ES2247373T3 - Procedimiento para la fabricacion de un recubrimiento en una herramienta de mecanizacion con levantamiento de virutas, y herramienta de mecanizacion. - Google Patents

Abstract

Método para la producción de un recubrimiento sobre una parte o partes de la superficie inmediata al borde o bordes de corte de una herramienta de corte con levantamiento de virutas, caracterizado porque la superficie de la herramienta o sustrato a recubrir es rectificada con una profundidad máxima de perfil RY menor de 8 microm en la sección transversal de la superficie, seguido de una etapa de alisado de las puntas salientes del perfil a una profundidad máxima del perfil RM de 1 a 5 microm y que sobre la superficie del sustrato constituida de este modo se aplica con un grosor de 0, 5 a 5 microm una capa de nitruro, carburo, carbonitruro, según sea el caso, con oxígeno por ejemplo, oxicarburo, como mínimo, de dos elementos de los grupos 4, 5 y 6 de la tabla periódica de elementos.

Description

Procedimiento para la fabricación de un recubrimiento en una herramienta de mecanización con levantamiento de virutas, y herramienta de mecanización.

La presente invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de una capa de recubrimiento, como mínimo, en partes de la superficie de la zona del borde o bordes de corte de una herramienta de mecanización con levantamiento de virutas.

Además, la invención se refiere a una herramienta de levantamiento de virutas que muestra, como mínimo, en partes de su superficie, en la zona del borde o bordes del canto de la misma, capas depositadas de un material duro.

Asimismo, la invención está dirigida a conseguir la utilización de una herramienta de mecanización con levantamiento de virutas, dotada de una capa de recubrimiento.

Son ya conocidas las herramientas de mecanización con levantamiento de virutas realizadas en acero rápido, acero de herramientas con elevado contenido de cromo o metal duro, que, en la zona de su borde o bordes de corte, presentan un recubrimiento superficial de un compuesto, especialmente un compuesto de titanio, por ejemplo, nitruro de titanio, carburo de titanio o carbonitruro de titano.

Pertenecen también al estado de la técnica recubrimientos de materiales duros con componentes de otros elementos de los grupos 4, 5 y 6 del sistema periódico, por ejemplo, dinitruro de vanadio, nitruro de circonio, nitruro de cromo, nitruro de niobio y similares. También se han dado a conocer recubrimientos constituidos por varias capas individuales que deben actuar, en especial, para la compensación de los distintos coeficientes de dilatación del sustrato y de la capa de recubrimiento.

Los procedimientos y recubrimiento propiamente dichos, por ejemplo, los procedimientos de depósito por vapor de tipo físico (PVD) y químico (CVD), son también habituales para los técnicos en la materia.

Todos los materiales de recubrimiento conocidos presentan, con respecto, como mínimo, a la matriz del cuerpo básico de la herramienta o bien del sustrato, una dureza más elevada y pueden, por lo tanto, aumentar la resistencia al desgaste de las superficies en los bordes de corte, aumentando asimismo el tiempo de vida útil del borde de corte, y por lo tanto de la herramienta. Las durezas más elevadas de la capa conducen frecuentemente a un cierto tipo de modificación del comportamiento con respecto al desgaste de la herramienta.

La resistencia al desgaste de una herramienta dotada de recubrimiento o bien el tiempo de vida útil o de servicio, depende esencialmente de la estabilidad mecánica del recubrimiento, así como de las características químicas de la capa dura. Para conferir a una unión entre sustrato y capa de material duro una elevada estabilidad, debe mostrar, por una parte, la rugosidad del sustrato una altura de perfil máxima que depende de las características del material R_{Y} según DIN 4762 que, en todo caso, se encuentre por debajo de 25 \mum, teniendo en cuenta que alturas mínimas de perfil no aportan ninguna mejora esencial de la resistencia de la adherencia sino que comportan una mayor complicación de fabricación y el peligro de deformaciones plásticas en las puntas. Por otra parte, los grosores de recubrimiento elevados superiores a 10-15 \mum aumentan la tendencia al desprendimiento. En la mecanización de materiales que liberan partículas inorgánicas y/u orgánicas o componentes similares, el tiempo de vida de la herramienta puede reducirse a pesar del recubrimiento, porque la aparición de corrosiones tiene un efecto contrario a la reducción del desgaste.

La presente invención se propone el objetivo de dar a conocer un procedimiento para el recubrimiento de las superficies en la zona de los bordes de corte de una herramienta de mecanización con levantamiento de virutas, cuyo procedimiento aporta una mayor resistencia en el cuerpo básico de la herramienta, una mayor resistencia a la corrosión y una menor abrasión del recubrimiento.

Otro objetivo de la invención es conseguir una herramienta para levantamiento de virutas con un recubrimiento de un material duro, cuya herramienta presenta una vida útil sustancialmente más prolongada en funcionamiento con una mayor solicitación.

Finalmente, la invención está dirigida a conseguir una mayor capacidad de utilización de una herramienta de mecanización con levantamiento de virutas.

El objetivo antes indicado de la presente invención se consigue en un procedimiento del tipo que se ha indicado en la introducción, de manera que la superficie a recubrir de la herramienta, o bien el sustrato, es mecanizado por rectificado, y en el perfil transversal de la superficie se dispone una altura de perfil R_{y} máxima inferior a 8 \mum, después de la cual tiene lugar un pulido del perfil hasta una profundidad de perfil Y_{v} de 1 a 5 \mum, preferentemente de 1 a 3 \mum, y sobre la superficie del sustrato conseguida de este modo se aplica una capa con un grosor de 0,5 a 5 \mum de nitruro, carburo, carbonitruro, en caso deseado, con componentes de oxígeno, por ejemplo, oxicarburo, como mínimo, de dos elementos de los grupos 4, 5 y 6 del sistema periódico.

Las ventajas conseguidas con la presente invención consisten esencialmente en que se consiguen las bases para conseguir especialmente una elevada resistencia de adherencia de la capa de recubrimiento, y que la nueva capa tiene una dureza más elevada, menor rozamiento y una estabilidad química superior.

Cuando una superficie de la herramienta que se debe recubrir es rectificada, dicha superficie presenta, como consecuencia, un perfil transversal perpendicular a la dirección de rectificado, que presenta puntas agudas con independencia de la profundidad de la rugosidad o bien de la altura máxima de perfil R_{Y} según DIN 4762, figura 27, tal como se muestra en la figura 1 extraída de la hoja de norma.

Se ha averiguado que el recubrimiento dispuesto sobre las puntas agudas del sustrato está debilitado en estos puntos, de manera que dichos puntos, especialmente para cargas paralelas a la superficie, pueden mostrar un punto de partida para el desprendimiento puntual del recubrimiento.

De acuerdo con la invención, se prevé un pulido de los puntos salientes del perfil que, por una parte, eliminan las elevaciones de perfil de efectos desfavorables, por lo menos parcialmente, y por otra, aseguran la rugosidad del sustrato que facilita la adherencia de la capa de recubrimiento tal como muestra la figura 2. En caso de que se consiga una profundidad máxima de perfil según DIN 4762 de R_{M} = 1 hasta 5 \mum, de manera ventajosa de 1,5 a 3 \mum, la adherencia del recubrimiento queda incrementada por la desaparición del efecto desfavorable de las puntas salientes.

Si tiene lugar la aplicación sobre una superficie del sustrato constituida del modo indicado, de acuerdo con la invención, de una capa de material duro que comprende un compuesto como mínimo de dos elementos metálicos de los grupos 4, 5 y 6 del sistema periódico, se consigue en comparación con compuestos, según el estado de la técnica un mayor anclaje de la capa de recubrimiento y también una modificación de características de la capa por la influencia ejercida sobre la estructura o retícula de los átomos. De este modo, es posible aumentar de forma sinérgica la adherencia del recubrimiento de metal duro y adecuar sus características a un determinado perfil de exigencias.

Los compuestos de nitruro, carburo y carbonitruro de los elementos de los grupos 4 y 5 del sistema periódico presentan una elevada dureza, pero son menos resistentes contra la corrosión química. Por el contrario, los elementos cromo, molibdeno y volframio presentan una elevada resistencia a la corrosión, lo cual sorprendentemente es también válido para los compuestos de estos metales. De acuerdo con la presente invención, se pueden aplicar compuestos que son mezcla de metales, por ejemplo, (MeI+MeII+...) N, sobre sustratos de manera que el recubrimiento presenta simultáneamente la resistencia a la corrosión y elevada dureza.

Para la realización de una suavización de los salientes del perfil, puede ser ventajoso un tratamiento por ataque iónico con una cantidad de electricidad en Coulomb (C) de 5,6 a 18,2 C/cm^{2}, preferentemente de 8,0 a 16,3 C/cm^{2}, con una duración de 800 a 1900 s, preferentemente de 1000 a 1500 s.

Para un ataque iónico o proyección iónica, en especial, de las puntas del perfil, la tensión debe ser superior al umbral de proyección, encontrándose preferentemente entre 150 y 280 V. Si se realiza de manera favorable un ataque con iones metálicos, la tensión debe tener un valor comprendido entre 800 y 1500 V.

Para conseguir simultáneamente una elevada dureza junto con una elevada resistencia a la corrosión, se puede prever de manera favorable el realizar el recubrimiento con un compuesto que comprende como mínimo un elemento de los grupos 6 y 4 de la tabla periódica. Por una parte, se aumenta la resistencia a la corrosión mediante los elementos Cr, Mo, y W del grupo 6 del sistema periódico y, por otra, tiene lugar una marcada tensión de la retícula atómica por la presencia de elementos del grupo 4 del sistema periódico en el compuesto.

El objetivo adicional de la invención se consigue con una herramienta con levantamiento de virutas del tipo indicado al principio, de forma que la superficie del recubrimiento de la herramienta o bien del sustrato presente, en perfil transversal de la superficie, referida a la dirección de mecanización de rectificado, una forma de perfil aplanado con una profundidad de perfil R_{m} de 1 a 5 \mum, y de manera que la capa de metal duro esté constituida mediante un nitruro, carburo, carbonitruro, en caso deseado con componentes de oxígeno, por ejemplo, oxicarburo, de un mínimo de dos elementos de los grupos 4, 5 y 6 de la tabla periódica con un grosor de 0,5 a 5,0 \mum.

Una forma de la superficie de mecanización o bien de la cara superior del sustrato con las puntas del perfil aplanado con una profundidad de perfil Y_{v} en sección transversal del perfil de 1 a 5 \mum, preferentemente de 1 a 3 \mum, presenta la característica ventajosa de la invención de que, por una parte, se consigue un anclaje favorable de la capa con mayor resistencia de la unión y, por otra, se consigue una construcción sustancialmente más regular y sin puntas de la parte superior de la superficie externa, tal como se muestra en la figura 2. Los compuestos metálicos o mezclas de metales aplicados como recubrimiento se pueden ajustar a las exigencias finales deseadas en la herramienta y transmiten a ésta, junto con la realización de la superficie de acuerdo con la presente invención con una profundidad de 0,5 a 5,0 \mum, unas características especialmente favorables. Esta ventaja es especialmente notable en herramientas que son afiladas por pulido de la superficie de levantamiento de virutas, porque las capas en los flancos de los cantos de corte experimentan solicitaciones especialmente elevadas en sentido transversal que facilitan el desprendimiento de la capa.

También el recubrimiento de la superficie de levantamiento de virutas consigue un aumento de la capacidad en el afilado de la herramienta mediante aplicación en los flancos.

Cuando, de acuerdo con la invención, la capa de metal duro se realiza con elementos de los grupos 6 y 4 de la tabla periódica, se puede disminuir por la elección de la parte correspondiente de los metales del compuesto en la mecanización de materiales que proporcionan productos corrosivos, se puede disminuir sustancialmente el ataque y/o del borde de corte de la herramienta.

Por ejemplo, se ha mostrado como especialmente favorable, en la mecanización de materiales de madera y de compuestos de madera, una capa de recubrimiento con nitruro o carbonitruro de cromo y titanio con una proporción de 40% atómico de titanio, preferentemente de 5 a 15% atómico de titanio, sobre un sustrato de acero rápido de mecanización.

La adherencia de compuestos orgánicos polimerizados sobre el recubrimiento se ha mostrado mínima.

La invención quedará adicionalmente manifestada por las correspondientes investigaciones llevadas a cabo.

En una prueba de dureza Vickers con una carga de 0,5 N, se determinaron valores de 1700 a 2000 HV para nitruro de cromo puro, y para un nitruro de titanio puro, valores de unos 2300 HV aproximadamente.

El nitruro de cromo muestra una buena resistencia a la corrosión que se mejora por partes componentes de molibdeno y de volframio en el compuesto. No obstante, las fracciones de titanio, circonio, hafnio, niobio y vanadio disminuyen de manera creciente con porcentajes de 10 a 40% atómico, la resistencia contra la corrosión aumentando la dureza del compuesto o bien el recubrimiento, y produjeron un efecto básicamente de fragilidad.

En recubrimientos de nitruro de cromo-titanio se descubrió que, con una composición creciente de titanio aproximadamente de 10% atómico de titanio, disminuye la resistencia a la corrosión, de manera que aproximadamente con 30% atómico la disminución se hace especialmente notable, lo que aumenta de manera específica el desgaste de tipo químico. Por el contrario, mediante la disposición de átomos de Ti en la retícula de nitruro de cromo, se aumenta su resistencia, y por lo tanto la dureza; para un valor aproximado de 30% atómico de titanio se consiguieron valores de dureza de la capa de unos 3000 HV. Además, el nitruro de cromo tiene, en comparación con el acero, por ejemplo, el acero rápido de herramientas, un coeficiente de dilatación reducido, por lo que la tensión en la capa es elevada, especialmente en la zona de puntas del perfil saliente del sustrato. Los componentes de titanio en el nitruro de cromo aumentan el coeficiente de dilatación del compuesto y disminuyen las tensiones en la capa sobre el sustrato.

Mediante pruebas prácticas se encontró que, en la mecanización con virutas de aglomerado de madera, la característica sumativa de la herramienta de mecanización con levantamiento de virutas se optimiza con una profundidad máxima de perfil de la superficie del sustrato R_{m} de 1 a 5 \mum, preferentemente de 1 a 3 \mum, y un recubrimiento con nitruro de cromo-titanio, de manera que el porcentaje de titanio fuera de 5 a 14%.

Claims (11)

1. Método para la producción de un recubrimiento sobre una parte o partes de la superficie inmediata al borde o bordes de corte de una herramienta de corte con levantamiento de virutas, caracterizado porque la superficie de la herramienta o sustrato a recubrir es rectificada con una profundidad máxima de perfil R_{Y} menor de 8 \mum en la sección transversal de la superficie, seguido de una etapa de alisado de las puntas salientes del perfil a una profundidad máxima del perfil R_{M} de 1 a 5 \mum y que sobre la superficie del sustrato constituida de este modo se aplica con un grosor de 0,5 a 5 \mum una capa de nitruro, carburo, carbonitruro, según sea el caso, con oxígeno por ejemplo, oxicarburo, como mínimo, de dos elementos de los grupos 4, 5 y 6 de la tabla periódica de elementos.

2. Método, según la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa de alisado de las puntas del perfil se realiza por ataque iónico con una cantidad de electricidad de 5,6 a 18,2 C/cm^{2}, preferentemente de 8,0 a 16,3 C/cm^{2}, con un tiempo de trabajo comprendido entre 800 y 9000 s, preferentemente entre 1000 y 1500 s.

3. Método, según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el alisado de puntas del perfil tiene lugar por ataque iónico mediante un gas inerte con una tensión eléctrica comprendida entre 150 V y 280 V.

4. Método, según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el alisado de puntas del perfil tiene lugar por ataque fónico metálico mediante un gas inerte con una tensión eléctrica comprendida entre 800 V y 1500 V.

5. Método, según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el recubrimiento se realiza con un compuesto como mínimo de un elemento de cada uno de los grupos 6 y 4 de la tabla periódica de elementos.

6. Herramienta de mecanización con levantamiento de virutas que tiene como mínimo una parte de su superficie en la zona del borde de corte con una capa dura aplicada, caracterizada porque la superficie de recubrimiento de la herramienta o sustrato tiene, con respecto al proceso de rectificado, una forma alisada del perfil con una profundidad de perfil máxima R_{M} de 1 a 5 \mum en la sección transversal de la superficie y porque la capa de material duro está realizada en nitruro, carburo, carbonitruro, según sea el caso con oxígeno, por ejemplo, oxicarburo, de un mínimo de dos elementos de los grupos 4, 5 y 6 de la tabla periódica de clasificación de elementos, con un grosor de 0,5 a 5 \mum.

7. Herramienta de mecanización, según la reivindicación 6, caracterizada porque la capa de material duro está realizada a partir de elementos de los grupos 6 y 4 de la tabla periódica de elementos.

8. Herramienta de mecanización, según la reivindicación 6 ó 7, caracterizada porque los elementos aluminio y/o silicio y/o boro son embebidos en la capa de material duro.

9. Herramienta de mecanización, según una de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizada porque el cuerpo de base de la herramienta de mecanización o sustrato de la misma está realizada por un proceso de pulvimetalurgia.

10. Utilización de las herramientas de mecanización con levantamiento de virutas, según las reivindicaciones 6 a 9, para el tratamiento de materiales que liberan componentes o partes de materiales inorgánicos y/u orgánicos durante dicho tratamiento, siendo dichos compuestos químicamente corrosivos y/o siento depositados y/o polimerizados cerca del borde de corte y/o superficies libres de la herramienta.

11. Utilización de herramientas de mecanización, según las reivindicaciones 6 a 10, para el tratamiento de madera, plásticos o materiales realizados por lo menos parcialmente a base de madera y/o resina artificiales o plásticos.