Rectificado de acero endurecido y acero para herramientas: Optimización de HSS, D2 y M2

Por qué el rectificado de acero endurecido es un asunto completamente distinto.

Ya sabes que rectificar un eje blando de bajo contenido de carbono no es lo mismo que punzonarlo con un punzón D2 endurecido. La dureza lo cambia todo: cómo se desgasta el abrasivo, cómo se genera el calor y si se obtiene una pieza en buen estado o una defectuosa. El rectificado de acero endurecido exige mayor atención a la selección del abrasivo, las especificaciones de la muela y el control del proceso que casi cualquier otra aplicación de rectificado.

Este es el principio fundamental que diferencia a las buenas tiendas de las que fracasan: Necesitas una rueda de dureza blanda para materiales duros y una rueda de dureza dura para materiales blandos. Puede parecer contradictorio, pero es un principio fundamental en el rectificado desde hace décadas. Cuando la pieza es dura (más de 60 HRC), los granos abrasivos se desgastan rápidamente porque la viruta no tiene por dónde salir. Una muela de menor dureza libera esos granos desgastados con mayor rapidez, dejando al descubierto bordes de corte nuevos y afilados. Si se utiliza una muela de alta dureza sobre acero rápido endurecido, se vitrificará en minutos, se generará un calor intenso y la pieza se quemará.

Este artículo aborda los aspectos prácticos del rectificado de tres de los aceros para herramientas más comunes: HSS (M2, M42), acero para matrices de trabajo en frío D2 y otros aceros para herramientas endurecidos como A2, O1 y S7. Analizaremos las especificaciones de las muelas, los tamaños de grano, la estrategia de refrigeración y los datos que realmente importan en el taller.

Comprensión de la dureza y la capacidad de rectificado del acero para herramientas

No todos los aceros endurecidos se comportan igual bajo la muela. La composición de la aleación, el tipo de carburo y el nivel de dureza influyen en cómo se rectifica el material. Analicemos los tres factores principales:

HSS (Acero de alta velocidad): M2 y M42

El M2 es el acero rápido por excelencia. Tras el tratamiento térmico, alcanza una dureza de 62 a 65 HRC. Contiene un alto volumen de carburos de tungsteno y molibdeno, lo que lo hace abrasivo y resistente al desgaste de las muelas abrasivas. El M42 va un paso más allá. Con aproximadamente un 81% de cobalto TP3T en su composición, se endurece hasta alcanzar entre 65 y 67 HRC, y los carburos son aún más resistentes. El rectificado de acero rápido genera un calor considerable debido a la resistencia al corte de estos carburos, por lo que la zona de rectificado se calienta rápidamente.

Las aplicaciones típicas del acero rápido (HSS) incluyen brocas helicoidales, fresas, escariadores y machos de roscar. Si se reafilan herramientas de corte, el acabado superficial de la ranura o el canto afecta directamente al rendimiento de la herramienta. Un acabado rugoso en el canto de una broca aumenta la fricción y el calor durante el taladrado, por lo que no basta con hacerlo a ojo.

Acero para matrices de trabajo en frío D2

El acero D2 alcanza una dureza de 58 a 62 HRC tras el endurecimiento. Se trata de un acero para herramientas con alto contenido de carbono y cromo, y una gran cantidad de carburo de cromo. Estos carburos son grandes y duros. Por ello, el D2 tiene fama de ser poco tolerante durante el rectificado. Si se aplica demasiada presión, los carburos se desprenden en lugar de cortar limpiamente, lo que provoca microdesprendimientos en la superficie rectificada. Esta es una de las quejas más frecuentes que recibimos de los talleres de matrices.

En comparación con el HSS, el D2 tiene una conductividad térmica menor, por lo que el calor se concentra en la superficie. Eso lo hace más susceptible a quemazón de molienda, lo que puede arruinar el troquel. El D2 quemado desarrolla una capa blanca endurecida que es quebradiza y se agrietará durante su uso.

Otros aceros para herramientas comunes: A2, O1, S7

El acero A2 se endurece al aire hasta alcanzar entre 57 y 62 HRC. Es un poco más fácil de rectificar que el D2 porque los carburos son más finos y están distribuidos de manera más uniforme. El acero O1, un acero para herramientas endurecido al aceite, alcanza entre 57 y 62 HRC y se rectifica de forma similar a un acero con alto contenido de carbono. El acero S7 es un acero resistente a los impactos, generalmente endurecido a entre 54 y 58 HRC, lo que lo convierte en el más fácil de rectificar del grupo, pero aun así requiere atención al calor.

Cómo elegir la muela abrasiva adecuada para acero endurecido

Aquí es donde se producen la mayoría de los errores. La gente coge cualquier rueda que esté en la máquina y se pregunta por qué el acabado es malo o la pieza se ha quemado. La selección de la rueda es específica para cada material, y con los aceros para herramientas, hay ciertas reglas que no se pueden romper.

Tipo de abrasivo: Por qué el CBN supera al óxido de aluminio en acero endurecido

Para aceros templados y aceros rápidos (HSS), existen dos opciones viables: alúmina fundida blanca (WFA) o nitruro de boro cúbico (CBN). La alúmina fundida marrón (BFA) es adecuada para aceros al carbono blandos, pero en materiales templados se desgasta demasiado rápido y genera un calor excesivo.

El CBN es la mejor opción para metales ferrosos endurecidos. La razón es la siguiente: el CBN tiene una conductividad térmica aproximadamente seis veces mayor que la del óxido de aluminio. Esto significa que disipa el calor de la zona de rectificado en lugar de permitir que se acumule. Además, el CBN se mantiene afilado durante mucho más tiempo, ya que no se fractura como los granos de alúmina. El resultado son piezas más uniformes, una mayor vida útil de la muela y un riesgo mucho menor de daños térmicos.

Una regla fundamental: Nunca utilice discos de diamante sobre acero. A temperaturas de rectificado superiores a 700 grados C, el diamante reacciona con el hierro del acero y se descompone. Destruirás una costosa muela de diamante en poco tiempo. El diamante se utiliza para carburo, cerámica y materiales no ferrosos. Para el acero, incluidos todos los aceros para herramientas aquí mencionados, el CBN es el superabrasivo adecuado. Si deseas comprender esto con mayor profundidad, consulta nuestro artículo sobre Por qué las muelas abrasivas de CBN son esenciales para los talleres de herramientas modernos..

Tipo de unión: Vitrificado vs. Resina

Enlace vitrificado (V) Es el estándar para el rectificado de precisión de acero endurecido y HSS. Mantiene los granos rígidamente, proporciona una excelente capacidad de retención de forma y permite que la muela se rectifique y ajuste a tolerancias estrictas. Si está rectificando una matriz D2 a ±0,005 mm, necesita una muela de CBN vitrificado. Hemos escrito extensamente sobre Muelas de CBN vitrificadas para rectificado de precisión de acero. Si quieres conocer los detalles técnicos.

Unión de resina (B) Es más suave y tolerante. Es una buena opción para operaciones de acabado donde se busca un acabado superficial fino y se puede sacrificar un poco la precisión de la forma. Las muelas de CBN con aglutinante de resina son comunes en las rectificadoras de herramientas y fresas para reafilar fresas de HSS, donde el operario está suavizando las ranuras y necesita un corte suave y frío.

Tamaño del grano y acabado superficial que obtendrá realmente

El tamaño del grano controla directamente la rugosidad de la superficie. Aquí presentamos una representación realista que se cumple en la práctica para aceros para herramientas endurecidos:

• grano 46 a 60: Desbaste y eliminación de material. Se espera una rugosidad superficial (Ra) de 0,8 a 1,6 μm. Se utiliza para la eliminación rápida de material en bloques de matriz D2 o piezas en bruto de acero rápido (HSS) antes del rectificado final.
• De grano 80 a 120: Rectificado de precisión de uso general. Ra de 0,4 a 0,8 μm. Este es el rango óptimo para la mayoría de los trabajos con acero para herramientas, incluyendo el reafilado de matrices y el afilado de herramientas HSS.
• Grano 150 a 240: Acabado fino. Ra de 0,1 a 0,4 μm. Se utiliza para trabajos de troquelado con acabado espejo, punzones de precisión y pasadas de acabado en herramientas de corte.

Generalmente, no es necesario utilizar granos más finos que 240 en una muela de CBN para aceros para herramientas, e incluso puede causar problemas. Los granos extremadamente finos se saturan más rápido en materiales dúctiles, y la baja tasa de remoción de material implica que se pasa más tiempo en la zona de rectificado, lo que aumenta el riesgo de daños térmicos.

Especificaciones de rueda recomendadas según el tipo de acero para herramientas.

La tabla a continuación muestra las especificaciones iniciales de las muelas para los aceros para herramientas más comunes. Estas especificaciones no son universales. La rigidez de su máquina, la configuración del sistema de refrigeración y la geometría de la pieza requerirán ajustes. Sin embargo, si parte de cero, estas especificaciones le servirán como punto de partida.

Material	Dureza (HRC)	Abrasivo	Vínculo	Arena (áspera)	Granulado (Acabado)	Grado (Dureza)
M2 HSS	62-65	CBN (o WFA)	Vitrificado	60-80#	120-150#	KL (blando-medio)
M42 HSS	65-67	Banco Central de Nigeria	Vitrificado	60-80#	120-180#	JK (extra suave)
Acero para matrices D2	58-62	CBN (o WFA)	Vitrificado	60-80#	100-150#	KL (blando-medio)
Acero para herramientas A2	57-62	CBN (o WFA)	Vitrificado	60-80#	100-150#	LM (medio)
Acero para herramientas O1	57-62	WFA o CBN	Vitrificado	60-80#	100-150#	LM (medio)
Acero de impacto S7	54-58	WFA o CBN	Vitrificado	46-60#	80-120#	MN (de dureza media)

Observe que M42, al ser el más duro del grupo, requiere la muela abrasiva más blanda. Esta es la relación inversa en acción. D2 también requiere una muela blanda debido a sus grandes carburos de cromo abrasivos. S7 es más blando, por lo que se puede usar una muela abrasiva más dura y obtener una mejor retención de la forma.

Parámetros del proceso: Velocidades, avances y profundidad de corte

La especificación de la muela es solo la mitad del trabajo. La otra mitad consiste en usar los parámetros correctos. Aquí te mostramos lo que funciona para aceros para herramientas endurecidos en una rectificadora de superficies o una rectificadora CNC típica.

Velocidad de la rueda

Para muelas de CBN sobre acero endurecido, la velocidad recomendada suele ser de 25 a 35 m/s (5000 a 7000 SFM). Superar los 40 m/s con una muela de alúmina convencional puede provocar que el abrasivo se desgaste rápidamente debido al aumento de temperatura. El CBN soporta bien velocidades más altas, pero siempre verifique la velocidad máxima recomendada por el fabricante de la muela. Nunca la exceda.

Velocidad de la pieza de trabajo y avance de la mesa

Para el rectificado de superficies de bloques de matrices D2 o A2: velocidad de la pieza de trabajo de 10 a 20 m/min con avance transversal de 0,5 a 2 mm por carrera (dependiendo del ancho de la muela y el área de contacto). Para el rectificado de herramientas HSS en una rectificadora CNC, la velocidad del husillo y los avances se programan según la geometría específica de la herramienta, pero la clave es evitar el tiempo de permanencia. No deje que la muela se quede en un solo punto.

Profundidad de corte

Aquí es donde surgen los problemas. En aceros para herramientas endurecidos, mantenga un avance conservador: de 0,005 a 0,015 mm por pasada para el rectificado de acabado, y de 0,03 a 0,05 mm por pasada para el desbaste con CBN. Si utiliza muelas de alúmina convencionales, redúzcalas en aproximadamente 30%. La tentación de realizar cortes más grandes para ahorrar tiempo suele ser contraproducente. Pasará más tiempo reparando piezas quemadas que el que habrá ahorrado.

Cómo evitar quemaduras por esmerilado en acero para herramientas endurecido

Las quemaduras por rectificado son el principal problema de calidad en el rectificado de acero endurecido. Se manifiestan como decoloración (tonos azules, marrones o con patrones iridiscentes) en la superficie rectificada, pero a veces el daño es invisible, oculto bajo una capa blanca reendurecida que se agrieta posteriormente durante su uso.

Las causas son predecibles: disco desafilado, profundidad de corte excesiva, refrigerante insuficiente o abrasivo inadecuado. El acero D2 es especialmente vulnerable debido a que su baja conductividad térmica atrapa el calor en la superficie. El acero rápido M2 es algo más tolerante porque su mayor conductividad térmica distribuye el calor, pero con una dureza de 65 HRC, el margen de seguridad es muy reducido.

Tres cosas que previenen quemaduras en la mayoría de las situaciones:

1. Mantén la rueda afilada. Rectifique las muelas con la frecuencia suficiente para que corten con facilidad. Una muela vidriada obliga a ejercer más presión, lo que genera más calor. Rectifique las muelas de CBN con una rectificadora controlada por freno o una rectificadora de diamante con avances ligeros (de 0,002 a 0,005 mm por pasada).
2. Utilice refrigerante por inundación y aplíquelo correctamente. El refrigerante debe llegar a la zona de rectificado, no solo salpicar por toda la carcasa. El diseño y la posición de la boquilla son más importantes de lo que la mayoría de la gente piensa. Abordamos esto en detalle en nuestra guía para Optimización del suministro de refrigerante para el rectificado de precisión.
3. No te extingas. Realizar tres o cuatro pasadas adicionales después de que la chispa se extinga supone una pérdida de tiempo y genera calor en la pieza. Si necesita un acabado superficial específico, especifíquelo con el tamaño de grano adecuado, no desgastando la superficie hasta el punto de dañarla.

Objetivos de acabado superficial para el rectificado de acero para herramientas

Las distintas aplicaciones requieren acabados diferentes, y especificar el adecuado ahorra tiempo y dinero.

• Punzones y matrices D2: Lo típico es un valor de Ra de 0,4 a 0,8 μm. Esto se puede lograr con CBN de grano 100 a 120.
• Ranuras y superficies de perforación M2: Ra de 0,8 a 1,6 μm para brocas estándar, Ra de 0,4 μm o mejor para brocas recubiertas de alto rendimiento.
• Secciones de troquel A2 y O1: Ra de 0,4 a 0,8 μm para trabajos generales, Ra 0,2 μm para superficies de clase de lapeado.
• Punzones de precisión (cualquier acero para herramientas): Se logró una rugosidad superficial Ra de 0,1 a 0,2 μm con grano de CBN de 150 a 240 y pasadas de acabado ligeras.

Si no alcanzas sistemáticamente los valores de Ra deseados, verifica tres aspectos antes de culpar a la muela: las condiciones de rectificado, la concentración del refrigerante y el equilibrado de la muela. Una muela de CBN desequilibrada a alta velocidad vibrará, y las marcas de vibración dañan el acabado superficial independientemente del tamaño del grano.

CBN frente a alúmina convencional: ¿Cuándo conviene cambiar?

Nos hacen esta pregunta constantemente: "¿Realmente necesito CBN o puedo usar alúmina blanca?". La respuesta sincera depende del volumen de producción, los requisitos de tolerancia y la importancia que le des a la consistencia.

Alúmina blanca fundida (WFA) Funciona bien en aceros para herramientas endurecidos. Es más económico por rueda y, para trabajos de bajo volumen o prototipos, es perfectamente adecuado. Sin embargo, el WFA se desgasta rápidamente en materiales con una dureza superior a 60 HRC. Tendrá que rectificar con más frecuencia, la uniformidad dimensional se verá afectada y el riesgo de daños térmicos aumentará debido a que la rueda se desafila entre rectificados.

Banco Central de Nigeria Si bien su costo inicial es mayor, en acero endurecido con una dureza superior a 58 HRC, suele durar entre 50 y 150 veces más que la alúmina. El costo por pieza disminuye drásticamente durante la producción. La uniformidad del acabado superficial mejora. El riesgo de daños térmicos se reduce, ya que el CBN se mantiene afilado y disipa el calor de la pieza.

Nuestra regla general es la siguiente: si se rectifican varias piezas de acero para herramientas endurecido por semana, el CBN se amortiza rápidamente. Para reparaciones y trabajos de mantenimiento puntuales, el WFA es una opción razonable.

Consideraciones sobre el refrigerante para el rectificado de acero endurecido

El refrigerante es indispensable para el rectificado de aceros para herramientas endurecidos. El rectificado en seco de aceros D2 o M2 quemará la pieza invariablemente, sin importar la calidad de la muela. Para la mayoría de las aplicaciones, utilice un refrigerante sintético o semisintético soluble en agua con una concentración de 5 a 81 TP3T.

En el caso de las llantas de CBN, algunos talleres utilizan aceite puro en lugar de refrigerante a base de agua. El aceite proporciona un mejor acabado superficial y una mayor vida útil de la llanta, pero es más engorroso y conlleva riesgo de incendio. Para la mayoría de los talleres de producción, un buen refrigerante sintético con la concentración adecuada es la opción más práctica.

El sistema de suministro de refrigerante es tan importante como el propio refrigerante. Una boquilla bien dirigida que suministre de 20 a 30 litros por minuto a la zona de rectificado tendrá un rendimiento superior al de un sistema de inundación mal dirigido que suministre el doble de volumen. Adapte el ancho de salida de la boquilla al ancho de la muela, colóquela lo más cerca posible de la pieza de trabajo y mantenga el sistema de filtración en buen estado para evitar que las virutas obstruyan el flujo.

Errores comunes en el rectificado de acero para herramientas

Tras años trabajando con talleres de rectificado de aceros para herramientas endurecidos, estos son los errores que vemos con mayor frecuencia:

• Utilizar el abrasivo incorrecto. Alúmina marrón sobre acero rápido endurecido, o peor aún, diamante sobre acero. Hay que elegir el abrasivo adecuado para cada material. Para acero al carbono, se usa alúmina marrón. Para acero y acero rápido endurecido, se usa alúmina blanca o nitruro de boro cúbico. Para carburo, se usa diamante.
• Gira demasiado duro. Una muela de grano duro con una dureza de 65 HRC M42 se vitrificará y se quemará. Opta por una de grano blando. Deja que la muela se afile sola.
• Saltarse el vestirse. El CBN opaco sigue cortando, pero mal. Vístete con ropa ligera y a menudo, en lugar de con ropa pesada y rara vez.
• Ignorar el suministro de refrigerante. Un buen refrigerante aplicado en el ángulo incorrecto es refrigerante desperdiciado. Diríjalo a la zona de contacto.
• Hacer un corte demasiado profundo. La paciencia tiene su recompensa. Dos pasadas ligeras son mejores que una pasada pesada en cualquier acero para herramientas.

Ejemplos prácticos de especificaciones de ruedas

Digamos que necesitas rectificar un juego de punzones D2 hasta alcanzar una rugosidad superficial Ra de 0,4 μm. Aquí tienes una especificación realista de la muela: 1A1 CBN 150# VK 10 mm de ancho, 150 mm de diámetro exterior. Se trata de una muela recta, de grano 150 CBN, con aglutinante vitrificado, grado K blando y un ancho de llanta de 10 mm. Úsela a una velocidad de 30 m/s, con una profundidad de 0,01 mm por pasada de acabado y un avance transversal de 1 mm por carrera. Utilice refrigerante a una concentración de 6%. Obtendrá una rugosidad superficial Ra de 0,4 μm de forma consistente.

Ahora cambie el material a reafilado de broca HSS M2. Especificación diferente: Rueda de copa BJ 11V9 CBN 120#. Aglutinante de resina para una sensación indulgente en una amoladora manual de herramientas, grano 120 para un acabado de ranura limpio a Ra 0,8 μm, grado blando J porque M2 a 63 HRC necesita una liberación de grano agresiva.

Estos son puntos de partida. A partir de ahí, ajusta según lo que te indiquen la máquina y la pieza. El rectificado es un proceso empírico. Los números te dan una idea aproximada; la experiencia completa el proceso.

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