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La fiebre del diamante o la realidad de los metales duros

Las mejores soluciones para el óptimo mecanizado de materiales ligeros

Walter Frick, periodista especializado de Weikersheim14/07/2014
Marilyn Monroe ya decía hace más de 50 años que “el diamante es el mejor amigo de la mujer”. Mientras tanto, éste ha sido considerado el mejor amigo de matriceros de materiales ligeros, quienes trabajan codo con codo con materiales duros, numerados de igual manera entre los matriceros de materiales ligeros.

El amplio abanico actual de materiales ligeros requiere también una amplia oferta en términos de materiales de corte. Según las estimaciones de Steffen Reich, jefe de Investigación y Desarrollo de GFE, la sociedad de tecnología de producción y desarrollo de Schmalkalden, además del uso de materiales de corte ‘clásicos’ para trabajos de construcción ligeros, tales como el PCD de diamante de policristalino o el diamante de monocristalino (MCD), “puede esperarse que el uso de materiales duros recubiertos (no recubiertos con diamante) vayan adquiriendo importancia. Esto es debido a que la insuperable universalidad de los metales duros permite mecanizar prácticamente cualquier combinación de material duro deseado. Además, existen indefinidas ventajas también en términos de costes de adquisición”.

El uso de diamantes monocristalinos, comenta Reich, “continuará estando restringido al ‘mercado de lujo’ de creación de superficies de alto brillo; para esto en la actualidad aún no existe ninguna alternativa. Además, no puede anticiparse el uso en otras áreas que pueden cubrirse con otros materiales de corte, debido a los altos costes implicados”. Los diamantes de capa gruesa PCD y CVD recubiertos con deposición de vapor químico son definitivamente unos materiales de corte competidores en determinadas categorías de aplicación. El uso de PCD tiende a ser habitual principalmente en el desbastado, mientras que los diamantes de capa gruesa CVD se utilizan típicamente en la pasada de acabado. El experto de Schmalkalden, sin embargo, enfatiza que no solo los materiales ligeros pueden mecanizarse con diamante, independientemente de la forma específica implicada: “Aquí se requieren otros materiales de corte, como los materiales recubiertos duros”.

La cuestión de obtener una vida útil superior “no puede responderse ni de forma categórica ni de forma seria”, añade, ya que la respuesta dependerá de la aplicación y del tipo de material de corte implicado: “En caso de desgaste puramente abrasivo, por supuesto, cuanto más duro sea el diamante mayores ventajas tendrá sobre el metal duro. Sin embargo, si hay implicados otros mecanismos de desgaste (difusión, adhesión, etc.), o incluso son dominantes, la ventaja puede estar también en el metal duro”.

Como ocurre también en otros campos del mecanizado, la selección de herramientas no debería depender del tiempo útil sino de los costes de producción. Esto significa que puede resultar sensible utilizar una herramienta que, en comparación con el producto que compete, muestra una vida útil más corta, pero, por ejemplo, permite la disminución de los costes de producción gracias a unos parámetros de mecanizado superiores.

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Para Steffen Reich, jefe de Investigación y Desarrollo en GFE, “el uso de metales duros recubiertos ganará en importancia gracias a la universalidad de usos del metal duro, que permite casi cualquier combinación con los materiales a mecanizar.

Mientras los componentes de plástico de fibra de carbono reforzada de mecanizado y materiales especiales como el grafito, los recubrimientos de diamante se han convertido en una opción con amplia aceptación. Compiten en particular en algunas aplicaciones con PCD. En el futuro pueden esperarse otras mejoras referentes a la morfología de nitidez de bordes. Desafortunadamente, comenta Reich, “aún no se ha resuelto el problema del decapado. Por lo tanto, los recubrimientos de carbono están adquiriendo importancia. El principal foco está en los materiales de mecanizado con una mayor tendencia hacia la adhesión”.

Una opción cuya importancia aumenta de forma constante y que amplía el rango de aplicaciones para los materiales de corte es el mecanizado por láser de nitruro cúbico de boro cristalino (CBN) y materiales de diamante. “Incorporando geometrías de apariencia más estética y de última generación, puede ampliarse el abanico de aplicaciones para los materiales de corte. Las restricciones que se aplicaban hace unos pocos años, especialmente las referentes a las geometrías de última generación, han sido superadas. Esto particularmente beneficia a la confiabilidad del proceso de las herramientas implicadas, y compensa los déficits existentes en comparación con otros materiales de corte, como los metales duros cubiertos de diamante”, explica Reich.

Metales duros para diámetros pequeños – diamante y CBN para procesos estables en la producción en serie

Desde el punto de vista de Stefan Sattel, jefe del departamento de investigación y desarrollo en Gühring KG, Albstadt, las herramientas de metales duros se utilizan principalmente en diámetros inferiores a los 10 mm: “Con los metales duros, las geometrías complejas para taladrado y fresado se pueden mejorar sin problema incluso en diámetros pequeños”. Para el mecanizado eficiente de estructuras híbridas, como las combinaciones de plásticos reforzados de fibra de carbono, aluminio, titanio y acero VA, añade, las herramientas de metal duro similares son indispensables.

Por el contrario, las herramientas PCD/CBN prometen procesos estables en operaciones de fabricación en serie. “Gracias a las afiladas cuchillas, las fibras pueden cortarse de forma minuciosa. Los materiales compuestos abrasivos también pueden mecanizarse sin delaminación. Incluso pueden alcanzarse grandes velocidades de corte”.

“Ambos materiales de corte proporcionan unas características excepcionales para las tareas de corte de metal, y, dependiendo de la aplicación que concierne, poseen diferentes ventajas. En este contexto, el uso de las geometrías de autoforma ofrece nuevas opciones para el mecanizado de materiales ligeros”, comenta Sattel. Con el fin de maximizar la vida útil de las herramientas, añade, los recubrimientos de diamante en conjunto con las herramientas de metales duros son absolutamente esenciales: “Existe una tendencia definitiva hacia las capas nanoestructuradas para obtener una protección máxima contra el desgaste”. El jefe de I+D espera “un progreso en el uso del mecanizado con soporte de vibración (avance oscilante), tendencias nuevas en las herramientas de diamante mecanizadas por láser y nuevos hallazgos referentes al uso de la criotecnología en los procesos de mecanizado de materiales plásticos reforzados con fibra de carbono”.

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Stefan Sattel, director de Investigación y Desarrollo en Gühring KG, Albstadt, afirma que “existe una tendencia definida hacia capas nanoestructuradas para una máxima protección contra el desgaste”.

Optimización de la geometría para aplicaciones concretas

Peter Büttler, director de desarrollo de negocio en Komet Schweiz AG y responsable de las operaciones de construcción ligera del Grupo Komet en Besigheim, afirma que “el objetivo principal de los trabajos de desarrollo se centran en la optimización geométrica en una enorme variedad de diferentes tareas de mecanizado y materiales”. Las herramientas de diamante (PCD) deberían utilizarse siempre bajo las condiciones de mecanizado estables máximas. La preferencia son las herramientas no cubiertas o las herramientas cubiertas de diamante para las tareas manuales o las controladas por robot. En comparación a los metales duros, MCD o PCD “son los materiales más duros, y rinden mejor en el test de durabilidad”.

Para Sönke Lange, directora de cuentas de aeronaves en Kromi Logistik AG, Hamburgo, “no siempre es la que se supone que es la mejor herramienta la que se considera la mejor elección en términos de eficiencia de costes”. La multiplicidad de los recubrimientos que caracterizan los metales ligeros y los materiales compuestos de fibra, añade, también requiere estrategias de mecanizado, con el fin de evitar, por ejemplo, la delaminación. Dependiendo si el proceso de mecanizado implicado se controla de forma manual, semiautomática o completamente automática, la herramienta de mecanizado debe cumplir con determinados requisitos. El diamante monocristalino encontrará aplicaciones adecuadas, como las herramientas de policristalino o las herramientas cubiertas.

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En opinión de Peter Büttler, director de Desarrollo de Negocio en Komet Schweiz AG, “las herramientas de diamante son significativamente más duras y actúan sustancialmente mejor en la prueba de durabilidad", en comparación con las de metal duro.

El tiempo durante el cual la herramienta permanece afilada la decide básicamente el propio proceso: “Durante los procesos en marcha suele estar contraindicada la sustitución de herramientas sin filo por motivos económicos. En caso de procesos casi en serie, para los materiales con refuerzo de fibra de carbono existe una tendencia hacia las herramientas de metal duro recubiertos de diamante, que obtienen una mayor eficacia en términos de costes en los materiales abrasivos”. Lange está seguro de que “el desarrollo de los recubrimientos de herramienta tendrá una atención especial —por ejemplo, cómo nuevos materiales base pueden soportar el proceso de producción y las características de mecanizado de las herramientas implicadas—”.

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El principal foco de trabajo de Komet se centra en la optimización de la geometría para lograr una gran gama de posibles trabajos y materiales de mecanizado.

El diamante se mantiene afilado durante más tiempo. Los metales duros permanecen aceptables durante más tiempo

Heinz Peter Boost, jefe de Gestión de Producto en Seco Tools GmbH, Erkrath, tiene una respuesta sucinta a la cuestión del diamante o del metal duro: “Los cortadores de diamante destacan por largas vidas útiles, cosa que en concreto en las producciones en serie, tiene mucha importancia. Las herramientas de metales duros basadas en insertos sin recubrimiento y pulidas y también cubiertas, ofrecen al usuario una alternativa interesante cuando los costes por cortador son importantes”.

¿Y la vida útil? También en esta cuestión la respuesta es inequívoca: “El diamante se mantiene afilado durante más tiempo, y el metal duro es asequible durante más tiempo. Cuando los requisitos menos estrictos en término de tenacidad se aplican para el proceso en cuestión, y se dan unas condiciones de mecanizado que no son favorables, a veces los tipos de metal duro recubiertos y duros suelen permanecer afilados durante más tiempo. Este hecho ha quedado demostrado por recientes estudios llevados a cabo bajo los auspicios de las universidades, en los que se utilizaban insertos pulidos no cubiertos en comparación a los cubiertos y que llevan diamantes. Aquí, los injertos de metal duro recubiertos obtuvieron mejores resultados debido a unas vidas útiles superiores”.

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