Investigation of the machining process of spheroidal cast iron using cubic boron nitride (CBN) tools

Investigación del proceso de mecanizado de fundición esferoidal utilizando herramientas de nitruro de boro cúbico (CBN)

Este artículo presenta los resultados experimentales del torneado de hierro esferoidal (grado EN-GJS-500-7) utilizando herramientas de L-CBN. El proceso de corte puede clasificarse como corte de alto rendimiento (HPC) debido a una tasa de arranque de material relativamente alta de unos 190 cm3/min. Las investigaciones realizadas incluyen magnitudes fundamentales del proceso y características de la superficie mecanizada, es decir, fuerzas de corte componenciales, energía de corte específica, valores medios y máximos de la temperatura de corte, así como distribución de la temperatura en la zona de corte, progreso del desgaste de la herramienta visualizado mediante curvas de desgaste apropiadas y parámetros de rugosidad superficial 2D/3D.

INTRODUCCIÓN

Recientemente, la fabricación avanzada ha seguido aplicando materiales con propiedades de servicio específicas. En particular, las industrias de construcción de maquinaria, automoción y energía eólica consumen más fundiciones dúctiles, incluidas las fundiciones nodulares/esferoidales (NCI/SCI), las fundiciones de grafito compactado (CGI) y las fundiciones dúctiles austempladas (ADI). Esta tendencia puede explicarse por sus mayores resistencias mecánicas, que mantienen buenas resistencias a la fluencia (plasticidad) y a la fatiga [1]. Según el índice de maquinabilidad, estos hierros se clasifican como materiales difíciles de mecanizar. Sus índices de maquinabilidad son comparables a los de los aceros aleados de alta resistencia, por ejemplo el P-F SCI con el acero AISI 4140 [2]. En consecuencia, necesitan rutinas tecnológicas especiales para ser mecanizados eficientemente. Por otra parte, los fabricantes de herramientas de corte aún no recomiendan las herramientas y condiciones de corte adecuadas [3]. El mecanizado de SCI necesita, debido a su característica microestructura bifásica con inclusiones globulares de grafito y alta ductilidad, materiales para herramientas de corte más resistentes al desgaste, como carburos recubiertos multicapa, cerámicas de nitruro de silicio recubiertas y sin recubrir Si₃N₄, (recubiertas con Al₂O₃/TiN), SIALON y L-CBN dependiendo del grado de hierro y las condiciones de mecanizado [4].

Debido a que los experimentos previos de corte al mecanizar material SCI P-F con herramientas de corte de nitruro de silicio revestidas y sin revestir indicaron vidas de herramienta bastante bajas, de varios minutos como máximo [3-5], este estudio se realizó utilizando herramientas L-CBN. Obviamente, se sabe que las herramientas de CBN son capaces de mecanizar hierro EN-GJS-500-7 con una velocidad de corte claramente superior, de hasta unos 500 m/min. Además, la tasa de arranque de material (MRR) puede aumentar considerablemente [6].