CGI) Fundición Dúctil Bainítica (ADI) Fundición Austenítica Resistente Ni (CI)

90

Fundición en Coquilla

HB 400…440

40

50

Fundición Templada

HB 550…600

41

25

* Grupos de materiales ISCAR según norma VDI 3323

Tabla 1 - Índice Promedio de Maquinabilidad de Diferentes Fundiciones

Seleccionar la herramienta adecuada La selección de la mejor herramienta de corte para fundición debería comenzar con un estudio detallado del tipo de fundición y su dureza. Los técnicos de producción encargados de la selección de la herramienta óptima deben ser de una precisión total a la hora de especificar las características de la fundición de la pieza a mecanizar.

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A su vez, los técnicos de los fabricantes de herramientas de corte no escatimarán en esfuerzos para encontrar las soluciones más efectivas para el mecanizado de fundición, teniendo en cuenta la diversidad y amplitud del mundo de las fundiciones.

Entre los principales consumidores de piezas de fundición se encuentran las industrias de automoción, moldes y matrices, máquinas herramienta y maquinaria pesada. Todas ellas demandan cada vez más productos eficientes de sus socios fabricantes de herramientas de corte.

Gran parte de la gama de productos de ISCAR la forman herramientas para el mecanizado de fundición. ISCAR ha lanzado gran variedad de interesantes diseños y materiales destinados precisamente al corte de este popular material. Algunos de estos diseños son indicativos de la lógica de su creador, cuya meta es encontrar las respuestas adecuadas para las necesidades del cliente.

Sobre una base Firme La anteriormente mencionada fundición de baja maquinabilidad/alto contenido en Cromo es una importante barrera para la productividad del mecanizado. Una herramienta de corte experimenta elevadas cargas mecánicas y térmicas. Como ejemplo: en el fresado de fundición con herramientas de metal duro sinterizado, por ejemplo, la velocidad de corte suele ser baja: 40-50 m/min. El intenso calor generado obliga a aplicar refrigerante líquido. Como resultado, la herramienta trabaja en condiciones de choque térmico, que acorta su vida considerablemente.

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Iscar ha desarrollado la calidad DT7150 especialmente para este tipo de operación.

Se trata de una calidad de metal duro “DO-TEC” de sustrato tenaz con recubrimiento CVD y PVD a temperatura media.

Gracias a su extremadamente alta resistencia al desgaste y al astillamiento, la calidad DT7150 es muy efectiva para el mecanizado de fundición endurecida.

Herramientas de Nitruro de Boro Cúbico La utilización de Nitruro de Boro cúbico (CBN) supone

un

cambio

significativo

en

la

productividad, ya que permite un aumento considerable en las velocidades de corte. En el mecanizado de fundiciones duras, por ejemplo, la velocidad es entre 2 y 5 veces mayor que con metal duro sinterizado. Las fresas Iscar de alto rendimiento con plaquitas con puntas CBN son extremadamente populares en la industria automovilística. Cuando se trata de torneado de materiales duros, la compañía ha ampliado la gama de plaquitas ISO con puntas CBN para corte interrumpido y continuo.

Cerámicas para incrementar la productividad En aplicaciones del grupo ISO K (fundición gris, nodular y maleable) con carga media, las herramientas cerámicas ofrecen buenos resultados. Las plaquitas de fresado tangenciales rectificadas en la periferia TANGMILL, fabricadas en calidad IS8 de Nitruro de Silicio (Si3N4), garantizan un aumento de la velocidad de hasta 3 veces y dejan un excelente acabado superficial.

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En torneado, la velocidad de corte puede ser hasta 4 veces superior, incluso en operaciones de desbaste, utilizando plaquitas de nitruro de silicio con recubrimiento CVD. El Papel de la Geometría La geometría de corte y la preparación del filo de corte son cruciales para el rendimiento de las herramientas. Hay diferentes tipos de preparación del filo de corte, como redondeado y facetado, entre otras. Aunque la selección de la preparación del filo puede parecer una tarea simple, no lo es. ¿Qué ancho, ángulo o faceta será más efectivo? ¿Cómo garantizar el ángulo definido durante la fabricación de la herramienta? Estas cuestiones son especialmente críticas cuando se utilizan plaquitas cerámicas o CBN. Las respuestas requieren conocimientos profesionales y experiencia. En la actualidad los ingenieros de herramientas disponen de poderosos instrumentos de diseño, como el modelado por ordenador de la viruta generada, que contribuye seriamente a encontrar la forma óptima. Este instrumento acorta considerablemente el proceso de desarrollo de la geometría de corte y representa un factor importante en el éxito del diseño de la herramienta.

Un buen ejemplo de la óptima condición del filo junto con una calidad de metal duro adecuada para fundición es la plaquita de ranurado TGMA de la familia TOPGRIP. Las zonas frontal y lateral del filo de corte están chaflanadas con lo que se llama un bisel en T que aumenta la resistencia del filo y por tanto la duración de la plaquita. El modelado 3D fue crucial para la optimización de la geometría del filo.

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Esta plaquita se fabrica en calidad IC5010 de metal duro con recubrimiento CVD, especialmente desarrollada para el ranurado de fundición.

Acabado Extra-Fino La reciente campaña de productos “LOGIQ” de Iscar incluye la familia Tangfin de fresas de planear diseñadas para un acabado superficial extrafino, de gran interés para los fabricantes de piezas de fundición.

Las

plaquitas

tangenciales

montan en los cuerpos de estas fresas con estudiados desplazamientos graduales en direcciones, radial y axial, y sin necesidad de regulación alguna. Con este diseño cada plaquita corta sólo una pequeña porción de material. Este concepto, junto con el principio de elevada rigidez de la fijación tangencial y el filo con geometría wiper, da como resultado un acabado superficial impresionante, con un factor de rugosidad Ra de hasta 0.1μ.

Soluciones Personalizadas La automoción es una de las industrias que más piezas de fundición fabrica. Con objeto de reducir el coste por pieza en la producción de grandes series de componentes automovilísticos, los fabricantes de herramientas de corte han desarrollado herramientas especiales combinadas de avanzada ingeniería que realizan operaciones específicas de mecanizado con la máxima productividad y reduciendo los tiempos de ajuste del ciclo.

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La solución especial para el mecanizado de portamanguetas es un excelente ejemplo de estas herramientas combinadas. Iscar ha propuesto esta solución como parte de un proyecto llave en mano de uno de los principales herramienta

fabricantes combinada

de

automóviles. realiza

La

diferentes

operaciones: roscado de los agujeros de la cubierta guardapolvos, fresado por interpolación helicoidal de las dos ranuras (para el anillo de seguridad y el sello de grasa) y el fresado de la cara exterior. La herramienta monta diferentes plaquitas con fijación radial y tangencial y tiene un dispositivo para roscado con un mecanismo de compensación de desalineación. El estricto límite de tolerancia para dimensiones lineales garantiza el éxito de la herramienta en máquinas de doble husillo, comunes en este tipo de fabricación. En nuestro país Iscar/ Ingersoll ha implementado gran número de aplicaciones de este tipo con reconocido éxito.