Eficiencia mecánica y ahorro económico del maquinado de acero para maquinaria por medio de herramientas recubiertas con multicapas aplicando el proceso PVD

 

Ortega de la Rosa R.¹, Martínez Delgado E. J., Ramírez Sotelo M.¹ y Haro Rodríguez S.

 

Instituto Tecnológico de Zacatecas Carretera Panamericana entronque a Guadalajara s/nApartado Postal 245, Zacatecas, México. ¹rubin_ortega_2002@yahoo.com.mx

Universidad Autónoma de Zacatecas Unidad Académica de Ingeniería, Maestría en Procesos y Materiales Av. López Velarde No. 801, C.P. 98060, Zacatecas, México.

 

Recibido: 31 de enero de 2011
Aceptado: 15 de noviembre de 2011

 

Abstract

The following investigation analyzes the mechanical properties of tools coated by TiN-TiAIN multi layers using the PVD process and proves their economic savings when these are used as cutting tools. Therefore, it proposes the fact of mechanizing steel with the aim of reducing time and costs on the cutting process. This investigation analyzed two typical materials on cutting tools (High Speed Steel and Ceramics coated either with single layer or multi layers. Usually this type of coated is done on tungsten carbides. The result was a considerable increase on the life span of coated tools by TiN-TiAIN multi layers using the PVD process by up to 280% over those with an HSS. This implies economic savings of $ 859, 980 Mexican Pesos if it is considered that 73,332 tools were not used. Finally, failures on the tools were characterized and evidenced using scanning electron microscopy (SEM).

Keywords:: PVD; Magnetron; TiN; TiAlN; Multilayers.

 

Resumen

La presente investigación analiza las propiedades mecánicas y el ahorro económico del uso de recubrimientos multicapas de TiN-TiAlN a herramientas de corte. Además la propuesta de mecanizado de acero para maquinaria con la finalidad de reducir tiempos y costos de proceso. Se analizaron dos materiales típicos en las herramientas de corte (Acero rápido y Cerámicos recubiertos con Monocapas y Multicapas). Normalmente este tipo de recubrimientos se realiza sobre carburos de tungsteno. Se obtuvo un incremento en la vida útil de la herramienta recubierta con multicapas TiAlN-TiN por arriba de 283% sobre una de HSS, lo cual implica un ahorro económico considerable de aproximadamente $859 980.00 correspondientes a 73 332 herramienta menos utilizadas, finalmente mediante Microscopía Electrónica de Barrido, se caracterizaron las fallas en las herramientas.

Palabras clave:: PVD; Magnetrón; TiN; TiAlN; Multicapas.

 

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Agradecimientos

Agradezco, a los directivos e investigadores del I.T. de Zacatecas y Saltillo su apoyo para la realización de este trabajo, a los investigadores del posgrado en Procesos y Materiales de la Universidad Autónoma de Zacatecas, al CONACYT por el financiamiento del proyecto. A los Drs. José M. Albella del ICMM Madrid, España, Luis Nerey Luna de la Universidad de los Andes, por sus valiosas sugerencias.

 

Referencias

[1]. T. Cselle; "With High Performance Machining and FlexibleCoating Go into the New Economy", Cutting Tools andMachining System, Gorham Conference (2001).         [ Links ]

[2]. N. J. M. Carvalho; "Low Friction and Wear Resistant Coatings", Goningen University (2001)        [ Links ]

[3]. D.L. Smith; "Thin-Film Deposition", Mc Gaw Hill (1995).         [ Links ]

[4]. T. A. Li, H. Li, F. Pan; Surface and Coatings Technology,137, 225 (2001).         [ Links ]

[5]. J. J.R. Tucka, A.M. Korsunsky, D.G. Bhatc, S.J. Bulla; Surface and Coatings Technology, 139, 63 (2001).         [ Links ]

[6]. P. Patsalas, C. Charitidis, S. Logothetidis; Surface and Coatings Technology, 125, 335 (2000).         [ Links ]

[7]. J. L. He, Y. Setsuhara, I. Shimizu, S. Miyake; Surface andCoatings Technology, 137, 38 (2001).         [ Links ]

[8]. J. J. Coronado; Estudios Gerenciales, 094, 39 (2005)        [ Links ]

[9]. L. Zheng, X.M. Yang, Z.H. Zhang, T.I. Liu; Computers in Industry, 59, 254 (2008)        [ Links ]

[10].Lu Yan , Ren Jianlan; Energy Procedia, 5, 90 (2011).         [ Links ]

[11].P. Cosemans , X. Zhu , J.P. Celis , M. Van Stappen; Surface and Coatings Technology, 174, 416 (2003)        [ Links ]

[12].L. Cunha, M. Andritschky, L. Rebouta and K. Pisehow, Surf. Coat. Technol. 116, 1152 (1999).         [ Links ]

[13].Da-Yung Wang, Yen-Way Li, Chi-Long Chang and Wei-YuHo, Surf. Coat. Technol. 114, 109 (1999).         [ Links ]

[14].S. Ekinović, D. Tufekčić and S. Nezirović The quality of machined surface in high-speed turn milling of ductile steel. 1stInternational Conference on Advanced Technologies for Developing Countries, Slavonski Brod, Croatia September 12-14 (2002)        [ Links ]

[15].D. G. Kim, T. Y. Seong, Y. J. Bayk; "Oxidation behavior of TiN/TiAlN multilayers films prepared by the ion beam assisteddeposition", Korea Institute of Science and Technology (2001).         [ Links ]

[16].M. Khaled, B. S. Yilbas, J. Shirokoff; Surface and Coatings Technology, 148, 46 (2001).         [ Links ]

[17].C. Mitterer, P.H. Mayrhofer, J. Musil, Vacuum 71, 279 (2003).         [ Links ]

[18].Byun Jeong Soo;Rha, Kwan Goo Kim, Jae Jeong Kim, Woo Shik Kim, Hak Nam Cho, Hae Seok Kim, Hyeong Joon, Journal of Applied Physics, 78, 1719 (1995).         [ Links ]

[19].Kim Soo-Hyun, Nam Ki Tae, Datta Arindom, Kim Ki-Bum, Journal of Applied Physics, 9, 5512 (2002).         [ Links ]

[20].D.Y. Wang, M.Ch. Chiu, Surface and Coatings Technology, 156, 201 (2002).         [ Links ]

[21].Z. Werner, J. Piekoszewski, Vacuum, 70, 93 (2003).         [ Links ]

[22].C. Le Paven-Thivet, C. Sant, F. Gillon, P. Houdy, Scanning, 22, 258 (2000).         [ Links ]

[23].X.T. Zeng, S. Zhang, S.Q. Sun, Y. C. Liu, "Nanometriclayered crn/tin thin films: mechanical strength and thermalstability", Gintic Institute of Manufacturing Technology.         [ Links ]

[24].M.A. Brett, V.A. Alves, A. Cavaleiro, Proceedings of the Symposium on Corrosion and Corrosion Protection, The Electrochemical Society Inc., 22, 912 (2001).         [ Links ]

[25].D.Y.Wang, Y.W.li, C.L. Chang, Surface and Coatings Technology, 114, 109 (1999).         [ Links ]

[26].E.J. Bienk, H. Reitz, N.J. Mikkelsen, Surface and Coatings Technology, 76, 475 (1995).         [ Links ]