El acero para herramientas suele ser uno de los más duros cuando los ingenieros trabajan con materiales duros. Su dureza puede desgastar rápidamente las herramientas de corte, ralentizar el mecanizado y aumentar los costes si se manipula de forma incorrecta. Aun así, el mecanizado de herramientas de acero no es imposible. Con la configuración y las técnicas adecuadas, resulta mucho más manejable. Los proyectos pueden seguir el calendario previsto y las piezas pueden cumplir los requisitos de calidad.
En este artículo veremos cómo se comporta el acero para herramientas durante el mecanizado, por qué es importante para la producción y las mejores prácticas que deben seguir los profesionales para obtener resultados fiables.
¿Qué es el mecanizado de acero para herramientas?
El mecanizado de acero para herramientas consiste en cortar, taladrar o dar forma al acero para herramientas en una pieza específica. Puede realizarse con máquinas CNC o a mano. El acero para herramientas es un acero al carbono y aleado muy duro y resistente al desgaste. También puede mantener un filo cortante. Las calidades más comunes son D2, O1, A2 y M2.
Dado que el acero para herramientas es más duro que la mayoría de los metales, su mecanizado no es sencillo. Las herramientas de corte se desgastan más rápido y el calor se acumula con rapidez. Para reducir estos problemas, los mecanizadores utilizan herramientas de metal duro o revestidas. Ajustan las velocidades de avance y del husillo para controlar el calor y reducir la fricción.
Tipos de acero para herramientas
Los aceros para herramientas se seleccionan en función del trabajo que deben realizar. Cada grado tiene su mezcla de resistencia, tenacidad, resistencia al desgaste y facilidad de mecanizado. A continuación se muestran los grados más comunes y sus usos.
Acero para herramientas D2
El D2 es un acero templado al aire con alto contenido en carbono y cromo. Tiene una excelente resistencia al desgaste y mantiene el filo durante mucho tiempo, por lo que es adecuado para matrices, cuchillas de cizalla y punzones. Sin embargo, el mecanizado de D2 es un reto debido a su dureza. Requiere velocidades de corte más lentas y configuraciones estables.
Acero para herramientas A2
El A2 es también un acero templable al aire. Ofrece un buen equilibrio entre tenacidad y resistencia al desgaste. En comparación con el D2, es más fácil de mecanizar y más estable durante el tratamiento térmico. El A2 se utiliza a menudo para herramientas de conformado, calibres y cuchillas.
Acero para herramientas S7
El S7 es conocido como un acero para herramientas resistente a los golpes. Tiene una resistencia al impacto muy alta con una resistencia al desgaste moderada, por lo que es ideal para cinceles, punzones y herramientas que deban soportar impactos fuertes. Las máquinas de S7 son más fáciles de usar que las de D2 y pueden tratarse térmicamente hasta niveles de dureza más altos sin perder tenacidad.
Acero para herramientas O1
El O1 es un acero para herramientas templable al aceite valorado por su tamaño estable durante el temple. Es más fácil de mecanizar que la mayoría de los demás aceros para herramientas, por lo que suele ser elegido por los principiantes. El O1 se utiliza mucho para matrices, moldes y piezas de precisión.
Acero para herramientas M2
El M2 es un acero rápido que mantiene la dureza incluso a altas temperaturas, por lo que se utiliza para herramientas de corte como brocas, fresas y machos de roscar. Sin embargo, el M2 es difícil de mecanizar y suele requerir herramientas de metal duro recubiertas o molienda cuando se necesita una gran precisión.
Acero para herramientas A3
El A3 es menos común pero se sigue utilizando en aplicaciones generales. Ofrece una buena mecanizabilidad y una resistencia al desgaste aceptable. El A3 suele elegirse para herramientas que requieren dureza y tenacidad moderadas, como punzones y matrices para materiales más blandos.
Propiedades de los materiales que afectan al mecanizado
El acero para herramientas es fuerte y duradero, pero estas cualidades lo hacen más difícil de mecanizar. Su dureza, tenacidad y resistencia al desgaste influyen en el rendimiento de las herramientas de corte. A continuación se indican las principales propiedades que afectan al mecanizado.
Dureza y tenacidad
El acero para herramientas es muy duro, lo que le permite durar más tiempo al cortar y conformar herramientas. Sin embargo, la elevada dureza también provoca un desgaste más rápido de las herramientas de corte. Para mecanizar acero para herramientas, las fresas deben ser más resistentes que la pieza. Por este motivo, se suelen utilizar herramientas de metal duro.
La tenacidad es la capacidad del acero para absorber energía sin romperse. Un acero para herramientas duro resiste el agrietamiento o el astillado, por lo que es más difícil de cortar. Los maquinistas deben encontrar un equilibrio entre dureza y tenacidad a la hora de seleccionar el acero para herramientas adecuado.
Resistencia al desgaste y conductividad térmica
El acero para herramientas resiste muy bien el desgaste, por eso funciona tan bien en punzones, matrices y herramientas de corte que se enfrentan a una fricción constante. Sin embargo, esta misma propiedad hace que el mecanizado sea más lento y exigente. Los filos de corte se desgastan más rápido, lo que implica más cambios de herramientas y costes más elevados.
Otro reto es su escasa conductividad térmica. El calor permanece en la zona de corte en lugar de desplazarse por el material. Esto hace que el filo de corte se reblandezca y se desafile rápidamente. El refrigerante, las velocidades más lentas y los avances adecuados ayudan a controlar el calor y prolongar la vida útil de la herramienta.
Tratamiento térmico y su influencia en la maquinabilidad
La mayoría de los aceros para herramientas son tratado térmicamente para mejorar la dureza y la resistencia al desgaste. Pero una vez templados, se vuelven mucho más difíciles de mecanizar. Los aceros preendurecidos requieren herramientas de corte fuertes y un control estricto de los parámetros de mecanizado.
Algunos talleres prefieren mecanizar el acero para herramientas en estado recocido (reblandecido) y endurecerlo después. Esto reduce el desgaste de la herramienta y acorta el tiempo de ciclo. El torneado duro o el rectificado se utilizan a menudo después del tratamiento térmico para trabajos de alta precisión. En cualquier caso, el proceso de tratamiento térmico afecta significativamente a la forma en que el acero para herramientas puede cortarse y acabarse.
Consideraciones previas al mecanizado
Mecanizar acero para herramientas es más fácil cuando se toman las medidas adecuadas antes de empezar el corte. Una buena preparación reduce el desgaste de la herramienta, mejora la precisión y evita pérdidas de tiempo.
Selección de la calidad adecuada del acero para herramientas
Los distintos grados sirven para diferentes propósitos. Grados como D2 o M2 son opciones comunes para una alta resistencia al desgaste. Si la pieza va a sufrir un fuerte impacto, es mejor S7. Cuando la mecanizabilidad es una prioridad, se suele utilizar O1 o A2.
También es importante planificar el tratamiento térmico. Algunos proyectos requieren un acero que se mecanice fácilmente en estado recocido, mientras que otros necesitan un acero que se mantenga estable durante el temple. Para elegir la calidad adecuada, hay que tener en cuenta la función de la pieza y los límites de mecanizado del taller.
Preparación de la pieza
El material de partida debe estar limpio, ser plano y tener el tamaño correcto. Los bordes ásperos y la cascarilla superficial deben eliminarse antes del mecanizado. De este modo se evitan daños en la herramienta y se consiguen cortes más suaves.
Si el material está alabeado o es irregular, la presión de sujeción puede doblarlo durante el mecanizado, creando errores en la pieza final. Inspeccione cuidadosamente el material antes de colocarlo. Para trabajos de varios pasos, marcar los bordes de referencia ayuda a mantener la orientación constante.
Alivio de tensiones y tratamiento térmico antes del mecanizado
El acero para herramientas suele presentar tensiones internas derivadas del laminado o de procesos anteriores. Estas tensiones pueden hacer que la pieza se desplace al cortarla. El tratamiento térmico de alivio de tensiones ayuda a reducir este problema.
Este tratamiento se realiza a temperaturas más bajas que el temple. Hace que el acero sea más estable sin perder tenacidad. Para algunas calidades, el mecanizado tras recocido es el mejor método. La pieza puede endurecerse y acabarse a medida más tarde. Esta secuencia reduce la distorsión y hace que el proceso sea más predecible.
Selección de herramientas de corte para acero de herramientas
La herramienta de corte que elija tiene un gran impacto en el mecanizado del acero para herramientas. Influye en la vida útil de la herramienta, el acabado superficial y la eficacia general. Utilizar la herramienta adecuada ayuda a evitar tiempos de inactividad y a reducir costes.
Herramientas de metal duro
Las herramientas de metal duro son el estándar para el mecanizado de herramientas de acero. Se mantienen afiladas durante más tiempo que otros tipos de herramientas y pueden funcionar a velocidades de corte más altas, lo que las convierte en la mejor opción para aceros templados para herramientas y trabajos de gran volumen.
Dado que el metal duro es quebradizo, requiere configuraciones rígidas con vibraciones mínimas. Una máquina estable y una sujeción firme son esenciales. El refrigerante también es importante; ayuda a controlar el calor y prolonga la vida útil de la herramienta.
Herramientas de acero rápido
Las herramientas de acero rápido (HSS) son menos caras y más resistentes que las de metal duro. Pueden soportar cargas pesadas sin romperse, lo que las hace útiles para el mecanizado manual, las series cortas o el desbaste de acero para herramientas recocido más blando.
El inconveniente es la menor duración de la herramienta. El HSS no puede igualar la velocidad de corte ni la durabilidad del metal duro, especialmente cuando se trabaja con aceros endurecidos. Funciona mejor cuando la precisión no es crítica o el bajo coste es una prioridad.
Herramientas recubiertas y sus ventajas
Los recubrimientos para herramientas añaden otra capa de rendimiento. Entre los recubrimientos más comunes se encuentran el nitruro de titanio (TiN), el carbonitruro de titanio (TiCN) y el nitruro de aluminio y titanio (AlTiN).
Estos recubrimientos reducen la fricción, resisten el calor y mejoran la resistencia al desgaste. Ayudan a que las herramientas corten con más suavidad, duren más y produzcan mejores acabados superficiales. Las herramientas de metal duro recubiertas suelen ser la opción más eficaz para los aceros de herramientas duros. El tipo de recubrimiento debe coincidir con la velocidad de mecanizado, el material de la herramienta y el refrigerante utilizado.
Ventajas del mecanizado de acero para herramientas
El mecanizado de acero para herramientas aporta varias ventajas que ayudan a los fabricantes a crear componentes fiables y duraderos. La configuración adecuada ofrece resistencia y precisión en un solo proceso.
Durabilidad
Las piezas de acero para herramientas duran mucho tiempo. Una vez mecanizadas y tratadas térmicamente, resisten el desgaste, los impactos y la deformación. Esto las hace ideales para matrices, herramientas de corte y moldes que funcionan durante miles de ciclos sin fallar. El mecanizado realza esta durabilidad dando forma a las piezas para que soporten un uso intensivo.
Precisión
El acero para herramientas mantiene tolerancias estrictas. Cuando se mecaniza correctamente, ofrece dimensiones limpias y precisas. Esto es fundamental para piezas como punzones, herramientas de conformado y plantillas que requieren ajustes exactos. El comportamiento estable del material ayuda a evitar desplazamientos o distorsiones durante el mecanizado, lo que se traduce en resultados uniformes.
Versatilidad
El acero para herramientas está disponible en muchas calidades, cada una de ellas con una resistencia única. Tanto si el trabajo requiere dureza, tenacidad o resistencia a la temperatura, hay un grado que se adapta. Por eso, el acero para herramientas es una buena elección en muchos sectores, desde el automovilístico al aeroespacial, pasando por la fabricación de moldes.
Buena maquinabilidad
Algunos aceros para herramientas, como el O1 y el A2, ofrecen una mecanizabilidad decente. Una vez recocidos, cortan con suavidad y permiten un desbaste rápido. Otros pueden necesitar más esfuerzo, pero incluso el acero templado puede mecanizarse con precisión con las herramientas y avances adecuados. Una buena mecanizabilidad acorta el tiempo de ciclo y reduce el coste de las herramientas.
Aplicaciones industriales del acero mecanizado para herramientas
El acero para herramientas se utiliza en industrias que exigen gran solidez, resistencia al desgaste y precisión. Su rendimiento bajo tensión lo convierte en un material de confianza en muchos sectores.
Aeroespacial
En el sector aeroespacial, el acero para herramientas se utiliza para plantillas, utillajes y herramientas de conformado. Estas piezas deben ser precisas durante las operaciones de alta resistencia. El acero para herramientas mantiene bien su forma y tamaño, incluso bajo tensiones repetidas. También se utiliza en herramientas de corte de alta velocidad para componentes aeronáuticos.
Automotor
Las piezas de automoción deben resistir el desgaste, los impactos y el calor. El acero para herramientas se utiliza a menudo para fabricar matrices y punzones de estampación y para formar herramientas para paneles de carrocería y piezas de transmisión. Estas herramientas deben funcionar con rapidez y mantenerse afiladas durante largos ciclos de producción, y el acero mecanizado para herramientas ofrece ese rendimiento.
Fabricación de moldes y troqueles
Este es uno de los mayores usos del acero para herramientas. Los moldes de inyección, los moldes de fundición a presión y las matrices de forja dependen del acero para herramientas para soportar el calor, la presión y la abrasión. Grados como H13, D2 y P20 son habituales en estos casos. Las superficies mecanizadas deben ser lisas y precisas para que los moldes funcionen correctamente.
Herramientas de corte
Las brocas, fresas de mango, brochas y escariadores suelen fabricarse con acero para herramientas. El acero rápido (como el M2) permite que estas herramientas sigan cortando incluso en caliente. El mecanizado de estas herramientas requiere precisión y un cuidadoso control del calor. Una herramienta de corte bien mecanizada puede durar más y rendir mejor bajo carga.
Buenas prácticas para el mecanizado de acero para herramientas
El mecanizado de acero para herramientas es exigente, pero los hábitos adecuados lo hacen más llevadero. Centrándose en el estado de la herramienta, el control térmico y las velocidades de corte, los mecanizadores pueden mejorar la precisión, la calidad superficial y la vida útil de la herramienta.
Utilice herramientas afiladas
Empiece cada trabajo con los filos afilados. Una herramienta desafilada crea más fricción, genera calor y se desgasta rápidamente. También puede dejar acabados deficientes y provocar errores dimensionales. Las herramientas afiladas cortan más suavemente, reduciendo la fuerza de la máquina y de la pieza.
Compruebe regularmente las herramientas durante el mecanizado. Sustitúyalas o rectifíquelas antes de que el desgaste sea grave. En piezas de alta precisión, incluso un ligero desgaste de la herramienta puede alterar las tolerancias.
Control del calor
El acero para herramientas retiene el calor en el filo de corte en lugar de propagarlo por la pieza. Esto hace que el control del calor sea uno de los mayores retos. Los chorros de refrigerante o aire ayudan a eliminar las virutas y a reducir la temperatura en la punta de la herramienta.
Un exceso de calor puede provocar la rotura de la herramienta, la deformación de la pieza o quemaduras en la superficie. Para herramientas de metal duro y operaciones de alta velocidad, el mecanizado en seco con fuertes chorros de aire suele funcionar mejor. Para operaciones más lentas, el refrigerante por inmersión evacua el calor con mayor eficacia.
Optimizar la velocidad
La velocidad de corte y el avance deben corresponderse con la herramienta y la calidad del acero. Una velocidad excesiva provoca sobrecalentamiento y reduce la vida útil de la herramienta. Correr demasiado despacio hace perder tiempo y puede provocar rozamiento en lugar de corte.
Consulte las tablas de los proveedores de herramientas como punto de partida. Las velocidades más bajas son las mejores para aceros para herramientas endurecidos o tratados térmicamente. Aumente la velocidad sólo si la configuración es rígida y el corte se mantiene limpio.
Conclusión
El mecanizado del acero para herramientas requiere planificación, las herramientas adecuadas y un control cuidadoso. El material es fuerte, pero con la configuración adecuada, corta limpiamente y mantiene tolerancias ajustadas. Desde el torneado hasta el rectificado, cada paso debe ajustarse a la dureza, la resistencia al desgaste y el comportamiento térmico del acero. Seleccionar la calidad, las herramientas y las técnicas adecuadas ayuda a evitar el desgaste de las herramientas, el sobrecalentamiento y las repeticiones.
¿Necesita ayuda para mecanizar piezas de acero para herramientas para su próximo proyecto? Contacte con nuestro equipo-proporcionamos soluciones de mecanizado de precisión adaptadas a sus necesidades. Obtenga hoy mismo un presupuesto rápido y asistencia experta.
Hola, soy Kevin Lee
Durante los últimos 10 años, he estado inmerso en diversas formas de fabricación de chapa metálica, compartiendo aquí ideas interesantes de mis experiencias en diversos talleres.
Póngase en contacto
Kevin Lee
Tengo más de diez años de experiencia profesional en la fabricación de chapas metálicas, especializada en corte por láser, plegado, soldadura y técnicas de tratamiento de superficies. Como Director Técnico de Shengen, me comprometo a resolver complejos retos de fabricación y a impulsar la innovación y la calidad en cada proyecto.
