Selección de acero para herramientas para fresas madre y brochas
Las fresas de engranajes son herramientas de corte rotativas que se utilizan para generar dientes de engranajes y otras formas repetitivas, mientras que las brochas son herramientas lineales multidentadas que eliminan material en una sola pasada mediante dientes de tamaño progresivamente mayor. A pesar de esta diferencia en el movimiento, ambas son herramientas de corte que trabajan bajo altas tensiones localizadas, alta fricción y altas temperaturas en el filo.
Durante el corte, la deformación plástica en la zona de cizallamiento y la fricción en la interfaz herramienta-viruta generan un calor considerable, y las temperaturas del filo pueden alcanzar los 1000 °C en operaciones exigentes. Las brochas también soportan altas cargas estructurales debido a que muchos dientes se acoplan secuencialmente, y el cuerpo de la herramienta debe transmitir grandes fuerzas de tracción o empuje, que a veces alcanzan los 0,9 MN. En estas condiciones, los principales modos de fallo son el desgaste del cráter, el desgaste del flanco, el astillamiento del filo, el entallado por profundidad de corte y el ablandamiento térmico. Por lo tanto, la selección del acero para herramientas depende de qué modo de fallo limite primero la vida útil de la herramienta.
Factores de selección
Para las fresas de engranaje, el requisito principal es la resistencia al desgaste progresivo. Dado que el tallado de engranajes depende de mantener la precisión del perfil del diente durante largas series de producción, el desgaste del flanco y el desgaste del cráter suelen ser más importantes que la resistencia al impacto. En la práctica, esto significa que la resistencia al desgaste y la dureza en caliente suelen ser más importantes que la máxima tenacidad.
En el caso de las brochas, el equilibrio es más exigente. Los dientes de brochado deben resistir el desgaste, pero también soportan cargas transversales elevadas, vibraciones y el riesgo de sobrecarga localizada durante la entrada o el corte irregular. Si se exige demasiado a la dureza sin el respaldo suficiente de la tenacidad, el astillamiento o la rotura de los dientes se convierten en un modo de fallo habitual. Por este motivo, los aceros para brochas deben combinar una buena resistencia al desgaste con una resistencia del filo suficiente para soportar cargas de corte reales.
La dureza en caliente cobra mayor importancia a medida que aumenta la temperatura de corte. Al mecanizar aceros aleados, fundiciones duras o aleaciones resistentes al calor, un acero que pierde dureza a temperaturas elevadas se desgastará rápidamente, incluso si su dureza a temperatura ambiente es alta. En estos casos, la mejora en la dureza suele deberse al ablandamiento térmico más que a la simple abrasión.
Aceros para herramientas recomendados
Acero para herramientas AISI M2 | 1.3343 | SKH51
El M2 sigue siendo el punto de partida estándar tanto para fresas como para brochas, ya que ofrece un equilibrio práctico entre dureza, tenacidad, disponibilidad y coste de fabricación. Es adecuado cuando las condiciones de corte son estables y el objetivo principal es un rendimiento fiable, más que una vida útil máxima de la herramienta.
La dureza de corte típica es de 64 a 66 HRC. A este nivel, el M2 proporciona una resistencia al desgaste adecuada para muchas aplicaciones generales de tallado y brochado, a la vez que conserva la tenacidad suficiente para una resistencia del filo óptima y una fiabilidad del cuerpo de la herramienta adecuada.
Su limitación se manifiesta cuando el desgaste es demasiado rápido o cuando la temperatura de corte supera la capacidad del acero rápido estándar. En ese caso, el M2 suele sustituirse no por una falla inmediata, sino porque se desgasta demasiado rápido y deja de ser rentable.
Acero para herramientas AISI M42 | 1.3247 | SKH59
El M42 se utiliza cuando la dureza en caliente es el requisito principal. Con un alto contenido de cobalto y una dureza de hasta 69 HRC, es idóneo para aleaciones difíciles de mecanizar, especialmente materiales resistentes al calor y de alta resistencia, donde el calor de corte es la principal causa del rápido deterioro del filo.
En comparación con el M2, el M42 ofrece una mayor resistencia al ablandamiento térmico. Sin embargo, no proporciona el mismo margen de tenacidad, por lo que su rendimiento óptimo se logra en condiciones de corte estables, con vibraciones y golpes limitados y una buena alineación.
En términos prácticos de selección, generalmente se prefiere el acero M42 cuando el problema principal es la pérdida de resistencia del filo a altas temperaturas, en lugar de la rotura de los dientes por sobrecarga mecánica.
M3 (Clase 2) y M4: Resistencia al desgaste mejorada
Las clases M3 2 y M4 son una mejora lógica cuando la M2 pierde precisión de filo demasiado rápido debido al desgaste del flanco o del cráter. Su mayor contenido de carbono y vanadio aumenta el volumen de carburo y mejora la resistencia al desgaste, lo que las hace útiles para series de producción más largas y materiales de trabajo más abrasivos.
El M4 es especialmente relevante cuando el desgaste es el principal factor limitante de la vida útil y la estabilidad del proceso es buena. La ventaja reside en una mayor resistencia al redondeo de los bordes y a la pérdida por abrasión, pero la desventaja es una menor tenacidad en comparación con el M2.
Las versiones obtenidas mediante metalurgia de polvos refuerzan la idoneidad de estos grados. Su distribución de carburos más fina y uniforme mejora la fiabilidad estructural y reduce la debilidad asociada a la segregación de carburos gruesos. Esto resulta especialmente valioso en brochas de gran tamaño, donde tanto la resistencia al desgaste como la integridad interna son cruciales.
T15: Dureza en caliente y resistencia a la abrasión de primera calidad.
El acero T15 se selecciona cuando se requiere superar la resistencia a la abrasión y la dureza en caliente de los aceros M2 y M4. Su alto contenido de tungsteno, cobalto y vanadio lo hace adecuado para el corte de aceros de alta resistencia, fundiciones duras y aleaciones aeroespaciales que generan altas temperaturas en el filo.
Con una dureza de 66–68 HRC, el acero T15 mantiene su capacidad de corte en aplicaciones donde los aceros HSS estándar se ablandan con demasiada rapidez. Su resistencia no reside únicamente en su alta dureza, sino también en su capacidad para conservarla mejor bajo altas temperaturas.
Su limitación radica en que el grado de abrasión es más difícil y costoso de rectificar y procesar. Esto significa que se justifica su uso cuando la carga térmica y el desgaste abrasivo son lo suficientemente severos como para acortar la vida útil de los grados M2 o M4, no cuando se trata simplemente de un corte rutinario de uso general.
ASP 30: Acero de metalurgia de polvos de alto rendimiento
El ASP 30 es un acero de metalurgia de polvos de alta calidad para aplicaciones exigentes donde se requiere mejorar simultáneamente la resistencia al desgaste y al astillamiento. Su estructura de metalurgia de polvos minimiza la segregación de carburos y proporciona una microestructura más uniforme, lo que favorece una mayor estabilidad del filo que los aceros rápidos convencionales en lingotes con niveles de dureza similares.
Esto hace que el acero ASP 30 sea idóneo para operaciones exigentes de tallado y brochado, donde los aceros rápidos estándar sufren desgaste y microdesprendimiento. En estas aplicaciones, el valor del ASP 30 reside no solo en su mayor durabilidad, sino también en un rendimiento más predecible y un menor riesgo de fallo inestable del filo.
Debido a su coste, el ASP 30 se justifica generalmente cuando el tiempo de inactividad de las herramientas, la frecuencia de reafilado o la pérdida prematura de las mismas suponen una clara penalización en la producción. No es la opción por defecto para trabajos rutinarios; es la solución para operaciones en las que los aceros rápidos convencionales ya no ofrecen una rentabilidad estable.
Tabla de resumen
| Grado de acero para herramientas | Dureza típica | Ventaja primaria |
| M2 | 64–66 HRC | El mejor equilibrio general entre resistencia, resistencia al desgaste y coste. |
| M3 (Cl 2) / M4 | 64–67 HRC | Mayor resistencia al desgaste para recorridos más largos y condiciones más abrasivas. |
| T15 | 66–68 HRC | Gran dureza en caliente y resistencia a la abrasión para corte a altas temperaturas. |
| M42 | Hasta 69 HRC | Alta dureza en caliente para aleaciones resistentes al calor y de alta resistencia. |
| ASP 30 (P/M) | 65–67 HRC | Excelente resistencia al desgaste y al astillamiento con uniformidad estructural mejorada. |