Insertos sólidos de CBN para torneado de materiales duros: cuándo usarlos
Las plaquitas sólidas de CBN pueden ampliar el rango de mecanizado del torneado de materiales duros cuando se utiliza una plaquita convencional Inserto de PCBN no ofrece suficiente longitud útil del filo, capacidad de profundidad de corte ni flexibilidad para la estrategia de corte requerida.
Sin embargo, el CBN sólido no es automáticamente la mejor opción para todas las operaciones con acero endurecido.
Para el torneado de acabado convencional con poca profundidad de corte, una plaquita de PCBN soldada o con punta en esquina suele ofrecer una solución más económica. El CBN macizo cobra especial relevancia cuando la operación requiere un mayor contacto del filo de corte, cortes más profundos, estrategias de corte por tracción o una distribución diferente de las pasadas de mecanizado.
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¿Qué es un inserto sólido de CBN?
El CBN, o nitruro de boro cúbico, es uno de los materiales más duros que se utilizan en las herramientas de corte para el mecanizado de metales. En las herramientas de corte comerciales, el CBN se utiliza normalmente en forma policristalina, lo que se conoce comúnmente como PCBN.
Una plaquita de PCBN con punta convencional suele combinar un inserto de carburo cuerpo con un segmento de corte de PCBN relativamente pequeño fijado en una o más esquinas. Este diseño se utiliza ampliamente porque coloca el costoso material superduro solo donde se necesita.
Una plaquita de CBN maciza utiliza un volumen mucho mayor de material de PCBN y, dependiendo del diseño, puede fabricarse sin el soporte de carburo convencional que se utiliza en las plaquitas con puntas.
La ventaja principal no es simplemente que haya más material de CBN. La sección más grande de PCBN puede proporcionar una mayor longitud útil del filo de corte y una mayor libertad a la hora de aplicar dicho filo.
Esto puede resultar importante en estrategias de mecanizado que requieren una penetración mayor, filos de corte activos más largos o trayectorias de corte que son difíciles de lograr con una punta de PCBN soldada pequeña.
Insertos de CBN macizo frente a insertos de PCBN con punta
Las dos construcciones no son sustitutas directas en todas las aplicaciones.
| Factor de selección | CBN sólido | PCBN con puntas / soldado con bronce |
|---|---|---|
| Construcción de inserciones | Cuerpo de corte de PCBN grande o completo | Segmento de corte de PCBN sobre cuerpo de carburo |
| Borde de PCBN apto para uso | Mayor variedad de diseños adecuados | Limitado por la geometría de la punta de PCBN |
| Compromiso de vanguardia | Mayor flexibilidad en ciertas aplicaciones | Ideal para compromisos pequeños convencionales |
| Mayor profundidad de corte | Es posible con los grados y diseños adecuados | A menudo, el tamaño de la punta es el factor que más limita |
| Estrategias de corte por estirado | Puede ofrecer mayor flexibilidad | Por lo general, menos flexible |
| Torneado duro de acabado convencional | Aplicable cuando se justifique | A menudo muy práctico |
| Costo de inserción | Generalmente superior | Generalmente inferior |
| Criterios principales de selección | Capacidad del proceso y productividad | Torneado duro convencional rentable |
Por lo tanto, la comparación correcta no es simplemente:
¿Cuál de los dos insertos es más duro?
Ambos utilizan PCBN como material de corte.
La pregunta más útil es:
¿La operación de mecanizado se beneficia del filo de corte adicional de PCBN que ofrece una construcción maciza?
¿Cuándo conviene usar CBN sólido?
Cuando se necesita una tecnología más avanzada
Una plaquita de PCBN convencional con punta contiene un segmento limitado de PCBN en la esquina de corte.
Para las operaciones de acabado comunes, esto suele ser más que suficiente. Sin embargo, algunas estrategias de mecanizado requieren que un tramo más largo del filo de corte esté en contacto con la pieza de trabajo.
Una plaquita sólida de CBN puede ofrecer mayor libertad en estas aplicaciones, ya que la sección útil de PCBN no se limita a una pequeña punta en esquina.
Esto puede resultar útil cuando la trayectoria de corte recorre una porción más grande del borde o cuando la geometría de la pieza requiere un mayor contacto del filo de corte.
Cuando se requiere una mayor profundidad de corte
Ciertos sistemas de insertos sólidos de CBN pueden funcionar a mayores profundidades de corte que los diseños convencionales de PCBN con punta.
Esto es particularmente relevante cuando el margen de mecanizado es demasiado grande para una pasada económica de torneado duro de acabado o cuando el objetivo es reducir el número de operaciones.
Sin embargo, el hecho de que una plaquita tenga una construcción sólida no significa por sí solo que se pueda utilizar automáticamente para el desbaste pesado.
La profundidad de corte real sigue dependiendo de:
dureza de la pieza de trabajo, tipo de PCBN, preparación del filo, geometría de la plaquita, velocidad de corte, avance, rigidez de la máquina y si la operación es continua o interrumpida.
Por esta razón, siempre se debe verificar la profundidad de corte permitida para cada tipo específico de CBN y cada aplicación.
Cuando una estrategia de mecanizado diferente puede reducir el número de pasadas
Una de las razones más importantes para considerar el CBN sólido es la posibilidad de cambiar la estrategia de mecanizado, en lugar de simplemente reemplazar una plaquita por otra.
Dependiendo del componente y del sistema de herramientas, el CBN macizo puede adaptarse a diferentes estrategias de mecanizado, como el corte en línea recta, el contacto con el borde más largo o diferentes distribuciones de pasadas de desbaste y acabado.
Por ejemplo, una operación que antes requería varios cortes individuales con una punta pequeña de PCBN a veces puede reorganizarse de manera que un filo de corte útil más grande realice más trabajo en menos pasadas.
Por lo tanto, el valor del CBN sólido suele estar relacionado con diseño de procesos, no solo dar vida.
Un mayor insertar precio puede justificarse si reduce el tiempo de ciclo, elimina una operación o mejora la consistencia del proceso.
Precio de inserción frente al costo por componente
Sólido Insertos CBN por lo general contienen más material superduro que las plaquitas de PCBN con punta y, por lo tanto, pueden tener un precio de compra más elevado.
Pero el precio de inserción por sí solo no es el criterio de comparación más útil.
El cálculo más importante es:
costo por componente terminado.
Una plaquita de CBN sólida puede valer la pena si permite:
- menos pasadas de mecanizado;
- mayor contacto de corte;
- longitud útil de la arista de corte;
- una estrategia de mecanizado más estable;
- tiempo de ciclo más corto;
- menos cambios de herramientas u operaciones.
Por otro lado, si una plaquita de PCBN inclinada ya está proporcionando el acabado superficial requerido y la vida útil de la herramienta a un bajo costo por componente, es posible que no haya razones económicas para cambiar a un diseño de CBN macizo.
¿Cuándo es el PCBN con puntas la opción más práctica?
El CBN sólido no debe considerarse una mejora automática respecto al PCBN con punta.
Para muchas operaciones de torneado de materiales difíciles, una plaquita con punta convencional sigue siendo la solución más práctica.
Esto es especialmente cierto cuando la operación de mecanizado consiste principalmente en torneado de acabado, la profundidad de corte es pequeña, solo se utiliza una sección corta del filo de corte y una plaquita estándar ISO ya ofrece un rendimiento confiable.
El PCBN con punta también puede resultar atractivo cuando el costo de las plaquitas influye considerablemente en la rentabilidad de la producción.
Si el material adicional de CBN que se puede utilizar en un inserto sólido no mejora el tiempo de ciclo, la vida útil de la herramienta o la capacidad del proceso, ese material adicional aporta pocos beneficios prácticos.
Por lo tanto, el objetivo no es maximizar la cantidad de CBN en el inserto.
El objetivo es seleccionar el diseño de plaquita más económico para los requisitos de mecanizado.
Acero endurecido: la principal aplicación del torneado duro
El torneado de materiales duros es una de las áreas de aplicación más importantes para las herramientas de corte de CBN.
Entre los componentes típicos se incluyen piezas de rodamientos, ejes endurecidos, engranajes, componentes de transmisión, matrices, moldes, aceros para herramientas y componentes con endurecimiento superficial.
La idoneidad del PCBN sólido o con puntas depende de mucho más que la simple descripción de la pieza de trabajo como “acero endurecido”.”
Por lo general, la siguiente información debe analizarse en conjunto:
Material de la pieza → dureza → margen de mecanizado → corte continuo o interrumpido → requisitos de superficie → preparación de bordes → rigidez de la máquina
Un margen de acabado pequeño en un eje endurecido y estable puede requerir una solución de CBN completamente diferente a la de un componente con un margen mayor y características interrumpidas.
¿Y qué hay del hierro fundido?
El CBN sólido también se utiliza en ciertas aplicaciones de mecanizado de hierro fundido.
La alta resistencia al desgaste y la disponibilidad de una sección de corte de PCBN más grande pueden resultar útiles al mecanizar hierros fundidos abrasivos o cuando se requiere una mayor penetración de corte.
Sin embargo, el “hierro fundido” no debe considerarse como una única condición de mecanizado.
El hierro fundido gris, el hierro fundido duro, el hierro fundido refrigerado y las piezas con superficies irregulares o abrasivas pueden requerir diferentes grados de CBN y distintas preparaciones del filo de corte.
Por lo tanto, la solución adecuada depende del tipo concreto de hierro fundido, la dureza, el margen de mecanizado y las condiciones de corte.
Torneado duro continuo frente a interrumpido
La continuidad del corte tiene una gran influencia en la selección de los insertos de CBN.
En una operación de torneado continuo, el filo de corte permanece en contacto con la pieza de trabajo. Por lo tanto, la resistencia al desgaste, el comportamiento térmico y la uniformidad de la superficie son factores clave a tener en cuenta.
A medida que aumenta la interrupción, el filo entra y sale repetidamente de la pieza de trabajo. El impacto mecánico cobra mayor importancia, lo que aumenta la necesidad de que el filo sea resistente y de que se le dé una preparación adecuada.
Un corte ligeramente interrumpido no es lo mismo que un corte muy interrumpido.
Características como ranuras para chavetas, orificios transversales, estrías, resaltes interrumpidos o superficies endurecidas irregulares pueden modificar considerablemente la carga sobre el filo de corte.
Es importante entender que:
La construcción sólida de CBN por sí sola no determina la capacidad de corte interrumpido.
Se deben considerar en conjunto el grado de PCBN, el contenido de CBN, el sistema aglutinante, la preparación del filo, la geometría de la plaquita y las condiciones de corte.
La preparación del filo es tan importante como el diseño del inserto
Dos insertos de CBN con la misma forma ISO pueden ofrecer un rendimiento muy diferente si la preparación de sus bordes de corte es distinta.
En el torneado duro se suelen utilizar chaflanes, afilados o combinaciones de ambos, cuidadosamente controlados, para equilibrar la resistencia del filo con las fuerzas de corte y los requisitos de acabado superficial.
Un filo más resistente puede mejorar la confiabilidad en condiciones de corte intermitente o exigentes, pero también puede aumentar la fuerza de corte.
Un afilado más preciso puede reducir la fuerza de corte y facilitar un acabado fino, aunque ofrece menos protección del filo en condiciones de trabajo exigentes.
Por esta razón, el proceso de selección debe tomar en cuenta:
Grado de PCBN + preparación del filo + radio de la punta + estructura de la plaquita + condiciones de mecanizado
en lugar de seleccionar un inserto únicamente por su código ISO.
La rigidez de la máquina es fundamental
El CBN rinde mejor en un sistema de mecanizado estable.
La alta dureza de la pieza de trabajo y las tolerancias de acabado relativamente pequeñas hacen que las vibraciones, una sujeción deficiente o un saliente excesivo de la herramienta puedan reducir rápidamente la estabilidad del proceso.
Antes de cambiar el grado de CBN o el diseño de la plaquita, revisa toda la configuración de mecanizado.
Entre los factores importantes se incluyen la sujeción de la pieza de trabajo, el estado del husillo, la rigidez del portaherramientas, el asentamiento de la plaquita, el saliente de la herramienta, la excentricidad de los componentes y la naturaleza de cualquier característica interrumpida.
El astillamiento no significa automáticamente que el material CBN sea demasiado frágil.
En algunos casos, el verdadero problema radica en la inestabilidad en otra parte del sistema de mecanizado.
¿Torneado en seco o en húmedo?
El mecanizado en seco es habitual en el torneado de materiales duros, ya que el CBN puede funcionar a altas temperaturas de corte y la eliminación del refrigerante puede simplificar el proceso en las aplicaciones adecuadas.
Sin embargo, esto no significa que el CBN deba usarse siempre en seco.
El mecanizado en húmedo también puede ser adecuado con ciertos grados de acero, materiales de las piezas y condiciones de mecanizado.
Por lo tanto, la estrategia adecuada para el líquido refrigerante debe seguir las recomendaciones específicas para cada grado de CBN y cada aplicación.
Evita considerar cualquiera de estas afirmaciones como una regla universal:
“El CBN siempre debe quedarse sin fondos”.”
o
“El CBN necesita líquido refrigerante.”
Ninguna de las dos opciones es correcta para todas las aplicaciones.
La estabilidad del proceso y la aplicación constante del refrigerante son más importantes que seguir una regla genérica.
¿El CBN sólido siempre garantiza una mayor vida útil de la herramienta?
No.
La vida útil de la herramienta depende de las condiciones generales de mecanizado.
Una plaquita maciza contiene más material de PCBN, pero eso no significa automáticamente que el filo de corte activo se desgaste más lentamente que el de una plaquita con punta de PCBN seleccionada correctamente.
La vida útil de la herramienta depende del tipo de PCBN, la dureza de la pieza de trabajo, la velocidad de corte, el avance, la profundidad de corte, las interrupciones, la preparación del filo, la rigidez de la máquina y los requisitos de acabado de la superficie.
Por lo tanto, la razón principal para elegir el CBN sólido debería ser que su diseño ofrezca una ventaja para el proceso.
Si una plaquita con punta ya realiza la operación requerida de manera eficiente, es posible que la construcción maciza por sí sola no mejore la rentabilidad.
Lista de verificación para la selección de CBN sólido
Antes de elegir un CBN macizo, considera si la aplicación realmente se beneficia de su diseño.
Podría valer la pena considerar el uso de CBN sólido cuando la operación requiera un filo de corte de PCBN útil más grande, mayor penetración o profundidad de corte, una estrategia de corte por tracción o de pretorneado, menos pasadas de mecanizado, o un proceso que no pueda manejarse de manera eficiente con una punta pequeña convencional de PCBN.
Las plaquitas con punta de PCBN pueden seguir siendo la opción más práctica cuando se trata de un torneado duro de acabado convencional, la profundidad de corte es pequeña, solo se utiliza una sección corta del filo de corte y la plaquita con punta ISO existente ya ofrece una vida útil estable y un buen acabado superficial.
Por lo tanto, la decisión final debería basarse en la combinación de:
diseño del inserto, grado de PCBN, preparación del filo de corte, pieza de trabajo y condiciones de mecanizado.
¿Necesitas un inserto de CBN para una aplicación de torneado de materiales duros?
La elección entre CBN macizo y PCBN con puntas depende, ante todo, de las condiciones reales de mecanizado y no solo de la estructura de la plaquita.
Al solicitar una recomendación sobre plaquitas, indique el material y la dureza de la pieza de trabajo, el código actual de la plaquita, la profundidad aproximada de corte, si el corte es continuo o interrumpido, los datos de corte actuales, los requisitos de acabado de superficie y la cantidad requerida.
Estos detalles facilitan mucho la decisión de si una solución de CBN macizo ofrece una ventaja real en el proceso o si una plaquita de PCBN con punta es la opción más económica.
