Herramientas de corte para CNC: tipos, materiales y cómo elegir la correcta

Definición y función en el maquinado CNC

Una herramienta de corte es el elemento que remueve material de la pieza, normalmente por arranque de viruta, con el objetivo de generar geometría, dimensión y acabado superficial. Además, está diseñada para soportar la fuerza de empuje, la tensión ocasionada por el maquinado y la temperatura generada durante el proceso.

Asimismo, al tratarse de una pieza de desgaste, es indispensable revisar constantemente su condición y medir su vida útil. En este contexto, las herramientas de corte se rigen por estándares como ISO 513:2012, lo que permite establecer criterios claros de clasificación y desempeño.

Por otro lado, en el proceso de maquinado se ven involucrados dos factores principales: la configuración en la máquina-herramienta y la pieza de trabajo, incluyendo las fuerzas de distorsión que resiste, así como las temperaturas generadas durante el corte.

Clasificación general de herramientas de corte

En el entorno industrial, es común que se utilicen términos como sinónimos o que se refiera a cualquier herramienta de corte como “macho”. Sin embargo, existen múltiples tipos de herramientas de corte, cada una con funciones específicas dentro del proceso de maquinado.

Adicionalmente, muchas herramientas de corte se nombran según su operación dominante, como broca, escariador o machuelo. Sin embargo, en otros casos, ciertas operaciones emplean cuerpos portaherramienta con plaquitas indexables, conocidas como insertos.

La broca se caracteriza por su relación longitud-diámetro; debido a su tamaño y flexibilidad, tiende a fracturarse con mayor facilidad. Además, puede dejar rebabas, por lo que generalmente requiere operaciones posteriores de limpieza.

El machuelo es una herramienta con múltiples dientes que permite generar roscas internas de manera precisa.

Una plaquita o inserto indexable es un elemento cortante reemplazable con uno o más filos utilizables, montado en un cuerpo portaherramienta . Por ejemplo, un inserto cuadrado puede tener hasta 8 puntos de corte, mientras que uno triangular cuenta con 6.

Además, existen múltiples formas, ángulos y configuraciones. Los bordes pueden ser pulidos, biselados o personalizados, dependiendo de la aplicación. Por ello, los insertos son una de las herramientas de corte más versátiles en procesos industriales.

Tipos de materiales (aceros, carburos, cerámicos, etc.)

La elección del material de fabricación y/o recubrimiento de una herramienta de corte siempre debe ir acompañada de una planeación técnica. Esto se debe a que cada material cumple un propósito específico en términos de dureza, tenacidad, resistencia térmica, resistencia al desgaste y estabilidad química.

Por lo tanto, no debe elegirse por preferencia, sino como resultado de un análisis técnico. Además, es necesario considerar factores como la geometría, el tipo de maquinado y la estructura de la herramienta.

Beneficios y aplicaciones de los recubrimientos

El recubrimiento de las herramientas de corte se utiliza para mejorar sus propiedades y desempeño. De hecho, puede aumentar su duración hasta 10 veces más en comparación con una herramienta no recubierta.

Actualmente, casi todas las herramientas cuentan con algún tipo de recubrimiento. Además, suelen prepararse los filos y aplicarse tratamientos posteriores, e incluso pulido, con el fin de evitar astillamientos o desprendimientos.

Los materiales de recubrimiento dependen, en primer lugar, del material base de la herramienta y su compatibilidad, y en segundo lugar, del propósito del recubrimiento. Asimismo, el proceso de aplicación influye significativamente, destacando la deposición química por vapor (CVD) y deposición física por vapor (PVD)

Para que un recubrimiento sea efectivo, debe cumplir con:

• Dureza elevada
• Estabilidad química
• Baja conductividad térmica
• Compatibilidad y adherencia
• Poca o nula porosidad

Nitruro de titanio (TiN):

Se caracteriza por tener bajo coeficiente de fricción, alta dureza, resistencia a altas temperaturas y gran adherencia. Además, aumenta la vida útil de la herramienta. Sin embargo, es importante considerar que no es recomendable utilizar titanio si se va a maquinar a bajas velocidades

Carburo de titanio (TiC):

Es especialmente utilizado en insertos de carburo de tungsteno, ya que agrega mayor resistencia al desgaste. Por ello, resulta muy útil en materiales abrasivos.

Cerámicos:

Presentan baja conductividad térmica, resistencia a altas temperaturas y resistencia al desgaste en el flanco. Existen diferentes variaciones, siendo el óxido de aluminio el más común.

Diamante:

El diamante policristalino es ampliamente utilizado por su versatilidad, ya que es efectivo en materiales no ferrosos, abrasivos, compuestos reforzados y grafito. Además, puede aumentar significativamente la vida útil de la herramienta.

Multifásicos:

Estos recubrimientos combinan dos o más capas para optimizar propiedades. Generalmente, la capa interna se encarga de la adherencia, mientras que la externa resiste el desgaste.

Implantación de iones:

Es un proceso que mejora la superficie sin modificar las dimensiones de la herramienta, proporcionando mayor resistencia a la corrosión y a la propagación de grietas.

Cálculo de vida útil (ecuación de Taylor)

Dado que una herramienta de corte es un elemento de desgaste, debe revisarse constantemente y considerar su tiempo de vida útil. Para ello, se utiliza la ecuación de Taylor:

VTⁿ = C

A partir de esta ecuación, es posible determinar curvas de vida que dependen de variables como el material, la velocidad, el avance y la profundidad de corte.

Suele ocurrir debido a la presión de las fuerzas presentes en el proceso. Como resultado, puede ocasionar daños prematuros en la herramienta, en la pieza de trabajo o incluso provocar la rotura de la herramienta

El desgaste en el flanco o cara ocurre principalmente por fricción o abrasión durante su uso, especialmente a altas temperaturas.

Se presenta en la cara de ataque de la herramienta, es decir, la que tiene contacto directo con la viruta. Por lo tanto, el factor más determinante en este tipo de desgaste es la temperatura.

También conocido como desgaste de nariz, generalmente se debe a factores mecánicos. Este tipo de desgaste afecta la formación de la viruta y ocasiona que la herramienta roce de manera no deseada con la pieza.

Además, capas de óxido (escamas) pueden volverse abrasivas y contribuir a estos desgastes. La astillación es un proceso gradual que inicialmente deforma la herramienta, generando resultados no deseados en la pieza.

En muchos casos, la causa principal del astillamiento o fractura son impactos o colisiones. Sin embargo, también puede deberse a una configuración incorrecta del sistema, especialmente cuando no se respetan los límites de componentes como holders o husillos.

Factores clave de selección

El primer paso es definir el proceso de maquinado. Posteriormente, se debe considerar el material de la pieza, sus propiedades térmicas y dimensiones. Hay herramientas digitales que te permiten hacer cálculos rápidos, sin embargo, también es recomendable hacer simulaciones previas.

Una vez definido esto, se seleccionan:

• Material de la herramienta
• Recubrimientos
• Geometría
• Portaherramientas compatibles

De esta manera, se logra una integración óptima del sistema de herramientas de corte.H2: Portaherramientas (holders) para CNC

Importancia del holder en el desempeño

El desempeño de las herramientas de corte está directamente relacionado con el sistema de sujeción. Un holder adecuado garantiza estabilidad, precisión y menor runout durante el proceso de maquinado.

NT Tool es un fabricante japonés de portaherramientas para CNC, con una amplia variedad de soluciones diseñadas para cubrir las necesidades del proceso una vez seleccionadas las herramientas de corte.