Guía de mecanizado de acero para herramientas D2
El acero para herramientas D2 es un acero para trabajo en frío con alto contenido de carbono y cromo, ampliamente utilizado en matrices de troquelado, herramientas de conformado, cuchillas de corte y otras herramientas resistentes al desgaste. Su excelente resistencia al desgaste y estabilidad dimensional lo hacen idóneo para aplicaciones exigentes de trabajo en frío, pero estas mismas características también dificultan su mecanizado.
La microestructura del acero D2 contiene un gran volumen de carburos de cromo duros distribuidos en una matriz endurecida. Estos carburos proporcionan una excelente resistencia a la abrasión durante su uso, pero también aumentan las fuerzas de corte, aceleran el desgaste de la herramienta y generan un calor considerable durante el mecanizado.
Debido a estas características, el mecanizado del acero D2 requiere un control preciso de los parámetros de corte, la secuencia de mecanizado, el tratamiento térmico y los procesos de acabado. Un procesamiento inadecuado puede provocar deformaciones dimensionales, daños por rectificado o fallos prematuros de la herramienta.
Los grados equivalentes de D2 incluyen DIN 1.2379 y JIS SKD11, y los principios de mecanizado que se describen en esta guía generalmente también se aplican a estos grados. Para conocer las especificaciones del material, las condiciones de suministro disponibles y la información sobre compras al por mayor, consulte nuestra Página del producto Acero para herramientas D2.
Esta guía explica los problemas de mecanizado más comunes que se presentan al fabricar herramientas D2 y describe los métodos prácticos que se utilizan para controlarlos.
Flujo de trabajo de mecanizado para acero para herramientas D2
La fabricación de componentes con acero para herramientas D2 generalmente sigue una secuencia controlada diseñada para equilibrar la maquinabilidad, la estabilidad dimensional y la dureza final. Debido a que el acero D2 contiene un gran volumen de carburos de cromo duros y presenta un fuerte comportamiento de endurecimiento al aire, un orden de procesamiento incorrecto puede provocar fácilmente deformaciones, grietas o daños en la superficie.
Un flujo de trabajo de mecanizado típico incluye las siguientes etapas.
Mecanizado basto en estado recocido
La aleación D2 se mecaniza normalmente en estado recocido blando, donde los carburos esferoidizados se distribuyen dentro de una matriz ferrítica. Esta estructura proporciona la mejor maquinabilidad posible para esta aleación.
Durante la fase inicial del mecanizado, es necesario eliminar la superficie exterior del material laminado en caliente o forjado, ya que suele contener capas descarburadas y óxido. La mayor parte del material se elimina en esta fase, dejando suficiente margen de mecanizado para el acabado posterior.
Alivio del estrés y tratamiento térmico
Las operaciones de mecanizado intensivo generan tensiones residuales que pueden provocar deformaciones durante el endurecimiento. Por este motivo, antes del endurecimiento se suele aplicar un tratamiento de alivio de tensiones a una temperatura de entre 650 y 677 °C (1200 y 1250 °F).
Tras el alivio de tensiones, el componente se somete a la secuencia de tratamiento térmico estándar D2, que incluye austenización, temple al aire o en gas y múltiples ciclos de revenido para lograr la dureza de trabajo requerida.
Operaciones de acabado
Una vez endurecido (normalmente entre 58 y 62 HRC), la precisión dimensional final se logra mediante procesos de acabado como los siguientes:
- molienda
- Torneado duro con herramientas de PCBN o cerámica
- mecanizado por descarga eléctrica (EDM)
El rectificado sigue siendo el método de acabado más utilizado, pero los parámetros del proceso deben controlarse cuidadosamente para evitar daños térmicos.
Limpieza e inspección de superficies
Los procesos como la electroerosión pueden generar capas refundidas o tensiones residuales en la superficie de las herramientas endurecidas. Estas capas suelen eliminarse mediante un ligero lijado o pulido antes de la inspección final.
Cada etapa del proceso de mecanizado presenta desafíos específicos. Las siguientes secciones explican los problemas más comunes que se presentan al mecanizar acero para herramientas D2 y los métodos prácticos para controlarlos.
¿Por qué es difícil mecanizar el acero para herramientas D2?
El acero D2 es ampliamente reconocido como un material difícil de mecanizar en comparación con muchos aceros convencionales.
La razón principal radica en su microestructura rica en carburos. Los carburos de cromo de gran tamaño se distribuyen por toda la matriz del acero, y estas partículas se comportan como inclusiones abrasivas durante el corte. A medida que la herramienta de corte entra en contacto con estas partículas duras, el desgaste de la herramienta se acelera y las fuerzas de corte aumentan.
Los desafíos típicos del mecanizado incluyen:
- desgaste abrasivo severo de la herramienta
- altas fuerzas de corte y generación de calor
- Velocidades de corte reducidas en comparación con aceros para herramientas más sencillos.
- vibración o traqueteo si la rigidez de la máquina es insuficiente
Comprender estas características metalúrgicas permite a los maquinistas e ingenieros seleccionar los materiales de herramientas y las estrategias de mecanizado adecuados.
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Parámetros de corte recomendados para el acero para herramientas D2
Seleccionar los parámetros de corte adecuados es esencial para mantener unas condiciones de mecanizado estables y una vida útil aceptable de la herramienta.
Debido a que el acero D2 es abrasivo para las herramientas de corte, los parámetros de mecanizado suelen reducirse en comparación con los aceros de menor aleación. Las herramientas de carburo recubiertas se utilizan habitualmente para el mecanizado en desbaste en estado recocido, mientras que se requieren materiales de herramienta más avanzados para el mecanizado de componentes endurecidos.
Los parámetros iniciales típicos para el torneado basto de acero D2 recocido con plaquitas de carburo recubiertas incluyen:
- Velocidad de corte de alrededor de 200 pies cuadrados
- velocidad de alimentación de aproximadamente 0,015 pulgadas/revolución
- profundidad de corte de aproximadamente 0,300 pulgadas
El mecanizado de materiales duros como el D2 después del tratamiento térmico generalmente requiere materiales de herramienta especializados, como PCBN o insertos cerámicos, que pueden mantener el rendimiento de corte a niveles de dureza de 58 a 62 HRC.
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¿Se puede mecanizar el acero para herramientas D2 después del tratamiento térmico?
La mayoría de los componentes D2 se mecanizan en bruto antes del tratamiento térmico y se les da el acabado final posteriormente.
Una vez endurecido, los métodos de mecanizado convencionales se vuelven significativamente más difíciles porque el material alcanza niveles de dureza superiores a 58 HRC. En lugar de las operaciones de corte tradicionales, los procesos de acabado suelen basarse en:
- molienda
- mecanizado por descarga eléctrica (EDM)
- Torneado duro con herramientas PCBN
Estos procesos permiten a los fabricantes lograr las dimensiones finales y la calidad superficial requeridas para los componentes de herramientas de precisión.
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Cómo prevenir quemaduras por esmerilado en acero para herramientas D2
El rectificado es una de las operaciones de acabado más comunes utilizadas para componentes D2 endurecidos, ya que permite una alta precisión dimensional y un excelente acabado superficial.
Sin embargo, el rectificado de acero para herramientas endurecido genera un calor de fricción considerable. Si la temperatura de rectificado es excesiva, la microestructura de la superficie puede alterarse, dando lugar a un fenómeno conocido como quemadura por rectificado.
Las quemaduras por molienda pueden causar:
- Ablandamiento localizado debido al sobretemperado
- formación de capas frágiles endurecidas
- Resistencia a la fatiga y vida útil de la herramienta reducidas
Para evitar quemaduras durante el rectificado, es necesario un control cuidadoso de los parámetros de rectificado, la selección de la muela, la aplicación del refrigerante y las prácticas de acondicionamiento de la muela.
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¿Se puede reparar mediante soldadura el acero para herramientas D2?
Aunque el material D2 está diseñado principalmente para la resistencia al desgaste más que para la soldabilidad, en ocasiones se realizan reparaciones mediante soldadura para restaurar herramientas dañadas.
Debido a que el acero D2 contiene altos niveles de carbono y cromo, es susceptible a agrietarse durante la soldadura si no se siguen los procedimientos adecuados. La reparación exitosa de la soldadura generalmente requiere:
- precalentamiento controlado
- materiales de relleno adecuados
- enfriamiento lento después de la soldadura
- templado posterior a la soldadura
Cuando estos procedimientos se aplican cuidadosamente, la reparación mediante soldadura puede prolongar la vida útil de las herramientas y reducir los costes de fabricación.
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Conclusión
El mecanizado del acero para herramientas D2 requiere un control preciso de todo el proceso de fabricación. Su microestructura rica en carburos, que proporciona una excelente resistencia al desgaste, también aumenta las fuerzas de corte, acelera el desgaste de la herramienta y hace que el material sea sensible al daño térmico durante el acabado.
La fabricación exitosa de componentes de herramientas D2 generalmente implica:
- mecanizado basto en estado recocido
- tratamiento para aliviar el estrés antes del endurecimiento
- tratamiento térmico de endurecimiento al aire controlado
- Acabado de precisión mediante rectificado, mecanizado duro o electroerosión.
- inspección final y limpieza de la superficie
Al comprender el comportamiento metalúrgico del material y aplicar las prácticas de mecanizado adecuadas, los fabricantes pueden lograr un rendimiento fiable de las herramientas y, al mismo tiempo, minimizar el riesgo de defectos relacionados con el mecanizado.