Caracterización de la maquinabilidad de la super aleación cobalto, cromo, molibdeno (Co-Cr-Mo) magnum solare ce 0123®

Abstract

La maquinabilidad de los materiales se define como la facilidad con la que un metal puede ser mecanizado, considerando la eficiencia del corte, el desgaste de la herramienta, la calidad del acabado superficial y los costos implicados. En particular, las aleaciones de cobalto–cromo–molibdeno (CoCrMo), ampliamente utilizadas en implantes médicos, se caracterizan por ser difíciles de mecanizar debido a su alta dureza, resistencia al desgaste, baja conductividad térmica y tendencia al endurecimiento por deformación. Este estudio tiene como objetivo principal caracterizar la maquinabilidad de la superaleación CoCrMo Magnum Solare CE 0123®, utilizando como parámetro clave la vida útil de la microherramienta, y establecer un índice de maquinabilidad empleando la ecuación empírica de Taylor 𝑉 ∙ 𝑇𝑛=𝐶. La aplicación de esta metodología permitirá cuantificar el rendimiento mecanizable de la aleación bajo condiciones específicas y comparables. Además, dado que las aleaciones basadas en CoCrMo tienden a acelerar el desgaste de la herramienta y reducir significativamente su vida útil, resulta aún más relevante emplear una metodología clara y cuantificable.

Para determinar la vida útil de la microherramienta de corte vamos a evaluar la influencia de los parámetros de corte, avance por diente fz (mm), velocidad de corte n (rpm) y profundidad de corte (μm); sobre la vida útil de la microherramienta de punta plana con recubrimiento en PVD (TiCN) grado KC639M. El enfoque de este estudio es la industria de prótesis dentales, por consiguiente, se escogió una súper aleación de cobalto, cromo y molibdeno, denominada Magnum Solare CE 0123® (CoCrMo) y se decidió trabajar en seco (sin ningún tipo de lubricación), para evitar contaminar los resultados. Las probetas se micromecanizaron, por medio de fresado con herramienta de punta plana y ángulo de corte de 30°. El análisis de la influencia de los factores se realizó por medio del método de optimización de experimentos, en un arreglo L4, desarrollado por el profesor Taguchi.

En el marco de este trabajo se realiza una detallada revisión del estado del arte de los parámetros de corte que más afectan la vida útil de la herramienta, los criterios de desgaste existentes según la norma ISO 8688-2:11989 y la calidad dimensional de la herramienta exigida por la industria odontológica en cuanto a la fabricación de implantes dentales. Lo anterior con el fin de ayudar en el desarrollo industrial del sector odontológico en Colombia, trabajando de la mano con la empresa Dental Core, líder de fabricación de prótesis dentales en el país.

Los resultados demuestran que la optimización de parámetros de corte, centrada en el avance por diente y la velocidad de corte, extienden la vida útil de las microherramientas, promueven procesos de mecanizado más eficientes y sostenibles. (Texto tomado de la fuente).

Machinability is defined as the ease with which a metal can be machined—taking into account cutting efficiency, tool wear, surface finish quality, and associated costs. In particular, cobalt–chromium–molybdenum (CoCrMo) alloys, which are widely used in medical implants, are known to be difficult to machine due to their high hardness, wear resistance, low thermal conductivity, and tendency to work-harden.

The primary objective of this study is to characterize the machinability of the CoCrMo superalloy Magnum Solare CE 0123®, using the tool life of the micro-tool as a key evaluation parameter, and to establish a machinability index by applying the empirical Taylor’s tool-life equation, V⋅Tn=CV \cdot T^n = CV⋅Tn=C. This methodology enables quantifying the machinable performance of the alloy under specific and comparable conditions. Moreover, given that CoCrMo-based alloys accelerate tool wear and significantly reduce tool life, it becomes even more relevant to employ a clear and quantifiable methodology.

To determine the tool life of the micro-cutting tool, we will assess the influence of cutting parameters—feed per tooth fzf_zfz (mm), cutting speed nnn (rpm), and depth of cut (μm)—on the life of a flat-end microtool coated via PVD (TiCN), grade KC639M. The focus of this study is the dental prosthetics industry; consequently, the CoCrMo superalloy Magnum Solare CE 0123® was selected, and machining was carried out dry (without lubrication) to avoid contaminating the results. The specimens were micromachined via milling using a flat-end tool with a 30° cutting angle. The influence of the factors was analyzed using an L4 Taguchi experimental design.

This study also includes a detailed review of the state of the art regarding the cutting parameters that most affect tool life, the wear criteria according to ISO 8688-2:1989, and the dimensional quality requirements demanded by the dental manufacturing industry for implant production. The goal is to support the industrial development of Colombia’s dental sector, in collaboration with Dental Core, the country’s leading dental prosthesis manufacturer.

The results show that optimizing cutting parameters—especially feed per tooth and cutting speed—extends micro-tool life and promotes more efficient and sustainable machining processes.