Cómo hacer herramientas de corte de carburo de tungsteno

FROM materia prima para producto final

El carburo de tungsteno, comúnmente conocido como "carburo", es un material común en los talleres. Este compuesto de tungsteno y carbono ha cambiado por completo el mundo del corte de metales en las últimas décadas, aumentando la velocidad y la velocidad de avance y prolongando la vida útil de la herramienta. El carburo de tungsteno se estudió por primera vez como material para herramientas en 1925. Más tarde, Ge creó un departamento especial para producir herramientas de corte de carburo de tungsteno. A fines de la década de 1930, Philip M. McKenna, el fundador de Kennametal, descubrió que agregar compuestos de titanio a la mezcla podía hacer que las herramientas funcionaran mejor a velocidades más altas. Esto comenzó a moverse hacia la velocidad de corte del rayo de hoy.

El “carburo cementado”, los materiales que constituyen las herramientas y las cuchillas, son en realidad partículas de carburo de tungsteno junto con otros materiales, que se cementan junto con metal cobalto como aglutinante.

Comienzo en el suelo

Hay varios minerales de tungsteno que se pueden extraer, refinar en tungsteno o convertir en carburo de tungsteno. La wolframita es la más famosa. El mineral se tritura, se calienta y se trata químicamente en óxido de tungsteno.

Luego, el óxido de tungsteno fino se carbura en carburo de tungsteno. En un método, el óxido de tungsteno se mezcla con grafito (carbono). Calentando la mezcla a 1200 ˚ C (2200 ˚ F) Arriba, se produce una reacción química para eliminar el oxígeno del óxido y combinar el carbono con el tungsteno para formar carburo de tungsteno.

El tamaño de grano define las propiedades

El tamaño de las partículas de carburo determina las propiedades mecánicas del producto final. El tamaño de partícula dependerá del tamaño de las partículas de óxido de tungsteno y del tiempo y la temperatura de tratamiento de la mezcla de óxido/carbono.

Las partículas de carburo de tungsteno son una pequeña fracción del tamaño de un grano de arena. Pueden variar en tamaño desde media micra hasta 10 micras. Una serie de tamices clasifican diferentes tamaños de partículas: menos de 1 micra, 1,5 micras, etc.

En este punto, el carburo de tungsteno está listo para ser mezclado en "polvo de calidad". En la industria del carburo de tungsteno, la gente habla de grado en lugar de aleación, pero significan lo mismo.

El carburo de tungsteno entra en un recipiente de mezcla junto con otros componentes de este grado. El metal de cobalto en polvo actuará como un "pegamento" para unir los materiales. Se añaden otros materiales como carburo de titanio, carburo de tantalio y carburo de niobio para mejorar las propiedades del material durante el corte. Sin estos aditivos, al cortar materiales ferrosos, las herramientas de carburo de tungsteno pueden reaccionar químicamente entre la herramienta y los desechos de la pieza de trabajo, dejando hoyos en la herramienta, especialmente en el corte a alta velocidad.

Mezclar

Todos estos ingredientes se mezclan con un líquido como alcohol o hexano y se colocan en un recipiente de mezcla, a menudo un tambor giratorio llamado molino de bolas. Además de los ingredientes de grado, se agregan bolas cementadas de 1/4″ a 5/8″ de diámetro, para ayudar al proceso de adherir el cobalto a los granos de carburo. Un molino de bolas puede ser tan pequeño como cinco pulgadas de diámetro por cinco pulgadas de largo, o tan grande como un tambor de 55 galones.

Cuando se completa la mezcla, se debe eliminar el líquido. Esto suele ocurrir en un secador por aspersión, que parece un silo de acero inoxidable. Un gas de secado inerte, nitrógeno o argón, se sopla de abajo hacia arriba. Cuando se elimina todo el líquido, el material seco restante es "polvo de grado", que parece arena.

Para los insertos de corte, el polvo de calidad se introduce en moldes con forma de inserto especialmente diseñados para permitir la contracción que ocurrirá más adelante en el proceso. El polvo se comprime en los moldes, en un proceso similar a cómo se forman las tabletas farmacéuticas.

Sinterización

Los compactos de polvo se calientan a una temperatura determinada (temperatura de sinterización) y al mantener un tiempo determinado, luego se enfrían, para obtener las propiedades requeridas de los materiales, este proceso se denomina sinterización. En el proceso de sinterización, la unión entre partículas se realiza por calentamiento mediante migración atómica. Cuando las partículas se unen, aumenta la resistencia del cuerpo sinterizado y, en la mayoría de los casos, aumenta la densidad.

Una vez que los insertos se retiran del horno y se enfrían, son densos y duros. Después de una verificación de control de calidad, los insertos generalmente se rectifican o afilan para lograr las dimensiones y el filo de corte correctos. El bruñido a un radio de 0.001″ es típico, aunque algunas partes reciben un radio de filo de media milésima o tan grande como 0.002″, y algunas se dejan “totalmente afiladas”, como sinterizadas.

Algunos tipos y diseños de insertos salen del horno de sinterización en su forma final y según las especificaciones, con el borde correcto y no necesitan rectificado ni otras operaciones.

El proceso de fabricación de piezas brutas para herramientas de metal duro integral es muy similar. El polvo de grado se presiona para darle forma y luego se sinteriza. El blanco o el stock se pueden rectificar a medida antes de enviarlo al cliente, quien lo formará mediante rectificado o tal vez electroerosión.

Los insertos destinados a la mayoría de las aplicaciones no ferrosas pueden estar listos para empaquetar y enviar en este punto. Los destinados al corte de metales ferrosos, aleaciones de alta temperatura o titanio, deberán ser revestidos.

Cflotantes dejar la escena

Para prolongar la vida útil de la herramienta en condiciones de corte desafiantes, se han desarrollado muchos tipos y combinaciones de recubrimientos. Se pueden aplicar de dos formas: por deposición química de vapor (CVD) o por deposición física de vapor (PVD). Ambos tipos se aplican en hornos.

Deposición de vapor químico

Para CVD, el recubrimiento suele tener un espesor de 5 a 20 micrones. Las cuchillas de fresado y taladrado suelen alcanzar una dureza de 5 a 8 micrones porque estas operaciones requieren un mejor acabado superficial y más impacto, por lo que se requiere una mayor tenacidad en los bordes. Para aplicaciones de torneado, el recubrimiento suele estar en el rango de 8 a 20 micrones. En las curvas, el calor y el desgaste suelen ser más preocupantes.

La mayoría de los recubrimientos de CVD constan de múltiples capas, generalmente tres capas.

Cada empresa tiene su propia “fórmula” de recubrimiento. Este es un esquema típico, que consta de tres capas.

• una capa de carburo de titanio con dureza y resistencia al desgaste

• una capa de alúmina, que mantiene la dureza a alta temperatura y tiene propiedades químicas muy estables

• una capa de nitruro de titanio para evitar la acumulación de metal causada por fragmentos de piezas soldadas a la herramienta. Este recubrimiento es dorado y se observa fácilmente el desgaste de los bordes. Para aplicar el recubrimiento CVD, las piezas se colocan en palés y se sellan en el horno. El horno fue evacuado.

Deposición física de vapor

El revestimiento de PVD suele tener un grosor de entre 2 y 4 micrones. Diferentes fabricantes utilizan diferentes capas. Estos recubrimientos PVD son muy adecuados para cortar materiales a alta temperatura a base de níquel, cobalto o titanio y, en ocasiones, acero y acero inoxidable.

El carbonitruro de titanio, el nitruro de titanio y el nitruro de aluminio y titanio se utilizan ampliamente como recubrimientos PVD. Este último es el recubrimiento PVD más duro y con mayor estabilidad química.

Los insertos se montan en el marco de modo que estén separados entre sí. Cada estante gira y todo el conjunto de estantes gira en el horno para que cada superficie del inserto quede expuesta al proceso de deposición. La estufa se vació.

Se aplica una fuerte carga negativa al complemento. Instale una pieza de titanio o titanio y aluminio en la pared o piso del horno. Los metales se evaporan a través de un arco o haz de electrones, liberando iones metálicos cargados positivamente. Estos iones son atraídos por insertos cargados negativamente. Se añaden nitrógeno y metano de forma adecuada para obtener diferentes tipos de recubrimientos.

Después de retirar el inserto del horno, se puede volver a moler o empaquetar y enviar directamente.

Al mejorar continuamente el diseño de las herramientas de carburo de tungsteno y desarrollar una tecnología de recubrimiento cada vez mejor, los fabricantes de herramientas se enfrentan a la presión de aumentar la velocidad y la velocidad de avance, así como a la necesidad de prolongar la vida útil de la herramienta y reducir los costos.