HERRAMIENTAS CON UNA REGIÓN DE TRABAJO TERMOMECÁNICAMENTE MODIFICADA Y MÉTODOS DE FORMACIÓN DE DICHAS HERRAMIENTAS.

Herramientas con una región de trabajo termomecánicamente modificada y métodos de formación de dichas herramientas. Se utilizan diversos tipos de herramientas en aplicaciones de conformación de metales tales como maquinado, corte de metales, compactación de polvos, grabado en metales, estampado con espiga, ensamblado de componentes, y similares. En particular, los punzones y matrices representan tipos de herramientas de metal para conformar o dar forma, utilizadas para atravesar, perforar y configurar piezas de trabajo metálicas y no metálicas. Las herramientas de corte y los insertos representan tipos de herramientas de metal conformadoras utilizadas para dar forma a piezas de trabajo metálicas y no metálicas. Los punzones y matrices están expuestos a cargas severas y repetidas durante su vida operativa. En particular, los punzones tienden a fallar durante su uso debido a una rotura catastrófica inducida por las significativas tensiones internas en el extremo de trabajo de la herramienta o de otros mecanismos, tales como el desgaste. Las exigencias impuestas sobre las herramientas conformadoras de metal se harán más severas con la introducción de piezas de trabajo hechas de aceros con mayores relaciones entre resistencia y peso, tales como los aceros UHSSs (ultrahigh strength steels, aceros de resistencia ultra elevada), los aceros AHSSs (advanced highstrength steels, aceros de resistencia elevada avanzada), aceros TRIP (transformation induced plasticity, con plasticidad inducida por transformación), y aceros MART (martensitic, martensíticos). Los punzones se construyen comúnmente de diversos tipos de acero para herramientas. Los aceros para herramientas convencionales contienen carburos de metal que se forman a partir de una reacción del carbono con los metales que forman aleaciones tales como cromo, vanadio y tungsteno, que se encuentran en las formulaciones de acero comunes. Las partículas de carburo de metal se hallan inicialmente presentes en el acero para herramientas macizo en forma de terrones o agregados. La morfología de los carburos, es decir el tamaño y la distribución de sus partículas, incide sobre el material y sobre las propiedades mecánicas del acero para herramientas, tales como su tenacidad a la fractura, su resistencia a los impactos y su resistencia al desgaste. Estas propiedades mecánicas del material determinan la aptitud del acero para herramientas para hacer frente a las severas condiciones encontradas por los punzones y matrices en las operaciones de trabajado de metales, y sirven de guía en la selección de materiales para una aplicación en particular. Típicamente, durante la fabricación de aceros para herramientas, los lingotes o palanquillas de acero para herramientas se trabajan en caliente a una temperatura superior a la temperatura de recristalización, para lo cual se recurre a un proceso de laminación en caliente o a un proceso de forjado en caliente. Cuando se trabaja en caliente el acero para herramientas, los carburos de metal segregados pueden alinearse sustancialmente en la dirección de trabajo de manera de formar lo que comúnmente se conoce como franjas o estratificaciones de carburos (carbide banding). El trabajado en caliente del acero para herramientas también puede alinear regiones enriquecidas en determinados componentes de aleación segregados sustancialmente en la dirección de trabajo de manera de formar lo que comúnmente se conoce como franjas o estratificaciones elementales o de aleación (elemental o alloy banding). La tendencia de los carburos de metal segregados y de los componentes de la aleación a alinearse a lo largo de la dirección de trabajo del acero laminado en caliente para herramientas (es decir, en la dirección del laminado) en franjas lineales paralelas, se ha ilustrado en las micrografías ópticas de las Figuras 1 y 1B y en una micrografía de SEM (Scanning Electron Microscopy, Microscopia de Barrido Electrónico) de la Figura 1A. En su conjunto, las micrografías muestran imágenes de regiones pulidas y tratadas con mordiente de un acero M12 disponible en el comercio para herramientas de barras de stock en su condición laminado en caliente. A nivel microscópico, las franjas de carburo y de aleación tienen un aspecto prominente, como puede apreciarse en las Figuras 1, 1A, y 1B. En particular, las franjas más visibles en la Figura 1A representan mayores contenidos de aleación expresados en % en peso, y las franjas más oscuras representan menores contenidos de aleación en % en peso. En el caso particular del acero tipo S7 para herramientas mostrado en la Figura 1A, las franjas de mayor contenido de aleación contienen 4,18 % en peso de Cr y 2,16 % en peso de Mo, mientras que la franjas de menor contenido de aleación contienen 3,38 % en peso de Cr y 1,30 % en peso de Mo. La Figura 1B es una micrografía óptica de la formación de franjas en un acero AISI M2 comercial laminado después de tratamiento térmico y triple revenido. La muestra fue cortada y pulida y seguidamente tratada con un mordiente consistente en una solución de nital al 3%. Las mediciones de la separación entre las franjas, es decir, las mediciones entre el centro de franja en una de la franjas y el centro de franja en una franja adyacente, indican un valor promedio de aproximadamente 135 µm con una desviación estándar del valor promedio de aproximadamente 21 µm. La Figura 2 es una micrografía óptica de un material de stock en forma de barra de tipo acero M4 metalúrgico en polvo, que presenta una alineación similar de sus franjas de carburo de metal y de aleación sustancialmente a lo largo de la dirección de laminado, como puede apreciarse en la Figura 1A. Después del laminado en caliente, se transforma el acero para herramientas en una preforma que conserva las franjas de carburo y/o de aleación. La orientación direccional de los carburos de metal en las franjas de carburo y de los componentes segregados de la aleación en las franjas de aleación aumenta la probabilidad de una fractura agria o frágil y de desgaste a lo largo de esta dirección. Cuando se maquinan las preformas de acero para herramientas para producir herramientas, tales como punzones y matrices, las franjas de carburo y de aleación tienden a coincidir 2 ES 2 366 163 T3 con la dirección primaria de la carga a lo largo de la cual puede tener lugar la fractura durante el uso subsiguiente. Se conocen métodos para procesar elementos de acero; véanse los documentos EPA0587 489 que revela un retorcido, USA5136905 que revela un forjado/recalcado, y JPA56151125 que revela un forjado. En un aspecto, se provee una herramienta para su uso en una máquina para modificar una pieza de trabajo, comprendiendo la herramienta un miembro hecho de un acero para herramientas, incluyendo el miembro una superficie de trabajo adaptada para entrar en contacto con la pieza de trabajo; una primera región debajo de la superficie de trabajo, teniendo el acero para herramientas en la primera región una microestructura que contiene una pluralidad de franjas de carburo o una pluralidad de franjas de aleación que no están alineadas unidireccionalmente, teniendo cada una de entre la pluralidad de franjas de carburo o cada una de entre la pluralidad de franjas de aleación un ángulo de inclinación positivo sobre una porción de la primera región y un ángulo de inclinación negativo sobre otra porción de la primera región, siendo continua la transición entre el ángulo de inclinación positivo y el ángulo de inclinación negativo, y una segunda región que incluye una microestructura que contiene otra pluralidad de franjas de carburo u otra pluralidad de franjas de aleación, estando las franjas de carburo o las franjas de aleación en la primera región comprimidas entre si más estrechamente que las franjas de carburo o las franjas de aleación en la segunda región de manera que las franjas de carburo o las franjas de aleación en la primera región tienen una densidad primaria mayor que la densidad promedia de las franjas de carburo o de las franjas de aleación en la segunda región. La herramienta puede comprender un miembro de acero alargado que incluye un eje longitudinal, un fuste configurado para ser acoplado a la máquina, y una punta separada del fuste a lo largo del eje longitudinal. La punta incluye la superficie de trabajo y la primera región en la cual las franjas de carburo y/o de aleación no están sustancialmente alineadas con el eje longitudinal. En una forma de realización, la pluralidad de franjas de carburo o la pluralidad de franjas de aleación de la segunda región están sustancialmente alineadas con el eje longitudinal. Y en otra forma de realización, las franjas de carburo o las franjas de aleación en la primera región tienen una separación entre franjas que es inferior a una segunda separación entre franjas de las franjas de carburo o de las franjas... [Seguir leyendo]

1. Una herramienta (10, 43, 48) para ser utilizada en una máquina para modificar una pieza de trabajo, que comprende un miembro formado de un acero para herramientas, donde el miembro incluye una superficie de trabajo (18, 44, 56) adaptada para entrar en contacto con la pieza de trabajo; una primera región situada debajo de la superficie de trabajo (18, 44, 56), teniendo el acero para herramientas en la primera región una microestructura que contiene una pluralidad de franjas de carburo o una pluralidad de franjas de aleación que no están alineadas unidireccionalmente, en donde cada una de entre la pluralidad de de franjas de carburo o cada una de entre la pluralidad de franjas de aleación tiene un ángulo de inclinación positivo sobre una porción de la primera región y un ángulo de inclinación negativo sobre otra porción de la primera región, en donde la transición entre el ángulo de inclinación positivo y el ángulo de inclinación negativo es continua, y una segunda región que incluye una microestructura que contiene otra pluralidad de franjas de carburo u otra pluralidad de franjas de aleación, estando las franjas de carburo o las franjas de aleación en la primera región comprimidas entre si más estrechamente que las franjas de carburo o las franjas de aleación en la segunda región, de manera tal que las franjas de carburo o las franjas de aleación en la primera región tienen una densidad promedia que es mayor que la densidad promedia de las franjas de carburo o las franjas de aleación en la segunda región. 2. La herramienta de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la superficie de trabajo (18, 44, 56) tiene una superficie normal, y las franjas de carburo o las franjas de aleación están alineadas en una dirección que no es paralela a la superficie normal. 3. La herramienta de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, en donde el miembro es alargado, incluyendo el miembro alargado un eje longitudinal (22), un fuste (14) configurado para ser acoplado a la máquina, y una punta (15, 42, 54, 74) separada a lo largo del eje longitudinal (22) con respecto al fuste (14), incluyendo la punta (15, 42, 54, 74) la superficie de trabajo (18, 44, 56), y la primera región proximal, y las franjas de carburo o las franjas de aleación en la primera región no están sustancialmente alineadas con el eje longitudinal (22), y la segunda región está yuxtapuesta con la primera región y entre la primera región y el fuste (14). 4. La herramienta de acuerdo con la reivindicación 3, en donde las franjas de carburo o las franjas de aleación de la segunda región están sustancialmente alineadas con el eje longitudinal (22). 5. La herramienta de acuerdo con la reivindicación 4, en donde cada una de las franjas de carburo o de las franjas de aleación en la primera región es continua con una respectiva de las franjas de carburo o de las franjas de aleación en la segunda región. 6. La herramienta de acuerdo con la reivindicación 3, en donde las franjas de carburo o las franjas de aleación en la primera región intersectan la superficie de trabajo (18, 44, 56, 74). 7. La herramienta de acuerdo con la reivindicación 6, en donde las franjas de carburo o las franjas de aleación en la primera región intersectan la superficie de trabajo (18, 44, 56) en un ángulo que no es perpendicular con respecto a un plano de la superficie de trabajo (18, 44, 56). 8. La herramienta de acuerdo con la reivindicación 6, en donde la primera región se extiende desde la superficie de trabajo (18, 44 56) al interior de la punta (15, 42, 54, 74) en una profundidad con respecto a la superficie de trabajo (18, 44, 56) en el intervalo de aproximadamente 0,125 pulgada (aproximadamente 0,3175 centímetro) a aproximadamente 0,25 pulgada (aproximadamente 0,635 centímetro). 9. La herramienta de acuerdo con la reivindicación 6, en donde la primera región se extiende desde la superficie de trabajo (18, 44, 56) al interior de la punta en una profundidad con respecto a la superficie de trabajo (18, 44, 56) de por lo menos aproximadamente 0,001 pulgada (aproximadamente 0,00254 centímetros). 10. La herramienta de acuerdo con la reivindicación 3, en donde la primera región está enterrada en la punta (15, 42, 54, 74) por debajo de la superficie de trabajo (18, 44, 56). 11. La herramienta de acuerdo con la reivindicación 3, en donde el fuste (14) incluye una estructura para la retención de la herramienta, configurada para acoplar el miembro alargado con un portaherramientas de la máquina. 12. La herramienta de acuerdo con la reivindicación 3, en donde el eje longitudinal (22) intersecta la superficie de trabajo (18, 44, 56). 13. La herramienta de acuerdo con la reivindicación 1, en donde las franjas de carburo o las franjas de aleación, adyacentes, en la primera región están separadas por una separación entre franjas y la separación entre franjas aumenta a lo largo de una línea radial desde la superficie periférica exterior de la herramienta (10, 43, 48) hacia un punto radial medio entre la superficie periférica exterior y el eje longitudinal, y seguidamente disminuye desde el punto radial medio hacia el centro de la herramienta (10, 43, 48). 14 ES 2 366 163 T3 14. La herramienta de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en donde el acero para herramientas está formado de un material metal en polvo. 15. Un método para fabricar una herramienta, que comprende: fabricar una preforma de acero para herramientas (30, 34, 38, 60, 70) que tiene un fuste y una punta (32, 36, 40, 54, 62, 72) dispuestos a lo largo de un eje longitudinal (22), teniendo el acero para herramientas de la punta (32, 36, 40, 54, 62, 72) una microestructura con una pluralidad de franjas de carburo o con una pluralidad de franjas de aleación que tiene una primera densidad; procesar termomecánicamente la punta (32, 36, 40, 54, 62, 72) de la preforma (30, 34, 38, 60, 70) de manera de definir una primera región en la punta (32, 36, 40, 54, 62, 72) de manera tal que las franjas de carburo o las franjas de aleación en la primera región no estén alineadas unidireccionalmente y cada una de las franjas de carburo o cada una de las franjas de aleación en la primera región tiene un ángulo de inclinación positivo sobre una primera porción de la primera región y un ángulo de inclinación negativo sobre una segunda porción de la primera región, en donde la transición entre el ángulo de inclinación positivo y el ángulo de inclinación negativo es continua, y la distancia entre las franjas de carburo o las franjas de aleación está reducida, resultando una segunda densidad que es mayor que la primera densidad, y en donde el procesamiento termomecánico incluye calentar la punta (32, 36, 40, 54, 62, 72) a una temperatura de procesamiento y, mientras la punta (32, 36, 40, 54, 62, 72) se halla a la temperatura de procesamiento, aplicar una fuerza a la punta (32, 36, 40, 54, 62, 72) a efectos de deformar la primera región; y terminar la preforma obteniéndose la herramienta (10, 43, 48), definiendo la primera región de la punta una superficie de trabajo (18, 44, 56) de la herramienta (10, 43, 48). 16. El método de acuerdo con la reivindicación 15, en donde las franjas de carburo o las franjas de aleación, en la primera región están comprimidas entre si más estrechamente que otra pluralidad de franjas de carburo o que otra pluralidad de franjas de aleación en una segunda región yuxtapuesta a la primera región. 17. El método de acuerdo con la reivindicación 15, en donde fabricar la preforma comprende además: conformar la punta (32, 36, 40, 54, 62, 72) con una sección transversal que tiene un perfil que visto a lo largo del eje longitudinal tiene un área más pequeña que el perfil de la sección transversal del fuste. 18. El método de acuerdo con la reivindicación 17, en donde el procesamiento termomecánico de la punta (32, 36, 40, 54, 62, 72) comprende además: incrementar el área del perfil de sección transversal de la punta (32, 36, 40, 54, 62, 72) cuando se procesa termomecánicamente la punta (32, 36, 40, 54, 62, 72). 19. El método de acuerdo con la reivindicación 17, en donde la punta (32, 36, 40, 62, 72) tiene una forma troncocónica o de bala con un ángulo incluido, y el procesamiento termomecánico de la punta (32, 36, 40, 62, 72) comprende además: Incrementar el ángulo incluido de la punta (32, 36, 40, 62, 72) cuando se procesa termomecánicamente la punta (32, 36, 40, 62, 72). 20. El método de acuerdo con la reivindicación 15, en donde la punta (32, 36, 40, 54, 62, 72) se procesa termomecánicamente mediante un proceso de forjado. 21. El método de acuerdo con la reivindicación 20, en donde el proceso de forjado se selecciona entre el grupo que comprende: forjado radial, forjado anular, forjado rotatorio, forjado de sección circular, tixoformación, moldeado, recalcado tibio/en caliente, y combinaciones de los mismos. 22. El método de acuerdo con la reivindicación 15, en donde las franjas de carburo o las franjas de aleación en la punta (32, 36, 40, 54, 62, 72) de la preforma (30, 34, 38, 60, 70) son sustancialmente alineadas con el eje longitudinal (22) de la punta (32, 36, 40, 54, 62, 72) antes de que se procese termomecánicamente la punta (32, 36, 40, 54, 62, 72). 23. El método de acuerdo con la reivindicación 15, en donde la terminación de la preforma (30, 34, 38, 60, 70) de manera de obtener la herramienta (10, 43, 48) comprende además: modificar el fuste (14) de manera de incluir una estructura para retener la herramienta. 24. El método de acuerdo con la reivindicación 15, en donde el procesamiento termomecánico de la punta (62) de la preforma (60) comprende además: ES 2 366 163 T3 procesar termomecánicamente la punta (62) con un primer proceso termomecánico de manera de definir la primera región en el acero para herramientas; modificar una forma de la punta (62) de la preforma (60); y procesar termomecánicamente la punta (62) con un segundo proceso termomecánico para desalinear en 5 mayor grado aún una orientación de las franjas de carburo o de las franjas de aleación en la primera región con respecto al eje longitudinal de la punta. 25. El método de acuerdo con la reivindicación 24, en donde la modificación de la punta comprende además: 10 maquinar o forjar la punta (62) de la preforma (60). 26. El método de acuerdo con la reivindicación 15, en donde la temperatura de procesamiento es superior a la temperatura de transformación inferior del acero para herramientas. 16 ES 2 366 163 T3 17 ES 2 366 163 T3 18 ES 2 366 163 T3 19 ES 2 366 163 T3 ES 2 366 163 T3 21 ES 2 366 163 T3 22 ES 2 366 163 T3 23 ES 2 366 163 T3 24 ES 2 366 163 T3 ES 2 366 163 T3 26 ES 2 366 163 T3 27 ES 2 366 163 T3 28 ES 2 366 163 T3 29 ES 2 366 163 T3 ES 2 366 163 T3 31 ES 2 366 163 T3 32 ES 2 366 163 T3 33