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Jun 11, 2023

Elección de plaquitas de PCD y CBN

Las plaquitas de nitruro de boro cúbico se utilizan mejor en acabados y semiacabados ligeros.

Las plaquitas 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 una química intensos. Las herramientas de diamante policristalino (PCD) y el nitruro de boro cúbico (CBN) son uno y dos, respectivamente, en la lista de los materiales de inserción más duros, pero sus composiciones son bastante diferentes.

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

BIG Daishowa, que se especializa en portaherramientas pero también ofrece plaquitas 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 sénior 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: Solo las condiciones más estables son adecuadas para PCD y CBN. Con alta dureza vienen características altamente frágiles. Si la rigidez de las herramientas o las fijaciones no es ideal, o si una pieza de trabajo tiene armónicos severos causados ​​por vacíos excesivos, las vibraciones pueden manifestarse en el corte. Esto conduce a una pobre vida útil de la herramienta del filo de corte de diamante. En estos casos, lo mejor es quedarse con insertos de carburo.

P: ¿Cuál es la mayor diferencia entre las plaquitas PCD y CBN?R: Una plaquita de PCD debe 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 prolongada en estos materiales no ferrosos.

Debido a que es un diamante sintético (carbono casi puro), no se puede usar 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 causar la Estructuras de diamante a colapsar.

El PCD es especialmente necesario cuando el aluminio tiene un contenido de silicio superior al 5 % para resistir la abrasividad que conduce al desgaste.

CBN utiliza boro como elemento principal. Si bien el boro tiene una estructura cristalina similar al carbono, carece de su afinidad con el hierro.

Es el segundo material más duro conocido y puede tolerar temperaturas de corte de más de 1800 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, por lo general más de al menos 50 HRC, y debe ser se utiliza para el acabado solamente. Cualquier corte interrumpido requiere la herramienta de mayor estabilidad posible, de lo contrario no funcionará bien.

El CBN viene en diferentes grados, en los que se agregan aglutinantes, como cerámica y metales, para cambiar las características. Los tamaños de grano de la estructura cristalina también se pueden ajustar 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 templado y metales en polvo.

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

Los insertos de CBN también se pueden recubrir. Por ejemplo, se recomienda un material CBN de tamaño de grano medio con un recubrimiento de TiCN para mecanizar aceros templados.

P: ¿Cuál es la mejor profundidad de corte mínima/máxima para plaquitas de PCD y CBN? R: Las plaquitas de PCD y CBN se reservan mejor para operaciones ligeras de semiacabado y acabado. En general, recomendaría un diámetro máximo de 0,040 pulg. de stock y un mínimo de hasta 0,004 pulg., según el radio de la punta del inserto.

P: ¿Cuál es la relación entre el acabado superficial y el radio de 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 más grande provoca una mayor desviación en la herramienta y, en cierto punto, puede provocar vibraciones. El truco es encontrar el radio más grande que produzca resultados sin vibraciones.

Una forma de evitar esto es utilizar una geometría Wiper, que ahora se ofrece para algunas plaquitas de PCD y CBN. Un limpiaparabrisas 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 alimentación-acabado de superficie.

P: ¿Se debe usar refrigerante con insertos de PCD y CBN? R: Use mucho refrigerante o ninguno. La fractura térmica de estos materiales ocurre con grandes fluctuaciones de temperatura. Si el refrigerante se usa de manera efectiva, ayuda a aumentar la vida útil de la herramienta y mejorar la evacuación de virutas. Si el refrigerante no se puede dirigir a la acción de corte con un flujo constante, será perjudicial para la operación.

P: ¿Importa la preparación del filo con las plaquitas de PCD y CBN? R: Los procesos extremos utilizados para crear estos materiales de corte muy duros hacen que la preparación del filo sea importante para las herramientas de CBN y PCD, tanto para el refuerzo como para el control de virutas. Además, siempre encontrará defectos microscópicos en los bordes en casi todas las herramientas antes de la preparación de los bordes. Cuando se requiere un alto rendimiento, como suele ser el caso con estos cortadores, la preparación elimina los defectos que provocan 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 específicos y condiciones de corte.

P: ¿Cómo relaciona un tipo de terreno con una aplicación o material? R: La mayoría de las preparaciones de filo aún consisten en un afilado de radio, y generalmente se prefiere un radio más pequeño para que quede más material en el filo de corte, lo que prolonga la vida útil de la herramienta. Un bruñido en cascada sesga el radio para dejar más material debajo del borde de corte para fortalecerlo para cortes más pesados ​​o aplicaciones de corte interrumpido, pero este estilo también conduce a 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, PCD tiene una amplia gama de configuraciones permitidas de pies de superficie por minuto (SFM) para aluminio, desde tan solo 200 SFM a 6,000 SFM, y generalmente dura más que los insertos de carburo por lo menos 10 veces, lo que permite que las herramientas permanecer en tolerancia sin ajustes durante períodos muy largos de tiempo de corte.

Con los insertos de CBN, los avances de hasta 200 SFM a menudo se usan en aplicaciones de acero endurecido.

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

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

P: ¿Cuáles son las modalidades de desgaste comunes para estos insertos? R: El desgaste del cráter ocurre en el mecanizado CBN de aleaciones con base de hierro y titanio cuando el calor de las virutas de la pieza de trabajo se 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 el microcolapso de la estructura cristalina, se produce una deformación y un rápido desgaste de los flancos.

El borde acumulado (BUE) ocurre cuando los fragmentos de la pieza de trabajo se unen al borde de corte 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 llevar consigo algo de la vanguardia. Este problema se puede identificar 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. 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 de refrigerante en la zona de corte.

GRAN Daishowa, www.bigdaishowa.com

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