Carburo en herramienta y matriz.

Con numerosas combinaciones posibles de contenido de aglutinante metálico y tamaño de grano, los carburos se utilizan en una variedad de aplicaciones.

La palabra carburo generalmente describe un grupo de materiales caracterizados por una alta dureza y propiedades metálicas. Los primeros carburos, desarrollados en 1921, eran extremadamente simples y se aplicaban principalmente en torneado. Un brillo metálico y una conductividad eléctrica y térmica relativamente buena distinguen decisivamente estos materiales de los materiales duros no metálicos que se utilizaban como materiales abrasivos mucho antes de la introducción de los carburos.

El carburo es un material pulvimetalúrgico (PM) de dos fases que consta de una fase de material duro y una fase de metal aglutinante. El material duro proporciona la resistencia al desgaste necesaria y el metal aglutinante garantiza una tenacidad adecuada. Con sus numerosas combinaciones posibles de contenido de aglutinante metálico y tamaño de grano, los carburos se utilizan en muchas aplicaciones (verimagen en la parte superior).

Los carburos más comúnmente utilizados en la industria de herramientas y troqueles están hechos de carburo de tungsteno (material duro) y cobalto (metal aglutinante).

Para seleccionar el grado apropiado para una herramienta y una aplicación de troquel, es importante tener un conocimiento detallado del carburo y cómo se pueden influir en sus propiedades. Hay dos posibilidades principales:

A medida que el tamaño medio del grano se reduce, el carburo se vuelve más duro, más resistente al desgaste y más quebradizo. A medida que el tamaño medio del grano se vuelve más grueso, el material se vuelve más blando y resistente.

Un mayor contenido de aglutinante hace que la calidad sea más blanda y resistente, mientras que un menor contenido de aglutinante la hace más dura, más resistente al desgaste y quebradiza (verFigura 1).

Otra forma de influir en las propiedades es con otros componentes de la aleación, como el carburo de cromo (CrC), el carburo de vanadio (VC), el carburo de titanio (TiC) y el carburo de tantalio (TaC), también llamados fases g. Estos componentes de aleación se utilizan en cantidades mínimas, también llamados dopaje, y mejoran propiedades como la resistencia a la corrosión, la tenacidad y la resistencia a altas temperaturas, o pueden actuar como inhibidores del crecimiento de granos durante la sinterización.

Debido a la fragilidad y la dureza, la homogeneidad del material es extremadamente importante en términos de resistencia a la fractura transversal del material y al desgaste homogéneo (verFigura 2).

Varias otras propiedades son esenciales para el carburo cuando se utiliza para herramientas y troqueles:

Se compararon varios grados en una operación de corte de acero inoxidable de 0,065 pulgadas de espesor utilizando un punzón de mecanizado por descarga eléctrica (EDM) de alambre.

Figura 1Haga clic en la imagen para verla más grande. El tamaño promedio de grano y el contenido de cobalto tienen un efecto en varias características del carburo.

El primer grado seleccionado fue un 15 por ciento submicrónico. Esto mostró un retroceso después de 500 golpes (verFigura 4 ). Un análisis exhaustivo demostró que la calidad insuficiente de la superficie y la corrosión provocaban irritaciones en el filo. El puñetazo se desprendió durante el retroceso y quedó destruido.

El segundo grado tenía un 15 por ciento de grano grueso. Este material mostró un desgaste excesivo después de 5.000 golpes (verFigura 5).

El tercer grado era un grano medio resistente a la corrosión, con un 12 por ciento. Con su resistencia a la corrosión y calidad de la superficie, la vida útil del troquel de estampado fue de 50.000 golpes. Con mejoras en la lubricación, duró 80.000 golpes (verFigura 6).

El 15 por ciento de grano submicrónico y el 12 por ciento de grano medio eran similares en dureza, pero el grado de 12 por ciento estaba hecho de material virgen de alta calidad con el tamaño de grano correcto, contenido de cobalto y calidad superficial mejorada debido a su resistencia a la corrosión.

La calidad del material debe resistir no sólo los golpes, sino también adaptarse a todos los requisitos de la aplicación. Por ejemplo, el acabado superficial, que es fundamental para la vida útil de la herramienta, se puede mejorar si la calidad resiste el agotamiento del cobalto. La reducción del contenido de cobalto reduce la posibilidad de irritación, lo que contribuye al astillado por retroceso. Finalmente, el carburo virgen puede soportar altos niveles de impacto manteniendo una alta dureza.

Si bien todas las herramientas eventualmente se desgastan, comprender la razón por la que esto sucede es el factor más importante para determinar cómo mejorar la vida útil de la herramienta. Si bien esto suena lógico, puede resultar muy difícil de poner en práctica.

El análisis forense de una herramienta fallida puede mostrar dónde falló el proceso. Por ejemplo, una astilla en la parte superior del punzón en lugar de en el costado puede indicar un acabado superficial deficiente, irritación o demasiada holgura en el troquel. Una astilla en el costado del punzón puede indicar muy poca holgura en el troquel, resistencia a los golpes insuficiente o una astilla por impacto. En algunos casos, cortar el punzón y observar la microestructura y el acabado de la superficie puede determinar si hubo algún defecto en el sustrato o en el proceso de acabado.

La mayoría de los estampadores no tienen acceso a microscopios potentes ni tienen la experiencia metalúrgica para determinar la causa exacta del desgaste. Por lo tanto, la solución generalmente es cambiar la holgura del dado, rediseñar el dado o cambiar a un carburo más resistente. Sin embargo, si bien aumentar la tenacidad puede resolver los problemas de mella en el corto plazo, puede reducir el potencial de una larga vida útil de la herramienta en el futuro.

Ser complaciente con la vida útil de una herramienta puede marcar el principio del fin de cualquier taller de herramientas. Pasar interminables horas de taller tratando de encontrar una herramienta más duradera también puede destruir los resultados del taller. Es fácil decir: "Hoy soy rentable, así que estoy satisfecho", pero mejorar la vida útil de la herramienta ya no es sólo una buena idea; es una necesidad para sobrevivir.

Buscar el asesoramiento de un especialista en carburo en estampado puede reducir en gran medida las horas de trabajo dedicadas al análisis. Las soluciones de una aplicación a menudo se pueden utilizar para resolver problemas de otras.

Se están desarrollando muchos grados nuevos de carburo. Hoy en día se encuentran disponibles propiedades y características que no existían hace varios años, y se han mejorado muchas calidades que funcionaban correctamente en el pasado. Tomarse el tiempo para garantizar que las herramientas funcionen de manera óptima puede revelar soluciones que mejoren los resultados.