Selección de acero para herramientas para matrices de laminado de roscas
El laminado de roscas forma las roscas por deformación plástica, lo que somete a las matrices a una alta presión de contacto continua y a cargas repetidas. El proceso no elimina material, por lo que la acumulación de tensiones en la superficie de la matriz se convierte en el factor dominante.
Durante el funcionamiento, las matrices están expuestas a tensión de compresión, flexión y contacto deslizante. La fricción puede generar calor, particularmente en matrices cilíndricas, pero esto suele ser secundario. En condiciones de trabajo limpias, el desgaste abrasivo es limitado. En cambio, la falla es impulsada principalmente por la fatiga, que inicia microgrietas en la cresta de la rosca y progresa hacia desprendimiento y deterioro local. Una vez que la geometría de la cresta se degrada, la precisión dimensional se pierde rápidamente.
Factores de selección
La selección de material para matrices de laminado de roscas se rige por cómo responde el acero a las cargas repetidas en zonas de concentración de tensiones, más que por la resistencia estática únicamente.
Se requiere alta resistencia a la compresión para prevenir la deformación plástica bajo presión radial. Sin embargo, la cresta de la rosca es altamente sensible a la iniciación de grietas. Sin suficiente tenacidad, se produce desportillado o desprendimiento localizado temprano en servicio.
La resistencia a la fatiga rige la vida útil. Los materiales que resisten la iniciación de grietas y ralentizan la propagación de grietas mantienen la integridad de la matriz durante ciclos de producción más largos.
El compromiso radica entre tenacidad y resistencia al desgaste. Para corridas cortas o inestables, una mayor tenacidad reduce el riesgo de falla prematura. Para producción estable a largo plazo, un mayor contenido de aleación y volumen de carburos mejoran la retención dimensional, incluso a costa de una menor tenacidad.
Aceros para herramientas recomendados
En aplicaciones industriales, los siguientes grados se usan comúnmente para matrices de laminado de roscas planas y circulares, según las condiciones de producción y los requisitos de estabilidad.
Acero para herramientas AISI A2 | 1.2363 | SKD12
A2 ofrece una combinación equilibrada de tenacidad y resistencia al desgaste, lo que lo hace adecuado tanto para matrices planas como cilíndricas. Su mayor tenacidad ayuda a proteger la cresta de la rosca contra el desportillado bajo cargas repetidas.
También ofrece buena estabilidad dimensional durante el tratamiento térmico, lo cual es importante para matrices que requieren rectificado posterior al temple. En aplicaciones donde la alineación, la lubricación o las condiciones de carga no son completamente estables, A2 proporciona un margen de seguridad más amplio.
Su limitación es la resistencia al desgaste. En corridas de producción largas, un menor contenido de carburos conduce a una degradación del perfil más rápida que en grados de mayor aleación.
Acero para herramientas AISI D2 | 1.2379 | SKD11
D2 se selecciona cuando la estabilidad dimensional y la resistencia al desgaste son los requisitos principales. Su alto contenido de carbono y cromo produce un gran volumen de carburos duros, que mejoran significativamente la resistencia a la degradación superficial.
En producción de corridas largas, D2 mantiene la precisión del perfil de rosca y extiende la vida de la matriz. Esto lo hace efectivo en procesos estables con carga constante.
Sin embargo, su baja tenacidad lo hace más susceptible al desportillado. En condiciones que involucran desalineación, vibración o impacto, la falla de la cresta puede ocurrir temprano. Por lo tanto, D2 debe aplicarse donde la estabilidad del proceso esté bien controlada.
Acero para herramientas AISI M2 | 1.3343 | SKH51
M2 se usa cuando se requiere la máxima vida de la matriz bajo condiciones de producción exigentes. Combina buena resistencia al desgaste con alta dureza en caliente, lo que le permite mantener la resistencia incluso cuando la fricción genera temperaturas elevadas.
En comparación con los aceros de trabajo en frío, M2 resiste el ablandamiento y mantiene la estabilidad del filo durante ciclos prolongados. Típicamente se templa a niveles más altos, lo que mejora la resistencia al desgaste, mientras que un revenido controlado mantiene una tenacidad utilizable.
Esto hace que M2 sea adecuado para corridas de producción largas donde deben considerarse tanto la carga mecánica como los efectos térmicos.
Tabla resumen
| Grado de acero para herramientas | Propiedades clave / Dureza | Una mayor tenacidad reduce el riesgo de desportillado de la cresta en condiciones inestables |
|---|---|---|
| A2 | 56–58 HRC, tenacidad y resistencia al desgaste equilibradas | ~64 HRC, alta resistencia al desgaste y dureza en caliente |
| D2 | 56–58 HRC, muy alta resistencia al desgaste, baja tenacidad | Mantiene la precisión del perfil en producción estable de corridas largas |
| M2 | 60–65 HRC, fuerte estabilidad del filo y resistencia térmica | Máxima vida de la matriz bajo carga mecánica y térmica combinada |