Mecanizado de Piezas Automotrices

Excelente performance, mecanizado de gran calidad de piezas automotrices de fundición dúctil con nuevos insertos de carburo recubiertos

1. TENDENCIAS DEL MERCADO

Los talleres de mecanizado de la industria de piezas automotrices están desempeñando enérgicamente actividades de perfeccionamiento.
Estos esfuerzos están focalizados principalmente en la mejora de la tecnología de producción con la meta de incrementar la exactitud y calidad del producto, reduciendo el tiempo de fabricación, mejorando el ambiente de trabajo y también reducir la contaminación en el medio ambiente. Recientemente, los productos desarrollados en el exterior con bajo costo de mano de obra han mejorado notablemente en lo referente a la calidad y también, consecuentemente, están incrementando rápidamente la competitividad. Esto significa que los fabricantes japoneses están poniendo mayor énfasis en lograr adelantos en cuanto al costo del desempeño.
Además, la industria automotriz, una de las industrias principales en Japón, ha perseguido insistentemente la producción de componentes más ligeros y delgados para mejorar la eficiencia del combustible y reducir la emisión de gases contaminantes. Como consecuencia perjudicial al producir piezas de estas características, es la posibildiad de que haya casos donde la fuerza necesaria para seguridad no sea obtenida. Sin embargo, con el uso de materiales de tenacidad extra-elevada, es posible producir estos componentes ligeros sin reducir la fuerza. Además, cuando se mecanizan componentes hechos de estos materiales de elevada tenacidad, el uso del mecanizado a alta velocidad se ha vuelto popular como respuesta a las demandas por un mecanizado de gran eficiencia y bajo costo.

Mientras tanto, a pesar de tales esfuerzos realizados por los talleres de mecanizado de la industria de manufactura, las herramientas recubiertas provistas por varios fabricantes aún no han cubierto por completo las necesidades de los clientes, quienes buscan una mejora en el desempeño. Un área de ineficiencia que espera ser resuelta es la inestabilidad en la durabilidad de la herramienta a causas de adición de material. Aunque la resistencia antes fracturas y desgaste se ha incrementado rápidamente en las herramientas al aplicar recubrimientos, se ha vuelto más notable que las necesidades de los clientes no son satisfechas por completo en lo referente a daños anormales en la herramienta causados por adición de material. Este tipo de daño ocurre a menudo durante el mecanizado de materiales de difícil corte tales como el acero inoxidable y la fundición dúctil, y debido a que este tipo de daño tiende a producirse abruptamente, la durabilidad de la herramienta puede variar ampliamente.

La figura 1 muestra una foto ampliada del filo de un grado con recubrimiento CVD convencional luego de realizar torneado en una pieza de fundición dúctil. Puede observarse que la adición de material en fundición dúctil ocurre específicamente al utilizar un grado con recubrimiento CVD. Al realizar el mecanizado, especialmente operaciones de torneado en fundición dúctil, debido a que es extremadamente difícil evitar la adición de material, la cantidad de piezas mecanizadas por filo debe ser basada en el valor mínimo de durabilidad y esto se torna en una características disuasiva en la reducción de costos.

001Condiciones de corte:
JIS-FCD700
Vc=250m/min, f=0.3mm/rev
ap=1.5mm, corte en húmedo

Fig. 1: Filo dañado de un grado convencional con recubrimiento CVD luego de mecanizar fundición dúctil.

 

 

2. ULTIMA TECNOLOGIA EN RECUBRIMIENTO

Los insertos con recubrimiento CVD comúnmente tienen una capa de alúmina (Al2O3). Esto provee de una estabilidad térmica mayor durante el mecanizado, ya que el filo es expuesto a temperaturas elevadas de 500ºC y más. El incrementar el grosor de la capa de Al2O3 es eficaz para aumentar la resistencia al desgaste, pero la superficie se vuelve más despareja y la aspereza de la misma también se incrementa por la propiedad de la capa Al2O3 como cerámicas cristalinas. Aunque este recubrimiento tiene mayor resistencia al desgaste, es más propenso a sufrir adición de material y sufre más fácilmente daños anormales como astillamiento debido a que la fuerza de impacto durante el corte no puede ser dispersa en el mecanizado interrumpido.

Desde el inicio, Mitsubishi Materials ha llevado a cabo muchos estudios e intentado en varias ocasiones, mejorar el desempeño de las herramientas recubiertas al utilizar una tecnología para lograr una mayor suavidad superficial. La primera aplicación de esta tecnología de suavidad se realizó por medio de un tratamiento mecánico sobre un producto. Este tratamiento mecánico superficial aplicado al US7020, grado para torneado a alta velocidad de acero inoxidable, fue realizado una vez aplicado el recubrimiento CVD. Los grados recubiertos, tales como el US7020, con un tenaz sustrato de carburo cementado y un recubrimiento multi-capas que consiste de un pilar cristalino como lo es la capa de TiCN y una suave capa de Al2O3 de grano fino, usualmente ofrecen un desempeño superior en el mecanizado de acero inoxidable. En combinación con el uso de la tecnología de suavidad, la resistencia ante la adición de material fue incrementada. Logrando así una durabilidad más estable de la herramienta en el mecanizado a alta velocidad (vc=200m/min).
Mientras tanto, otra tecnología de suavidad superficial ha sido aplicada en los dos grados principales para mecanizado de acero al carbono, el UE6010 y el UE6020. El nuevo método llamado Even Coating Technology, que logra una suavidad superficial al controlar el desarrollo del recubrimiento por medio de un proceso especial de CVD.

Este tratamiento no mecánico crea exitosamente una superficie suave sin destruir las propiedades originales de las capas de recubrimiento.

3. ALL BLACK SUPER EVEN COATING

Mitsubishi Materials ha desarrollado exitosamente la tecnología “All Black Super Even Coating”, una tecnología de tratamiento superficial híbrido que combina un tratamiento mecánico superficial con un tratamiento químico único que provee de una suavidad superficial extrema. Como resultado de estudios analíticos de las propiedades de los materiales que son requeridos en los insertos para el torneado de fundición dúctil, los grados con recubrimiento CVD, UC5105 y UC5115, utilizan un tratamiento superficial especial y tecnología en recubrimiento para una mayor resistencia al desgaste. El UC5105 es un grado recubierto equivalente al ISO K01, que exhibe mayor resistencia al desgaste durante el torneado continuo a alta velocidad, mientras que el UC5115 es un grado recubierto equivalente al ISO K10 diseñado para exhibir una excepcional resistencia al astillamiento durante el desbaste y el desbaste interrumpido.

La Figura 2 es una imagen ampliada de una comparación entre la superficie del filo del UC5115 con este tratamiento superficial especial, y el de un inserto de grado convencional con recubrimiento para fundición. La Figura 3 muestra un corte transversal de la micro-estructura del UC5115. El UC5105 y el UC5115 tiene un recubrimiento grueso resistente al desgaste y fracturas, la capa de TiCN y una capa de Al2O3 (resistente al calor) incrementan la resistencia al desgaste durante el mecanizado de alta velocidad. Además, al controlar el crecimiento cristalino durante el proceso de CVD, el tamaño del grano de las partículas depositadas es más refinado lo que incrementa la fuerza del recubrimiento.

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Grado recubierto convencional

UC5115

Fig. 2 - Comparación del daño en el filo

La Figura 4 muestra una comparación del daño en el filo entre el UC5115 y otro grado convencional luego de realizar torneado interrumpido de fundición dúctil. El uso de UC5105 y UC5115 ha reducido en gran parte los daños anormales que los insertos convencionales pueden llegar a sufrir, descartando la denominación “material de difícil corte” para la fundición dúctil.

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Fig. 3 - Corte transversal de la micro-estructura
del UC5115




La Figura 5 muestra un gráfico sobre el desarrollo del desgaste lateral y una comparación del daño en el filo durante el torneado a alta velocidad en fundición con el grado UC5105 y herramientas de cerámica. El uso del UC5105, un grado CVD con el sustrato de carburo cementado con mayor dureza, ha demostrado que la aplicación anteriormente exclusiva de herramientas de cerámica, ahora puede ser realizada con herramientas de carburo recubierto. Además, sin importar el uso del sustrato de elevada dureza, no se producen daños anormales en el filo como astillamiento, y los filos normales pueden ser mantenidos gracias a los beneficios de la tecnología All Black Super Even Coating.

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Grado recubierto convencional

UC5115

Condiciones de corte: JIS-FCD450, Vc=200m/min, f=0.3mm/rev, ap=1.5mm, corte húmedo
Fig. 4 - Daño en el filo luego de corte interrumpido en fundición dúctil.

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Condiciones de corte:
JIS-FC300
Vc=600m/min
f=0.3mm/rev
ap=1.5mm
Corte en seco
CNMA120408



Fig. 5 - Comparación del desgaste entre el UC5105 y una cerámica durante el mecanizado continuo a alta velocidad de fundición dúctil.


008Componente: Eje
Material: JIS-FCD550
Terminación de pieza
Inserto: DNGA150412 cerámica convencional K01
DNMA 150412 UC5105
Condiciones de corte: Vc=300m/min, f=0.15mm/rev, ap=0.5mm, corte en seco
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Fig. 6 - Daño en el filo luego de realizar la operación de terminación en el eje.

011Componente: Caja diferencial
Material: JIS-FCD600
Operación: desbaste exterior
Inserto: CNMG160612 grado K10 CVD convencional recubierto
CNMG160612 UC5115
Condiciones de corte: Vc=182m/min, f=0.40mm/rev, ap=1.8mm, corte en seco



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Fig. 7 - Daño en el filo luego del desbaste de la cara externa del diferencial.

4. EJEMPLOS DE APLICACION

La Figura 6 muestra un ejemplo de aplicación del UC5105 para la terminación de ejes en JIS FCD550. El grado convencional (cerámica ISO K01) mecaniza 300 piezas, mientras que el UC5105 logra 400 piezas. El UC5105 experimentó menor desgaste lateral que el grado convencional. Además, el UC5105 muestra una buena retención del filo sin daños anormales y logra una durabilidad estable.
La Figura 7 muestra un ejemplo de aplicación del UC5115 en desbaste exterior de un diferencial en JIS FCD600. El grado convencional (equivalente del competidor ISO K10) mecanizó 70 piezas mientras que el UC5115 pudo mecanizar 100. el grado convencional sufrió un gran desgaste del flanco originado por un astillamiento mientras que el UC5115 pudo mecanizar un gran número de piezas de trabajo sin ningún tipo de daño anormal.
Este informe presentó varias características de la serie UC5100. Mitsubishi Materials continuará contribuyendo en el crecimiento de la productividad ofreciendo grados de gran desempeño y versatilidad, tales como el UC5105 y UC5115.

Fuente: Mitsubishi Materials Corp. / Autor: Takayoshi Saito, Hiroshi Shimada