Si alguna vez ha visto una máquina fresadora o torneadora CNC funcionar en un taller, es posible que haya pensado: "¿Cómo es posible que esa herramienta afilada no se desgaste al pulir metal todo el día?" Como alguien que ha estado suministrando piezas mecanizadas personalizadas durante más de una década, fabricando de todo, desde pequeños jefes de aluminio para electrónica automotriz hasta cubos de ruedas de remolques de servicio pesado, he aprendido que el material de la herramienta de corte es decisivo tanto para la calidad de la pieza como para la velocidad de producción. He jugado con más materiales de herramientas de los que puedo contar, y hoy analizaré los más comunes, además de cómo funciona cada uno con las piezas que fabricamos cada semana.
Primero, comencemos con el OG de las herramientas de corte: el acero de alta velocidad (HSS). Si alguna vez ha girado la pata de una silla de madera de bricolaje o ha perforado una fina lámina de aluminio, ha utilizado HSS. Es resistente, relativamente barato y fácil de afilar, lo que lo hace perfecto para trabajos de lotes pequeños y de bajo riesgo. La parte de “alta velocidad” proviene de su capacidad para permanecer duro a temperaturas más altas, por lo que puede operarlo más rápido que el acero al carbono simple sin que se derrita en la pieza de trabajo. Pero aquí está el problema: el HSS se ablanda si la punta se calienta demasiado, por lo que no es ideal para cortar materiales súper duros como acero endurecido o titanio. En nuestro taller, utilizamos HSS principalmente para piezas de prototipo personalizadas, como cuando un cliente necesita un manguito de cobre autolubricante de grafito único (enlace: /oem-metal-parts/cnc-machining-parts/graphite-self-lubricating-copper-sleeve.html) para probarlo en una nueva bomba industrial. No ejecutamos esos trabajos a máxima velocidad de producción, por lo que HSS se mantiene bien. También es una opción para roscar roscas en latón blando o aluminio, ya que las pequeñas puntas del macho no reciben golpes como lo haría una fresa de extremo completo.
El siguiente paso es un paso por encima del HSS: carburo cementado, o simplemente carburo para abreviar. Este es el caballo de batalla del mecanizado moderno y es lo que utilizamos en el 70% de nuestras producciones, incluido el jefe mecanizado de aleación de aluminio (enlace: /oem-metal-parts/cnc-machining-parts/aluminum-alloy-machined-boss.html) que fabricamos para soportes de motores de automóviles compactos. El carburo es un compuesto hecho de pequeñas partículas de carburo de tungsteno unidas con cobalto, por lo que es mucho más duro que el HSS (como 2 o 3 veces más duro) y conserva esa dureza a temperaturas increíblemente altas (hasta 1.500 °C, que es mucho más caliente que un horno de cocina). Eso significa que podemos utilizar nuestras máquinas CNC a toda velocidad, cortando gruesos bloques de aluminio en minutos en lugar de horas, sin que la herramienta se desgaste después de 10 piezas. ¿El único inconveniente? Es mucho más frágil que el HSS, por lo que no puedes usarlo para cosas como golpear materiales finos o realizar cortes delicados y propensos a golpes: romperías la punta al instante. También utilizamos insertos de carburo recubiertos para materiales más duros, como cuando mecanizamos cubos de ruedas de acero para remolques. El recubrimiento (generalmente nitruro de titanio o carbono similar al diamante) reduce la fricción, por lo que la herramienta dura más y brinda un acabado más suave, lo cual es excelente para piezas que deben ajustarse bien, como los cubos de las ruedas de los remolques.
Espera, hablando de remolques, hablemos de cermets y herramientas cerámicas, que son bestias absolutas para cortar acero endurecido y otros metales súper resistentes. Los cermets son una mezcla de cerámica y metal, por lo que son más duros que el carburo y tienen mejor resistencia al calor, pero aún así son un poco más flexibles que la cerámica pura. Usamos cermet para cortes de semiacabado y acabado en piezas como el eje de los cubos de las ruedas del remolque (enlace: /oem-metal-parts/cnc-machining-parts/trailer-wheel-hubs-spindle.html), que necesita una superficie lisa como un espejo para girar sin fricción. Las herramientas de cerámica pura son aún más duras (están hechas de óxido de aluminio o nitruro de silicio) y pueden cortar acero endurecido que ya ha sido tratado térmicamente a más de 50 HRC, lo que desgastaría una herramienta de carburo en minutos. ¿El truco? Tanto el cermet como la cerámica son mucho más frágiles que el carburo, por lo que sólo puedes utilizarlos para cortes ligeros y estables. Si golpea la herramienta contra la pieza de trabajo o la pasa en un ángulo incorrecto, se rompe como una taza de café que cae sobre el concreto. Los guardamos para trabajos de alta precisión donde el acabado importa más que la velocidad, como piezas para dispositivos médicos o componentes aeroespaciales, no para los bujes de remolque de servicio pesado que reciben golpes en la carretera.
Luego están los materiales sofisticados para materiales súper duros: nitruro de boro cúbico (CBN) y diamante policristalino (PCD). El CBN es el segundo material más duro de la Tierra (después del diamante) y está hecho de partículas de nitruro de boro comprimido. Solo utilizamos herramientas CBN para los trabajos más difíciles, como el mecanizado de acero para herramientas endurecido para carcasas de cubos de estampado de ruedas de remolque de servicio pesado (enlace: /oem-metal-parts/cnc-machining-parts/trailer-wheel-hubs-stamping-hub.html) que soportarán más de 10,000 libras. El CBN puede cortar acero a toda velocidad sin ablandarse, por lo que es mucho más eficiente que rectificar esas piezas. PCD es básicamente diamante: diamante policristalino unido a un sustrato de carburo. Es perfecto para cortar metales no ferrosos como aluminio, cobre e incluso grafito, porque el diamante no se adhiere a esos materiales (el hierro, por otro lado, disuelve el diamante, por lo que nunca usarías PCD en acero). Usamos herramientas PCD cuando mecanizamos las piezas de aluminio que se utilizan en los vehículos eléctricos, ya que necesitan tolerancias extremadamente ajustadas, como dentro de 0,001 pulgadas, para funcionar correctamente. ¿La desventaja? Tanto el CBN como el PCD son increíblemente caros, por lo que solo los utilizamos cuando nada más sirve para realizar el trabajo y nos aseguramos de optimizar cada corte para evitar desperdiciarlos.
Ahora bien, no puedo hablar de herramientas de corte sin mencionar un gran punto de inflexión en estos días: las herramientas recubiertas. Espera, ya mencioné los recubrimientos con carburo, pero ahora hay muchos tipos y marcan una gran diferencia. Por ejemplo, utilizamos recubrimientos de diamante en herramientas de carburo cuando mecanizamos piezas de aluminio, porque el aluminio tiende a “pegarse” a las herramientas sin recubrimiento y dejar suciedad por toda la pieza de trabajo, lo que arruina el acabado. El revestimiento de diamante actúa como una sartén antiadherente, por lo que la pieza queda limpia y suave. También utilizamos recubrimientos de carbonitruro de titanio para piezas de acero inoxidable, que resisten el calor y reducen la fricción, por lo que podemos hacer funcionar las máquinas más rápido sin desgaste de herramientas. Algunos recubrimientos nuevos incluso tienen propiedades autolubricantes, lo cual es muy importante para piezas como el manguito de cobre autolubricante de grafito que mencioné anteriormente: necesitan una superficie lubricante constante y una herramienta recubierta ayuda a mantenerla durante el mecanizado.
Un error común que veo que cometen los nuevos maquinistas (e incluso algunos pequeños talleres) es elegir el material de herramienta incorrecto para el trabajo. Por ejemplo, usar una herramienta HSS barata para un cubo de remolque de acero grueso: obtendrá una pieza pésima y la herramienta se romperá después de 5 minutos. O usar una herramienta PCD súper cara en un prototipo de aluminio blando: estás desperdiciando miles de dólares en una herramienta excesiva. Para nosotros, la clave es hacer coincidir el material de la herramienta con el material de la pieza, el volumen de producción y el acabado requerido. Por ejemplo, cuando fabricamos el kit de cubos de rueda de remolque (enlace: /oem-metal-parts/cnc-machining-parts/trailer-wheel-hubs-kit.html) en grandes volúmenes, utilizamos insertos de carburo recubiertos porque son lo suficientemente baratos como para reemplazarlos periódicamente, pero lo suficientemente duros como para contener hasta más de 100 piezas por inserto. Para piezas personalizadas de alta precisión y bajo volumen, podríamos derrochar en herramientas de cermet para obtener ese acabado perfecto sin pulido adicional.
Al fin y al cabo, los materiales de las herramientas de corte no son sólo un término abstracto de ingeniería: afectan directamente las piezas que fabricamos, la rapidez con la que podemos entregarlas a los clientes y su costo. Después de 10 años en este negocio, he aprendido que escatimar en materiales para herramientas casi siempre resulta perjudicial: piezas de mala calidad, entregas tardías y clientes descontentos. Ya sea que necesite un simple saliente de aluminio para un automóvil, un cubo de remolque de alta resistencia para su trabajo o una funda de grafito personalizada para una máquina industrial, elegir la herramienta de corte adecuada es la forma en que fabricamos piezas que funcionan tan duro como lo hacen nuestros clientes.
Si está buscando piezas mecanizadas personalizadas, ya sean los componentes que mencioné aquí o algo totalmente diferente, mi equipo y yo tenemos la experiencia para elegir las herramientas y los materiales adecuados para obtener sus piezas correctamente, a tiempo y dentro del presupuesto. Comuníquese con nosotros para analizar su proyecto; siempre estaremos encantados de ayudarle.
Referencias
ASM Internacional. (2016). Materiales de herramientas de corte. Manual de ASM, Volumen 16: Mecanizado.
DeGarmo, EP, Black, JT y Kohser, RA (2020). Materiales y procesos en la fabricación (13ª ed.). Wiley.
Manual de maquinaria (31ª ed.). (2020). Prensa industrial.
