Todos los procesos de fabricación son inherentemente variables. La variabilidad de un proceso se debe a dos tipos de causas:
-causas asignables. Se conoce la causa y se puede corregir. -causas comunes. De naturaleza aleatoria, inherentes al proceso y prácticamente imposibles de eliminar.
Las variaciones de un proceso pueden comprobarse a través de los resultados obtenidos con el mismo en una situación controlada donde no encontremos causas asignables no esperadas. A menudo, la variación de un proceso puede ajustarse a alguna ley probabilística. Una de las más utilizadas y sencillas es la distribución normal, que se caracteriza por su media y su desviación típica.
En todos los procesos de mecanizado existe un desgaste de las herramientas de corte que se utilizan en cada caso.
Todas las herramientas de corte se desgastan durante el mecanizado, y tal desgaste sigue hasta que sobreviene el final del filo. Hoy en día, los parámetros que se manejan para determinar cuando un filo de corte esta en condiciones óptimas para cortar son principalmente el acabado superficial, la precisión dimensional que quedan en la piezas elaboradas, el patrón de desgaste de la herramienta, que tipo de viruta se forma, la vida del filo prevista e incluso hay diferentes sistemas de monitorización del desgaste.
En operaciones de acabado, se considera inservible el filo de corte cuando el acabado superficial de la pieza deja de cumplir las exigencias previstas. No es necesario un gran desgaste, basta simplemente con una pequeña parte desgastada en la punta de la herramienta para tener la necesidad de cambiar la misma. Por el contrario, en una operación de desbaste, el desgaste producido en el filo se manifiesta en una longitud de arista mayor y puede tolerarse un desgaste considerablemente superior, puesto que no hay unas exigencias de precisión dimensional ni de acabado superficial.
El desgaste de la herramienta es inevitable y como tal no resulta un proceso negativo. No lo es dependiendo de cuando y como se produce. Cuando el filo ha cortado una considerable cantidad de material de la pieza, durante un tiempo aceptable normalmente indicado por los propios fabricantes de herramientas, el desgaste es por supuesto un proceso lógico. Solo cuando se produce prematuramente la destrucción del filo o fractura de la herramienta, da lugar a una consideración de tipo negativa o irracional.
El desgaste de la herramienta es producto de una combinación de gran cantidad de factores que actúan sobre el filo de corte. La vida o duración de filo está en función de diversas fuerzas o cargas, las cuales contribuyen a deformar la geometría de corte, provocando malos acabados y tolerancias no deseadas. El desgaste es el resultado de la interacción entre la herramienta, el material a cortar y las condiciones de mecanizado. Los principales factores que actúan sobre la herramienta son del tipo mecánico, químico y térmico, como se ha comentado con anterioridad. Como resultado de la actuación conjunta de estos factores sobre el filo de corte durante el mecanizado, el material de la herramienta es afectado por algunos mecanismos o factores a través de los cuales se produce el desgaste. Los mecanismos, que mencionamos a continuación, actúan de forma simultánea, lo que hace extremadamente difícil distinguir sus causas y efectos por separado. Pero cabe señalar que la influencia específica de cada uno de ellos depende de las propiedades del material de la pieza, de la herramienta y de las condiciones de mecanizado.
Si la rapidez del desgaste se conoce o puede estimase a partir de los datos, es posible construir un conjunto de límites de control sesgados en torno de la línea de la tendencia de desgaste de la herramienta. Si los valores muestrales de ỹ se localizan dentro de estos límites, el desgaste de la herramienta está bajo control. Cuando la línea de la tendencia excede el máximo permisible para el promedio del proceso, el proceso deberá reinicializarse o la herramienta deberá reemplazarse.
Antecedentes históricos
Anteriormente al periodo conocido como Revolución Industrial (1750), la habilidad de los operarios determinaba una buena construcción mecánica. Cada máquina era una obra de artesanía y su calidad dependía directamente de la maestría y experiencia. Tras el periodo de la Revolución Industrial, la producción se modifica hacia la fabricación de grandes series. Aparición de piezas fabricadas independientemente y montadas o ensambladas entre sí para formar el producto final, ya que resulta imposible fabricar una pieza con dimensión nominal exacta aparece el término de Tolerancia. Las máquinas cuentan con una mayor importancia en fabricación/producción (más perfección) y disminuye la influencia de la habilidad del operario. Actualmente, con las máquinas más modernas, el operario tiene solo la función de controlarlas y alimentarlas. La necesidad de control sobre el proceso de producción exigió, al mismo tiempo, la evolución de los sistemas de medición (aparece en 1840 el pie de rey y entre 1870-1880 el micrómetro de tornillo o Palmer, el uso de calibres se extendió desde 1880 y sustituyeron la medición de una dimensión por la comparación con una dimensión fija. Con los nuevos productos se crean sistemas mecánicos cada vez más complejos en los que intervienen muchos factores que, cada vez más, determinan la variabilidad e influyen en la capacidad. Necesidad de definir un valor objetivo y su margen de variabilidad (normalizado) denominados Tolerancias (Dimensionales, Forma, Posición, Orientación). Mantener una consistencia entre tolerancia/capacidad/coste de fabricación, ya que carece de sentido asignar tolerancias que no puedan obtenerse con las capacidades de los procesos y equipos de fabricación, con las técnicas y equipos de medida y con los procedimientos de regulación y control establecidos.
Material de la herramienta
Aceros especiales: Adición a la aleación de Fe-C elementos que mejoran la resistencia al desgaste. Las velocidades de corte suelen ser 10-20 m/min, máximo. Aceros rápidos: Aceros al wolframio (tungsteno) y cromo, se dobló la velocidad de corte manteniendo la dureza a altas temperaturas(40 m/min). Cermets: Materiales sinterizados compuestos de componentes no metálicos(óxidos, silicatos) y componentes metálicos de alto punto de fusión. Nitruro de boro cúbico: Soporte de carburos(metal duro) con una fina capa de nitruro de boro cúbico. Dureza solo superada por el diamante, puede trabajar con temperaturas de 1000-1100 °C. Diamantes sinterizados: Polvos de diamante comprimidos y calentados, admiten temperaturas de trabajo de 2000 °C y velocidades de trabajo de 2000 m/min.
Las últimas tendencias en la evolución de los materiales de herramientas establece núcleos de metal duro con recubrimientos de carburos o nitruros de titanio depositados por precipitación mediante reacciones químicas en estado gaseoso que dan lugar a capas de unos 0,005 mm. En una segunda generación de herramientas de metal duro recubierto, éste tiene un tratamiento para crear una zona de difusión bajo la capa depositada y permitir una gradual variación de propiedades entre base interna y capa externa (diferencias de elasticidad y dilataciones). Recubiertos con una doble capa de aluminio exterior sobre una capa soporte de TiC.
Fenómenos que producen el desgaste en herramientas de corte
A continuación se explican los diferentes tipos de desgaste según el fenómeno que actúa:
Desgaste por abrasión (abrasivo). Desgaste por difusión (difusivo). Desgaste por oxidación. Desgaste por fatiga. Desgaste por adhesión (adhesivo).
Desgaste abrasivo. Se debe a las partículas más duras, incluidas en el material a mecanizar o en el filo recrecido dado por altas velocidades de deformación de material acritud, y se da sobre la cara de incidencia de la herramienta de corte. Las inclusiones de gran dureza hay que tenerlas en cuenta porque pueden producir rayado sobre la herramienta. Estas ralladuras podrían no ser paralelas a la dirección de fluencia de la viruta debido a numerosos aspectos. Válido para aceros y fundiciones y fundamenta que el desgaste no es causado por abrasión mecánica.
Desgaste por difusión. Se presenta entre las temperaturas de 900 y 1200 °C, por lo que no presentan importancia para las herramientas de aceros al carbono y las de acero rápido, las cuales no pueden trabajar a estas temperaturas. En cambio en las de metal duro, cerámicas o nitruro de boro, se eleva la movilidad atómica y se produce una disolución mutua del material de la pieza y el de la herramienta. La actividad de este proceso aumenta con la velocidad de corte. De ahí que el desgaste difusivo pueda considerarse como un desgaste químico que produce variaciones en la capa superficial de la herramienta y de esa forma compromete la resistencia a desgaste de la misma.
Desgaste por oxidación. Se localiza en los contornos de la región de contacto entre la pieza y la herramienta, y se caracteriza por presentar color de revenido. Depende del material de la herramienta y de las temperaturas de trabajo. Para las herramientas de acero no presenta gran importancia, ya que éstas regularmente no trabajan a altas temperaturas, mientras que en las de metal duro a base de tungsteno a causa de las temperaturas y del oxígeno existente en la atmósfera, se forma en la superficie de la herramienta una capa de óxidos complejos a base de tungsteno, cobalto y hierro, que tiene cierta acción destructiva sobre la estructura de metal duro. Esta acción se observa especialmente en el filo secundario, donde aparecen arrugas que pueden provocar ruptura de la punta de la herramienta.
Desgaste por fatiga. Es frecuentemente una combinación termo-mecánica. La fluctuación de la temperatura y la acción alternativa de las fuerzas de corte, pueden originar en los filos agrietamiento e incluso la rotura. La acción del corte intermitente conduce a generar continuamente calentamientos alternativos que provocan choques térmicos en los filos de corte. Algunos materiales de herramientas son más sensibles que otros a la fatiga mecánica. La fatiga mecánica pura puede provenir también de las fuerzas de corte siendo, a veces, bastante alta para la resistencia del filo de corte. Esto puede suceder en presencia de materiales de pieza duros o muy tenaces, muy altas gamas de avances, o cuando el material de la herramienta no es lo suficientemente duro. Sin embargo en estos casos predomina la deformación plástica.
Desgaste adhesivo. El fenómeno de adhesión ocurre a temperaturas inferiores a los 900 °C y es inversamente proporcional a la dureza de la herramienta. Se debe a la presencia de altas temperaturas y presiones de corte, también al hecho de que la superficie interior de la viruta se presenta limpia y sin capa protectora de óxido y por lo tanto químicamente muy activa. Una forma inversa de este fenómeno, es el filo de aportación (filo recrecido). Cuando parte de la viruta queda adherida al filo de la herramienta debido a la temperatura, presión y tiempo de contacto, la adhesión aumenta inicialmente con la velocidad, pues se alcanzan temperaturas que favorecen este fenómeno, pero a altas velocidades la temperatura aumenta hasta el punto que ablanda las partículas adheridas y facilitan su desprendimiento sin afectar al material de la herramienta ya que es mucho más resistente.
Tipos de desgastes en las herramientas de corte.
Cada uno de los mecanismos de desgaste que se han analizado anteriormente, influyen de forma conjunta en el filo de la herramienta de corte. De esta manera se materializan en el mismo a través de diversas manifestaciones entre las cuales podemos diferenciar
Desgaste de flancos de incidencia.