ES2301870T3 - USE OF A HARD METAL ALLOY. - Google Patents

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Abstract

Uso de una aleación de metal duro esencialmente a partir de carburo de wolframio con un tamaño promedio de grano menor que 1,2 µm y a partir de 13 a 23% en peso de metal aglutinante, seleccionado de uno o varios metales del grupo cobalto, hierro y níquel para puntas recambiables de destornillador.Use of a hard metal alloy essentially from tungsten carbide with an average grain size of less than 1.2 µm and from 13 to 23% by weight of binder metal, selected from one or more metals of the cobalt group, iron and nickel for replaceable screwdriver bits.

Description

Uso de una aleación de metal duro.Use of a hard metal alloy.

La invención se refiere al uso de una aleación de metal duro para puntas recambiables de destornillador.The invention relates to the use of an alloy made of hard metal for replaceable screwdriver bits.

Este tipo de puntas recambiables de destornillador, nombradas también con frecuencia bits de destornillador, se aloja en un soporte o directamente en el destornillador y presenta por lo general un vástago hexagonal de alojamiento, así como un extremo, nombrado también punta. La forma o el perfil del extremo están asociados al tornillo que se va a enroscar. Son muy conocidos en especial los tornillos con cabezas ranuradas, con cabezas de ranura cruciforme de formas diferentes, así como con cabezas interiores Torx.This type of replaceable tips screwdriver, also frequently named bits of screwdriver, is housed in a bracket or directly in the screwdriver and usually has a hexagonal shank of accommodation, as well as an end, also named tip. The way o the profile of the end are associated with the screw that is going to screw in. The screws with heads are especially well known grooved, with cruciform groove heads of different shapes, as well as with Torx inner heads.

Las puntas recambiables de destornillador se fabrican en primer lugar de acero, templado, por lo general, hasta una dureza de entre 54 y 62 HRC. Este tipo de puntas recambiables de destornillador de acero con esta dureza tienen normalmente una tenacidad suficiente aún para absorber sin daños el esfuerzo de torsión que se origina durante la operación de atornillado.Replaceable screwdriver tips are they manufacture steel first, tempered, usually up to a hardness between 54 and 62 HRC. This type of replaceable tips Steel screwdriver with this hardness normally have a Enough tenacity yet to absorb without damage the effort of torsion that originates during the screwing operation.

A pesar de la dureza proporcionalmente alta se produce en múltiples ocasiones, dependiendo también del perfil de la punta recambiable de destornillador, un desgaste y un deterioro rápidos de los cantos del perfil y, por tanto, un desgaste y/o un deterioro anticipados de las cabezas de tornillo.Despite the proportionally high hardness it produces multiple times, also depending on the profile of replaceable screwdriver tip, wear and deterioration fast edges of the profile and therefore wear and / or a anticipated deterioration of the screw heads.

Por esta razón se intentó anteriormente perfeccionar la resistencia al desgaste de la superficie de las puntas recambiables de destornillador, al menos en la zona del perfil, mediante revestimientos de material duro o refuerzos de metal duro fijados por soldadura.For this reason it was tried before improve the wear resistance of the surface of the replaceable screwdriver tips, at least in the area of the profile, using hard material coverings or reinforcements hard metal fixed by welding.

El documento DE4029734C2 describe, por ejemplo, la configuración de un revestimiento antideslizante sobre puntas recambiables de destornillador, disponiéndose las partículas de fricción sobre la superficie templada de trabajo de la punta recambiable de destornillador mediante el procedimiento por arco voltaico con un electrodo.Document DE4029734C2 describes, for example, the configuration of a non-slip coating on tips replaceable screwdriver, with the particles of friction on the tempered work surface of the tip Replaceable screwdriver by arc procedure Voltaic with an electrode.

Sin embargo, todas estas medidas resultan trabajosas y costosas y en el caso del revestimiento pueden dañar la estructura de la punta recambiable de destornillador debido a los efectos prolongados de la temperatura durante el proceso de revestimiento. En las puntas recambiables de destornillador con refuerzos de metal duro fijados por soldadura resulta demasiado baja frecuentemente la resistencia al cizallamiento de la zona soldada.However, all these measures result laborious and expensive and in the case of coating can damage The structure of the replaceable screwdriver tip due to the prolonged effects of temperature during the process of coating. On replaceable screwdriver tips with hard metal reinforcements fixed by welding turns out too much frequently lowers the shear strength of the area welded

Los documentos JP02204592A, DE29617040U, así como US-A-4753678 describen aleaciones de metal duro de grano fino a partir de carburo de wolframio como componente principal con aglomerante de cobalto o con un sistema aglomerante a partir de hierro, cobalto y níquel.Documents JP02204592A, DE29617040U, as well as US-A-4753678 describe carbide alloys of fine grain from carbide tungsten as the main component with cobalt binder or with a binder system from iron, cobalt and nickel.

Como elementos en los que se usan estas aleaciones de metal duro, se describen herramientas de taladrado o herramientas de corte que funcionan a altas revoluciones o alta velocidad de corte, que no tienen que transmitir pares altos de giro, así como que se solicitan en primer lugar al desgaste mecánico y sólo en menor medida a la torsión.As elements in which these are used hard metal alloys, drilling tools are described or cutting tools that work at high revolutions or high cutting speed, which does not have to transmit high torques of turn, as well as that they are requested first to mechanical wear and only to a lesser extent to torsion.

El documento FR-A-2469250 describe de forma muy general un material carburado, como el carburo de wolframio, sin datos detallados sobre la composición exacta para la fabricación de puntas recambiables de destornillador con una configuración especial.The document FR-A-2469250 describes very general a carbureted material, such as tungsten carbide, without detailed data on the exact composition for the manufacture of replaceable screwdriver tips with one configuration special.

Sin embargo, las puntas recambiables de destornillador, fabricadas en su totalidad de metal duro, no se aplican hasta el momento en la práctica teniendo en cuenta una resistencia a la torsión demasiado baja.However, the replaceable tips of screwdriver, made entirely of hard metal, is not apply so far in practice taking into account a torsion resistance too low.

El objetivo de la presente invención es poner a disposición un material para puntas recambiables de destornillador que supere los materiales conocidos hasta ahora para este tipo de aplicaciones en lo relativo a sus propiedades.The objective of the present invention is to set provision a material for replaceable screwdriver bits that exceeds the materials known so far for this type of applications in relation to their properties.

Esto se logra según la invención al usarse una aleación de metal duro esencialmente a partir de carburo de wolframio con un tamaño promedio de grano menor que 1,2 \mum y a partir de 13 a 23% en peso de metal aglutinante, seleccionado de uno o varios metales del grupo cobalto, hierro y níquel.This is achieved according to the invention by using a carbide alloy essentially from carbide tungsten with an average grain size less than 1.2 µm and a from 13 to 23% by weight of binder metal, selected from one or more metals of the cobalt, iron and nickel group.

El uso de esta aleación especial de metal duro proporciona mejoras evidentes en la resistencia al desgaste y a la vez excelentes resultados respecto a la resistencia a la torsión. Esto resultó particularmente sorprendente también, porque, contrario a lo esperado, las aleaciones de metal duro con una tenacidad especial presentan una buena resistencia a la torsión, sino que un grupo de aleaciones presenta sólo valores por debajo del promedio respecto a la tenacidad. La resistencia a la torsión, dependiente de la forma y del tamaño especial del elemento fabricado, se sitúa en el intervalo de 1.800 a 2.400 N/mm^{2}.The use of this special hard metal alloy provides obvious improvements in wear resistance and excellent results regarding torsion resistance. This was particularly surprising too, because, contrary to expectations, hard metal alloys with a Special toughness have good torsion resistance, but a group of alloys has only values below the average with respect to tenacity. Torsion resistance, dependent on the shape and special size of the item manufactured, it is in the range of 1,800 to 2,400 N / mm2.

El hecho de que la aleación esté compuesta esencialmente de carburo de wolframio significa que en la aleación hay cantidades insignificantes de otros materiales duros, en especial de otros carburos en un orden de magnitud de hasta 10% en peso aproximadamente, sin que varíen esencialmente las propiedades ventajosas.The fact that the alloy is composed essentially tungsten carbide means that in the alloy there are insignificant amounts of other hard materials, in of other carbides in an order of magnitude of up to 10% in weight approximately, without essentially varying the properties advantageous

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Para el uso según la invención resulta especialmente adecuada una aleación de metal duro a partir de carburo de wolframio con un tamaño promedio de grano en el intervalo de 0,7 a 0,9 \mum y a partir de 13 a 17% en peso de aglutinantes de cobalto.For use according to the invention it turns out especially suitable a hard metal alloy from tungsten carbide with an average grain size in the range of 0.7 to 0.9 µm and from 13 to 17% by weight of cobalt binders.

Las propiedades, mejoradas adicionalmente, de la aleación de metal duro según la invención están presentes al existir un cierto porcentaje de grano grueso en la aleación de metal duro.The properties, further improved, of the Hard metal alloy according to the invention are present at there is a certain percentage of coarse grain in the metal alloy Lasted.

Como orden ventajoso de magnitud ha resultado adecuado en este caso un porcentaje de hasta 200 granos/mm^{2} con un tamaño promedio de grano en el intervalo de 6 a 15 \mum.As an advantageous order of magnitude has resulted suitable in this case a percentage of up to 200 grains / mm2 with an average grain size in the range of 6 to 15 \ mum.

La configuración del porcentaje de grano grueso se realiza mediante una ligera sobresinterización de la aleación de metal duro durante la fabricación. Sin la configuración de un porcentaje de grano grueso, la sinterización de la aleación de metal duro, según la invención, se realiza a una temperatura 1.400ºC aproximadamente durante un período de tiempo de 60 minutos aproximadamente. La sobresinterización para la configuración del porcentaje de grano grueso se logra mediante un aumento de la temperatura de sinterización a 1.440ºC aproximadamente y una prolongación del tiempo de sinterización a 90 minutos aproximadamente.The coarse grain percentage setting It is done by a slight oversintering of the alloy hard metal during manufacturing. Without setting up a Coarse grain percentage, alloy sintering Hard metal, according to the invention, is made at a temperature 1,400 ° C approximately for a period of 60 minutes approximately. Oversinterface for configuration of Coarse grain percentage is achieved by increasing the sintering temperature at approximately 1,440 ° C and a prolongation of sintering time to 90 minutes approximately.

Los valores máximos en los pares transferibles de giro se alcanzan cuando las puntas recambiables de destornillador se fabrican mediante la fundición por inyección de polvos metálicos.The maximum values in the transferable pairs of rotation are achieved when the screwdriver replaceable tips  They are manufactured by powder injection molding metallic

A tal efecto se fabrica un granulado por mezcla a partir de la mezcla de polvo de metal duro y un aglutinante orgánico, como ceras o polímeros, y éste se calienta en una máquina de fundición por inyección a temperaturas de entre 100 y 200ºC aproximadamente, así como se inyecta mediante una prensa en moldes de fundición con una realización correspondiente. Después de enfriarse la mezcla, las piezas en bruto, que ya presentan una resistencia excelente, se expulsan del molde de fundición por inyección y se desaglutinan a continuación en hornos correspondientes y se sinterizan mediante la configuración de una fase líquida del porcentaje de metal aglutinante. La merma que se produce aquí desde el punto de vista del volumen, se sitúa en el orden de magnitud de 50% aproximadamente y la densidad obtenida de sinterización, en casi 100% de la densidad teórica.For this purpose a granulate is manufactured by mixing from the mixture of hard metal powder and a binder organic, such as waxes or polymers, and it is heated in a machine injection molding at temperatures between 100 and 200 ° C approximately, as well as injected by a mold press casting with a corresponding embodiment. After cool the mixture, the blanks, which already have a excellent resistance, they are ejected from the casting mold by injection and then deagglutinate in ovens corresponding and sintered by configuring a Liquid phase of the percentage of binder metal. The decline that is produces here from the point of view of volume, it is situated in the order of magnitude of approximately 50% and the density obtained from sintering, at almost 100% of theoretical density.

Mediante la aplicación de la fundición por inyección de polvo metálico se pueden crear dentro del propio molde de fundición formas redondeadas adecuadas en cantos especialmente expuestos de la punta recambiable de destornillador, lo que posibilita la transmisión de pares altos de giro sin peligro de rotura como resultado del reducido efecto de entalladura en la punta recambiable de destornillador.By applying the foundry by Metal powder injection can be created within the mold itself cast iron rounded shapes suitable especially edges exposed from the replaceable screwdriver tip, which enables high torque transmission without danger of breakage as a result of the reduced notch effect on the replaceable screwdriver tip.

En la fundición por inyección de polvo metálico de puntas recambiables de destornillador tiene una ventaja especial, si en el molde de fundición por inyección, directamente debajo del extremo de destornillador, están creados varios resaltos paralelos en forma de nervios que discurren aproximadamente en 45º respecto al eje longitudinal. Estos resaltos provocan que el material inyectado en el molde siga un flujo dirigido hacia el extremo de la punta recambiable de destornillador, lográndose un llenado especialmente bueno y una densidad uniforme en esta zona, que se somete al esfuerzo máximo durante la aplicación.In metal powder injection casting of replaceable screwdriver bits has an advantage Special, if in the injection mold, directly under the screwdriver end, several highlights are created parallel in the form of nerves that run approximately 45º with respect to the longitudinal axis. These highlights cause the material injected into the mold follow a flow directed towards the screwdriver replaceable tip end, achieving a Especially good filling and a uniform density in this area, which undergoes maximum effort during application.

Además, la fundición por inyección de polvo metálico permite mediante una calidad adecuada de la superficie del molde de fundición por inyección una configuración especialmente estructurada de la superficie perfilada de la punta recambiable de destornillador, con la que se puede impedir en gran medida, incluso al existir una fuerza menor de compresión de la punta recambiable de destornillador, su salida de la cabeza de tornillo, prolongándose así la vida útil de la punta recambiable de destornillador. Un efecto reforzado adicionalmente en este sentido se logra cuando durante el proceso de fundición por inyección se incorporan partículas ultraduras, por ejemplo, granos de diamante, al molde de fundición por inyección.In addition, powder injection casting metallic allows for adequate surface quality of the injection molding mold a configuration especially structured profiled surface of the replaceable tip of screwdriver, with which you can greatly prevent even when there is a lower compression force of the replaceable tip of screwdriver, its screw head outlet, thus extending the service life of the replaceable tip of screwdriver. An additionally reinforced effect in this regard it is achieved when during the injection molding process incorporate ultra-fine particles, for example, diamond grains, to injection molding mold.

A continuación se describe detalladamente la invención por medio de un ejemplo de fabricación.The following describes in detail the invention by means of a manufacturing example.

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Ejemplo de fabricaciónManufacturing example

Para comprobar la resistencia a la torsión se fabricaron muestras en forma de barra, que en la tabla 1 aparecen identificadas como muestras 1, a partir de una aleación de metal duro, según la invención, compuesta de 85% en peso de carburo de wolframio con tamaño promedio de grano de 0,7 \mum y el resto de cobalto. Las muestras presentaban un perfil hexagonal con un elemento central cilíndrico. La longitud total de las muestras era de 38 mm con una anchura entre caras del perfil hexagonal de 5 mm. El elemento central cilíndrico de las muestras presentaba una longitud de 16 mm y un diámetro de 3,8 mm. La sección transversal, obtenida así, del elemento central corresponde aproximadamente a la sección transversal de corte de las puntas recambiables de destornillador usadas con más frecuencia en la práctica.To check the torsional strength, they made bar-shaped samples, which appear in table 1 identified as samples 1, from a metal alloy hard, according to the invention, composed of 85% by weight carbide of tungsten with an average grain size of 0.7 µm and the rest of cobalt. The samples had a hexagonal profile with a central cylindrical element. The total length of the samples was 38 mm with a width between faces of the hexagonal profile of 5 mm. The cylindrical central element of the samples had a length of 16 mm and a diameter of 3.8 mm. Cross section, obtained thus, the central element corresponds approximately to the cross section of cut of the replaceable tips of screwdriver used more frequently in practice.

En una prensa de matriz se fabricó un bloque con las dimensiones 70 mm x 46 mm x 25 mm mediante prensado de la mezcla de polvo de la aleación de metal duro, según la invención, con una presión de 220 MPa.In a matrix press a block was manufactured with the dimensions 70 mm x 46 mm x 25 mm by pressing the powder mixture of the carbide alloy, according to the invention, with a pressure of 220 MPa.

Del bloque prensado se cortaron con discos de diamante las muestras con su forma básica hexagonal a partir del elemento central. A continuación se sinterizaron las muestras a 1.420º durante 60 minutos.The pressed block was cut with discs of Diamond samples with their hexagonal basic shape from core element. The samples were then sintered to 1,420º for 60 minutes.

Después de la sinterización se esmeriló en el perfil hexagonal de las muestras el elemento central cilíndrico de 38 mm de diámetro con una tolerancia de \pm 5 \mum. Las muestras fabricadas de este modo se comprobaron en dispositivos correspondientes de ensayo respecto a la resistencia a la rotura por flexión y la resistencia a la torsión. Los valores promedios de la resistencia a la rotura por flexión y la resistencia a la torsión de las muestras comprobadas están registrados en la tabla 1.After sintering it was ground in the hexagonal profile of the samples the cylindrical central element of 38 mm in diameter with a tolerance of ± 5 µm. The samples manufactured in this way were checked on devices test corresponding to the breaking strength by flexion and torsion resistance. The average values of the resistance to breakage by bending and torsion resistance of the samples tested are recorded in table 1.

Para realizar una comparación se fabricaron muestras del mismo tipo, que en la tabla 1 aparecen identificadas como muestras 2, a partir de una aleación de metal duro, compuesta de 75% en peso de carburo de wolframio con un tamaño promedio de grano de 3 \mum y el resto de cobalto, además muestras, que en la tabla 1 aparecen identificadas como muestras 3, a partir de una aleación de metal duro, compuesta de 85% en peso de carburo de wolframio con un tamaño promedio de grano de 1,5 \mum y el resto de cobalto, así como, por último, muestras, que en la tabla 1 aparecen identificadas como muestras 4, a partir de una aleación de metal duro, compuesta de 80% en peso de carburo de wolframio con un tamaño promedio de grano de 1,5 \mum y el resto de cobalto, y al igual que en las muestras de la aleación de metal duro, según la invención, se comprobó la resistencia a la rotura por flexión y la resistencia a la torsión. Los valores promedios de las resistencias de estas muestras también están registrados en la tabla 1.To make a comparison they were manufactured samples of the same type, which are identified in table 1 as samples 2, from a hard metal alloy, composed 75% by weight of tungsten carbide with an average size of 3 µm grain and the rest of cobalt, plus samples, which in the Table 1 are identified as samples 3, from a carbide alloy, composed of 85% by weight carbide tungsten with an average grain size of 1.5 µm and the rest of cobalt, as well as, finally, samples, which in table 1 they are identified as samples 4, from an alloy of hard metal, composed of 80% by weight of tungsten carbide with a average grain size of 1.5 µm and the rest of cobalt, and at same as in the samples of the carbide alloy, according to the invention, the resistance to breakage by bending and the torsion resistance. The average resistance values of these samples are also recorded in table 1.

Para realizar otra comparación se fabricaron muestras del mismo tipo a partir de acero templado, que en la tabla 1 aparecen identificadas como muestras 5. En este caso, el acero presentaba una composición convencional para la fabricación de puntas recambiables de destornillador. Estas muestras también se comprobaron en relación con la resistencia a la rotura por flexión y la resistencia a la torsión y sus valores promedios se registraron en la tabla 1.To make another comparison they were manufactured Samples of the same type from hardened steel, than in the table 1 are identified as samples 5. In this case, the steel It presented a conventional composition for the manufacture of replaceable screwdriver tips. These samples are also checked in relation to the resistance to breakage by bending and torsion resistance and its average values were recorded in table 1.

TABLA 1TABLE 1

1one

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En la tabla se puede observar que la aleación de metal duro, según la invención, presenta los mejores valores respecto a la resistencia a la torsión en comparación con las demás aleaciones de metal duro. Sus valores de resistencia a la torsión son comparables con los valores de la aleación de acero. Dado que el metal duro presenta de manera adicional propiedades de resistencia al desgaste claramente mejores respecto al acero, se logra una ventaja significativa de la aleación de metal duro. Resulta especialmente sorprendente que las aleaciones de metal duro con una alta tenacidad y una resistencia a la rotura por flexión, buena o incluso más alta, presentan valores más desfavorables, incluso, en parte, valores claramente más desfavorables en la resistencia a la torsión.In the table it can be seen that the alloy of Hard metal, according to the invention, has the best values with respect to torsion resistance compared to the others hard metal alloys. Its torsion resistance values They are comparable with steel alloy values. Since the hard metal additionally presents resistance properties to wear clearly better with respect to steel, a significant advantage of hard metal alloy. Result especially surprising that hard metal alloys with a high toughness and a resistance to breakage by bending, good or even higher, they have more unfavorable values, even in part, clearly more unfavorable values in resistance to torsion.

Claims (7)

1. Uso de una aleación de metal duro esencialmente a partir de carburo de wolframio con un tamaño promedio de grano menor que 1,2 \mum y a partir de 13 a 23% en peso de metal aglutinante, seleccionado de uno o varios metales del grupo cobalto, hierro y níquel para puntas recambiables de destornillador.1. Use of a hard metal alloy essentially from tungsten carbide with a size average grain less than 1.2 µm and from 13 to 23% in binder metal weight, selected from one or more metals of the cobalt, iron and nickel group for replaceable tips screwdriver. 2. Uso de una aleación de metal duro según la reivindicación 1, caracterizado porque la aleación de metal duro está compuesta de carburo de wolframio con un tamaño promedio de grano en el intervalo de 0,7 a 0,9 \mum, y a partir de 13 a 17% en peso de cobalto.2. Use of a hard metal alloy according to claim 1, characterized in that the hard metal alloy is composed of tungsten carbide with an average grain size in the range of 0.7 to 0.9 µm, and from 13 to 17% by weight cobalt. 3. Uso de una aleación de metal duro según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque ésta presenta un porcentaje de grano grueso de hasta 200 granos/mm^{2} con un tamaño promedio de grano en el intervalo de 6 a 15 \mum.3. Use of a hard metal alloy according to claim 1 or 2, characterized in that it has a coarse grain percentage of up to 200 grains / mm2 with an average grain size in the range of 6 to 15 µm . 4. Punta recambiable de destornillador a partir de una aleación según una de las reivindicaciones 1 a 3.4. Replaceable screwdriver tip starting of an alloy according to one of claims 1 to 3. 5. Procedimiento para la fabricación de una punta recambiable de destornillador según la reivindicación 4, caracterizado porque la fabricación se realiza mediante fundición por inyección de polvo metálico.5. Process for manufacturing a replaceable screwdriver tip according to claim 4, characterized in that the manufacturing is carried out by injection molding of metallic powder. 6. Procedimiento para la fabricación de una punta recambiable de destornillador según la reivindicación 5, caracterizado porque en el molde de fundición por inyección, directamente debajo del extremo de destornillador, están creados varios resaltos paralelos en forma de nervios que discurren aproximadamente en 45º respecto al eje longitudinal de la punta recambiable de destornillador.Method for the manufacture of a replaceable screwdriver tip according to claim 5, characterized in that in the injection molding mold, directly below the screwdriver end, several parallel projections are created in the form of ribs that run approximately 45 ° with respect to the longitudinal axis of the replaceable screwdriver tip. 7. Punta recambiable de destornillador fabricada conforme a un procedimiento según la reivindicación 6, caracterizada porque ésta presenta directamente debajo del extremo de destornillador varias ranuras paralelas que discurren aproximadamente en 45º respecto al eje longitudinal de la punta recambiable de destornillador.7. Replaceable screwdriver tip manufactured according to a method according to claim 6, characterized in that it has several parallel grooves directly under the screwdriver end running approximately 45 ° with respect to the longitudinal axis of the replaceable screwdriver tip.
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