Selección de acero para herramientas para matrices de recorte en caliente
El recorte en caliente es una operación secundaria en forja y fundición a presión que se utiliza para eliminar rebabas, canales de alimentación y rebosaderos inmediatamente después del conformado, mientras la pieza de trabajo permanece caliente. Esto mejora la eficiencia de corte, pero expone la matriz a una carga mecánica y a un ciclo térmico simultáneos.
La temperatura de recorte depende del material. Las aleaciones no ferrosas pueden procesarse cerca de 150 °C, mientras que los aceros y las aleaciones ferrosas a menudo superan los 980 °C. En estas condiciones, interactúan tres mecanismos de daño: desgaste abrasivo por la cascarilla de óxido, fatiga térmica por calentamiento y enfriamiento repetidos, y deformación del filo debido al ablandamiento térmico. En la mayoría de los casos, la vida útil de la herramienta está limitada por el mecanismo que se desarrolla más rápido bajo un ciclo determinado.
Factores de selección
La selección del acero para herramientas está determinada por el modo de falla dominante en condiciones de recorte específicas.
La resistencia al desgaste y la tenacidad forman la principal disyuntiva. Un alto contenido de carburo mejora la resistencia a la cascarilla abrasiva y retrasa el redondeo del filo, pero reduce la resistencia al impacto y aumenta el riesgo de desportillado. En operaciones con rebabas gruesas, desalineación o carga inestable, una tenacidad insuficiente provoca una falla temprana del filo antes de que el desgaste sea crítico.
La resistencia a la fatiga térmica controla la iniciación y propagación de grietas bajo calentamiento cíclico. Cuando el recorte implica ciclos cortos repetidos con cambios rápidos de temperatura, se forman grietas superficiales que gradualmente se interconectan en redes. Una vez establecidas, estas grietas aceleran la remoción de material y reducen la estabilidad del filo. Los aceros con mayor tenacidad y estabilidad al revenido retrasan este proceso.
La dureza en caliente se vuelve decisiva cuando aumenta el tiempo de contacto o el aporte de calor. Si el acero se ablanda durante el servicio, el filo de corte se deforma plásticamente incluso si la resistencia al desgaste es adecuada. Esto es típico en ciclos más lentos, secciones más gruesas o condiciones en las que el calor se acumula en lugar de disiparse entre golpes.
Aceros para herramientas recomendados
Acero para herramientas AISI D2 | 1.2379 | SKD11
El D2 se utiliza en recorte en caliente cuando el desgaste abrasivo es el modo de falla dominante y la exposición térmica es breve. Su alto contenido de carbono y cromo produce un gran volumen de carburos duros, lo que retrasa el desgaste del filo y mantiene la agudeza de corte.
Su limitación es la baja tenacidad y la moderada resistencia al ablandamiento térmico. Por lo tanto, se limita al recorte de rebabas delgadas, operaciones de alta velocidad o casos en los que el tiempo de contacto herramienta-pieza de trabajo es breve. La dureza típica es de 58–60 HRC, elegida para mantener la resistencia al desgaste mientras se limita el riesgo de fractura frágil.
Acero para herramientas AISI H11 | 1.2343 | SKD6
El H11 se selecciona cuando la falla es impulsada por carga de impacto o fatiga térmica. En comparación con el D2, ofrece menor resistencia al desgaste pero una tenacidad significativamente mayor y resistencia a la propagación de grietas.
Es adecuado para condiciones generales de recorte en caliente donde la carga varía o los impactos son significativos, como en la forja por recalcado. En estas condiciones, la falla del filo se debe más a menudo al agrietamiento que al desgaste. La dureza típica es de 46–50 HRC, equilibrando la resistencia con la resistencia a la fractura y al agrietamiento térmico.
Acero para herramientas AISI H21 | 1.2581 | SKD5
El H21 se utiliza cuando el ablandamiento térmico limita la vida útil de la herramienta. El contenido de tungsteno mejora la resistencia a alta temperatura, permitiendo que el filo conserve su geometría bajo calor sostenido.
Es muy adecuado para el recorte de rebabas gruesas, secciones gruesas o ciclos más lentos en los que el calor se acumula durante la operación. En comparación con el H11, ofrece mejor resistencia al ablandamiento pero menor tenacidad. La dureza típica es de 50–52 HRC, elegida para mantener la estabilidad del filo bajo carga térmica.
Acero para herramientas AISI S7 | DIN 1.2355
El S7 se selecciona cuando el impacto es el principal factor de falla y el desportillado del filo es el riesgo principal. Su alta tenacidad le permite absorber impactos repetidos sin agrietarse.
Su resistencia al desgaste y dureza en caliente son limitadas, por lo que no es adecuado para condiciones dominadas por la abrasión o la alta temperatura. Rinde mejor en operaciones de recorte con carga inestable o choque mecánico severo. Se requiere un revenido por encima de la temperatura de servicio esperada para reducir el riesgo de ablandamiento en servicio.
Aceros de baja aleación 6G o 6F2
Estos aceros se utilizan para punzones y componentes de soporte donde la falla es impulsada por fractura masiva en lugar de desgaste del filo. Su composición de Ni-Cr-Mo proporciona alta tenacidad en el núcleo y resistencia a cargas pesadas de compresión e impacto.
No están destinados a filos de corte. En cambio, se aplican donde la confiabilidad estructural y la resistencia al agrietamiento son más importantes que la dureza. La dureza típica es de 41.8–45.7 HRC, proporcionando un equilibrio entre resistencia y ductilidad.
Tabla resumen
| Grado de acero para herramientas | Dureza típica | Ventaja principal para el recorte en caliente |
|---|---|---|
| D2 | 58–60 HRC | Resiste el desgaste abrasivo en recorte de contacto breve |
| H11 | 46–50 HRC | Resiste el agrietamiento bajo impacto y ciclos térmicos |
| H21 | 50–52 HRC | Mantiene la resistencia del filo bajo calor sostenido |
| S7 | — | Absorbe impactos y previene el desportillado del filo |
| 6G / 6F2 | 41.8–45.7 HRC | Proporciona tenacidad en el núcleo para componentes de servicio pesado |