Formado de Material Cerámico

Un material cerámico es un compuesto inorgánico formado por un metal y uno o más componentes no metálicos, como la sílice (dióxido de silicio), ingrediente principal de la mayoría de los productos de vidrio; óxido de aluminio, que se usa en aplicaciones que van desde abrasivos hasta huesos artificiales y compuestos complejos, pero también especialmente para el mecanizado; hasta los materiales cerámicos modernos como el carburo de tungsteno y el nitruro de boro cúbico.

Propiedades Positivas y Negativas

Las materias primas, por la acción del calor, se transforman en productos sólidos de geometrías útiles, adquiriendo estas propiedades: alta dureza, buenas propiedades de aislamiento térmico y eléctrico, estabilidad química y altas temperaturas de fusión, que los hacen útiles en distintos sectores. Los productos cerámicos son frágiles y prácticamente no poseen ductilidad, lo que ocasiona problemas y requiere ciertas precauciones, tanto en su procesamiento como en su uso.

Propiedades Mecánicas

Son rígidos y frágiles, pero muestran un comportamiento perfectamente elástico esfuerzo-deformación. En teoría, la resistencia de los materiales cerámicos es más alta que la de los metales como resultado de sus enlaces atómicos. Los enlaces covalentes e iónicos son más fuertes que los enlaces metálicos. Por ello, el resultado es el fallo por fractura antes que en los metales.

Muelas Abrasivas

Los materiales cerámicos tradicionales usados para abrasivos, por ejemplo, muelas de esmeril o papel de lija, son la alúmina y el carburo de silicio.

Materiales Compuestos o Composites

Podemos establecer una cuarta categoría de materiales además de los metales, cerámicos y polímeros: los materiales compuestos o composites. Existen algunas definiciones de material compuesto, pero creemos que la más adecuada es: un sistema de materiales formado por dos o más fases físicas distintas, de cuya combinación se obtienen propiedades conjuntas distintas a las de sus componentes.

Dureza, Resistencia y Maquinabilidad

Un valor bajo de dureza y resistencia es favorable y suele ser indicativo de un material muy dúctil. Por tanto, es muy probable que nos dé problemas de aportación de material en la arista de corte, provocando un acabado superficial malo, formación de rebabas y, consecuentemente, corta vida de la herramienta.

Conductividad Térmica

Cuando se habla de una conductividad térmica alta, significa que el calor generado en el proceso de corte es rápidamente conducido fuera de y por la zona de corte. Un valor alto es beneficioso para el mecanizado. Si bien es cierto que la conductividad térmica es un factor importantísimo en el mecanizado, es necesario ayudar a la evacuación del calor que se produce en el proceso con los líquidos refrigerantes adecuados en las cantidades y precisiones estipuladas para ello.

Aceros: La Estructura del Material

La estructura del material afecta a la maquinabilidad en tanto que en ella pueden darse propiedades abrasivas. El elemento abrasivo de los aceros es el carbono que, según la forma y cantidad, influye en las propiedades de los metales. La cantidad de carbono y otros elementos de la aleación afectan a la estructura.

8 Recomendaciones para el Mecanizado

• Las sujeciones de la herramienta de corte y de la pieza deben ser lo más rígidas posible. Es importantísimo que el vuelo sea lo más corto posible.
• Para operaciones de desbaste: arista de corte más reforzada. Para operaciones de acabado: arista de corte lo más aguda posible.
• Es conveniente utilizar una geometría de placa que durante el mecanizado mantenga la menor fricción posible entre ella y la viruta.
• En los desbastes, emplear grandes avances y profundidades de corte en combinación con velocidades de corte relativamente bajas, mejor que pequeños avances y profundidades de corte a velocidades altas.
• Para el acabado, en el desbaste y/o semiacabado debe haberse dejado suficiente material para que la herramienta pueda ir cortando por debajo de la zona endurecida o deformada.
• Algunos cermets incorporan características que hacen que se puedan considerar como calidades óptimas para el torneado y fresado del acero inoxidable.
• Tener en cuenta la profundidad radial de corte para poder controlar y posicionar la fresa en relación con la pieza a mecanizar.
• En el fresado, es conveniente usar el líquido refrigerante cuando trabajemos con velocidades de corte bajas y con fresas de forma.

Dureza Brinell

Si bien la dureza Brinell nos indica un factor que incide en el mecanizado de las fundiciones, no estipula ningún referente sobre la dureza abrasiva propia de los carburos libres y las inclusiones de arena que se encuentran en algunos tipos de fundiciones. Tenemos más dificultades en el mecanizado en una fundición de 20 HB con carburos libres, que con otra fundición de la misma dureza pero con una estructura perlítica 100%, libre de carburos.

Aleaciones Termorresistentes

Las aleaciones termorresistentes generan una problemática considerable al mantener su resistencia a altas temperaturas, ejerciendo altas presiones sobre la arista de corte. Por ello, es necesario utilizar geometrías de corte que distribuyan uniformemente estas presiones, facilitando el deslizamiento de la viruta por la superficie de desprendimiento y que, a su vez, dispongan de aristas de corte reforzadas.

Tipos Básicos de Materiales Cerámicos

• Tradicionales: silicatos que se utilizan para la producción de artículos de barro (ladrillos).
• Nuevos: los desarrollados más recientemente, basados en compuestos que no son silicatos, sino óxidos y carburos con propiedades físicas o mecánicas superiores o únicas con relación a las de los cerámicos tradicionales.
• Vidrios: basados en la sílice y que se diferencian de los otros por no presentar una estructura cristalina. Los vidrios cerámicos, en los que gran parte de su estructura se ha transformado en cristalina mediante tratamiento térmico.

Punto de Vista del Mecanizado

Aquí nos centraremos en los tradicionales y en los nuevos cerámicos, por ser los más usuales en fabricación mecánica.

Propiedades Físicas

Son más ligeros que los metales y más pesados que los polímeros. Los puntos de fusión son más altos que los de la mayoría de los metales, llegando algunos a descomponerse antes que fundirse.

Nuevos Materiales Cerámicos

Los materiales cerámicos desarrollados sintéticamente en las últimas décadas, con las correspondientes mejoras en la estructura y propiedades, es cuando hablamos de los nuevos materiales cerámicos. Están basados en compuestos diferentes a los tradicionales, siendo químicamente más simples. Nuevos cerámicos: óxidos, carburos, nitruros.

Muelas Abrasivas

Los materiales cerámicos tradicionales usados para abrasivos, por ejemplo, muelas de esmeril o papel de lija, son la alúmina y el carburo de silicio.

Propiedades Tecnológicas

Las maneras de comportarse los materiales frente a las formas de ser trabajados por los procedimientos utilizados en la industria para su transformación.

Maquinabilidad

No es una propiedad definida ni estandarizada. Generalmente, se define como: la habilidad del material de la pieza a ser mecanizado, o la facilidad de cortar el material de una pieza con una herramienta de corte.

Maquinabilidad desde el Punto de Vista Operacional

La maquinabilidad de un material desde el punto de vista operacional de la herramienta de corte, la analizamos desde estos criterios: vida de la herramienta, formación de viruta, tendencia al filo de aportación, acabado superficial y fuerza de corte y potencia necesaria.

Inclusiones

Es un elemento integrado en la composición del material, sin acompañar a ninguno de los componentes tipificados. Dos grupos:

• Macro: son las que tienen un tamaño mayor de 0,15 mm, son muy duras y abrasivas. Suelen producirse en aceros de baja calidad, ya que estas son producidas por el proceso de fabricación en el horno. Muchas de las roturas de herramientas se producen debido a este tipo de inclusiones.
• Micro: están presentes en los aceros pero de una manera más amplia, clasificados por sus efectos en la maquinabilidad:
  • Indeseables (alúminas, calcio)
  • Menos deseables (óxidos de Fe, Mn)
  • Deseables (silicatos).

Acero Inoxidable

Las características más habituales en el mecanizado de los aceros inoxidables son:

• Una generalizada tendencia al endurecimiento por deformación.
• Baja conductividad térmica.
• Tenacidad y fuerza.
• Tendencia a la soldadura.

Tipos de Fundiciones

Podemos establecer que los índices en la facilidad de mecanizado de los 4 tipos generales de fundiciones son:

• Gris (100%)
• Maleable (95%)
• Nodular (75%)
• Blanca de coquilla (10%)

Otros parámetros: desgaste por abrasión, adhesión y difusión.