Selección de acero para herramientas para troqueles de corte
Las matrices de recorte son herramientas de operación secundaria que se utilizan para eliminar el exceso de material, como rebabas, puntos de inyección, rebosaderos y orificios de ventilación, de piezas forjadas o fundidas a presión. Según el proceso, el recorte puede realizarse en frío (normalmente por debajo de 150 °C / 300 °F) o en caliente (hasta 980 °C / 1800 °F para ciertas aleaciones).
Durante el funcionamiento, el filo de corte está sometido a altas tensiones de cizallamiento, cargas de impacto y fricción continua. En aplicaciones de forja, la capa de óxido acelera aún más el desgaste abrasivo. Como resultado, la falla de la matriz de recorte se debe con mayor frecuencia al astillamiento, la fractura o la rápida degradación del filo, en lugar de a un desgaste uniforme.
Factores de selección
La selección del acero para herramientas utilizado en matrices de recorte se rige por el equilibrio entre la resistencia al desgaste y la tenacidad, así como por la estabilidad térmica durante las operaciones en caliente.
Resistencia al desgaste frente a tenacidad
El filo debe resistir el desgaste abrasivo provocado por la cascarilla y el material de la pieza de trabajo para mantener su nitidez y precisión dimensional.
Sin embargo, una mayor dureza y un mayor contenido de carburo reducen la tenacidad. En las operaciones de recorte, especialmente con secciones gruesas, cargas desiguales o desalineación, las cargas de impacto son inevitables. Si la tenacidad es insuficiente, la falla se produce por astillamiento del borde o fractura frágil, en lugar de desgaste gradual.
El requisito no es la máxima dureza, sino un equilibrio que mantenga la estabilidad del filo tanto ante la abrasión como ante el impacto.
Dureza en caliente y resistencia al agrietamiento por calor.
En el recorte en caliente, los efectos térmicos se vuelven cruciales.
El acero para herramientas debe conservar su resistencia a temperaturas elevadas para evitar la deformación del filo. Al mismo tiempo, los ciclos repetidos de calentamiento y enfriamiento generan fatiga térmica, lo que provoca el agrietamiento de la superficie (fisuración por calor).
Una vez que se inician las grietas, se propagan bajo tensión mecánica, acelerando la rotura del filo. Por lo tanto, la resistencia al ablandamiento térmico y a la fatiga térmica determina directamente la vida útil de la herramienta en condiciones de recorte en caliente.
Aceros para herramientas recomendados
Acero para herramientas AISI D2 | 1.2379 | SKD11
El acero inoxidable AISI D2 se utiliza ampliamente en aplicaciones donde el desgaste abrasivo es el factor dominante, especialmente en operaciones de recorte en frío con largas series de producción.
Su alto contenido en carbono y cromo produce un gran volumen de carburos duros, lo que proporciona una fuerte resistencia a la abrasión y una excelente retención del filo. Utilizado normalmente a 58-60 HRC, el acero D2 mantiene su rendimiento de corte durante ciclos prolongados.
Debido a su limitada tenacidad, el acero D2 no es adecuado para condiciones de alto impacto. Puede utilizarse en aplicaciones restringidas de recorte en caliente (como en el caso de los aceros inoxidables) donde la resistencia al desgaste es más importante que la resistencia a la fatiga térmica, pero no es una solución general para el trabajo en caliente.
Acero para herramientas AISI A2 | 1.2363 | SKD12
El acero AISI A2 proporciona una combinación más equilibrada de resistencia al desgaste y tenacidad.
Con un menor contenido de carburo que el D2, el A2 ofrece una mayor resistencia al astillamiento del filo, manteniendo un rendimiento de desgaste adecuado. Es idóneo para operaciones de recorte en frío donde las condiciones de carga son menos estables o no se puede evitar el impacto.
Con una dureza de 56 a 58 HRC, el acero A2 se suele seleccionar cuando el acero D2 presenta fallos prematuros en los bordes, pero aún se requiere una mayor resistencia al desgaste que la de los aceros de impacto.
Acero para herramientas AISI S7 | 1.2355
El AISI S7 está diseñado para aplicaciones donde predominan las cargas de impacto y choque.
Su elevada resistencia le permite evitar el agrietamiento y la rotura de los bordes bajo una tensión mecánica severa, lo que la hace adecuada para el recorte de materiales de gran calibre y los cortes interrumpidos.
Con una dureza de 56 a 58 HRC, el acero S7 ofrece un rendimiento fiable en condiciones inestables. Sin embargo, su menor resistencia al desgaste le impide ser adecuado para aplicaciones de larga duración donde la abrasión es el principal mecanismo de fallo.
Acero para herramientas H13 | 1.2344 | SKD61
El AISI H13 es el material estándar para operaciones de recorte en caliente.
Ofrece una combinación estable de tenacidad, resistencia en caliente y resistencia a la fatiga térmica. A diferencia de los aceros para trabajo en frío, el H13 mantiene sus propiedades mecánicas bajo ciclos térmicos repetidos.
El acero H13, que se utiliza normalmente con una dureza de 44 a 52 HRC, resiste el agrietamiento por calor y ralentiza la propagación de grietas, lo que lo hace adecuado para la mayoría de las aplicaciones de recorte en fundición a presión y forja en caliente.
AISI H21 (Acero para herramientas de trabajo en caliente con tungsteno)
El acero AISI H21 se selecciona para condiciones de temperaturas extremadamente altas.
Su alto contenido de tungsteno le proporciona una dureza en caliente superior y una gran resistencia al ablandamiento, lo que le permite mantener su resistencia a temperaturas de hasta aproximadamente 620 °C (1150 °F).
Con una dureza de 50-52 HRC, el H21 es adecuado para eliminar rebabas importantes en el forjado por compresión y otras aplicaciones de alta temperatura y alta carga donde el H13 puede ablandarse demasiado rápido.
Tabla de resumen
| Grado de acero para herramientas | Propiedades clave / Dureza | Ventajas principales de los troqueles de recorte |
| AISI D2 | 58–60 HRC; ~1,5% C, 12% Cr | Alta resistencia a la abrasión para el recorte en frío de larga duración. |
| AISI A2 | 56–58 HRC; 1,00% C, 5,00% Cr | Resistencia al desgaste y tenacidad equilibradas |
| AISI S7 | 56–58 HRC; Resistente a los golpes | Máxima resistencia a los impactos y al astillamiento de los bordes. |
| AISI H13 | 44–52 HRC; Trabajo en caliente de cromo | Resistencia al agrietamiento por calor y a la fatiga térmica. |
| AISI H21 | 50–52 HRC; Trabajo en caliente de tungsteno | Alta dureza en caliente para el recorte a temperaturas extremas. |