Cómo mecanizar Inconel 718: métodos de torneado, fresado y taladrado

Inconel 718 pueden mecanizarse con éxito con una calidad de pieza constante cuando los operarios utilizan configuraciones rígidas, herramientas positivas de metal duro o cerámicas con recubrimientos adecuados, elecciones conservadoras de profundidad de corte y avance para el desbaste, velocidades de husillo más altas con cargas de viruta ligeras para el acabado, eliminación activa del calor en la zona de corte y estrategias de proceso que eviten la permanencia y el retallado de las superficies endurecidas. Siga las familias de herramientas recomendadas, las ventanas de datos de corte y las prácticas de sujeción de este artículo para minimizar el endurecimiento de la pieza, prolongar la vida útil de la herramienta y cumplir las tolerancias aeroespaciales o energéticas.

1. Por qué Inconel 718 se comporta de forma diferente bajo la cuchilla

Inconel 718 es una superaleación de níquel-hierro-cromo endurecible por precipitación diseñada para ofrecer una gran resistencia a temperaturas elevadas. La aleación combina unas elevadas propiedades de tracción con una conductividad térmica relativamente baja y una fuerte tendencia al endurecimiento por deformación cerca del corte. Estos atributos provocan una elevada temperatura de corte en la zona de cizalladura inmediata y provocan un rápido desgaste del flanco, una acumulación de filo y una mala rotura de la viruta si no se ajustan las variables del proceso. Por estas razones, el mecanizado debe dar prioridad a la evacuación del calor, evitar la permanencia de la herramienta y elegir materiales de herramienta que puedan resistir los mecanismos de desgaste abrasivo, adhesivo y térmico.

2. Características metalúrgicas que influyen en el rendimiento de corte

Principales características de los materiales que determinan la elección del proceso

• Alta resistencia y endurecimiento por deformación: El endurecimiento por deformación produce una capa endurecida directamente por delante del filo de corte cuando las velocidades de corte son lentas o se produce una detención de la herramienta. Esta capa endurecida aumenta rápidamente las fuerzas de corte.

• Baja conductividad térmica: El calor se concentra en la zona de cizallamiento, elevando las temperaturas locales y acelerando el desgaste por difusión y la rotura del revestimiento.

• Dureza y tendencia adhesiva: La adherencia del material provoca la formación de bordes y cráteres en las herramientas de metal duro. Los recubrimientos y acabados superficiales de las plaquitas reducen la adherencia.

• Microestructura: El estado de endurecimiento por precipitación frente al estado de recocido cambia la maquinabilidad; el material recocido generalmente se mecaniza con menos tensión en la herramienta y una vida útil más larga.

Implicaciones para el control de procesos

• Minimizar el tiempo que un filo de corte determinado pasa en contacto con la misma ubicación de superficie.

• Utilice geometrías de rastrillo positivas que corten limpiamente en lugar de arar y endurecer por deformación la superficie.

• Favorecer estrategias de corte interrumpido que eviten el roce y las altas temperaturas continuas siempre que sea posible.

3. Selección de herramientas: materiales, revestimientos y opciones geométricas.

Elegir la familia de herramientas correcta es una de las mayores palancas para mejorar la productividad y la calidad de las piezas.

Material de las herramientas y revestimientos (resumen)

Geometría de inserción y preparación de bordes

• Rastrillo positivo, filo pulido: Reduce las fuerzas de corte y mejora el flujo de viruta. Utilice un radio de afilado pequeño para resistir el astillado mientras mantiene la acción de corte.

• Gran radio de punta para el acabado: Para conseguir un acabado superficial, los radios de punta más grandes ayudan pero aumentarán las fuerzas de corte; equilibrar con la rigidez de la máquina.

• Rompevirutas diseñados para metales pegajosos: Elija formas de alojamiento de viruta que produzcan virutas cortas y controladas y evite las virutas largas y filamentosas. Sandvik y otros fabricantes de herramientas publican geometrías HRSA adaptadas a Inconel 718.

4. Parámetros de corte recomendados por operación

Los parámetros deben adaptarse a la potencia de la máquina, la rigidez, la microgeometría de la herramienta y el sistema de sujeción. Las tablas siguientes proporcionan ventanas de inicio conservadoras y probadas en la industria. Realice pruebas cortas de la herramienta e implemente pequeños ajustes incrementales.

4.1 Torneado (desbaste y acabado) - ventanas de arranque

4.2 Fresado frontal y fresado de ranuras

4.3 Perforación y sondeo

Notas sobre unidades y máquinas

• Convierta las ventanas a pulgadas si es necesario. Comenzar en el extremo inferior de la gama de velocidades cuando la rigidez de la máquina o la eficacia del refrigerante sean cuestionables. Aumentar la velocidad del husillo si la herramienta y el portaherramientas lo permiten y las virutas permanecen controladas.

5. Estrategias de mecanizado y flujos de proceso

Un sólido plan de proceso separa el desbaste del acabado y controla la acumulación de calor.

Estrategia de desbaste

1. Utilizar un compromiso radial más fuerte, una profundidad axial moderada y herramientas de metal duro robustas. Mantenga el avance lo suficientemente alto como para cizallar en lugar de rozar.

2. Evite volver a cortar repetidamente la misma superficie. Si el acabado debe eliminar una capa endurecida por el trabajo, utilice una pasada ligera para eliminar la piel dura.

Semiacabado

• Reducir la profundidad de corte y los avances para disminuir las fuerzas de corte y minimizar el endurecimiento por deformación residual. Verificar la temperatura de la pieza tras las pasadas de desbaste.

Acabado

• La poca profundidad de corte y la baja carga de viruta producen la mejor integridad superficial. Unas rpm altas con un espesor de viruta sin cortar pequeño reducen la acumulación de filo y mejoran el acabado. Utilice plaquitas cerámicas o de metal duro de grano fino.

Gran capacidad de arranque de material

• Fresado trocoidal: Mantiene bajo el compromiso radial y permite velocidades de husillo más altas con mayor vida útil de la herramienta. Eficaz para el desbaste de cavidades profundas.

• Fresado de alto avance: Cuando se utilizan fresas especiales de alto avance, la productividad mejora a la vez que se mantienen manejables las fuerzas de corte. La selección de la herramienta debe coincidir con la aplicación.

6. Control del chip, refrigerante y gestión térmica

El control de la viruta y la eliminación del calor determinan la vida útil de la herramienta con más frecuencia que la velocidad bruta.

Estrategias de refrigeración

• Inundar el refrigerante con aceite emulsionado: Ayuda a mantener alejadas las virutas y reduce la temperatura de la herramienta en muchos entornos de taller.

• Refrigerante pasante a alta presión: Ofrece una mejor evacuación de la viruta y refrigeración en el filo de corte para brocas y herramientas de plaquita intercambiable. La alta presión ayuda a romper las virutas y a reducir la adherencia del flanco.

• Lubricación por cantidades mínimas: Algunos talleres consideran que MQL es inaceptable para HRSA debido a la concentración de calor. Utilizar solo si está validado.

Técnicas de control de virutas

• Utilice plaquitas con una geometría de cajera adecuada para virutas cortas y rizadas.

• Evite las virutas largas y finas que se apelotonan y provocan un nuevo corte. Utilice rompevirutas o geometrías de virutas cortas.

Control térmico de la pieza

• Diseñar los útiles de forma que evacuen el calor. Utilizar pausas en el ciclo sólo si la refrigeración de la herramienta es suficiente. Evite cualquier contacto de una herramienta giratoria de alta velocidad con el trabajo estacionario que pueda crear un endurecimiento localizado del trabajo.

7. Sujeción de piezas, diseño de fijaciones, supresión de vibraciones y selección de máquinas.

La elección de la máquina y del utillaje multiplica el efecto de las decisiones sobre la herramienta.

• Máquina herramienta rígida: Prefiera husillos rígidos y de bajo desgaste con suficiente potencia y par. Los centros de mecanizado multieje con rodamientos grandes ofrecen mejores resultados.

• Voladizos sólidos y cortos: Mantenga el voladizo de la herramienta y la pieza de trabajo al mínimo para reducir la desviación. Siempre que sea posible, utilice portaherramientas hidráulicos o de ajuste por contracción para las fresas de mango.

• Herramientas amortiguadas: Para ejes largos y delgados, utilice adaptadores amortiguados o herramientas silenciosas para suprimir las vibraciones. Las soluciones Silent Tools de Sandvik presentan ventajas documentadas para los ejes HRSA.

• Sujeción rígida y disipadores de calor: Las fijaciones que entran en contacto con una superficie importante ayudan a alejar el calor de la zona de corte y reducen la distorsión.

8. Modos de desgaste de la herramienta, diagnóstico y acciones correctivas

Tipos comunes de desgaste y cómo responder:

• Desgaste de flancos: Pérdida progresiva en la cara de holgura. Si el desgaste del flanco crece rápidamente, reducir la velocidad de corte y verificar la compatibilidad del recubrimiento. Sustituir las plaquitas antes de que el astillado del flanco afecte a la geometría.

• Desgaste del cráter: Se forma en la cara del rastrillo debido a la difusión y al desgaste químico. Utilizar revestimientos resistentes a la difusión a temperaturas elevadas.

• Adherencia y borde acumulado: Si está presente, aumente ligeramente la velocidad de corte, reduzca el avance o cambie el recubrimiento. Verificar también la eficacia del refrigerante.

• Astillado de bordes: A menudo debido a cortes interrumpidos, radio de afilado demasiado pequeño o portaherramientas inestable. Utilice un sustrato de plaquita más duro, aumente el radio de afilado o estabilice la pieza.

Lista de diagnóstico

1. Inspeccione las virutas: las virutas largas y coriáceas indican una alimentación escasa o una rotura de virutas insuficiente.

2. Inspeccionar el borde con el microscopio: buscar delaminación del recubrimiento de la herramienta o microfisuras.

3. Medir la excentricidad del husillo y el par de apriete del portaherramientas.

4. Revisar la presión del refrigerante y la orientación de la boquilla.

9. Inspección, integridad de la superficie y tratamientos posteriores al proceso

La integridad de la superficie es crítica en el sector aeroespacial y en servicios a altas temperaturas.

• Controles de microdureza: La cartografía de microdureza posterior al mecanizado puede detectar capas endurecidas por el trabajo creadas por un corte inadecuado. Si el aumento de dureza supera la especificación, realice un ligero alivio de tensiones o perfeccione las pasadas de acabado.

• Control de la tensión residual: Evitar el calentamiento local excesivo y los gradientes térmicos durante el mecanizado. Considerar el tratamiento térmico de alivio de tensiones si la tensión residual amenaza la vida útil del componente.

• Control dimensional: Utilizar pasadas finales de acabado a fuerzas de corte bajas después de cualquier estabilización térmica de la pieza.

10. Ejemplos de procesos y conjuntos de parámetros representativos (ejemplos de casos)

Utilice estas recetas de muestra para realizar registros de prueba. Realice siempre pruebas cortas de vida útil de la herramienta y ajuste mediante pequeños incrementos.

Caso A: Torneado de eje de diámetro medio, barra recocida, torno CNC

• Estado del material: Barra de Inconel 718 recocida Ø 60 mm.

• Herramientas: CNMG 12 04 08, carburo de grano fino, PVD TiAlN.

• Desbaste: Vc 60 m/min, f 0,25 mm/rev, ap 3 mm.

• Paso de acabado: Vc 120 m/min, f 0,06 mm/rev, ap 0,3 mm.

• Refrigerante: Inundación con alta presión dirigida al filo de corte.

Caso B: Fresado de cajeras en un soporte aeroespacial

• Herramientas: Fresa de metal duro de 12 mm, 4 canales, PVD TiAlN.

• Desbaste trocoidal: ae 1 mm, ap 8 mm, Vc 80 m/min, fz 0,08 mm/diente.

• Acabado: Eje ligero 0,3 mm, Vc 140 m/min, fz 0,03 mm/diente.

• Refrigerante: Mediante refrigerante de husillo a presión moderada.

11. Cuadros consolidados de referencia rápida

Materiales de las herramientas y aplicaciones típicas recomendadas

12. Preguntas frecuentes

1. ¿Puede mecanizarse Inconel 718 en un torno CNC estándar?
   Sí, cuando el torno es suficientemente rígido y la desviación del husillo es baja. Utilice herramientas adecuadas, refrigerante y voladizos cortos para obtener buenos resultados.

2. ¿Es el material recocido más fácil de mecanizar que el material templado?
   Sí. El material recocido tiene menor resistencia y proporciona una mayor vida útil de la herramienta. Siempre que sea posible, especifique recocido para el mecanizado a granel.

3. ¿Qué revestimiento funciona mejor para tornear Inconel 718?
   Los revestimientos PVD ricos en aluminio, como TiAlN y AlCrN, son muy eficaces. Los recubrimientos CVD multicapa también funcionan bien en muchas fresas. Los datos del fabricante de herramientas deben orientar la selección final.

4. ¿Debo utilizar refrigerante de inundación o refrigerante pasante?
   El refrigerante a través de la herramienta y la alta presión suelen proporcionar una mejor evacuación de la viruta. Si no se dispone de una herramienta pasante, se puede utilizar un chorro de agua, pero hay que asegurarse de que la boquilla esté bien orientada.

5. ¿Por qué se desgastan tan rápido mis herramientas?
   Las causas típicas son un refrigerante insuficiente, un tiempo de espera excesivo, una geometría incorrecta de la herramienta o una baja rigidez de la máquina. Diagnostique las virutas e inspeccione los bordes para determinar la causa.

6. ¿Es beneficiosa la molienda trocoidal?
   Sí para cajeras profundas. Reduce el compromiso radial y la temperatura cerca del filo, alargando la vida útil de la herramienta.

7. ¿Debo utilizar cerámica para el acabado?
   La cerámica puede ofrecer una excelente resistencia al desgaste, pero requiere montajes estables y rígidos. No toleran los choques.

8. ¿Cómo evitar el endurecimiento del trabajo?
   Evitar el roce y los cortes lentos, realizar un ligero desespumado para eliminar la piel endurecida producida durante el desbaste. Mantener constante la formación de viruta.

9. ¿Existen brocas especiales para Inconel 718?
   Sí, las brocas de carburo sólido o las brocas indexables clasificadas para HRSA con refrigerante pasante funcionan mejor. Utilice ciclos peCK para evitar la acumulación de virutas.

10. ¿Qué inspección debe seguir al mecanizado?
    Cartografía de microdureza para componentes críticos, control dimensional y consideración de la tensión residual para piezas críticas de seguridad.