Maquinabilidad del acero para herramientas H13: Guía de mecanizado en estado recocido y endurecido

Acero para herramientas H13 tiene una maquinabilidad moderada en estado recocido y se vuelve mucho más difícil de mecanizar después del endurecimiento. En la mayoría de la producción de matrices, moldes y herramientas para trabajo en caliente, la regla práctica es completar el desbaste principal antes del tratamiento térmico y luego usar fresado en duro, EDM, rectificado o mecanizado de acabado después del endurecimiento.

El H13 recocido generalmente se mecaniza con una dureza de aproximadamente 192–229 HB. Esta condición es adecuada para desbaste, fresado, taladrado, torneado y preparación de cavidades. El H13 endurecido a menudo se acaba a aproximadamente 45–55 HRC, donde el desgaste de la herramienta, el calor de corte, el acabado superficial y la estabilidad del mecanizado se vuelven mucho más críticos.

En el H13, el cromo, molibdeno y vanadio mejoran el rendimiento en trabajo en caliente, pero también aumentan la resistencia al corte y el desgaste abrasivo de las herramientas. Por esta razón, la maquinabilidad del H13 debe evaluarse en H13 recocido para el mecanizado principal y en H13 endurecido para el acabado.

Maquinabilidad del H13 en estado recocido

En estado recocido, el H13 ofrece una maquinabilidad aceptable para operaciones de corte convencionales, aunque no se corta con la misma facilidad que los aceros de baja aleación.

Diferentes referencias pueden dar distintas clasificaciones de maquinabilidad porque utilizan materiales de referencia distintos. Las calificaciones no son contradictorias; simplemente comparan el H13 con diferentes grupos de acero.

Referencia de comparaciónCalificación de maquinabilidad del H13Significado práctico
Acero al carbono al 1% calificado en 100Aproximadamente 70El H13 tiene maquinabilidad moderada cuando está debidamente recocido
Aceros para herramientas de trabajo en caliente al cromo recocidosAproximadamente 60–70El H13 es similar a otros aceros para herramientas de trabajo en caliente de la serie H
Aceros para herramientas de temple en agua calificados en 100%Aproximadamente 45–55%El H13 es más difícil de mecanizar que los grados más simples de temple en agua

Un recocido adecuado reduce la resistencia al corte y mejora la vida útil de la herramienta en comparación con una condición más dura o mal recocida. El rango de recocido típico del H13 es de aproximadamente 845–900 °C (1550–1650 °F), seguido de un enfriamiento lento.

Para el mecanizado práctico, el rango de dureza recocida es de aproximadamente 192–229 HB. A esta dureza, el H13 puede mecanizarse con suficiente eficiencia para bloques de matrices, insertos de moldes, matrices de forja, herramientas de extrusión, y otros componentes para trabajo en caliente antes del tratamiento térmico final.

Mecanizado del acero para herramientas H13 endurecido

El H13 endurecido generalmente se mecaniza solo cuando la forma final, el acabado superficial o la precisión dimensional deben lograrse después del tratamiento térmico. La eliminación de material en grandes cantidades bajo estas condiciones es costosa y debe evitarse siempre que sea posible.

En muchas aplicaciones de matrices y moldes en H13, el mecanizado en duro se realiza a aproximadamente 45–55 HRC. Las operaciones típicas incluyen fresado en duro, torneado en duro, EDM, rectificado y acabado de precisión.

Condición del H13 endurecidoOperación adecuadaElección común de herramientaNota práctica
Aproximadamente 45–50 HRCFresado de alta velocidad, fresado de acabadoCarburo recubierto, fresas recubiertas con AlTiN o TiAlNAdecuado para perfiles y cavidades de acabado
Aproximadamente 48–56 HRCTorneado semibruto y torneado de acabadoHerramientas de cermet prensadas en calienteEvitar el torneado bruto pesado
Aproximadamente 50–55 HRCAcabado de precisiónHerramientas de PCBNÚtil donde el acabado superficial y la vida útil de la herramienta son críticos
Perfiles complejos endurecidosEDM, rectificado, fresado en duroEDM, muelas de rectificado CBN, fresas recubiertasSe utiliza para la forma final y la precisión

Para el fresado de H13 endurecido, se utilizan comúnmente herramientas de carburo recubierto porque resisten mejor el calor que el carburo sin recubrir. Los recubrimientos AlTiN y TiAlN son útiles en condiciones de corte a alta temperatura. Herramientas de PCBN son más adecuadas para operaciones de acabado donde la calidad superficial y la vida útil de la herramienta importan más que la tasa de remoción de material.

Torneado, fresado, EDM y rectificado del H13

Se utilizan diferentes métodos de mecanizado en distintas etapas de la producción del H13. El mejor método depende de la dureza, el sobreespesor de material, la geometría de la pieza y la tolerancia final.

OperaciónMejor condición del H13Uso principalControl clave
TorneadoH13 recocido o semiterminado endurecidoBarras redondas, insertos, casquillos, perfiles simplesSeleccionar el grado de herramienta según la dureza
MoliendaH13 recocidoCavidades en bruto, perfiles, preparación de moldes y matricesUsar corte estable y evacuación adecuada de virutas
fresado duroH13 endurecido, a menudo 45–55 HRCPerfiles finales, cavidades endurecidas, superficies de precisiónUsar carburo recubierto o PCBN con cortes ligeros
EDMH13 endurecido o formas complejasCavidades profundas, perfiles internos, características difícilesControlar la capa refundida y el daño superficial
MoliendaH13 templado y revenidoTamaño final y acabado superficialEvitar la quemadura por rectificado y las tensiones excesivas

Cuando la dureza del H13 supera aproximadamente 375 HB (alrededor de 40 HRC), el torneado pesado deja de ser adecuado. El torneado en este rango normalmente debe limitarse a desbaste semifinal y acabado.

Dureza del H13Profundidad de corteVelocidad de alimentaciónVelocidad de corte
48–50 HRC0.040–0.150 in.0,003–0,006 ipr400–700 sfm
50–52 HRC0.040–0.150 in.0,003–0,006 ipr350–600 sfm
52–54 HRC0.040–0.150 in.0,003–0,006 ipr300–500 sfm
54–56 HRC0.040–0.150 in.0,003–0,006 ipr250–400 sfm

Para pasadas de acabado, utilice una profundidad de corte menor y una velocidad de avance menor con una velocidad de corte mayor. Para el semidesbaste, utilice una mayor profundidad de corte y avance con una velocidad de corte menor. En H13 endurecido, la rigidez del montaje y la estabilidad de la herramienta suelen ser más importantes que los parámetros de corte agresivos.

Estrategia práctica de mecanizado del H13 y errores comunes

Un plan práctico de mecanizado del H13 debe separar el desbaste del acabado final. El objetivo es eliminar la mayor parte del material mientras el acero aún es mecanizable, y luego acabar la herramienta después del temple utilizando métodos de corte controlados.

Etapa o problemaEnfoque recomendadoPor qué es importante
Eliminación principal de materialMecanizar el H13 en condición recocidaReduce el desgaste de la herramienta y el costo de mecanizado
Desbaste pesadoDejar un sobreespesor adecuado para el tratamiento térmico y el acabadoAyuda a controlar la distorsión y el tamaño final
Mecanizado de material endurecidoUsar fresado en duro, EDM, rectificado o torneado de acabado solo donde sea necesarioEvita el desgaste excesivo de la herramienta después del temple
Selección de herramientaUsar carburo recubierto, cermet, PCBN, EDM o rectificado según la durezaAdapta la capacidad de la herramienta a la condición del H13
Control de viruta y calorUsar corte estable, evacuación eficaz de viruta y refrigerante o chorro de aire adecuadosProtege la vida de la herramienta y el acabado superficial
Calidad superficial finalEvitar marcas profundas de herramienta, esquinas agudas, quemadura por rectificado y daño por EDMReduce el riesgo de iniciación de grietas en servicio

El error común es tratar el H13 como un acero aleado ordinario. El H13 contiene carburos de aleación duros y está diseñado para servicio en caliente, por lo que las condiciones de mecanizado deben seleccionarse cuidadosamente.

Otro error es dejar demasiado sobreespesor para el mecanizado en duro. El H13 endurecido puede mecanizarse para acabado, pero no es eficiente para una gran remoción de material.

Un tercer error es ignorar la condición superficial final. Los rayones profundos, las esquinas internas agudas y las superficies dañadas pueden acortar la vida útil de la matriz, especialmente en aplicaciones de trabajo en caliente que se someten a ciclos térmicos y a esfuerzos mecánicos.