ES2237039T3 - Heramienta de cuerpo sinterizado duro. - Google Patents
Heramienta de cuerpo sinterizado duro.Info
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Abstract
UNA HERRAMIENTA FABRICADA SOLDANDO FUERTE UN CUERPO ENTERAMENTE SINTERIZADO, COMO UN DIAMANTE O UN CBN, A UN SUSTRATO DE HERRAMIENTA, A TRAVES DE UNA CAPA DE COHESION QUE COMPRENDE AL MENOS UNO DE ENTRE TI Y ZR CON APROXIMADAMENTE 15-65 % EN PESO, Y CU. DOS SALIENTES DEL SUSTRATO DE HERRAMIENTA POR AMBAS CARAS, TIENE CADA UNO UN PRIMER SALIENTE CONTIGUO A, Y ALINEADO CON, UN SALIENTE DEL CUERPO ENTERAMENTE SINTERIZADO, Y UN SEGUNDO SALIENTE DISPUESTO MAS CERCA DE UN CIRCULO INSCRITO DE LA HERRAMIENTA, QUE EL SALIENTE DEL CUERPO ENTERAMENTE SINTERIZADO. TAMBIEN, UNA SUPERFICIE LATERAL EN POSICION VERTICAL Y UNA PARTE INFERIOR DE CADA RANURA DE ASENTAMIENTO CONFORMADA EN EL SUSTRATO DE HERRAMIENTA, INTERSECTAN ENTRE SI CON UN ANGULO, MENOR QUE EL ANGULO DE INTERSECCION ENTRE UN LADO TRASERO Y UNA PARTE INFERIOR DE CADA CUERPO ENTERAMENTE SINTERIZADO.
Description
Herramienta de cuerpo sinterizado duro.
Esta invención hace referencia a una herramienta
que puede efectuar cortes y perforaciones y es de gran resistencia
al desgaste, que consta de un sustrato o cuerpo principal y un
cuerpo duro sinterizado de diamante o de nitruro de boro cúbico
unido al sustrato de la herramienta fuertemente y con gran rigidez.
Esta invención también presenta el método de fabricar la herramienta
descrita más arriba.
El diamante sinterizado se fabrica sinterizando
partículas finas de diamante, ligadas con un agente aglutinante
proveniente, por ejemplo, de un metal perteneciente a la familia del
hierro, en entornos de presión ultra alta y a altas temperaturas.
Este diamante tiene una resistencia considerablemente más alta al
deterioro causado por el uso que los carburos cementados
convencionales, y por lo tanto tiene un amplio ámbito de aplicación
como material para hacer filos de herramientas de corte, hileras de
estirado, puntas de brocas y herramientas altamente resistentes al
deterioro. Es un material sinterizado hecho de partículas finas de
nitruro de boro cúbico ligado por varios materiales aglutinantes
que exhibe un alto rendimiento y efectividad cuando se utiliza para
cortar metales duros de la familia del hierro y hierro colado.
La Figura 5 muestra una herramienta de corte
convencional con un cuerpo duro sinterizado incorporado. El cuerpo
duro sinterizado 1 se fabrica como si fuera un cuerpo sinterizado
compuesto de diamante o de nitruro de boro cúbico revestido con una
capa de soporte 2 de carburo cementado. El lado del soporte de este
cuerpo duro sinterizado está unido al sustrato o cuerpo principal de
la herramienta 4 mediante soldadura fuerte que atraviesa una capa de
unión 3, generalmente de plata (Ag) o de cobre (Cu) para conformar
una herramienta de corte como la que muestra la Figura 5.
Durante el proceso de soldadura fuerte, estos
cuerpos sinterizados compuestos se someten a procesos de
calentamiento y enfriamiento rápidos, y por lo tanto, dependiendo de
las condiciones reinantes, se pueden provocar fisuras o roturas en
la capa de unión o interfaz adherente situada entre el cuerpo duro
sinterizado1 y la capa de soporte 2 de carburo cementado debido a
las diferencias de los coeficientes de expansión térmica de cada uno
de los materiales que lo forman. Además, es posible que una vez que
completada la fabricación de la herramienta de corte, y dependiendo
de las condiciones del sinterizado de cuerpo duro sinterizado
relacionadas con las bajas fuerzas de adherencia que se dan en la
zona de interfaz de adherencia, se produzca astillado o
desportillamiento de la herramienta si se la somete a condiciones de
corte severas. Es decir, la herramienta tal como se planteaba
convencionalmente presentaba ciertos problemas.
Para solucionar estos problemas, la patente
japonesa no examinada 6085940 propone formar un carburo o un nitruro
de Ti o Zr en la zona de interfaz entre el cuerpo sinterizado y el
soporte de carburo cementado para aumentar la resistencia de la zona
de intermedia de interfaz. Pero debido a que los cuerpos
sinterizados compuestos se forman mediante la unión de distintos
materiales cuyos coeficientes de expansión son a su vez diferentes,
el efecto de esta mejora era limitado.
Por otra parte, se ha contemplado unir el cuerpo
duro sinterizado 1 (de diamante o de nitruro de boro cúbico) al
cuerpo principal de la herramienta 4 no a través de la capa de
soporte 2 del carburo cementado, sino directamente, eliminando la
capa intermedia de adherencia entre el cuerpo duro sinterizado 1 y
la capa de soporte 2 de carburo cementado. Estas estructuras de la
herramienta de corte se revelan en las patentes japonesas no
examinadas 59-1334665 y 60-187603,
2-274405, 7-124804 y
9-108912, y en las patentes japonesas examinadas
3-17791 y en la publicación japonesa examinada de un
modelo de utilidad 64-4839. Estas publicaciones
sobre la presente tecnología revelan la formación de una capa activa
de metal sobre la superficie de diamante o de nitruro cúbico de boro
del cuerpo sinterizado, así como que esta capa se adhiere
directamente al cuerpo principal de la herramienta mediante un
relleno de soldadura fuerte de Ag o Cu, o utilizando un relleno
activo de soldadura fuerte compuesto de un metal blando como Ag, Cu
o Au y un metal activo como ti, Zr o Ta, o combinaciones como
Ag-Cu-Ti, Cu-Ti,
AtTi, Au-Ta o Au-Nb.
En la literatura previamente publicada sobre esta
tecnología, y debido a que el cuerpo sinterizado de diamante o
nitruro de boro cúbico está ligado a un cuerpo principal de la
herramienta mediante una capa de unión o adherencia compuesta
principalmente de metales blandos como la plata, ciertos problemas
ocurrían cuando la herramienta se sometía a condiciones de corte
severas. Los problemas que se presentaban podían ser una disminución
de la exactitud del corte, empeoramiento de la rugosidad de la
superficie causada por la deformación de la capa de adherencia,
intermitencia del corte ocasionada por la falta de rigidez, y
erosión del material de soldadura fuerte y rotura de la herramienta
debida al calor de corte que se produce cuando el filo de corte de
la herramienta se extiende directamente a la capa de adherencia
atravesando el cuerpo sinterizado, que posee una alta conductividad
térmica.
Pobol et al., [6 (1997)
1067-1070] revelan otras herramientas sinterizadas
similares de diamante y materiales relacionados. También hay
información relevante al respecto en la Aplicación de patente Nº DE
43 04 104 A1 (NOF Corp).
El objeto de la presente invención es presentar
una herramienta dura sinterizada en la que el cuerpo duro
sinterizado de diamante o de nitruro de boro cúbico está ligado a
un sustrato o cuerpo principal de la herramienta a través de una
capa intermedia o capa de unión con la rigidez y fuerza de
adherencia lo suficientemente altas para que el cuerpo duro
sinterizado no sufra roturas o fisuras.
Un objetivo de esta invención es prevenir las
fisuras y las roturas del cuerpo duro sinterizado durante el proceso
de soldadura fuerte mientras se alcanzan las fuerzas de adherencia
de alta resistencia entre el cuerpo sinterizado y el cuerpo de la
herramienta.
De acuerdo a la presente invención, se presenta
un método de fabricación de la herramienta de cuerpo duro
sinterizado en la que un cuerpo duro sinterizado que contiene un 20%
por volumen o más de diamante o de nitruro de boro cúbico se une
mediante el método de soldadura fuerte a un cuerpo de herramienta de
soporte utilizando un material de soldadura fuerte de relleno que
contenga de un 20-30% por peso de titanio;
20-30% por peso de circonio y opcionalmente de un 10
a un 30% por peso de níquel (Ni) con la proporción restante del
compuesto de cobre; y en el que dicha soldadura fuerte se realiza en
vacío o en una atmósfera de gas inerte para formar la capa de
adherencia que contiene Ti y Zr y opcionalmente Ni; y que el resto
del porcentaje de la composición consista en Cu; y en el que dicho
cuerpo duro sinterizado esté adherido al cuerpo de soporte de la
herramienta a través de dicha capa de adherencia.
El punto de fusión de la capa de adherencia debe
ser, preferiblemente de 700-1000ºC. El cuerpo duro
sinterizado puede adherirse directamente a través de la capa de
adherencia al cuerpo de la herramienta. El grosor del cuerpo duro
sinterizado es, preferiblemente, de 0.25 a 1.25 mm.
El cuerpo de soporte de la herramienta de cuerpo
duro sinterizado de la presente invención tiene forma poligonal y un
el cuerpo duro sinterizado adherido a una de las esquinas del
cuerpo principal de la herramienta, dos nervaduras del cuerpo
principal de la herramienta situadas a ambos lados de dicha esquina,
cada una formada por un primer nervio adyacente y alineado con un
nervio del cuerpo duro sinterizado y un segundo nervio situado más
cerca del círculo grabado en la herramienta que el nervio del cuerpo
duro sinterizado.
Una herramienta consistente en un cuerpo duro
sinterizado cuya primera nervadura, de 0.1-2.0 mm de
longitud, y una herramienta consistente en un cuerpo duro
sinterizado, en la que la primera y segunda nervadura están
conectadas mediante un puente o paso de 0.01-1 mm,
preferiblemente.
Una herramienta consistente en un cuerpo duro
sinterizado que preferiblemente esta conformada con ranuras de
asiento en las esquinas, y en la que el cuerpo duro sinterizado está
unido mediante soldadura fuerte a una de las ranuras de asiento, y
en la que una de las nervaduras del cuerpo duro sinterizado es el
filo de corte, y en el que cada una de las ranuras de asiento tienen
un lado vertical y un lado inferior cuyas líneas se unen en el punto
de intersección del lado inferior y del lado posterior del cuerpo
duro sinterizado.
El ángulo de intersección del lado o cara
levantada y la cara inferior de las ranuras de asiento debe ser,
preferiblemente, de entre 75º y 87º.
La cara levantada y la inferior de cada ranura de
asiento deben conectar, preferiblemente, mediante una superficie
curva que tenga un radio de curvatura de entre 0.1 y 0.3 mm.
El cuerpo principal de la herramienta puede estar
hecho de carburo cementado.
De acuerdo a la presente invención, el cuerpo
duro sinterizado se conecta al cuerpo principal de la herramienta
mediante soldadura fuerte utilizando un material de relleno que
actúa de capa adherente. Este proceso se realiza en una cámara de
vacío o en una cámara de gas inerte.
El método de fabricación, de acuerdo a la
presente invención, puede incorporar pasos adicionales, como añadir
a las dos nervaduras situadas a ambos lados de la esquina otras dos
nervaduras adicionales. La primera de estas nervaduras sería
adyacente al cuerpo duro sinterizado y la segunda nervadura estaría
situada más cerca del círculo grabado en el cuerpo principal de la
herramienta que la primera, uniendo el cuerpo duro sinterizado a la
esquina del cuerpo principal de la herramienta, mientras que de
forma simultánea se rectificarían las nervaduras del cuerpo duro
sinterizado y la primera de las nervaduras adicionales para
conformar los filos de corte del cuerpo duro sinterizado.
Las descripciones que siguen a continuación,
junto con las Figuras que las ilustran a modo de ejemplo, pondrán de
relieve otras características y objetivos de la presente
invención:
Figura 1: es una perspectiva de sección de una
materialización de la herramienta de corte de acuerdo a la presente
invención.
Figura 2: es una perspectiva de sección de una
segunda materialización de la herramienta de corte de acuerdo a la
presente invención.
Figura 3: es una perspectiva de sección de una
tercera materialización de la herramienta de corte de acuerdo a la
presente invención.
Figura 4: es una perspectiva de sección de una
cuarta materialización de la herramienta de corte de acuerdo a la
presente invención.
Figura 5: es una perspectiva de sección de una
convencional (sin final en el original)
Figura 6: es una perspectiva frontal de una
inserción que representa la presente invención.
Figura 7: es una perspectiva frontal de una
inserción que representa la presente invención antes de ser
limada.
Figura 8: es una perspectiva frontal de una
inserción que representa la presente invención después de ser
limada.
Figuras 9A y 9B: son perspectivas laterales de la
Figura 8.
Figura 10: es una perspectiva frontal de una
inserción convencional.
Figura 11: es una perspectiva lateral de una
inserción que representa la presente invención antes de ser
limada.
Figura 12: es una perspectiva frontal que muestra
la inserción antes de ser limada en un método de fabricación
convencional.
Figura 13: es una perspectiva similar a la
mostrada en la Figura 12 en el paso previo al limado.
Figura 14A: es una perspectiva lateral de una
inserción convencional.
Figura 14B: es una perspectiva ampliada de la
Figura 14A.
Figura 15A: es una perspectiva lateral de otra
inserción convencional.
Figura 15B: es una perspectiva ampliada de la
Figura 15A.
Figura 16A: es una perspectiva de planta de la
inserción de acuerdo a la presente invención.
Figura 16B: es una perspectiva de sección
ampliada de la línea X-X de la Figura 16A.
Figura 17: es una perspectiva parcial de sección
ampliada de otra materialización de la presente invención; y
Figura 18: es una perspectiva de sección ampliada
de una tercera materialización de la presente invención.
Nosotros, los inventores, nos hemos dedicado con
ardor al empeño de desarrollar un método para unir el cuerpo
sinterizado de diamante o de nitruro de boro cúbico al cuerpo
principal o sustrato de la herramienta mediante una capa de
adherencia con la suficiente fuerza y la rigidez necesarias para
evitar la rotura o agrietamiento del
\hbox{cuerpo
sinterizado.}
Como resultado, hemos sintetizado un cuerpo duro
sinterizado de diamante o un cuerpo duro sinterizado de nitruro de
boro cúbico que se puede unir a un sustrato o cuerpo principal de la
herramienta con la seguridad de que no originará la rotura o fisura
de éste mediante un proceso de unión por soldadura fuerte que se
describe a continuación.
Para que un material de entre los considerados
adecuados pueda utilizarse como componente principal del bloque de
relleno para la soldadura fuerte debe satisfacer dos condiciones (o
poseer las siguientes dos propiedades): que la capa de adherencia
sea menos susceptible a la deformación, incluso cuando se la somete
a altas fuerzas de corte, y que pueda absorber las fuerzas que se
originan debido a los diferentes coeficientes de expansión térmica
de los diferentes materiales utilizados cuando éstos se unen
mediante soldadura de un cuerpo duro sinterizado de diamante o
nitruro de boro cúbico al cuerpo principal o sustrato de la
herramienta.
La plata (Ag) es el componente principal de los
materiales convencionales que se utilizan en este tipo de soldadura
fuerte, pero el coeficiente de módulos elásticos de la plata es tan
bajo que la capa de unión tiende a deformarse marcadamente cuando se
le somete a fuerzas de corte altas o severas. Por lo tanto la plata
(Ag) no es un material adecuado como relleno de soldadura fuerte.
El cobre (Cu), por el contrario tiene un alto índice de módulos
elásticos que le permiten absorber las fuerzas provocadas por la
diferencia entre los coeficientes de expansión térmica. Hemos
comprobado que es importante que el material de relleno para la
soldadura fuerte contenga cobre.
Por otra parte, la porción de adherencia está
sometida a altas temperaturas provocadas por el calor de corte, y
por lo tanto es necesario, para mejorar la fiabilidad operativa en
la porción de adherencia, además de una alta resistencia de
adherencia a temperatura normal, una resistencia alta al calor, para
poder mantener una alto coeficiente de resistencia incluso bajo
temperaturas excepcionalmente altas. Los metales que pertenecen a
los grupos IVa, Va y VIa de la tabla periódica tienen una
resistencia más alta que la plata y el cobre y también una
resistencia superior a altas temperaturas y a la deformación.
Hemos descubierto que es posible obtener un
material de soldadura fuerte en el que la fuerza de adherencia y la
resistencia a altas temperaturas mejora añadiendo cobre a estos
grupos como componente principal. Entre los metales mencionados, el
Titanio (Ti) y el Circonio (Zr) tienen una resistencia especialmente
alta a la operación a temperaturas altas. Por lo tanto, añadir Ti
y/o Zr al Cu, mejora la soldabilidad del material de relleno,
mejorando en consecuencia la fuerza de adherencia entre el cuerpo
duro sinterizado de diamante o nitruro de boro cúbico y el sustrato
de la herramienta.
Si el contenido de Ti y/o Zr en el material de
relleno de soldadura es inferior al 20% del peso, la fuerza de
adherencia y la resistencia a la operación a altas no se mejorará.
Si el contenido es superior al 30% por peso la temperatura de fusión
tiende a ascender, aumentando la probabilidad de astillamiento
causado por tensiones durante el proceso de adherencia.
Si el contenido de Ti y Zr en el material de
relleno es de 20-30% por peso, el punto de fusión
desciende de forma notable debido al efecto ternario eutéctico del
cristal formado por el Ti-Zr-Cu.
Este efecto es preferible por que la unión es posible a un punto de
fusión más bajo.
La resistencia al calor y a la corrosión aumenta
si el material de relleno contiene, además de los elementos
mencionados, un 10-30% por peso de Níquel. Si el
contenido de Níquel es inferior al 10% por peso, este porcentaje no
mejorará la resistencia a temperaturas altas. Si el contenido
añadido es superior al 30% aumentará el punto de fusión, aumentando
por lo tanto la posibilidad de que se originen fisuras o tensiones
en el cuerpo duro sinterizado durante el proceso de unión. Por lo
tanto, el contenido preferible de Níquel en el material de relleno
de la soldadura fuerte se encuentra entre un 10 y un 30%.
Utilizando un material de relleno con una
composición como la que se ha descrito, se puede efectuar la
soldadura fuerte a temperaturas relativamente bajas, como por
ejemplo entre 800-1000ºC.
El cuerpo duro sinterizado unido al cuerpo
principal de la herramienta puede ser uno de los conocidos cuerpos
duros sinterizados que contengan diamante o nitruro de boro cúbico
al 20% por volumen o más y soportado por un soporte de carburo
cementado, no obstante, ya que este compuesto se somete a un proceso
de calentamiento y enfriamiento rápido durante el proceso de
adherencia térmica, puede sufrir fisuras o astillamiento en la zona
de unión entre el cuerpo duro sinterizado y el cuerpo principal de
la herramienta debido a los diferentes coeficientes de expansión
térmica de los materiales que lo componen dependiendo de las
condiciones reinantes. Por lo tanto para obtener una herramienta
más fiable que tenga un cuerpo duro sinterizado es preferible unir
el cuerpo duro sinterizado directamente al cuerpo principal de la
herramienta sin utilizar una interfaz intermedia o zona de
unión.
Incluso si se utiliza un material de relleno
poseedor de una alta fuerza de adherencia tal como se ha descrito
más arriba, el calor de corte que se origina en el extremo del filo
de corte de la herramienta, se extenderá en gran medida a la capa de
adherencia a través del cuerpo duro sinterizado de diamante o
nitruro de boro cúbico, que son materiales de gran conductividad
térmica. Si el cuerpo duro sinterizado es de un grosor inferior a
0.25 mm, y por lo tanto se elevará la temperatura en la zona de
adherencia causando su deformación o astillamiento. El cuerpo duro
sinterizado debe tener un grosor mínimo de 0.25 mm. Si el grosor es
superior a 1.5 mm, se dificulta la operación de limado del filo de
corte. Por lo tanto, desde un punto de vista de económico, el
grosor preferible del cuerpo duro sinterizado debe ser de 1.5 mm o
inferior.
El cuerpo principal de la herramienta al que está
unido el cuerpo duro sinterizado puede estar fabricado de cualquier
material siempre que sea lo suficientemente resistente para soportar
la fuerza de corte. Los materiales pueden ser carburo cementado,
acero o cerámica, pero si se tienen en cuenta factores como los
coeficientes de expansión térmica de los diversos materiales que
forman el cuerpo duro sinterizado y el cuerpo principal de la
herramienta, la opción preferible es el carburo cementado.
Para unir el cuerpo duro sinterizado al cuerpo
principal de la herramienta mediante una zona de adherencia que
tenga la composición arriba descrita es necesario calentar y unir
los materiales en un cámara de al vacío a una presión de 1 x 10
^{-3} a 1 x 10 ^{-6} torr o en una cámara de gas inerte como el
Argón utilizando un material de relleno que contenga Titanio y
Circonio en una proporción de entre 20 y 30% por peso completando la
cantidad adecuada con Cobre, o utilizando un material de relleno que
además contenga 10-30% por peso de Níquel debido a
que durante el proceso de calentado/adherencia, es necesario
prevenir la oxidación de los componentes del material de relleno.
Para ello es esencial que el calentamiento y la unión se realicen
al vacío o en una atmósfera de gas inerte ya que la concentración de
oxígeno residual en este tipo de atmósferas es baja.
Incluso en el caso en que el cuerpo duro
sinterizado se haya unido al cuerpo principal de la herramienta
mediante el método arriba descrito, dependiendo de las condiciones
reinantes se pueden producir fisuras o astillamientos en el cuerpo
duro sinterizado.
Tal como muestran las Figuras 10 y 11 el cuerpo
duro sinterizado forma un ángulo agudo en la porción de la zona de
adherencia entre la nervadura 18 del cuerpo duro sinterizado 1 y la
nervadura 17' del cuerpo principal de la herramienta 4. Por lo
tanto, las fisuras y los astillamientos tienden a producirse durante
el proceso de limado necesario para formar el filo de corte.
Estas fisuras o roturas actúan como punto de
partida para roturas de mayor envergadura que reducen la fuerza de
adherencia y aumentan la posibilidad de que el cuerpo duro
sinterizado se desprenda del cuerpo principal de la herramienta
durante el uso, acortando a su vez la vida útil de la
herramienta.
Las Figuras 12 y 13 muestran como se fabrica un
elemento de inserción (cuerpo duro sinterizado) convencional. El
astillamiento o astillado y las fisuras tienden a ocurrir,
presumiblemente, debido a que el cuerpo duro sinterizado presenta un
ángulo agudo. Estas fisuras y astillamientos tienden a originarse
en la nervadura del cuerpo duro sinterizado. Para eliminar estos
desperfectos, una vez se ha procedido a la soldadura fuerte del
cuerpo duro sinterizado, se rectifica la nervadura 18 del cuerpo
duro sinterizado 1 y la nervadura 17' del cuerpo principal de la
herramienta 4 simultanea o separadamente, hasta eliminar las fisuras
o desperfectos por completo.
Pero si el cuerpo principal de la herramienta,
que está generalmente hecho de un material relativamente blando,
como carburo cementado, se lima junto con el cuerpo duro
sinterizado, la herramienta rectificadora tiende a cargarse hacia un
lado debido a las grandes diferencias de dureza de los materiales de
los que están hechos ambos cuerpos, dificultando la labor. Por lo
tanto, la rectificación simultánea es una labor extremadamente
intensiva y se ve agravada por las nervaduras particularmente largas
de los elementos de inserción convencionales que se tienen que
rectificar simultáneamente.
En contraste, el elemento de inserción que
presenta la presente invención, tal como muestran las Figuras 7 y 8,
tiene una primera nervadura 16 adyacente al círculo grabado del
cuerpo principal de la herramienta y un segundo conjunto de
nervaduras 17 situados más cerca de dicho círculo. Por lo tanto,
durante el paso de limado o rectificación, solo es necesario
rectificar las primeras nervaduras cortas 16, contribuyendo a
eliminar más fácilmente las fisuras y astillamientos que se forman
en el cuerpo duro sinterizado.
El elemento de inserción del cuerpo duro
sinterizado de acuerdo a la presente invención consiste en un
sustrato o cuerpo principal de la herramienta poligonal 4 y un
cuerpo duro sinterizado 1 unido a una esquina del cuerpo principal
de la herramienta 4 de diamante o nitruro de boro cúbico en una
proporción del 20% o más. Cada uno de los conjuntos de nervaduras
del cuerpo principal de la herramienta que se originan en la
esquina consisten en un primer nervio 16 alineado y adyacente a un
segundo nervio 18 del cuerpo duro sinterizado, y un segundo nervio
17 situado más cerca del círculo grabado del cuerpo principal de
la herramienta que el nervio 18.
Para un limado eficiente, las primeras nervaduras
16 del cuerpo principal de la herramienta no deben ser,
preferiblemente, mayores de 2.0 mm de longitud, ni menores de 0.1
mm, ya que si son más cortas se formarán fisuras en el cuerpo duro
sinterizado durante el proceso de soldadura fuerte que se pueden
extender hasta las primeras nervaduras 16, lo que puede provocar
que la porción del cuerpo principal de la herramienta, incluida la
primera nervadura, se astille junto con la porción dañada del cuerpo
duro sinterizado.
Si el elemento de inserción se forma rectificando
solamente las nervaduras del cuerpo duro sinterizado y la primera
nervadura del cuerpo principal de la herramienta, al finalizar el
limado, las primeras nervaduras 16 estarán conectadas a las segundas
nervaduras 17 en puentes o pasos de 0.01 mm o más de altura. Pero
si la altura de estos pasos es superior a 0.01 mm, la porción del
cuerpo duro sinterizado sobresaldrá en exceso y hará que la rigidez
de agarre del elemento de inserción sea baja, aumentando por lo
tanto la posibilidad de que vibre durante el uso de la herramienta.
Por lo tanto los pasos de conexión entre nervaduras serán
preferiblemente de entre 0.01-1.0 mm de altura.
Incluso si el cuerpo duro sinterizado se ha unido
al cuerpo principal de la herramienta siguiendo el procedimiento
arriba descrito, se pueden producir fisuras o astillamiento en el
cuerpo duro sinterizado debido a la diferencia de coeficientes de
expansión térmica entre el cuerpo duro sinterizado y el cuerpo
principal de la herramienta y la zona de adherencia durante la
soldadura fuerte, dependiendo de la forma de la ranura de
asiento.
Tal como muestran las Figuras 14 y 15, se forma
una oquedad o nicho 25 en la esquina de la cara lateral 23a en la
cara inferior 23b de la ranura de asiento 23 para evitar
interferencia con el borde del cuerpo duro sinterizado. Pero el
nicho 25 amplía localmente la capa de relleno de soldadura fuerte, y
por lo tanto causa la concentración de las fuerzas de tensión, que a
su vez provoca la formación de fisuras y roturas del cuerpo duro
sinterizado tal como muestra el punto C en las Figuras 14B y
15B.
En contraste, con el elemento de inserción de la
presente invención tal como muestran las Figuras
16-18, la cara levantada y la cara inferior de la
ranura de asiento, se cruzan a un ángulo más pequeño que el ángulo
formado por la intersección de la cara posterior y la cara inferior
del cuerpo duro sinterizado, de forma que se forma una porción en
receso en la esquina de la ranura de asiento sin necesidad de tener
que configurar un nicho 25. De esta forma, el grosor del material
de relleno del bloque de soldadura aumenta gradualmente hacia el
centro del elemento de inserción, previniendo la concentración de la
tensión local y reduciendo la posibilidad de que el cuerpo duro
sinterizado sufra fisuras o roturas durante la soldadura fuerte.
El cuerpo duro sinterizado sería más fácil de
fabricar si la parte inferior y la cara lateral se cruzaran en
ángulo recto (es decir, que el ángulo formado en la parte inferior
de la cara posterior fuera un ángulo de 90º). Si el ángulo de
intersección entre la cara levantada y la parte inferior de la
ranura de asiento es superior a 87º, el efecto sobre la porción en
receso será insuficiente. Además el cuerpo duro sinterizado tiende
a inclinarse durante la soldadura. Por otra parte, si este ángulo
de intersección es menor de 75º, la capa del material de relleno
será tan gruesa en la parte inferior del extremo posterior del
cuerpo duro sinterizado que puede hacer difícil evitar que éste
sufra fisuras o roturas, dependiendo de las condiciones reinantes.
Por lo tanto el ángulo de intersección debería ser preferiblemente
de entre 75º y 87º.
Al conectar la cara levantada con la parte
inferior a través de una superficie curva, es posible evitar la
concentración de fuerzas de tensión en la esquina de la ranura de
asiente provocada por la resistencia de corte. Si el radio de la
curvatura de la superficie curva es superior a los 0.3 mm, el efecto
de provisión de la porción encastrada será insuficiente. Si es
menor de 0.1 mm, el efecto de la superficie curva puede ser
insuficiente. Por lo tanto el radio de curvatura de la superficie
curva debe ser de 0.1 mm a 0.3 mm.
En las Figuras 16-18, el elemento
de inserción 10 de cada materialización tiene un cuerpo principal
de la herramienta 4 de carburo cementado y conformado con una ranura
de asiento 23 situada en una de las esquinas. Un cuerpo duro
sinterizado 1 que contiene un 20% por volumen de diamante o nitruro
de boro cúbico o más se suelda mediante soldadura fuerte a la ranura
de asiento 23. El cuerpo duro sinterizado 1 que muestra la Figura
16 tiene una capa de soporte 2 hecha de carburo cementado y adherida
a su parte inferior. Los cuerpos duros sinterizados que aparecen en
las Figuras 17 y 18 no tienen tal capa de soporte y están fabricados
de un único material. Una vez soldados, las nervaduras de cada
cuerpo duro sinterizado 1 se rectifican para formar un filo de corte
24.
Cada ranura de asiento 23 conformada en el
cuerpo principal de la herramienta 2 está definida por una cara
levantada 23a y una cara inferior 23b. El cuerpo duro sinterizado 1
de cualquiera de los elementos de inserción 10 que se muestran
tienen un ángulo de 90º en el borde inferior posterior, mientras que
el ángulo de intersección \theta formado por la cara levantada 23a
y la inferior 23b es de 90º o menos (preferiblemente de entre 75º y
87º).
En la materialización que muestran las Figuras 16
y 17, la cara inferior 23b se extienda paralelamente a la superficie
superior del cuerpo principal de la herramienta 2 de forma que la
superficie de la cara inferior 23b se puede usar como referencia
para posicionar el cuerpo duro sinterizado 1 durante la operación de
soldadura fuerte. En la materialización mostrada en la Figura 18,
la cara lateral 23a, que se extiende perpendicularmente a la
superficie superior del cuerpo principal de la herramienta 2, se
puede utilizar como referencia para posicionar el cuerpo duro
sinterizado 1.
En cualquiera de las materializaciones, la
esquina de la ranura de asiento 23, es decir, la porción que conecta
la cara lateral 23a con la inferior 23b, forma una superficie curva
23c con un radio de curvatura de 0.1-0.3 mm.
El elemento de inserción de la presente invención
puede tener forma triangular tal como se presenta en la Figura 16A,
o puede ser cuadrada, en forma de rombo, o de cualquier otra
forma.
Las Figuras 1-4 muestran
materializaciones de herramientas duras sinterizadas de acuerdo a la
presente invención. Todas las materializaciones son ejemplos de la
invención aplicada a elementos de inserción de corte
desechables.
El elemento 1 es un cuerpo duro sinterizado que
contiene un 20% o más de diamante o de nitruro de boro cúbico, el
elemento 2 es el cuerpo principal de la herramienta, un soporte de
carburo cementado alineado con el cuerpo duro sinterizado 1 por
medio de sinterizado integral, y 3 es la capa de adherencia que une
el cuerpo duro sinterizado 1 que aparece en la Figura 1, o el
compuesto duro sinterizado aparece en la Figura 2, con el cuerpo
principal de la herramienta 4. Esta capa de adherencia es una capa
formada por un material de relleno para la soldadura fuerte y
consiste en Ti y Cu, Zr y Cu o Ti, Zr y Cu, con Ni añadido de forma
opcional. El contenido de Ti, Zr y Ni tiene que ajustarse al
intervalo especificado en la presente invención. El cuerpo
principal de la herramienta 4 está hecho de carburo cementado.
En las materializaciones que muestran las Figuras
1 y 2, un cuerpo duro sinterizado 1 está montado sobre una de las
esquinas del cuerpo principal de la herramienta 4 sobre uno de sus
lados. Pero tales cuerpos duros sinterizados se pueden montar sobre
ambas esquinas de un lado tal como muestre la Figura 3, o todas las
esquinas del cuerpo principal de la herramienta 4 como muestra la
Figura 4.
La Tabla 1 muestra varios materiales de soldadura
fuerte preparados para examinar la influencia del contenido de Ti y
Zr en la capa de adherencia sobre la fuerza de adherencia y el
rendimiento de corte.
Los materiales de soldadura fuerte
1A-1D que aparecen en la Tabla 1 tienen diferentes
contenidos de Cu, Ti y Zr. Para preparar los especimenes del
material de soldadura fuerte, se disponen los materiales en polvo
con las composiciones que muestra la Tabla 1 y se mezclan con un
solvente orgánico (terpineol C_{10} H_{18}0) para formar pastas
de soldadura 1A-1D. Para evaluar la fuerza de
adherencia entre el nitruro de boro cúbico del cuerpo sinterizado y
el cuerpo principal de la herramienta de carburo cementado se
prepararon muestras en forma de varillas de 10 mm de longitud y 2.5
de diámetro de nitruro de boro cúbico y de carburo cementado. A
continuación se aplicaron los materiales de soldadura fuerte
1A-1D a las superficies de adherencia y las muestras
se calentaron al vacío a una presión
de 1 x 10^{-5} torr y a las temperaturas que muestra la Tabla 1. A continuación se mecanizaron las cuatro caras de los especimenes 2A-2D unidos mediante los materiales de soldado 1A-1D formando una sección cuadrada de 2 x 2 mm y se midió la fuerza de corte en la zona de unión de cada espécimen. La Tabla 2 muestra los resultados de las mediciones.
de 1 x 10^{-5} torr y a las temperaturas que muestra la Tabla 1. A continuación se mecanizaron las cuatro caras de los especimenes 2A-2D unidos mediante los materiales de soldado 1A-1D formando una sección cuadrada de 2 x 2 mm y se midió la fuerza de corte en la zona de unión de cada espécimen. La Tabla 2 muestra los resultados de las mediciones.
El punto de fusión del espécimen 2D, de alto
contenido de Ti y Zr, aumentó, por lo que hubo que calentar el
material de soldadura fuerte a temperaturas más elevadas para
fundirlo, lo que ocasionó fisuras en el nitruro de boro cúbico
haciendo imposible la medición de la fuerza de adherencia.
Los especimenes 2A-2D mostraron,
por el contrario, una alta fuerza de resistencia. En los especimenes
2B y 2C que se encuentran dentro del ámbito de la presente invención
la destrucción no se inició desde la zona de unión debido a su alto
contenido de Ti y Zr, exhibiendo una alta fuerza de adherencia.
A continuación, para evaluar el rendimiento de
corte, se unieron cuerpos duros sinterizados de nitruro de boro
cúbico a cuerpos principales de la herramienta utilizando los
materiales de soldado 1A-1C de las herramientas de
ensayo 3A-3C que aparecen en la Figura 1 y en la
Tabla 3. Para las pruebas de corte se utilizaron cuerpos duros
sinterizados de nitruro de boro cúbico de 0.75 mm de grosor. Las
pruebas de corte se realizaron con los siguientes parámetros:
| Pieza operativa | Varilla redonda de acero carburizado (SCM 415) |
| Dureza de la pieza operativa | HRC62 |
| Velocidad periférica de la pieza operativa | 200 m/min |
| Profundidad de corte | 0.5 mm |
| Velocidad de alimentación | 0.16 mm /rev |
| Tiempo de corte | 5 minutos |
Debido a la baja resistencia al calor de la capa
de unión de la herramienta 3A, la fuerza de adherencia de la
soldadura disminuyó, provocando el desprendimiento del cuerpo duro
sinterizado e impidiendo continuar el proceso de evaluación. En
contraste, las herramientas 3B y 3C, que satisficieron los
requisitos presentados por la presente invención, la fuerza de
adherencia del cuerpo duro sinterizado fue alta y la resistencia a
temperatura alta fue buena, por lo que no se provocaron fisuras o
rotura del cuerpo duro sinterizado durante la operación de corte
haciendo posible el mecanizado estable.
La Tabla 4 muestra varios materiales de soldadura
fuerte preparados para examinar la influencia del contenido de Ni
sobre la capa de adherencia y la resistencia a las temperaturas
altas. Los materiales de soldadura fuerte 4A-4D
tienen diferentes contenidos de Ni.
Los especimenes se prepararon disponiendo
materiales de soldadura fuerte en polvo con las composiciones que
muestra la Tabla 4 y se mezclaron con un solvente orgánico (etanol)
para obtener pastas de soldadura fuerte 4A-4D. Para
realizar las pruebas de corte se utilizaron cuerpos duros
sinterizados de nitruro de boro cúbico de 0.75 mm de grosor. Las
pruebas de corte se realizaron con los siguientes parámetros. Se
aplicaron los materiales de soldadura fuerte 4A-4D a
las superficies de adherencia y se unieron calentándolas en una
atmósfera de Ar a las temperaturas que muestra la Tabla 4. A
continuación ya unidas a los especimenes 5A-5D se
mecanizaron las cuatro caras longitudinales para obtener una sección
cuadrada de 2 x 2 mm de sección. El grosor de la capa de adherencia
resultante fue de
30 \mum.
30 \mum.
La Tabla 5 muestra los resultados de la
evaluación de la resistencia de corte de los especimenes en una
atmósfera con temperatura alta (350ºC).
El contenido de Ni del espécimen 5D era alto y en
consecuencia aumentó el punto de fusión haciendo que el material de
soldadura fuerte se derritiera a altas temperaturas, ocasionando
fisuras en el cuerpo duro sinterizado de nitruro de boro cúbico e
impidiendo realizar las mediciones de fuerza de adherencia.
Por el contrario, los especimenes
5A-5C mostraron una alta fuerza de adherencia. En
particular 5B y 5C, ambos con un alto contenido de Ni exhibieron
menor tendencia a oxidación de la capa de adherencia a altas
temperaturas y una gran resistencia a altas temperaturas.
(Este ejemplo no sigue los
parámetros de la presente
invención)
La Tabla 6 lista las herramientas de corte a las
que se evaluó para medir la influencia del grosor del cuerpo duro
sinterizado sobre el rendimiento de corte.
Las herramientas de corte 6A-6C
se prepararon uniendo un cuerpo duro sinterizado de diamante a
cuerpos de herramienta de carburo cementado mediante los materiales
de soldadura fuerte mostrados en la Tabla 6 con el mismo método
utilizado en el Ejemplo 1. Una vez unidas se evaluó el rendimiento
de corte de acuerdo a los siguientes parámetros:
La Tabla 7 muestra los resultados obtenidos.
Debido a que el cuerpo duro sinterizado de diamante la herramienta 7
A era delgado, el calor de corte se extendió en gran medida a la
capa de adherencia, ablandándola y haciendo que disminuyera la
fuerza de adherencia, y provocando el astillamiento de la
herramienta durante la operación de corte. Por el contrario, en los
especimenes 7B-7D, en los que el cuerpo duro
sinterizado de diamante era más grueso, el calor
de corte producido en el filo de corte se dispersó y se disipó de forma que no se ablandó la capa de adherencia. Se comprobó que se mantenía una alta fuerza de adherencia y se pudo realizar la operación de mecanizado de
de corte producido en el filo de corte se dispersó y se disipó de forma que no se ablandó la capa de adherencia. Se comprobó que se mantenía una alta fuerza de adherencia y se pudo realizar la operación de mecanizado de
\hbox{forma estable.}
La Tabla 8 lista las herramientas de corte que se
han preparado para examinar el efecto de la composición de la capa
de unión sobre el rendimiento de corte.
Para evaluar el rendimiento de corte de las
herramientas 8A-8F listadas en la Tabla 8, se
prepararon muestras del material de relleno para unir mediante
soldadura fuerte el cuerpo duro sinterizado de diamante al cuerpo
principal de la herramienta y se usó como material de soporte un
miembro de carburo cementado bajo el sustrato del cuerpo principal
de la herramienta. La composición de las diferentes capas de unión
una vez sometidas al tratamiento térmico aparece en la Tabla 9. La
Tabla 10 muestra los resultados de la evaluación de rendimiento de
corte de las herramientas 8A-8F realizada según los
siguientes parámetros:
Durante la evaluación de las herramientas 9A y
9C, que poseen una menor resistencia a las altas temperaturas, se
produjo una gran cantidad de calor de corte en el filo de corte que
se extendió a la capa de unión ocasionando la disminución de la
fuerza de adherencia, que a su vez ocasionó el astillamiento de la
herramienta de corte. Por el contrario, las herramientas 9B, 9D y
9E, que se sometieron al tratamiento térmico al vacío, no sufrieron
el reblandecimiento de la capa de unión y por lo tanto la fuerza de
adherencia se mantuvo alta y permitió el rectificado estable.
La Tabla 11 lista varios elementos de inserción
preparados para evaluar el efecto de los pasos de conexión entre el
primer y segundo nervio sobre la fuerza de adherencia, el
rendimiento de corte y el coste de fabricación. Es decir, los
cuerpos principales de la herramienta de los elementos de inserción
listados en la Tabla 11 ya están provistos de las primeras
nervaduras que los conectan al cuerpo duro sinterizado, y de las
segundas nervaduras situadas más cerca del círculo grabado sobre el
cuerpo principal de la herramienta que las primeras. Las primeras
nervaduras y los pasos entre los respectivos elementos de inserción
tienen distintas dimensiones entre sí.
Para fabricar los elementos de inserción se
prepararon sustratos de carburo cementado provistos de primeras y
segundas nervaduras tal como se muestra en la Tabla 11. A
continuación un cuerpo duro sinterizado de nitruro de boro cúbico
revestido de carburo cementado se unió mediante soldadura fuerte a
una esquina de cada una de las herramientas poligonales. La
composición del material de relleno para la soldadura utilizado:
25Ti-25Zr-50Cu y la soldadura se
realizó al vacío a una presión de 1 x 10 ^{-4} torr.
Para formar filos de corte a lo largo de las
nervaduras de cada cuerpo duro sinterizado de nitruro de boro cúbico
se rectificaron o bien únicamente las nervaduras del cuerpo duro
sinterizado o bien estas nervaduras y el primero de los nervios del
cuerpo principal de la herramienta se rectificaron simultáneamente.
La Tabla 12 muestra los tiempos de duración de la rectificación y
la presencia de fisuras en cada espécimen. Para eliminar las
fisuras de 0.2 mm de profundidad que se observaron en la punta de
cada cuerpo duro sinterizado, fue necesario rectificar cada nervio a
una profundidad de 0.25 mm.
Como resultado, al tener que rectificar la
porción de carburo cementado junto con la porción de cuerpo duro
sinterizado, los especimenes 12A; 12B, 12C, 12D, Y 12E, la rueda
del aparato de mecanizado utilizada para rectificar las fisuras se
cargaba en poco tiempo, alargando el tiempo de rectificado (también
para los especimenes 12I y 12M, cuyos primeros nervios eran
largos).
Por otra parte, especimenes 12F y 12J, ambos con
primeros nervios cortos, las fisuras que se formaron en el cuerpo
duro sinterizado durante el proceso de soldadura, se extendieron a
las primeras nervaduras delgadas del cuerpo principal de la
herramienta y no pudieron ser eliminadas.
Por el contrario, las fisuras que se formaron en
los especimenes 12g, 12H, 12K y 12L se pudieron eliminar fácilmente.
Estos cuatro especimenes se evaluaron para obtener los datos de su
rendimiento de corte (listados en la Tabla 13). El ensayo se realizó
de acuerdo a los siguientes parámetros:
El resultado obtenido con los especimenes 13K y
13L fue influido por su tamaño, que hizo que varias protuberancias
sobresalieran del cuerpo duro sinterizado produciendo
discontinuidades durante la operación de corte que a su vez
produjeron astillamiento del filo de corte del cuerpo duro
sinterizado, impidiendo continuar el ensayo.
Por el contrario los especimenes configurados de
acuerdo a la presente invención, 13G y 13H, se pudieron rectificar
satisfactoriamente, de forma estable, sin vibración o discontinuidad
durante el corte.
La Tabla 14 lista los elementos de inserción de
diamante sinterizado preparados para evaluar la influencia del
grosor del cuerpo duro sinterizado sobre el rendimiento del corte.
Es decir los elementos de inserción listados en la Tabla 14 se
prepararon de la misma forma que los del Ejemplo 5, soldando los
cuerpos sinterizados de diamante a los cuerpos principales de la
herramienta fabricados con carburo cementado y utilizando como
material de relleno de soldadura fuerte los materiales que aparecen
en la Tabla 14. La longitud de las primeras nervaduras de todos los
cuerpos principales de las herramientas, una vez que se habían
formado los filos de corte mediante rectificado, fue de 1.0mm y los
pasos entre el primer y el segundo nervio de 0.3 mm.
La Tabla 15 muestra los resultados de rendimiento
de corte obtenidos con las muestras que aparecen en la Tabla 14.
El calor de corte producido en el filo de corte
de la herramienta 15A se extendió considerablemente a la capa de
unión debido al delgado grosor del cuerpo duro sinterizado de
diamante, ocasionando que se astillara la herramienta durante la
operación de corte, ya que dicho calentamiento reblandeció la capa
de unión disminuyendo su fuerza de adherencia. Por el contrario, el
calor producido por el filo de corte de las herramientas
15B-15C, se dispersó y se disipó al ser el el cuerpo
duro sinterizado de diamante del grosor suficiente. Por lo tanto la
capa de unión no se reblandeció y conservó la fuerza de adherencia
deseada posibilitando un mecanizado estable.
Sin embargo, el mecanizado del espécimen 15D
requirió tiempo adicional, tal como muestra la Tabla 14, aumentando
el coste de producción de este elemento de inserción. Por lo tanto,
solo los especimenes 15B y 15C, cuyas especificaciones se conforman
a la presente invención, exhibieron un alto rendimiento de corte y
su producción resulta más económica. La evaluación de estas
herramientas se realizó de acuerdo a los siguientes parámetros:
Las capas de unión utilizadas en esta invención
tienen una alta resistencia a las temperaturas altas y a la
corrosión, tienen además una alta rigidez y se pueden soldar junto
con el cuerpo duro sinterizado. Por lo tanto, dichos materiales de
relleno imparten una tensión especialmente significante al cuerpo
duro sinterizado durante el proceso de soldadura fuerte. Por lo
tanto suprimir la concentración de las fuerzas de tensión locales es
de suma importancia para prevenir la formación de fisuras o roturas
del cuerpo sinterizado para que las ventajas obtenidas con la
presente invención sean más conspicuas.
La Tabla 16 muestra las siete clases de sustratos
o cuerpos principales de las herramientas, fabricados de carburo
cementado que se prepararon. En cada herramienta, cada cara lateral
y cara inferior de las ranuras de asiento forman diferentes ángulos
de intersección. El cuerpo sinterizado de nitruro de boro cúbico
(con un ángulo de 90º en el borde inferior posterior) y un contenido
del 55% por volumen de nitruro de boro cúbico se unió mediante
soldadura fuerte a la ranura de asiento (provista de una cara
curvada en la esquina con un radio de curvatura de 0.2 mm) de cada
sustrato utilizando un material de relleno cuya composición es la
siguiente: 25% Ti-25% Zr-50% Cu por
peso, al vacío con una presión de 1 x 10 ^{-4} torr.
A continuación, se formaron los filos de corte
rectificando las nervaduras de los respectivos cuerpos sinterizados
de nitruro de boro cúbico. Una vez configurados, los siete
distintos elementos de inserción (especimenes
16A-16G) se sometieron a observación para establecer
si existía alguna anormalidad y para medir el grosor del material de
relleno para la soldadura. Estos resultados se muestran en la Tabla
16. La capa de unión soldada de los especimenes 16F y 16G era
demasiado gruesa en la porción encastrada de la ranura de asiento de
forma que aumentaba la tensión debido al encogimiento de la capa de
soldadura. El estrés provocado por este motivo es considerable y
aumenta la posibilidad de que aparezcan fisuras en el cuerpo
sinterizado (en algunos de los especimenes 16F y 16G aparecieron
fisuras).
El ángulo del borde inferior posterior del
espécimen 16 A de los cuerpos sinterizados de nitruro de boro cúbico
era igual al ángulo de la esquina de las ranuras de asiento, de
forma que no se observaron efectos debidos a la formación de la zona
encastrada, y por lo tanto los cuerpos duros sinterizados de nitruro
de boro cúbico se soldaron inclinados.
Los especimenes 16B-16E no
exhibieron inclinación del cuerpo duro sinterizado, ni fisuras,
ninguna otra anormalidad, siendo fieles al diseño.
Para examinar que factores influenciaban la forma
seccional de la porción que conecta la cara levantada y la cara
inferior de cada una de las ranuras de asiento formadas en cada uno
de los sustratos o cuerpos principales de la herramienta sobre la
fuerza de adherencia del cuerpo duro sinterizado y el rendimiento de
corte del elemento de inserción, se prepararon cinco clases de
especimenes (elementos de inserción) 17A-17E tal
como muestra la Tabla 17. El ángulo de intersección entre la cara
levantada y la cara inferior de cada ranura de asiento de cada uno
de los especimenes era de 85º, y la cara levantada y la cara
inferior se conectaban mediante una superficie curva. Los radios de
curvatura de las superficies curvas eran diferentes en cada
espécimen tal como muestra la Tabla 17. Un cuerpo sinterizado de
nitruro de boro cúbico (55% por volumen de nitruro de boro cúbico y
ángulo inferior posterior de 90º) provisto de una capa de soporte de
carburo cementado adherida a la parte posterior se unió mediante
soldadura fuerte a la ranura de asiento de cada sustrato utilizando
un material de relleno con la siguiente composición:
40Ti-20Zr-25Cu-15Ni,
en una atmósfera de argón a 850ºC. Los filos de corte se formaron
mediante rectificado.
La Tabla 17 muestra las condiciones de adherencia
de los especimenes H-L y la presencia o ausencia de
fisuras.
En el espécimen 17E la provisión de la porción
encastrada fue irrelevante ya que el radio de la superficie curva
era demasiado largo y como resultado los cuerpos duros sinterizados
se soldaron inclinados.
En los especimenes 17A-17D los
cuerpos duros sinterizados se soldaron correctamente y no exhibieron
fisuras. El ensayo para comprobar el rendimiento de corte de éstos
especimenes se realizó bajo las siguientes condiciones:
El ensayo causó fisuras en una esquina de la
ranura del espécimen 17A debido a la concentración de las fuerzas
de tensión provocada por la fuerza de corte en dicha esquina. El
astillamiento ocurrió debido a que la superficie curva que forma la
esquina de la ranura de asiento tenía un radio demasiado
pequeño.
El radio de curvatura de la superficie curva de
los especimenes 17B, 17C y 17D era adecuado de forma que no provocó
la las fuerzas de tensión pudiéndose realizar el corte de forma
estable.
La Tabla 18 muestra la profundidad del desgaste
en el flanco de los especimenes 17B, 17C y 17D medido después de
haber utilizado la herramienta para cortar durante 5 minutos.
De acuerdo a la presente invención, puesto que la
capa de adherencia para unir el cuerpo duro sinterizado al cuerpo
principal de la herramienta es una capa que consiste en un
20-30% por peso de titanio y en un
20-30% por peso de circonio y de cobre en la
proporción restante, el cuerpo duro sinterizado se puede adherir
fuerte y rígidamente sin la posibilidad de que ocurran fisuras o
roturas. El cobre que contiene la capa de unión tiene un mayor
contenido de módulos elásticos que la plata utilizada
convencionalmente y puede absorber tensiones ocasionadas por
diferenciales de expansión térmica. El titanio y el circonio tienen
una alta resistencia a altas temperaturas y exhiben una gran
actividad, por lo tanto al incorporar titanio o circonio al cobre,
se mejora la soldabilidad del material de unión, lo que a su vez
mejora considerablemente la fuerza de adhesión.
Como resultado se hace posible prevenir el
desprendimiento y el astillamiento del cuerpo duro sinterizado
durante la operación de corte y se obtiene un cortado estable.
Si la presente invención se aplica a herramientas
de corte se pueden esperar resultados notables. No obstante, la
presente invención resultará altamente efectiva en aplicaciones de
taladrado, herramientas resistentes al deterioro por el uso e
hileras de estirado.
| (1B y 1C representan el diseño de acuerdo a la presente invención) |
| (2B y 2C representan el diseño de acuerdo a la presente invención) |
\vskip1.000000\baselineskip
| (3B y 3C representan el diseño de acuerdo a la presente invención) |
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
| (8E y 8F representan el diseño de acuerdo a la presente invención) |
| (9E y 9F representan el diseño de acuerdo a la presente invención) |
| (9E y 9F representan el diseño de acuerdo a la presente invención) |
\vskip1.000000\baselineskip
Claims (13)
1. Un método de fabricar una herramienta de
cuerpo duro sinterizado, a la que un cuerpo duro sinterizado que
contiene un 20% por volumen o más de diamante o de nitruro de boron
cúbico se une a un cuerpo principal de la herramienta mediante
soldadura fuerte utilizando un material de soldadura que contenga de
un 20-30% por peso de titanio (Ti),
20-30% por peso de circonio (Zr) y opcionalmente
10-30% por peso de níquel (Ni), y en el que el resto
de la fórmula se completa con cobre (Cu), y en la que dicha
soldadura fuerte se realiza al vacío o en una atmósfera de gas
inerte para formar una capa de unión o adherencia que contenga
titanio, circonio y opcionalmente níquel y cobre para completar la
fórmula, y e la que dicho cuerpo duro sinterizado está unido a dicho
cuerpo principal de la herramienta mediante dicha capa de unión.
2. Un método como el descrito en la
Reivindicación 1, que además consiste en los pasos que añadirán cada
uno de los dos conjuntos de nervaduras del cuerpo principal de la
herramienta situados a ambos lados de la esquina de dicho cuerpo un
primer nervio adyacente a dicho cuerpo duro sinterizado y un segundo
nervio situado más cerca que el anterior a un círculo grabado en el
cuerpo principal de la herramienta, de forma que se consigue la
unión de dicho cuerpo duro sinterizado a la esquina de dicho cuerpo
principal de la herramienta, y simultáneamente se rectifican las
nervaduras de dicho cuerpo duro sinterizado así como el primer
nervio para formar el filo de corte de dicho cuerpo duro
sinterizado.
3. Un método como el descrito en la
Reivindicación 1 o en la Reivindicación 2, en el que dicha capa de
unión o adherencia tiene un punto de fusión de 700º-1000ºC.
4. Un método como el descrito en las
Reivindicaciones de la 1 a la 3, en el que dicho cuerpo duro
sinterizado está directamente unido a dicho cuerpo principal de la
herramienta mediante dicha capa de unión o adherencia.
5. Un método como el descrito en la
Reivindicación 4 en el que dicho cuerpo duro sinterizado tiene un
grosor de 0.25-1.5 mm.
6. Un método como el descrito en las
Reivindicaciones de la 1 a la 5, en el que dicho cuerpo principal
de la herramienta está compuesto de carburo cementado.
7. Una herramienta de cuerpo duro sinterizado que
consiste en un cuerpo principal de la herramienta y un cuerpo duro
sinterizado que contiene una cantidad no inferior al 20% por volumen
de diamante o nitruro de boro cúbico, que está unido a dicho cuerpo
principal de la herramienta mediante una capa de unión o adherencia
que contiene titanio, circonio y, opcionalmente, níquel y en la que
se utiliza cobre para redondear la fórmula del material de relleno,
y en la que dicha herramienta de cuerpo duro sinterizado se obtiene
mediante un método de fabricación que se define en las
Reivindicaciones de la 1 a la 6.
8. Una herramienta de cuerpo duro sinterizado tal
como se describe en la Reivindicación 7, en la que dicho cuerpo duro
sinterizado está unido a una esquina del cuerpo principal de la
herramienta poligonal y presenta dos nervaduras del cuerpo
principal de la herramienta situadas a ambos lados de dicha esquina
cada una de las nervaduras consiste en un primer nervio adyacente al
cuerpo duro sinterizado y alineado con una nervadura de dicho cuerpo
duro sinterizado, y un segundo nervio situado más cerca que el
primer nervio del cuerpo duro sinterizado de un círculo grabado en
el cuerpo principal de la herramienta.
9. Un cuerpo duro sinterizado tal como se
describe en la Reivindicación 8 en el que dicho primer nervio tiene
una longitud de 0.1-2.0 mm.
10. Un cuerpo duro sinterizado tal como se
describe en las Reivindicaciones 8 o 9 en el que dicho primer y
segundo nervios están conectados mediante un puente o paso de
0.01-1.0 mm de longitud.
11. Un cuerpo duro sinterizado tal como se
describe en cualquiera de las Reivindicaciones de la 7 a la 10 en el
que dicho cuerpo principal de la herramienta está provisto de
ranuras de asiento en las esquinas, y en la que el filo de corte de
dicho cuerpo duro sinterizado es uno de los nervios mencionados, y
en el que cada una de dichas ranuras tiene una cara levantada y una
cara inferior que se cruzan en un punto de intersección en un ángulo
más pequeño que el ángulo de intersección que forman la cara
inferior y la cara posterior de dicho cuerpo duro sinterizado.
12. Un cuerpo duro sinterizado tal como se
describe en la Reivindicación 11, en el que el ángulo de
intersección de la cara levantada y de la cara inferior de dichas
ranuras de asiento se encuentra en un intervalo de entre
75º-87º.
13. Un cuerpo duro sinterizado tal como se
describe en las Reivindicaciones 11 o 12, en el que dicha cara
levantada y dicha la cara inferior de cada una de las ranuras de
asiento están conectadas mediante una superficie curva cuyo radio de
curvatura es de 0.1-0.3 mm.
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