Herramientas de corte y abrasión: tipos y usos
Herramientas de corte y abrasión: tipos y usos
Las herramientas de corte y abrasión han existido desde la antigüedad. El metal se convirtió en un material popular de elección para la fabricación de herramientas de corte durante la Edad de Bronce hace 4.700 años.
Cuando se realizan trabajos de carpintería, albañilería, cerrajería, etc. y en diferentes procesos industriales, casi todas las piezas en algún momento de su elaboración sufren algún proceso de cambio. Para poder llevar a cabo esa modificación se necesitan herramientas de corte y abrasión. Este tipo de herramientas son capaces de transformar distintos materiales mediante la aplicación de una serie de fuerzas. En ese proceso de transformación el material trabajado adquiere una forma diferente y generalmente se produce un desperdicio o “viruta”.
Herramientas de Corte
Por definición, las herramientas de corte pueden referirse a cualquier objeto utilizado para eliminar material no deseado o en exceso de una pieza de trabajo por medio de su deformación por cizallamiento.
Las herramientas de corte se han utilizado en los talleres de mecanizado de metal desde finales del siglo XIX. A día de hoy, los fabricantes siguen evolucionando estos mecanismos para que sean más eficientes en la industria. Lo que comenzó como herramientas que eran tediosas y extenuantes de usar, ahora son instrumentos de alta tecnología que se pueden encontrar en todas las cajas de herramientas y talleres mecánicos.
Las herramientas de corte entran en contacto con la materia prima, cortan, eliminan restos y virutas del material y ayudan a crear la pieza final. Para que una herramienta de corte funcione correctamente, debe ser capaz de soportar el calor que se genera durante el proceso de corte debido a la fricción y ser más dura en comparación con el material que se corta.
Las herramientas de corte se pueden clasificar como herramientas de corte de punto único o multipunto. Las herramientas de corte de un solo punto, como las tijeras, se utilizan en operaciones de torneado, conformado u operaciones similares. Mientras que las herramientas de corte de varios puntos incluyen herramientas de fresado, taladrado o rectificado.
Dado que existen herramientas de corte diferentes que se adaptan a diversos tipos de corte, las herramientas deben tener una geometría específica. De esta forma ofrecen ángulos de espacio libre para evitar que toda la herramienta de corte entre en contacto con el material que se va a cortar, pero solo el filo haciendo contacto con el material.
Tipos de Herramientas de Corte
Hay diferentes tipos de herramientas de corte presentes en la actualidad, cada una con diferentes propósitos y aplicaciones. Uno de los principales factores de diferenciación entre esta clase de herramientas es el material con el que está elaborada la herramienta de corte. Como decíamos, la herramienta debe ser más dura que el material sobre el que se va a trabajar.
El material elegido para una herramienta de corte en particular depende del material a mecanizar, el tipo de mecanizado, la cantidad y la calidad de la producción.
Así pues, en función del material utilizado, las herramientas de corte se clasifican en:
Herramientas de Acero al carbono
Son herramientas de corte de metales de bajo coste utilizadas para la operación de mecanizado de baja velocidad. El acero al carbono es un material que posee una buena maquinabilidad. Sin embargo, pierde su dureza rápidamente a una temperatura de aproximadamente 250°C. Por lo tanto, no se puede usar a altas temperaturas.
Las herramientas de acero al carbono se utilizan en brocas helicoidales, herramientas de fresado, herramientas de torneado y conformado. Se usan para cortar materiales blandos como el latón, el aluminio, el magnesio, etc.
Herramientas de Acero de alta velocidad (HSS)
Este es un tipo de acero con alto contenido de carbono y con una cantidad significativa de elementos de aleación, como tungsteno, molibdeno, cromo, etc. De esta forma se mejora la templabilidad, la dureza y la resistencia al desgaste de la herramienta de corte. Da también una mayor tasa de eliminación de metal. Pierde su dureza a una temperatura moderada alrededor de 650°C. Por lo tanto, se debe usar un refrigerante para aumentar la vida útil de la herramienta. La herramienta se puede usar muchas veces volviéndola a afilar.
Se utilizan herramientas de acero de alta velocidad en taladros, fresas, herramientas de un solo punto, brocas, etc.
Herramientas de Carburo cementado y cermet
Las herramientas de corte de carburo cementado son extremadamente duras. Pueden soportar operaciones de corte a muy alta velocidad. La herramienta de carburo no pierde su dureza hasta los 1000°C.
La herramienta de corte de carburo cementado se produce mediante la técnica de pulvimetalurgia. Se elabora con tungsteno, tántalo y carburo de titanio con cobalto como aglutinante (cuando el aglutinante es níquel o molibdeno, entonces se llama cermet)
Las herramientas que tienen cobalto alto se usan para un corte en bruto, mientras que las herramientas de cobalto bajo se usan para operaciones de acabado.
Herramientas de Cerámica
Los materiales cerámicos más comunes son el óxido de aluminio y el nitruro de silicio. Estas herramientas se elaboran a base de polvo de material cerámico, compactado en forma de inserción y sinterizado a alta temperatura.
Las herramientas de corte de cerámica son químicamente inertes y poseen gran resistencia a la corrosión. Tienen una alta resistencia a la compresión. Son estables hasta la temperatura de 1800°C. Son diez veces más rápidas que las de HSS. La fricción entre la cara de la herramienta y el chip es muy baja y posee una baja conductividad térmica. Por lo general, no se requiere refrigerante al utilizarlas. Proporcionan un excelente acabado superficial.
Herramientas de Diamante
El diamante es el material más duro conocido y también es caro. Posee muy alta conductividad térmica y punto de fusión. Las herramientas de corte de diamante ofrecen una excelente resistencia a la abrasión, bajo coeficiente de fricción y baja expansión térmica. Se utilizan en el mecanizado de materiales muy duros como carburos, nitruros, vidrio, etc. Las herramientas de diamante proporcionan un buen acabado superficial y precisión dimensional. No son recomendables para mecanizar acero.
Herramientas de Abrasión
Las herramientas de abrasión son artilugios que son capaces de desgastar o destruir un material más blando, ejerciendo fricción sobre él.
Las herramientas de corte por abrasión están elaboradas con una sustancia abrasiva que tiene como finalidad actuar sobre otros materiales con diferentes clases de esfuerzo mecánico —triturado, penetración, corte, pulido—. Su dureza es elevada y se emplean en todo tipo de procesos, tanto artesanales como industriales.
Tipos de Materiales Abrasivos
Existen diferentes tipos de materiales abrasivos en función de su dureza. La dureza es la propiedad más importante de este tipo de materiales, y es la capacidad que presenta para resistir alteraciones como el corte, la abrasión o el rayado por parte de otro material.
Una forma de medir la dureza de un material es mediante la escala de Mohs. En ella se ordenan diez minerales según su dureza y la capacidad que tienen para rayar otro material más blando. Así, encontramos que el diamante representa el número diez de la escala. Es el material más duro de la misma y solo puede ser rayado por otro diamante.
1 Talco – Se puede rayar fácilmente con la uña
2 Yeso – Se puede rayar con la uña con más dificultad
3 Calcita – Se puede rayar con una moneda de cobre
4 Fluorita – Se puede rayar con un cuchillo de acero
5 Apatito – Se puede rayar difícilmente con un cuchillo
6 Ortosa – Se puede rayar con una lija para el acero
7 Cuarzo – Raya el vidrio
8 Topacio – Rayado por herramientas de carburo de wolframio
9 Corindón – Rayado por herramientas de carburo de silicio
10 Diamante – El material más duro en esta escala (rayado por otro diamante)
Los materiales abrasivos pueden clasificarse también en función de su origen. Así, encontramos materiales abrasivos naturales y artificiales.
Materiales abrasivos Naturales
Este tipo de materiales abrasivos se extraen de la propia naturaleza. Entre ellos encontramos diferentes minerales de menor a mayor dureza según la escala de Mohs, como son:
Cuarzo
El cuarzo es conocido también como arena silícea. Su dureza en la escala de Mohs es de 7. Es un material barato, por lo que es también uno de los más utilizados para fabricar herramientas de corte por abrasión como discos, lijas, etc.
Granate
El Granate o almandita tiene diferentes variedades. Su dureza en la escala de Mohs es de 7.5-8. Se suele utilizar para fabricar las lijas que se utilizan en carpintería para madera.
Esmeril
Es uno de los abrasivos más utilizados. Es una roca compuesta por óxido de aluminio y trazas de hierro, cromo, titanio, manganeso, níquel, silicato y vanadio. De ella se consigue polvo abrasivo que se usa para fabricar herramientas para cortar, esmeriladoras, pulidoras de metales, etc. Su dureza en la escala de Mohs es de 9.
Diamante
El diamante está considerado como el material más duro conocido y su clasificación en la escala de Mohs es de 10. Su uso en la industria está muy extendido a la hora de fabricar herramientas de corte por abrasión potentes.
Materiales abrasivos Sintéticos
Los materiales abrasivos sintéticos son los fabricados con diferentes materias primas mezcladas con reactivos químicos. Dan lugar a materiales con una alta dureza como, por ejemplo:
Óxido de Aluminio
El óxido de aluminio o corindón es uno de los más utilizados para fabricar herramientas abrasivas. Es un material de larga duración y gran dureza ( 9,2 en escala de Mohs). Puede partirse ejerciendo presión sobre él, produciendo nuevas aristas cortantes. Es un material que se recomienda para trabajar sobre con materiales blandos.
Carburo de Silicio
El carburo de silicio o carborundo se consigue con una mezcla de arena de sílice, sal, aserrín y coque residual de petróleo. Se procesa a alta temperatura en un horno eléctrico y se consigue una masa de cristales de dureza 9,6 en la escala de Mohs.
Su índice de fractura es muy elevado, por lo que es un abrasivo de corte perfecto para hacer acabados finos sobre piedra y otros materiales duros. El carburo de silicio se usa para fabricar discos de corte de metal, lijas o pastas para esmeril, entre otras cosas.
Nitruro de boro cúbico
El nitruro de boro cúbico se consigue al someter al nitruro de boro hexagonal a elevadas presiones y temperaturas. Una de sus principales características es su buena estabilidad al calor y su gran dureza. Cuando se utiliza para trabajar el hierro, este material abrasivo no produce reacciones químicas.
Se usa para fabricar herramientas de corte por abrasión empleadas para mecanizar aceros y hierros fundidos.
Diamante sintético
El diamante sintético puede tener el mismo nivel de dureza que el diamante natural. Sin embargo, este material abrasivo no puede utilizarse en trabajos con aleaciones ferrosas a altas velocidades, ya que el carbono que contiene es soluble en hierro a altas temperaturas.
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