HERRAMIENTA PARA ARRANCAR VIRUTAS CON UN COEFICIENTE DE ROZAMIENTO BAJO.

Herramienta para arrancar virutas, formada por un cuerpo base de un material del grupo de metales duros,

cermets, materiales duros y aceros para herramientas, que está provista al menos en la zona superficial sometida a desgaste y rozamiento de una capa de material duro, que respecto al cuerpo base presenta una composición química diferente y que contiene al menos una fase de material duro del grupo de los óxidos, nitruros, carburos y boruros de los elementos Al, Ti, Zr y/o Hf, caracterizada porque en la capa de material duro está incorporado de forma finamente dispersada Ag, Cu y/o Au, siendo la temperatura de fusión o sol idus de Ag, Cu y/o Au o de las fases formadas al menos en parte en un caso de solicitación por Ag, Cu y/o Au más baja que la temperatura que se produce como máximo en el caso de solicitación al haber contacto con el cuerpo que provoca desgaste y rozamiento en la zona superficial de la herramienta

Herramienta para arrancar virutas con un coeficiente de rozamiento bajo.

La invención se refiere a una herramienta para arrancar virutas formada por un cuerpo base de un material del grupo de metales duros, cermets, materiales duros y aceros para herramientas con al menos una zona superficial sometida a desgaste y rozamiento con una composición química diferente respecto al cuerpo base.

Los metales duros, cermets, materiales duros y aceros para herramientas se usan para herramientas para arrancar virutas que están expuestas a una gran solicitación de desgaste. Por metal duro se entiende un material compuesto que está formado por una fase de material duro y un aglutinante metálico. El grupo de materiales de los cermets comprende todos los materiales que están formados por una o varias fases cerámicas y una o varias fases metálicas. Por materiales duros se entienden todos los materiales con una dureza de > 100 0 HV. Esto son compuestos de elementos de los grupos IVa a VIa del sistema periódico con los elementos carbono, nitrógeno, boro o silicio. No obstante, también forman parte de este grupo de materiales el diamante, nitruro de boro cúbico, carburo de silicio, nitruro de aluminio, silalon, óxido de aluminio, nitruro de aluminio y nitruro de silicio, para nombrar los más importantes. Según DIN 17 350, los aceros para herramientas son aceros que están definidos por su aplicación en herramientas.

Para aumentar la resistencia al desgaste, se aplican especialmente en metales duros, cermets y aceros para herramientas también capas de materiales duros altamente resistentes al desgaste basados en carburos, nitruros, boruros, siliciuros y óxidos. Estas capas presentan durezas que están situadas habitualmente en el intervalo de 1500 HV a 4000 HV. A título de ejemplo, se remite a recubrimientos de una o varias capas formadas por carburo de titanio, nitruro de titanio, carbonitruro de titano u óxido de aluminio.

Para simplificar, en la descripción expuesta a continuación, la herramienta sometida a desgaste y rozamiento se llamará cuerpo de desgaste. En el caso de solicitación, el sistema tribológico comprende además de este cuerpo de desgaste también el contracuerpo que provoca el desgaste y el rozamiento, dado el caso materiales intermedios, las fuerzas que actúan, el desarrollo de movimiento y las influencias ambientales. En particular, cuando son elevadas las fuerzas que actúan y la velocidad relativa entre el cuerpo de desgaste y el contracuerpo, se produce un claro aumento de temperatura en la zona límite de cuerpo de desgaste/contracuerpo. En la superficie de una herramienta para arrancar virutas se miden por ejemplo temperaturas de 1000ºC y más. Las causas de ello son el trabajo de deformación y separación en la zona de cizallamiento, el rozamiento de la viruta en la superficie de arranque y el rozamiento de la pieza de trabajo en la superficie libre. No obstante, también en el caso de componentes que se usan, por ejemplo, como herramientas de conformación, se produce un claro aumento de la temperatura superficial. Por ejemplo en hileras de estirar se producen puntas de temperatura de 1100ºC. Para mantener este aumento de temperatura en unos valores lo más bajos posible, se usan lubricantes y lubricantes refrigeradores en forma de líquidos, suspensiones o dispersiones, que se alimentan de una forma continua.

Además de lubricantes y lubricantes refrigeradores que se alimentan en caso de solicitación, también se conocen soluciones para precipitar llamadas películas lubricantes secas de sustancias sólidas en el cuerpo de desgaste. Estos lubricantes sólidos presenten en la mayoría de los casos una estructura cristalina con fuerzas de unión que dependen fuertemente de la dirección. Ejemplos de ello son grafito, nitruro de boro hexagonal y disulfuro de molibdeno. Una reducción eficaz del coeficiente de rozamiento se observa en el caso de MoS₂sólo hasta 500ºC, puesto que a temperaturas más elevadas se produce sublimación. El nitruro de boro y el grafito son resistentes en condiciones oxidantes hasta aprox. 900ºC.

En el documento DD 202898 se propone aplicar en herramientas de cortar, de estampar, de embutir y de arrancar virutas o en cojinetes disulfuro de molibdeno mediante un procedimiento de pulverización catódica de metales. Para conseguir un efecto de lubricación correspondiente, esta capa debe presentar una estructura reticular hexagonal. También el documento EP 0534905 propone un recubrimiento PVD con sulfuro de molibdeno de herramientas para arrancar virutas. Estas capas de sulfuro son muy blandas y se desgastan rápidamente por el rozamiento. Si bien se reducen las fuerzas de rozamiento incluso después del desgaste de la capa por rozamiento gracias a partículas incorporadas en la zona marginal, esto no tiene lugar en una medida suficiente. Para aumentar la duración de estas capas se propusieron diversos compuestos para la capa.

El documento WO 00/52223 propone un recubrimiento de varias capas con la secuencia de capas capa rica en Mo/capa rica en MoS₂.

El documento WO 97/04142 describe un procedimiento para la precipitación simultánea de MoS₂ y un metal o un compuesto de metal como titanio o nitruro de titanio mediante un procedimiento PVD especial. No obstante, también en esta capa no es suficiente el efecto reductor de rozamiento si se ajusta una resistencia suficiente al desgaste, que puede conseguirse mediante una parte elevada, por ejemplo, de nitruro de titanio. También se han estudiado óxidos como lubricantes sólidos. Por ejemplo, se han propuesto óxidos de vanadio y de tungsteno con una composición subestequiométrica respecto al contenido de oxigeno. Estos óxidos forman llamadas fases de Magneli y son estables en un medio oxidante hasta unas temperaturas elevadas. No obstante, el efecto reductor de rozamiento no es suficiente en el caso de un conjunto de cargas elevado y elevadas velocidades relativas entre el cuerpo de desgaste y el contracuerpo.

El documento US-A 4605343 describe una herramienta para cortar de metal duro, en la que se ha precipitado una película de diamante policristalina. En la película de diamante está aplicada otra capa de cobre. Entre la película de diamante policristalina y la capa de cobre pueden estar realizadas otras capas metálicas, p.ej. de oro, platino, cobre, níquel, plata o plata-cobre. La capa de cobre actúa aquí como disipador térmico. La capa intermedia de oro, platino, cobre, níquel, plata o plata- cobre tiene la función de una capa protectora. En el documento US-A 4728448 se da a conocer un recubrimiento autolubricante, resistente a la abrasión para motores de combustión interna. El recubrimiento está formado por un carburo de cromo, que está mezclado con una aleación de Ni-Al o Ni-Cr, Ag y CaF₂-BaF₂ y que se aplica a continuación, por ejemplo, en un substrato de Inconel 750 mediante proyección de plasma. Según el documento US-A 4728448 se combina el buen efecto lubricante de los fluoruros a altas temperaturas con el buen efecto lubricante de plata en estado sólido a temperatura bajas.

El documento US-A 3945807 describe una broca de metal duro, que se usa para el taladrado de tableros de circuitos impresos, y que está recubierta con metal noble, p.ej. Au, Ag o Pt. Del documento US-A 3945807 se desprende que la capa de metal moble es ventajosa debido a su buena conductibilidad y el efecto del lubricante sólido. El documento CH 683844 A5 describe un sistema de deslizamiento que comprende una capa de carburo de titanio y una capa de lubricante sólido de plomo o plata.

El documento US 5100701 describe un recubrimiento que está formado por un nitruro metálico y un lubricante sólido, pudiendo estar formado el lubricante sólido de plata metálica, hierro o una aleación de níquel.

El objetivo de la presente invención es, por lo tanto, proporcionar una herramienta con una gran resistencia al desgaste y un coeficiente de rozamiento bajo en contacto con el cuerpo de desgaste.

Según la invención, este objetivo se consigue mediante una herramienta para arrancar virutas según la reivindicación 1.

En la herramienta para arrancar virutas según la invención se forma in situ una película lubricante líquida. Por in situ se entiende que se forma o forman una o varias fase(s) líquida(s) que actúa(n) como película lubricante cuando surge el caso de solicitación. Esta(s) fase(s) se presenta(n) en el estado sólido cuando el cuerpo de desgaste no está sometido a ninguna solicitación. La reducción del coeficiente de rozamiento no se produce sustancialmente hasta alcanzarse temperaturas...

1. Herramienta para arrancar virutas, formada por un cuerpo base de un material del grupo de metales duros, cermets, materiales duros y aceros para herramientas, que está provista al menos en la zona superficial sometida a desgaste y rozamiento de una capa de material duro, que respecto al cuerpo base presenta una composición química diferente y que contiene al menos una fase de material duro del grupo de los óxidos, nitruros, carburos y boruros de los elementos Al, Ti, Zr y/o Hf, caracterizada porque en la capa de material duro está incorporado de forma finamente dispersada Ag, Cu y/o Au, siendo la temperatura de fusión o sol idus de Ag, Cu y/o Au o de las fases formadas al menos en parte en un caso de solicitación por Ag, Cu y/o Au más baja que la temperatura que se produce como máximo en el caso de solicitación al haber contacto con el cuerpo que provoca desgaste y rozamiento en la zona superficial de la herramienta.

2. Herramienta según la reivindicación 1, caracterizada porque en el caso de solicitación, al haber contacto con el cuerpo que provoca desgaste y rozamiento, se forma al menos localmente en la zona superficial sometida a desgaste y rozamiento de la herramienta una fase líquida que tiene un efecto reductor sobre el coeficiente de rozamiento.

3. Herramienta según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque la capa de material duro contiene Ag.