Perforación de acero para herramientas endurecido

Un agujero es la característica más económica de incorporar en una pieza de acero para herramientas mientras el acero aún está blando, y la más costosa de incorporar después del endurecimiento. Cuando hay que perforar un troquel o inserto endurecido, el material de la herramienta y la velocidad de corte cambian con la dureza, y la práctica publicada para aceros de troquel establece un escalón claro a 50 HRC. Esta página expone los parámetros de broca para acero para herramientas tanto en condición blanda como endurecida.

Perfore en blando siempre que el trabajo lo permita

La perforación normalmente se realiza antes del endurecimiento. Los parámetros publicados para el acero para herramientas como pieza de trabajo se sitúan en dos niveles de dureza, 196 HB y 241 HB, y esto constituye un límite importante. Un acero para herramientas típico a 241 HB es aproximadamente 24 HRC, por lo que la tabla general de brocas helicoidales cubre solo el rango blando y ligeramente endurecido, y un acero de troquel a 50 HRC o más queda fuera de ella. Más allá de ese punto la elección pasa al acero rápido al cobalto, al carburo sólido o a un proceso distinto de la perforación.

Material perforado	Dureza, HB	Dureza, HR	Material de la herramienta de corte	Velocidad periférica, m/min (sfm)	Código de velocidad de avance	Ángulo de hélice, grados	Ángulo de punta, grados
Acero para herramientas	196	94 HRB	HSS	18 (60)	Y	25-35	118
Acero para herramientas	241	24 HRC	HSS	15 (50)	Y	25-35	118

Parámetros de operación recomendados para producir agujeros en acero para herramientas con brocas helicoidales, reproducidos de la Tabla 6(a) de Drilling, en ASM Handbook, Volumen 16, Machining. Las dos filas son los dos niveles de dureza a los que se lista el acero para herramientas en la fuente. HSS es acero rápido para herramientas. La velocidad de avance viene dada por el código de la tabla siguiente, y 118 grados es el ángulo de punta incluido.

Código de avance	Velocidad de avance, mm/rev (in./rev), a un diámetro de broca de:
	3.2 mm (1/8 in.)	6.4 mm (1/4 in.)	12.7 mm (1/2 in.)	19.1 mm (3/4 in.)	25.4 mm (1 in.)
Y	0.08 (0.003)	0.13 (0.005)	0.20 (0.008)	0.267 (0.0105)	0.317 (0.0125)

Velocidad de avance para las filas de acero para herramientas, reproducida de la Tabla 6(b) de Drilling, en ASM Handbook, Volumen 16, Machining. El avance se da por revolución para una broca de dos filos y aumenta con el diámetro. Donde la rigidez es baja o el fluido de corte es limitado, la fuente aconseja velocidades y avances menores que estos.

El escalón de dureza a 50 HRC en el acero de troquel H11

El ejemplo publicado más claro es sobre el acero de troquel para trabajo en caliente H11. Para H11 a 50 HRC o menos, las brocas de acero rápido para herramientas M33, M34 y M36 de construcción para servicio pesado dan buenos resultados. Se operan en equipos de accionamiento positivo a velocidades de broca de 7.6 a 9.1 m/min (25 a 30 sfm) y avances de 0.013 a 0.018 mm/rev (0.0005 a 0.0007 in./rev).

El material más duro que 50 HRC requirió brocas de carburo sólido con canales cortos en el mismo trabajo. Velocidades de 12 a 15 m/min (40 a 50 sfm) y avances de 0.013 a 0.025 mm/rev (0.0005 a 0.001 in./rev) produjeron resultados satisfactorios. El diseño de la broca también se divide a un diámetro de aproximadamente 6.4 mm (1/4 in.). Las brocas helicoidales de dos canales se usan para agujeros por debajo de ese tamaño, y las brocas de canal recto para agujeros de ese tamaño y superiores.

Elección de un grado de carburo para una chapa de 54 HRC

El grado de carburo importa tanto como la velocidad a esta dureza. Se probaron tres grados juntos en chapa de acero H11 que contenía 5 por ciento de cromo y 1.5 por ciento de molibdeno, tratada térmicamente a 54 HRC. Se perforaron dos chapas de 2.10 mm (0.083 in.) de espesor a la vez con brocas de punta de carburo de 6.35 mm (0.250 in.) de diámetro, sin fluido de corte.

El grado más blando con 6 por ciento de cobalto falló por abrasión, quemado excesivo y desportillado, y al final se rompió. El grado más duro, que contenía solo 3 por ciento de cobalto, era demasiado frágil y falló por desportillado y rotura excesivos durante la perforación, y también se desportilló y rompió en la manipulación. El grado que funcionó fue el más duro de los dos grados con 6 por ciento de cobalto, que mostró solo desgaste leve tras la prueba y se llevó a producción. Su dureza provenía de un tamaño de grano más fino, que redujo el tamaño de los lagos de cobalto más blando entre los granos.

Grado	Composición, %				Dureza, HRA	Tamaño de grano, μm (μin.)
	W	Ta	C	Co
C-1	88.25	. . .	5.75	6.0	91.2	3 (120)
C-2	88.25	. . .	5.75	6.0	91.8	1-2 (40-80)
C-3	87.00	4.0	6.00	3.0	92.2	1-3 (40-120)

Composición, dureza y tamaño de grano de los tres grados de carburo probados en la perforación de chapa de acero H11 a 54 HRC, reproducidos del ejemplo de perforación en Drilling, en ASM Handbook, Volumen 16, Machining. C-1 y C-2 llevan el mismo 6 por ciento de cobalto y los mismos niveles de tungsteno y carbono, y C-2 es el más duro de los dos porque su tamaño de grano más fino deja lagos de cobalto más pequeños entre los granos.

La lección se extiende a toda la gama. A alta dureza, el contenido de aglutinante más resistente no es la respuesta, y el mejor grado suele ser el de grano más fino dentro de un nivel de cobalto dado, más que el que tiene menos cobalto o el número de dureza más alto.

Brocas de acero rápido nitruradas

Para el rango ligeramente endurecido, un tratamiento superficial puede llevar una broca de acero rápido ordinaria más lejos que un cambio de grado. Se perforaron agujeros ciegos de 6.91 mm (0.272 in.) de diámetro y 15.75 mm (0.620 in.) de profundidad en acero 4335 endurecido a 48 a 50 HRC. Tal como se rectificaron, las brocas dieron de uno a cuatro agujeros por afilado con una tasa de rotura de una broca por cada 16 a 20 agujeros. Después de la nitruración, las mismas brocas dieron de 18 a 20 agujeros por afilado y la rotura cayó a una broca por cada 50 a 60 agujeros.

Las brocas eran brocas estándar para servicio pesado rectificadas de acero rápido tratado térmicamente macizo, cada una con punta dividida a un ángulo de ataque axial positivo de 3 a 4 grados en la porción dividida, un ángulo de punta incluido de 135 grados, un ángulo de incidencia de filo de 5 a 7 grados, y rectificadas planas 0.8 mm (1/32 in.). La perforación se realizó a 147 rev/min, una velocidad superficial de 3.20 m/min (10.5 sfm), y un avance de 0.05 mm/rev (0.002 in./rev).

Grados y existencias

H11 es el grado sobre el que se establecen los ejemplos de perforación en endurecido, y su composición y dureza de trabajo están en la página del acero para herramientas H11. El grado de trabajo en caliente al cromo usado en la mayoría de los trabajos de matrices y moldes se cubre en la página de maquinabilidad del acero para herramientas H13, que separa el caso recocido del endurecido.

La perforación es un corte dentro de una secuencia más larga, y las velocidades de torneado, fresado y escariado para los mismos grados se recopilan en la página de velocidades y avances de corte del acero para herramientas. La tabla de brocas más amplia, en revoluciones por minuto y avance por revolución según el diámetro, está en la tabla de velocidades y avances de brocas de acero rápido.

La nitruración de la broca es el mismo tratamiento superficial que se usa en los utillajes, y el proceso y la capa que deja se exponen en la guía de nitruración de acero para herramientas. En un agujero que se termina por EDM en lugar de con broca, la capa blanca que queda en la pared se describe en la página de capa blanca de acero para herramientas por EDM.

Antes de usar estos valores

Esta página es un resumen de referencia de la práctica publicada y no es una especificación de Aobo Steel. Las velocidades se reproducen de las tablas de origen, y el diseño de la broca, la rigidez de la máquina, la profundidad del agujero y el suministro de fluido de corte las modificarán. Las condiciones finales se prueban en el trabajo.

Fuente: ASM Handbook, Volumen 16, Machining, ASM International, 1989.