catedra tecnologia de fabricacion

1. MECANIZADO CON ARRANQUE DE VIRUTA1.1 INTRODUCCION El corte o remocin de material se llama maquinado mecanizacin o proceso de maquinado en la manufactura. "Maquinado" es el proceso en el cual se cambian el tamao, forma o acabado de un material para tener un producto industrial para el consumidor. La remocin de material se efecta a mano o con mquinas, con el uso de unos cuantos movimientos bsicos de corte. En los procesos de maquinado se utilizan movimientos bsicos de corte para producir superficies planas, cilndricas, angulares e irregulares. 1.2 MOVIMIENTOS DE LAS MAQUINAS HERRAMIENTAS El principio usado en todas las mquinas herramientas es el de generar la superficie requerida suministrando los movimientos relativos apropiados entre la herramienta y la pieza. El filo o filos cortantes de la herramienta remueven una capa del material de la pieza; este material removido se llama viruta. Las superficies ms fciles de generar son las superficies planas y las superficies cilndricas externas o internas. Por ejemplo, si una herramienta es accionada alternativamente de atrs a adelante en lnea recta y una pieza puesta bajo la herramienta se hace avanzar en una direccin normal a la del movimiento de la herramienta, se generar una superficie plana en la pieza Igualmente, la superficie cilndrica puede generarse por relacin de la pieza y el avance de la herramienta paralelo al eje de rotacin de la pieza, En general, una mquina herramienta para metales debe proporcionar dos clases de movimientos relativos: el movimiento principal y el movimiento de avance, definidos as El movimiento principal es el proporcionado manualmente por la mquina para dar movimiento relativo entre la herramienta y la pieza de tal manera que la cara de la herramienta alcance el material de la pieza. Usualmente, el movimiento principal absorbe la mayor parte de la potencia total necesaria para realizar la operacin de mecanizado El movimiento de avance es el que puede ser proporcionado por la mquina herramienta a la pieza o a la herramienta y que sumado al movimiento principal, conduce a una remocin continua o discontinua de viruta y a la creacin de una superficie mecanizada con las caractersticas geomtricas deseadas. Este movimiento puede ser continuo o escalonado; en ambos casos absorbe generalmente una proporcin de la potencia requerida para realizar una operacin de mecanizado. El avance, por tanto, es la distancia que avanza el material hacia el rea de corte por ciclo de mquina. El avance se expresa en muchas formas segn el tipo de mquina. En los cepillos el avance es una unidad por carrera de la herramienta, mientras que en el torno se expresa como una unidad por revolucin (vuelta). Los valores descritos pueden medirse en milsimas de pulgada o en milmetros

Adems se puede definir : La velocidad de corte es la velocidad del movimiento de corte, expresada en metros por minuto. La velocidad de corte es la velocidad relativa entre la pieza de trabajo y 1 de 9

Capitulo 1 - Introduccin

la herramienta de corte. Segn el proceso de maquinado que se utilice, la velocidad de corte puede ser de movimiento reciprocante (alternado), continuo en lnea recta o rotatorio de la herramienta, la pieza de trabajo o ambas.

Vc =donde:

d n1000

m min

Vc = velocidad de corte pude ser de la pieza o de la herramienta d = dimetro de la pieza o de la herramienta se mide en mm n = numero de revoluciones por minuto de la pieza o de la herramienta

La profundidad de corte es la distancia que penetra la herramienta de corte en la pieza de trabajo y se expresa en milmetros. La profundidad de corte es una dimensin lineal en la operacin de maquinado.

Ha continuacin se desarrolla las principales mquinas, sus movimientos principales y algunos ejemplos de operacin

Torno paralelo


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Torneado Operacin de cilindrado

Torneado operacin de cilindrado (a) y refrenteado (b)

Torneado operacin de torneado interior


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Torneado operacin de roscado

Torneado operacin de tronzado


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Operacin de cepillado

Operacin de limado en limadora


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Agujereado en una mquina Agujereadora

Fresado cilndrico en una fresadora horizontal


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Algunas operaciones de fresado a) Fresado de forma b) Ranurado c) Fresado compuesto d) Fresado angular

Fresado frontal en una fresadora vertical


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Rectificadora cilndrica

Rectificadora de interiores


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Rectificado plano en una rectificadora de husillo horizontal


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2. TEORIA DEL VIRUTAMIENTO2.1 INTRODUCCIN Un proceso de corte es una interaccin controlada entre la pieza de trabajo, la herramienta y la mquina. Dicha interaccin est influida por las condiciones seleccionadas de corte (velocidad de corte, avance y profundidad de corte), por los fluidos de corte, por la sujecin de la herramienta y de la pieza y por la rigidez de la mquina. La figura 2.1 ilustra esta interaccin. La sujecin o fijacin de la herramienta y de la pieza

Fig 2.1

No se analiza aqu, pues se presume que la mquina poseer la rigidez y la potencia necesaria para llevar a cabo el proceso. Los factores bsicos en la formacin de la viruta son: la herramienta (material y geometra), el material de trabajo (material, geometra, rigidez) y las condiciones de corte. Estos factores estn sealados con un asterisco en la figura 2.1.

Capitulo 2 - Virutado

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2.2 TERMINOS Y DEFINICIONES

Todas las operaciones de corte de metales pueden ser asemejadas al proceso ilustrado en la fig. 2.2, en donde la herramienta posee forma de cua, tiene un filo recto, y suCapitulo 2 - Virutado 2 de 29

movimiento est restringido con respecto a la pieza de tal manera que una capa de material es removida en forma de viruta. La figura 2.2(b) ilustra el caso general de corte conocido como corte oblicuo. Un caso especial de corte, en el cual el filo de la herramienta es perpendicular a la direccin del movimiento relativo entre la pieza y la herramienta fig. 2.2 (a), es conocido como corte ortogonal. Como el corte ortogonal representa un problema bidimensional en lugar de uno tridimensional, es un modelo apropiado para investigaciones en las cuales es deseable eliminar tantas variables como sea posible. Por esto, la disposicin simple del modelo de corte ortogonal es ampliamente usada en trabajos tericos y experimentales. La herramienta de corte en forma de cua, consiste bsicamente en dos superficies que se interceptan para formar el filo (fig. 2.3). La superficie sobre la cual fluye la viruta, se conoce como la superficie de desprendimiento, o ms simplemente como la cara, y la superficie apoyada posteriormente (idealmente en el filo) para dejar libre la superficie generada en la pieza es conocida como flanco (superficie de incidencia). As, pues, durante el corte existe un espacio libre en forma de cua entre el flanco de la herramienta y la superficie generada en la pieza. La profundidad de cada capa de material removida por la herramienta es conocida como el espesor de la viruta no deformada (fig. 2.3), y aunque esta dimensin vara a menudo en las operaciones prcticas de corte en la medida en que el corte progresa, para simplicidad en el trabajo de investigacin, se supone constante. Una de las variables ms importantes en el corte de metales es la pendiente de la cara de la herramienta, y esta pendiente o ngulo se especifica en el corte ortogonal por el ngulo existente entre la cara de la herramienta y una lnea perpendicular a la nueva superficie de trabajo o de la pieza. (fig. 2.3). Este ngulo es conocido como el ngulo de desprendimiento o, de acuerdo con la nueva terminologa de la ISO, el ngulo de inclinacin normal efectiva (ngulo de desprendimiento efectivo), la fig. 2.3 ilustra como se define el signo del ngulo. El flanco de la herramienta no desempea papel alguno en el proceso de remocin de la viruta; desde luego, el ngulo existente entre el flanco y la superficie generada en la pieza puede afectar el desgaste de la herramienta por unidad de tiempo y se denomina ngulo de incidencia o ms exactamente ngulo normal efectivo. De la figura 2.3 se puede concluir que la suma de los ngulos de inclinacin normal (incidencia) , de holgura y del filo es igual a /2, en donde el ngulo del filo es el ngulo existente entre la cara y el flanco . 2.3 FORMACION DE LA VIRUTA El tipo de viruta producida durante el corte de metales depende del material que se est mecanizando y de las condiciones de corte utilizadas. Una de las tcnicas ms tiles para el estudio de la formacin de la viruta es el dispositivo de parada rpida. Con este dispositivo es posible "congelar" o parar sbitamente la accin de corte y permitir el subsecuente examen microscpico del proceso de remocin de la viruta. En la fig. 2.4 se describe un dispositivo tpico deparada rpida, diseado para usar en mquina limadora. En l, la pieza se sujeta mediante una prensa que puede deslizar -libremente en el bloque de gua. Durante el corte la prensa es restringida por el anillo de sujecin el cual se mantiene en posicin por los pasadores fusibles (fusibles mecnicos que fallan por


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cizalladura) que pasan a travs del bloque de gua y del anillo d sujecin. Los pasadores fusibles son diseados para soportar la fuerza requerida para remover la viruta. Cuando el corte est parcialmente completo, una lengeta de portaherramientas entra en contacto con la prensa, cizalla los pasadores y empuja la prensa y el anillo de sujecin hacia adelante. Esta accin de la lengeta suspende el corte porque la pieza se acelera rpidamente hasta alcanzar la velocidad de la herramienta. Con dispositivos diseados cuidadosamente el tiempo efectivo de suspensin del corte es extremadamente pequeo. Por ejemplo, en el dispostivo mencionado el

tiempo de suspensin del corte fue estimado en 0.00017 s para una velocidad de corte de 0.8 m/s. En las figuras 2.5 a 2.7 se ilustran ejemplos de muestras obtenidas con el dispositivo de parada rpida. Las muestras enseadas en dichas figuras fueron escogidas porque ilustran los tres tipos bsicos de formacin de virutas que se encuentran en la prctica: la viruta continua, la viruta continua con recrecimiento del filo, y la viruta discontinua. En cada caso la velocidad de corte fue de 0.8 m/s, lo que implica que durante la retardacin del corte la herramienta recorri con respecto a la muestra una distancia igual a 0.07 mm, lo cual, en la fig. 2.5, es equivalente aproximadamente a un dcimo del espesor de la viruta no deformada. Los clculos anteriores indican que las muestras obtenidas mediante esta tcnica son representativas del mecanismo de formacin de la viruta durante el corte.


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2.3.1 VIRUTA CONTINUA

La figura 2.5 muestra la formacin de una viruta continua. Este tipo de viruta es comn cuando se mecanizan la mayora de los materiales dctiles, tales como hierro forjado, acero suave, cobre y aluminio. Puede decirse que el corte bajo estas condiciones es un proceso estable. Por esta razn la mayor parte de la investigacin acerca del corte de metales ha estado relacionada con la produccin de viruta continua. Bsicamente esta operacin consiste en el cizallamiento del material de trabajo y en el deslizamiento de la viruta sobre la cara de la herramienta de corte. La formacin de la viruta tiene lugar en la zona que se extiende desde el filo de la herramienta hasta la unin entre las superficies de la pieza esta zona se conoce como la zona de deformacin primaria (fig. 2.5). Para deformar el material de esta manera, las fuerzas que se trasmiten a la viruta en la interfaces existente entre ella y la cara de la herramienta, son suficientes para deformar las capas inferiores de la viruta a medida que ella se desliza sobre la cara de la herramienta (zona de deformacin secundara). 2.3.2 VIRUTA CONTINUA CON RECRECIMIENTO DEL FILO Bajo ciertas condiciones, la friccin entre la viruta y la herramienta es suficientemente grande para que la viruta se suelde a la cara de la herramienta. La presencia de este material soldado aumenta an ms la friccin, y este aumento induce el auto soldado de una mayor cantidad de material de la viruta. El material apilado resultante es conocido como filo recrecido (fig. 2.6). A menudo el filo recrecido contina aumentando hasta que se aparte a causa de su inestabilidad.


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Los pedazos son entonces arrastrados por la viruta y por la superficie generada en la pieza. La figura 2.6 muestra una superficie rugosa obtenida en estas condiciones. El estudio del recrecimiento del filo en el corte de metales es de suma importancia porque este fenmeno es uno de los principales factores que afectan el acabado superficial y puede tener una influencia considerable en el desgaste de las herramientas. Estos efectos sern discutidos posteriormente. 2.3.3 VIRUTA DISCONTINUA O QUEBRADA Durante la formacin de la viruta el material es sometido a grandes deformaciones y, si es frgil, se fracturar en la zona de deformacin primaria cuando la formacin de la viruta es incipiente. Bajo estas condiciones la viruta se segmenta (fig. 2.7), y esta condicin se conoce como formacin de la viruta discontinua. Se producen virutas discontinuas siempre que se mecanicen materiales tales como hierro fundido o bronce fundido, pero tambin pueden producirse cuando se mecanizan materiales dctiles a muy baja velocidad y avances grandes A continuacin se tiene macrografias de estos tipos clsicos de viruta.


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Fig 2.8


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Fig 2.9


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Fig 2.10


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Fig 2.11 Deformacin del metal bajo el filo transversal de una broca helicoidal


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Fig. 2.12. La influencia de la profundidad de corte, avance y velocidad de corte en la formacin de la viruta al mecanizar acero Ck 45 con insertos de cermica tipo SN 60 (el chafln 0.3 mm X 30 ', radio de la punta 1.6)


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2.4 RESISTENCIA MEDA APARENTE A LA CIZALLADURA DEL MATERIAL DE LA PIEZA La figura 2.13 muestra un modelo idealizado de la formacin de viruta continua empleado en la mayor parte del trabajo previo realizado sobre la mecnica del proceso de corte. Dos de los primeros investigadores que emplearon este modelo fueron Ernst y Merchant, quienes sugirieron que la zona de cizalladura, o zona de deformacin primaria, podra representarse razonablemente por un plano llamado el plano de cizalladura El ngulo de inclinacin del plano de cizalladura con respecto a la direccin de corte, se denomina ngulo de cizalladura . y se determina como aparece en las Ecs. 2.3 a 2.5.

FIG. 2.13 Modelo de formacin de viruta continua.

Donde Fr = fuerza resultante sobre la herramienta Fc= fuerza de corte Ft,= fuerza de empuje Fs= fuerza de cizalladura, que acta sobre el plano de cizalladura = ngulo de cizalladura ne = ngulo de inclinacin normal efectivo (ngulo de desprendimiento efectivo) ac = espesor de la viruta no deformada ao = espesor de la viruta Ac = seccin de la viruta sin cortar

Capitulo 2 .Esfuerzo de corte

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ls, = longitud del plano de cizalladura. rc = mdulo de corte (dada por ac/ao) De la figura 2.13 la longitud del plano de cizalladura sta dada por:

ls =

ac ao = sen cos( ne)

(2.3)

Por lo tanto

ac cos( ne) = sen ao

Y despus de algunas manipulaciones algebraicas

ac cos ne ao tan = ac 1 sen ne ao

(2.4)

La razn ac/ao es conocida como el mdulo de corte de corte y se denota por rc, Luego

tan =

rc cos ne 1 rc sen ne

(2.5)

En trabajo experimental, el ngulo de inclinacin normal efectivo y el espesor de la viruta no deformada se conocen, y el espesor de la viruta puede determinarse bien sea directamente usando un micrmetro de extremos redondos o a partir del peso de un pedazo de viruta de longitud conocida en la forma siguiente:

ao =

mc lc aw

(2.6)

en donde: mc = masa de la muestra de viruta 1c = longitud del espcimen de viruta aw = ancho de la viruta = densidad del material de la piezaCapitulo 2 .Esfuerzo de corte 13 de 29

Si la fuerza resultante sobre la herramienta se proyecta sobre una direccin paralela al plano de cizalladura, se obtiene la fuerza (Fs), requerida para cizallar el material de la pieza y formar la viruta. Como se Muestra en la fig. 2.13, esta fuerza puede expresarse en trminos de las componentes de corte (Fc) y de empuje (Ft) de fuerza resultante sobre la herramientaFs = (Fc cos ) (Ft sen ) (2.7)

El rea de cizalladura esta dada por: As = Ac sen (2.8)

y as la resistencia aparente a la cizalladura del material s, en el plano de cizalladura es: Fs [(Fc cos ) (Ft sen )] sen = As Ac

s =

(2.9)

Trabajos experimentales han demostrado que s calculado en esta forma, permanece constante para un material de trabajo dado sobre una amplia variedad de condiciones de corte. Se ha observado, desde luego, que para avances pequeos s, aumenta con una disminucin del avance (o espesor de la viruta no deformada). Esta excepcin en el carcter constante de s, puede explicarse por la existencia de una fuerza de penetracin Fp constante. Si Fp se resta de la fuerza de corte resultante Fr entonces se obtiene Fr' la fuerza requerida para remover la viruta y que acta sobre la cara de la herramienta (ver fig. 2.11)

Fr ' = Fr Fp

(2.10)

Se ha demostrado que si se utilizan las componentes de Fr', para calcular la Resistencia aparente a la cizalladura del material de trabajo. esta resistencia permanece constante con respecto a cambios en el avance. As,

s' = [(Fc' cos ) (Ft ' sen )]

sen Ac

(2.11)


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en donde: Fc = componente de corte Fr Ft= componente de empuje de Fr s= propiedad constante del material de trabajo

Estudios sobre la deformacin de metales, para deformaciones unitarias elevadas por unidad de tiempo, han demostrado que el material se deforma a esfuerzo constante cuando la velocidad de deformacin es lo suficientemente grande. En el corte de metales, se cree que las deformaciones unitarias por unidad de tiempo son del orden de 103 a 105 s-1, y bajo estas condiciones se espera que la resistencia a la cizalladura del metal sea constante e independiente de la deformacin unitaria por unidad de tiempo, de la deformacin unitaria, y de la temperatura. Se sugiere que estas caractersticas de la resistencia a la cizalladura explican por qu en el corte de metales el valor de s, la resistencia media a la cizalladura del material de trabajo o de la pieza, es constante e independiente de la velocidad de corte y del ngulo de inclinacin normal, en el rango en el cual se encuentran por lo comn estos parmetros en el corte de metales.

Fig. 2.14 Diagrama de fuerzas para el corte ortogonal


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Donde Fr = fuerza resultante sobre la herramienta Fc = fuerza de corte Ft = fuerza de empuje Fs = fuerza de cizalladura sobre el plano de cizalladura Fns = fuerza normal sobre el plano de cizalladura Ff = fuerza de friccin sobre la cara de la herramienta Fn = fuerza normal sobre la cara de la herramienta = ngulo de cizalladura ne = ngulo de inclinacin efectivo = ngulo medio de friccin sobre la cara de la herramienta Ac = rea de la seccin de la viruta sin cortar ac = espesor de la viruta no deformada ao = espesor de la viruta.

2.5 ESPESOR DE LA VIRUTA

En el corte de metales el espesor de la viruta ao no solamente esta dado por la geometra de la herramienta y el espesor de la viruta no deformada, sino tambin como se ver, puede ser afectado por las condiciones de friccin existentes en la zona de contacto entre la viruta y la herramienta. Por esta causa el proceso de corte de metales es fundamentalmente diferente de otros procesos de deformacin, en los cuales la forma final del material esta determinada por la forma o posicin de la herramienta utilizada. En el corte de metales, antes de hacer predicciones acerca de las fuerzas de corte debe determinarse el espesor de la viruta ao para que la geometra del proceso sea conocida. Se ha demostrado (ec. 2.5) que el ngulo de cizalladura permite calcular ao para unas condiciones de corte dadas. Experimentalmente, , y desde luego el mdulo de corte rc, depende de los materiales de trabajo (de la pieza) y de la herramienta y de las condiciones de corte. Se han hecho varios intentos para establecer un modelo terico que prediga el valor del ngulo de cizalladura . Dos de estas teoras se presentan a continuacin.2.5.5 TEORA DE ERNST Y MERCHANT

Aunque Piispanen trat de resolver este problema en 1937. el primer anlisis completo fue presentado por Ernst y Merchant y se denomina "solucin del ngulo de cizalladura. En su anlisis se supone que la viruta se comporta como un cuerpo rgido que se mantienen equilibrio por la accin de las fuerzas que se transmiten a travs de la zona de contacto entre la viruta y la herramienta y a travs del plano de cizalladura.


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Por conveniencia, en la fig 2.14 se ilustra la fuerza resultante sobre la herramienta Fr que acta en el filo de la herramienta y se descompone en las componentes Fn normal a la cara de la herramienta y Ft paralela a la misma, y en las componentes Fr normal al plano de cizalladura y Fs paralela a dicho plano. Tambin estn indicadas las componentes de corte (Fc) y de empuje (Ft) de la fuerza resultante sobre la herramienta. Se supone que la totalidad de la fuerza resultante sobre la herramienta se transmite a travs de la zona de contacto entre la viruta y la herramienta y que no acta fuerza alguna en el filo o en el flanco (es decir, se supone que la fuerza de penetracin Fp es cero). La base de la teora de Ernst y Merchant fue la suposicin de que el ngulo de cizalladura toma un valor tal que minimiza el trabajo requerido en el corte. Dado que para unas condiciones de corte especificadas, el trabajo realizado es proporcional a Fc, es necesario desarrollar una expresin para Fc en trminos de y obtener entonces el valor de para el cual Fc es mnima. . De la f ig: 2.14Fs = Fr cos( + ne ) (2.12)

Y Fs = s As =

sAc sen

(2.13)

Donde r = resistencia a la cizalladura del material de trabajo en el plano de cizalladura As = rea del plano de cizalladura Ac = rea de la viruta sin cortar = ngulo medio de friccin entre la viruta y la herramienta (dado por arc tan (Ft/Fn) ne = ngulo de inclinacin efectivo Segn las ecuaciones (2.12) y (213)Fr = 1 sAc sen cos( + ne ) (2.14)

Aplicando la geometra,Fc = Fr cos( ne ) ( 2.15)


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Luego, segn las ecuaciones (2.14) y (2.15)

Fc =

s Ac cos( ne ) sen cos( + ne )

(2.16)

La ecuacin (2.16) puede ser diferenciada con respecto a e igualada a cero para hallar el valor de para el cual Fc es mnima. El valor requerido esta dado por:

2 + ne =

2

(2.17)

Merchant encontr que exista una buena correspondencia entre los resultados predichos por esta teora y los resultados experimentales en el corte de plsticos sintticos, pero que la correspondencia era bastante pobre para acero mecanizado con herramientas de carburo sinterizado. Debe anotarse que, en la diferenciacin de la ecuacin (2.16) con respecto a , se supuso que Ac, ne y s eran independientes de . Reconsiderando estas suposiciones, Merchant decidi incluir en una nueva teora la estacin siguiente.

s = so + ks

(2.18)

la cual indica que la resistencia a la cizalladura del material aumenta linealmente con un aumento en el esfuerzo normal, s, que acta sobre el plano de cizalladura (fig. 2.15). Para un esfuerzo normal igual a cero,r, es igual a so. Esta suposicin concuerda con el trabajo de Bridgman, en el cual, con base en experimentos realizados con metales policristalinos, se demuestra que la resistencia a la cizalladura es dependiente del esfuerzo normal que acta sobre el plano de cizalladura. Ahora, de la fig. 2.14Fns = Fr sen ( + ne ) (2.19)

Fns = s As =

s Ac sen

(2.20)


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Tomando las ecuaciones (2.19) y (2. 10)

s =

sen Fr sen ( + ne ) Ac

(2.21)

Combinando las ecuaciones (2.14) y (2.21)

s = s cot( + + ne)Y tomando las ecuaciones (2 18) y (2.22)

(2.22)

s =

sc 1 k tan( + ne )

(2.23)

Esta ecuacin muestra como el valor de s puede ser afectado por cambios en el valor de . Sustituyndola en la ecuacin 12.16, se obtiene una nueva ecuacin para Fc en trminos de :

Fc =

so Ac cos( ne ) sen cos( + ne ) [1 k tan( + ne )]

(2.24)


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Se supone ahora que k y so son constantes para el material de trabajo y que Ac y ne son constantes para la operacin de corte. La ecuacin (2.24) puede ser diferenciada para obtener un nuevo valor de . La expresin resultante es: 2 + ne = C

(2.25)

en donde C est dada por arc (cot k) y es una constante para el material de trabajo. (Corno se menciona anteriormente, desde luego, trabajos experimentales ms recientes indican que s permanece constante para un material dado sobre un amplio rango de condiciones de corte, lo que implica que k sea igual a cero.) Hay publicaciones que teniendo en cuenta el comportamiento de la herramienta al desgaste representa las fuerzas sobre la cara de ataque y no en la punta del filo cortante (ver fig. 2.16)

Fig.2.16


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2.5.1 TEORIA DE LEE Y SHAFFER

La teora de Lee y Shaffer fue el resultado de un intento de aplicarla teora de la plasticidad al problema del corte ortogonal de metales. En el tratamiento. de problemas que requieren la aplicacin de la teora de la plasticidad, es necesario hacer las suposiciones siguientes con respecto al comportamiento del material sometido a esfuerzos: El material es rgido plstico lo cual quiere decir que las deformaciones unitarias elsticas son despreciables durante la deformacin y que una vez que se excede el punto de fluencia, la deformacin tiene lugar a esfuerzo constante. La curva esfuerzo - deformacin, para un material rgido plstico se ilustra en la fig. 2.17, en donde puede apreciarse que el material no se endurece. El comportamiento del material es independiente de la deformacin por unidad de tiempo.

Se desprecian los efectos ocasionados por aumento en la temperatura Se desprecian los efectos de inercia resultantes de la aceleracin del material durante la deformacin.

Estas suposiciones han conducido a soluciones tiles para muchos problemas en plasticidad. Ellas se aproximan bastante al comportamiento real del material de trabajo durante el corte de metales a causa de los valores elevados para los esfuerzos y deformaciones unitarias por unidad de tiempo que ocurren en el proceso de corte. Se sabe que el endurecimiento por unidad de tiempo de muchos metales disminuye rpidamente con un aumento en la deformacin unitaria y que el efecto de un valor elevado de la deformacin unitaria por unidad de tiempo es aumentar la resistencia a la fluencia del metal con respecto a su resistencia til ella. Tambin, con las grandes deformaciones presentes, la deformacin elstica corresponde a una proporcin despreciable de la deformacin total. Por consiguiente, la curva esfuerzo - deformacin del material de trabajo debe corresponder aproximadamente al caso ideal mostrado en la fig. 2.17. En la solucin de un problema en plasticidad, es necesario construir el campo de lneas de deslizamiento: este campo est compuesto por dos familias de lneas ortogonales (llamadas lneas de deslizamiento) que indican, en cada punto


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Fig 2.17 Curva esfuerzo deformacin para un material

fig. 2-18 Campo de lnea de deslizamiento de Lee y Shaffer para el corte ortogonal

donde Ft = fuerza resultante de la herramienta = ngulo de cizalladura ne = ngulo de inclinacin efectivo


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= ngulo medio de friccin en la cara de la herramienta ac = espesor de la viruta no deformada ao = espesor de la viruta. de la zona plstica ,las dos direcciones ortogonales del esfuerzo mximo de cizalladura. El campo de lneas de deslizamiento propuesto por Lee Y Shaffer para el corte ortogonal de viruta Continua se ilustra en la fig. 2.18. Se puede apreciar que Lee y Shaffer emplearon el modelo de corte del plano de cizalladura, en donde toda la deformacin time lugar en un plano que se extiende desde el filo de la herramienta hasta el punto de interseccin de las superficies libres de la viruta y de la pieza. Se considera desde luego, la forma en la cual las fuerzas de corte aplicadas por la herramienta se transmiten a travs de la viruta al plano de cizalladura. Esta transmisin de fuerzas resulta en una zona plstica triangular ABC, en donde no ocurre deformacin alguna pero el material est sometido al esfuerzo cortante mximo en toda la zona s, (el esfuerzo cortante que acta sobre el piano de cizalladura) y las dos direcciones de este esfuerzo cortante mximo estn indicadas por las dos familias de lneas rectas ortogonales (lneas de deslizamiento) Al considerar los limites de esta zona triangular, se concluye que el plano de cizalladura AB debe indicar la direccin de una familia de lneas de deslizamiento porque sobre l acta el esfuerzo cortante mximo. Adems, como no actan fuerzas sobre la viruta despus que ella ha pasado el lmite AC, no se pueden transmitir esfuerzos a travs de dicho lmite. Por lo tanto, AC puede considerarse como una superficie libre y las direcciones de esfuerzos cortante mximo siempre Interceptan una superficie libre formando un ngulo de 45 Finalmente, suponiendo que los esfuerzos que actan en la zona de contacto entre la viruta y la herramienta se distribuyen uniformemente (una suposicin irrazonable, como se ver ms adelante), los esfuerzos principales en el lmite BC interceptarn dicho lmite formando ngulos (y +(/2)) (en donde est dado por arc. tan (Ft/Fn,) y es el ngulo medio de friccin entre la viruta la herramienta). Las direcciones del esfuerzo cortante mximo estn a 45 de las direcciones de los esfuerzos principales. y por consiguiente el ngulo BCD est dado por 4

De la f ig. 2.18 se concluye que:

+

4

+ ne =

2


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Luego

+ ne =

4

(2.26)

que es la solucin requerida para el ngulo de cizalladura. Lee y Shaffer comprendieron que la ecuacin (2.26) no puede utilizarse cuando sea 45 y ne cero porque con dichos valores, sera cero. Ellos consideraron, desde luego, que tales condiciones de friccin elevada y ngulo de inclinacin (ngulo de desprendimiento) bajo son justamente aquellas que conducen en la prctica a la formacin del filo recrecido. Para probar esto, se present una segunda solucin para la nueva geometra cuando existe un filo recrecido sobre la cara de la herramienta.2.5.3 EVIDENCIA EXPERIMENTAL

Las teoras e esbozadas anteriormente fueron comparadas con los resultados de experimentos realizados independientemente La fig. 2.18 muestra la forma, ms conveniente de realizar tales comparaciones; es decir, el ngulo de cizalladura se grafica contra -ne .En este tipo de grfico, las relaciones de las teoras de Ernst y Merchant y de Lee y Shaffer son lneas rectas. Puede apreciarse que ninguna de estas teoras se aproxima cuantitativamente a alguna de las relaciones experimentales obtenidas para los materiales ensayados. Desde luego, si estas teoras se comparan cualitativamente con los resultados experimentales, tanto los resultados tericos corno los experimentales muestran que existe una relacin lineal entre y -ne y que una disminucin en -ne, siempre conlleva un aumento en , Por lo tanto, para un ngulo de inclinacin ne,. dado, una disminucin en , el ngulo medio de friccin sobre la cara de la herramienta, resulta en un aumento en , el ngulo de cizalladura, con una disminucin correspondiente en el rea de cizalladura. Como la resistencia media a la cizalladura del material de trabajo en la zona de cizalladura permanece constante, la fuerza requerida para formar la viruta disminuye. Un aumento en el ngulo de inclinacin ne, siempre da como resultado un aumento en el ngulo de cizalladura y desde luego en una reduccin de las fuerzas de corte. Este aumento en el ngulo de cizalladura, desde luego, es acompaado usualmente por un aumento pequeo en el ngulo de friccin , un efecto que ser discutido ms adelante. La comparacin en la fig. 2.19 muestra que una relacin nica del tipo predicho por las teoras de Ernst y Merchant y de Lee y Shaffer no podra estar en concordancia con todos los resultados experimentales. An la teora modificada de Merchant, en la cual se supone que el esfuerzo cortante que acta sobre el plano de cizalladura es linealmente dependiente del esfuerzo normal, no podra concordar con todos los resultados. La teora modificada de Merchant condujo a la relacin. 2 + ne = C (2.27)

en donde C es una constante que depende del material de trabajo. Al substituir varios valores de C en la ecuacin (2.27) se obtendran una serie de lneas paralelas sobre el


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grfico de la fig. 2.19. Claramente las lneas experimentales no son paralelas y la ecuacin (2.27) no puede representarlas. No es difcil encontrar razones que expliquen la causa por la cual las teoras de Ernst y Merchant y de Lee y Shaffer no concuerdan con los resultados experimentales. La suposicin de que la herramienta es perfectamente aguda (es decir la fuerza de penetracin Fp es despreciable) podra ser una aproximacin bastante regular para las condiciones reales, particularmente para valores pequeos del espesar de la viruta no deformada. Ms aun, el trabajo reciente ha demostrado que la zona de deformacin primaria no puede considerarse como un plano de cizalladura para una.

Fig 2.19


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Fig 2.20

amplia variedad de condiciones de corte. Por ejemplo, Palmer y Oxley usando cinefotografia a para observar el flujo de granos en una pieza de acero durante el corte a velocidad baja, hallaron que la zona de deformacin primaria tena la forma mostrada en la f ig. 2.20. Nakayama la mostr que esta zona de deformacin ancha tena proporciones constantes para velocidades de corte tan elevadas como 2.5 m/s. En los experimentos de Nakayama la superficie lateral de la muestra se recubri con negro de humo, y sobre esta superficie se trazaron una serie de lneas paralelas a la direccin de corte. Durante el corte, estas lneas formaron las lneas de flujo estables del material y se fotografiaron. Fue posible entonces localizar los lmites de la zona de deformacin primaria. Las teoras del ngulo de cizalladura de Ernst y Merchant y de Lee y Shaffer y los. resultados experimentales indican en la fig. 2.18 que la friccin en la cara de la herramienta es un factor muy importante en el corte de metales. Virtualmente todas las teoras producidas hasta la fecha han considerado como hiptesis simplificadora que el comportamiento de la friccin entre la viruta y la herramienta puede representarse por el valor del coeficiente medio de friccin en 1a cara de la herramienta. Por lo tanto, es importante considerar en detalle la naturaleza de las condiciones de la friccin existente entre la viruta y la herramienta durante el corte de metales.


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2.6 CALCULO EMPIRICO DE LA FIERZA DE CORTE SEGN KINSLEY

Fig.2.21

Donde: Fs = fuerza de corte [Kgr] A = Seccin de la viruta [mm] a = profundidad de corte [mm] s = avance por vuelta [mm/rev] h = espesor de la viruta [mm] b = ancho de la viruta [mm] ks= Resistencia especfica de corte [kgr/mm2]Fs = A ks = a s ks = b h ks Fuerza de corte

ks, puede deducirse de las tablas y diagramas en funcin del material, seccin de la viruta y ngulo de incidencia (AWF 100 a 111, 119 a 125, 141, 158). Aproximadamente, ks puede ser calculado de la siguiente forma: ks 3,5 a 5,5 * B para aceros (B = resistencia a la rotura del material a mecanizar) ks 0,5 a 0,9 * HB para fundicin gris (HB = dureza Brinel del material a mecanizar) (el ltimo valor corresponde a los grandes avances, y el primero a los pequeos). El factor ks no constituye ningn valor fijo del material, sino que vara notablemente con el espesor de viruta h. Por consiguiente, para el clculo exacto de la fuerza de corte, es necesario tener en cuenta aquella relacin. Segn 0. Kienzle, dicha relacin puede expresarse, con buena aproximacin, por:

h ks = ks1.1 h 1

= ks1.1{h}


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Donde: h1= 1mm (magnitud de referencia)

{h} = valor numrico de h expresado en milmetrosks1.1 = fuerza especfica de corte, referida a una seccin de viruta A = b .h = l . 1 mm2 ks1.1 y el exponente son valores del material, aproximadamente constantes. En la tabla siguiente se dan esos valores, para algunos materiales. Al emplear dichos valores, se obtiene para la fuerza de corte.

Fs = b h ks = b h 1 ks1.1

Material Denominacin St 50 St 60 St 70 Ck 45 Ck 60 16 MnCr 5 18 CrNi 6 42 CrMo 4 34 CrMo 4 50 Cr V 4 55 NiCrMo V 6 (a) 55 NiCrMo V 6 (b) EC Mo 80 Meehanita A Fund. dura GG 26 b kp/mm2 52 62 72 67 77 77 63 73 60 60 94 HB = 352 59 36 HRC = 46 HB = 200

1-

ks1.1 kp/mm2 0,063 0,1

ks = h - ks1.1 en kg/mm2 para h en mm= 0,16 0,25 305 270 370 270 280 325 370 385 315 345 260 285 300 185 265 170 270 250 325 255 260 290 325 340 290 305 230 255 280 165 240 150 0,4 240 235 280 240 240 255 285 300 265 270 210 230 255 145 220 130 0,63 215 215 245 225 220 225 245 270 235 240 185 200 235 130 200 115 1 190 200 215 215 205 200 215 240 215 215 165 185 220 115 185 105 1,6 170 185 190 200 190 180 190 215 195 190 150 165 195 100 170 90 2,5 150 175 165 190 175 160 165 190 180 170 130 145 190 90 155 85

0,74 0,83 0,70 0,86 0,82 0,74 0,70 0,74 0,79 0,74 0,76 0,76 0,83 0,74 0,81 0,74

190 200 215 215 216 200 215 240 215 215 165 185 220 115 185 105

400 315 485 310 330 420 485 480 385 445 235 350 350 230 315 210

345 290 425 290 300 370 425 430 345 395 295 315 325 205 290 190


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Tambin podemos expresar la fuerza de corte en funcin de b y obtener una frmula simplificada haciendo: 1- un valor promedio aprox. 0.8. De la misma tabla anterior si comparamos para cada material la relacin existente entre b y ks1.1 podemos adoptar un valor promedio de 3.2 por lo tanto podemos escribir:

Fs = 3.2 b h 0.8 b


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3. TEMPERATURAS EN EL CORTE DE METALES Durante el corte de metales, se generan temperaturas elevadas en la regin del filo de la herramienta, y estas temperaturas tienen influencia sobre el desgaste de la herramienta y la friccin entre la viruta y la herramienta. A causa del efecto sobre el desgaste, en el pasado se ha dado considerable atencin a la determinacin de la distribucin de temperaturas en la herramienta, viruta y pieza durante el corte de metales. 3.1 GENERACION DE CALOR EN EL CORTE DE METALES Anteriormente se estableci que el consumo de energa por unidad de tiempo en el mecanizado Pm est dado por

Pm = Fc v

( 3.1)

en donde Fc, es la componente de corte de la fuerza resultante sobre la herramienta, y v es la velocidad de corte.

Cuando un material es deformado elsticamente, la energa requerida para hacerlo es almacenada en el material como energa de deformacin, y no se genera calor. Sin embargo, cuando un material es deformado plsticamente, la mayor parte de la energa utilizada se convierte en calor. En el corte de metales el material es sometido a deformaciones sumamente grandes, y la deformacin elstica corresponde a una pequesima parte de la deformacin total; por consiguiente, puede suponerse que toda la energa es convertida en calor. La conversin de energa en calor ocurre en las dos regiones principales de deformacin plstica (fig. 3.1): la zona de cizalladura, o la zona de deformacin primaria AB, y la zona de deformacin secundaria BC. Si, como ocurre en la mayora de las situaciones reales, la herramienta no est perfectamente afilada, una tercera fuente de calor BD estara presente debido a la friccin entre la herramienta y la superficie generada en la Captulo 3 Temperatura en el corte de metales 1 de 23

pieza. Sin embargo, a menos que la herramienta est desgastada severamente, esta fuente de calor ser pequea y se despreciar en el presente anlisis. En estas condiciones

Pm = Ps + Pf

(3.2)

en donde Ps, es el calor generado por unidad de tiempo en la zona de deformacin primaria, y Pf es el calor generado por unidad de tiempo en la zona de deformacin secundaria (calor generado por friccin). Pf est dador por Ffvo, en donde Ff es la fuerza de friccin en la cara de la herramienta, y vo es la velocidad de la viruta, la cual est dada por vrc Luego, si Pf y Pm, son conocidos, Ps puede ser obtenido en la ecuacin (3.2). Para entender cmo es removido el calor de estas zonas por los materiales de la pieza, la viruta y la herramienta, es necesario considerar en principio la transferencia de calor hacia un material que se mueve con respecto a la fuente de calor. 3.2 TRANSFERENCIA DE CALOR ENTRE HERRAMIENTA, PIEZA Y VIRUTA Siempre existi la preocupacin de encontrar el punto de mxima temperatura en los filos de la herramienta a tal fin es representativo encontrar esos puntos en la figuras 3.2, 3.3 y 3.4 que relacionan la longitud de viruta en contacto con la herramienta. Tambin hay una relacin entre temperatura - velocidad de corte y temperatura - avance figura 3.5. Por ltimo es importante analizar la distribucin del calor entre pieza, herramienta y viruta / velocidad de corte ver figura 3.6 a y 3.6 b

Fig 3.2

Fig.3.3

Captulo 3 Temperatura en el corte de metales

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Fig 3.4

Fig 3.5


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Fig 3.6a

Fig 3.6b


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3.3 FLUIDOS DE CORTE Los aceites de corte tienen buenas propiedades lubricantes y brindan una amplia proteccin contra la corrosin, pero no proporcionan el buen enfriamiento de los fluidos de corte con base de agua. Los aceites de corte puros, es decir, los que no se mezclan con agua, se pueden dividos en los siguientes grupos principales: Aceites minerales. Aceites grasos. Mezclas con base de aceite mineral y aceite graso. Aceites para presiones extremas. Los aceites grasos son a base de grasas animales o vegetales, por ejemplo, aceite de colza .Son grasos y dan muy buena lubricacin, pero ofrecen deficiente resistencia a la soldadura. En la actualidad han sido sustituidos por aceites de base mineral, en parte debido a que los aceites grasos son caros y difciles de obtener, pero, sobre todo, porque la creacin de aditivos que mezclan con aceites minerales ha producido un fluido de corte considerablemente ms eficiente El aceite mineral se utiliza puro o mezclado (figura 3.7); el puro tiene muy buenas propiedades lubricantes y buena proteccin contra la corrosin. Debido a que sus propiedades de enfriamiento no son muy eficaces, el aceite mineral se utiliza bsicamente para maquinado ms ligero, por ejemplo, en latn, hierro fundido y aleaciones ligeras. Para satisfacer las operaciones de maquinado donde la carga entre la pieza de trabajo y la herramienta establece demandas mayores en la resistencia de soporte del medio cortante, el aceite mineral se puede mezclar con aditivos de aceite graso. Estos ltimos proporcionan una capa delgada con alta resistencia de apoyo y baja resistencia al corte. Esta capa lubrica y evita la friccin entre la herramienta, virutas y pieza de trabajo, aun cuando la pelcula de aceite se, haya roto. Sin embargo, con maquinados difciles, los aditivos de aceite graso no son suficientes , para lubricar. El aceite mineral graso se utiliza bsicamente en aplicaciones donde se desea

Fig. 3.7

Capitulo 3 Fluidos de corte

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Fig. 3.8

mejorar el acabado superficial mediante una mejor lubricacin, por ejemplo, cuando se maquine latn o bronce ms duro y donde aditivos ms activos ocasionan ataque por corrosin. En aplicaciones donde las fuerzas de cose sean altas, el fluido de corte debe lubricar incluso cuando haya gran presin entre las superficies deslizantes. Para satisfacer esto, los aceites de corte con aditivos de presin extrema se utilizan para maquinados difciles (figura 3.8). Estos aditivos forman compuestos con el metal de las superficies deslizantes. El efecto ocurre en los puntos donde la disparidad de las superficies rompe la pelcula de aceite y el compuesto forma un lubricante firme que evita la soldadura entre los picos opuestos de las superficies. Los aditivos estn formados de azufre y compuestos de cloro y fsforo que reaccionan a altas temperaturas para formar sulfuros, cloruros y fsfuros metlicos. 3.3.1 FUNCIONES BSICAS DE ACEITES DE CORTE Se generan altas temperaturas en las zonas de corte de metal y se producen altas fuerzas de friccin en el punto de contacto entre la herramienta y la pieza de trabajo. En muchos casos esto produce resultados inaceptables si el maquinado se realiza sin fluidos de cortes, cuyas funciones bsicas son lubricar, enfriar la herramienta y transportar virutas lejos de la zona de corte. Cuando dos superficies se deslizan una frente a la otra sin lubricacin, los puntos disparejos de las superficies se frotan unos contra otros (figura 3.9 a-A). Esto significa que el material se calienta por friccin o que se desprendern partculas de las superficies. Las propiedades lubricantes del fluido de corte reducen el desgaste entre la pieza de trabajo y la herramienta al separar las superficies entre s (figura 3.9 a-B). La energa que debe alimentarse para deformar el metal cuando se forman virutas ocasiona altas temperaturas en la zona de corte. La temperatura afecta mucho desgaste de la herramienta, por lo que un enfriamiento eficiente es importante para prolongar la duracin del borde de la herramienta.


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En la figura 3.9 b , la textura especfica de superficie (R) se ilustra como una funcin de la temperatura del borde (T). Se obtiene el peor acabado con una alta acumulacin de material en el borde-BUE (2). A temperaturas ms bajas existe lo que se conoce como zona de avellanado (1) y la superficie es ms pareja. Se obtiene mejor acabado de superficie en la zona de corte libre (3). Cuando hay riesgo de acumulacin de material en el borde, se pueden tomar diversas medidas para cambiar

Fig 3.9 a

Fig. 3.9 b

la temperatura del borde. Estas medidas dependen de las circunstancias: si la temperatura est cerca de la zona libre de corte, el riesgo de borde acumulado se reducir si se aumenta la velocidad de corte, es decir, se aumenta la temperatura del borde. A menores temperatura de borde, una solucin posible es utilizar un fluido de corte de enfriamiento para reducir 1 temperatura y as evitar la zona de borde acumulado. Aun cuando se puede utilizar un fluido de corte con un fuerte efecto de enfriamiento cuando la temperatura del borde est en la zona de corte libre, si la temperatura est cerca de la zona de borde acumulado, este fluido de corte' puede aumentar el riesgo de borde acumulacin de material en el borde. La superficie maquinada no debe daarse por virutas y otras partculas que se desprenden durante el proceso de maquinado. Por lo tanto, se utiliza fluido de corte para eliminar este material de manera eficiente. Capitulo 3 Fluidos de corte 7 de 23

El fluido de corte entonces realiza las siguientes funciones: Lubrica y aumenta la vida de servicio de los bordes cortantes de la herramienta. Enfra la pieza de trabajo y la herramienta, por lo que aumenta la resistencia de sta al desgaste. Elimina las virutas. Facilita la rotura de virutas en ciertos materiales. Evita la formacin de bordes acumulados.

Fig. 3.10

3.3.2 SELECCIN DE UN FLUIDO DE CORTE La seleccin de un fluido de corte la determina la operacin de maquinado, el material de la pieza de trabajo, el material de la herramienta y los datos de corte (figura 3.10). En general, debe buscarse una mejor lubricacin con: Bajas velocidades. Materiales dificiles de maquinar. Operaciones dificiles. Demandas para una mejor textura superficial. Debe escogerse un enfriamiento mejorado para: Altas velocidades. Materiales fciles de maquinar. Operaciones sencillas. Problemas con borde acumulado.


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La lista siguiente muestra diversas operaciones de maquinado (ilustradas en la figura 3.10) en orden de demandas de corte, desde operaciones relativamente menos exigentes (por ejemplo, esmerilado) hasta las muy difciles, como el torneado de roscas y roscado con macho 1. Esmerilado. 2. Torneado. 3. Fresado. 4. Taladrado. 5. Escariado. 6. Barrenado. 7. Taladrado de barrenos profundos. 8. Construccin de engranajes. 9. Torneado de roscas. 10. Roscado con macho. Sin embargo, el grado y nmero de factores exigentes depende de las condiciones, datos de corte, as como de la geometra y el material de la herramienta. Adems de las propiedades de lubricacin y enfriamiento, al seleccionar un fluido de corte tambin debe tenerse en cuenta que no resulte afectado el entorno ambiental. El fluido de corte no debe ocasionar oxidacin o corrosin a la pieza de trabajo, sino ms bien proteger al material. La mquina no debe daarse y el fluido de corte no debe representar un riesgo para la salud del operador. Los fluidos de corte solubles en agua deben ser compatibles con el agua que se utilice. El valor del pH del agua es importante en este aspecto. 3.3.3 TIPOS DE FLUIDO DE CORTE Los fluidos de corte se pueden dividir en dos grupos principales: 1. Aceites de corte puros. 2. Fluidos de corte solubles en agua. Para tener buenas propiedades de enfriamiento, el fluido de corte debe tener alta capacidad de difusin de temperaturas. El agua satisface este requisito, pero tiene deficientes propiedades lubricantes y tambin reacciona de manera corrosiva con metales ferrosos. Por otra parte, el aceite de corte puro tiene buenas propiedades lubricantes y buena proteccin contra la corrosin. Sin embargo, su baja conductividad


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Fig 3.11

trmica y de calor especfico significan que sus propiedades de enfriamiento son deficientes. Las buenas propiedades de enfriamiento del agua se han utilizado por el perfeccionamiento de diversos fluidos de corte solubles en agua. stos se pueden dividir en: 1. Emulsiones de aceite. 2. Fluidos de corte sintticos y qumicos. El uso de emulsiones de aceite es la manera tradicional de combinar las propiedades de enfriamiento del agua con las propiedades lubricantes y protectoras de corrosin del aceite. Decir que un fluido cortante es soluble en agua es alterar la verdad, puesto que el aceite no es soluble en agua. El aceite se dispersa como pequeas gotas en el fluido (figura 3.11 A) y se estabiliza por medio de aditivos conocidos como emulsificantes. Los fluidos sintticos no contienen aceite, sino que estn formados de glicoles, por ejemplo, 1 que se emulsionan o disuelven en agua. stos son transparentes y dan la oportunidad de comparar la operacin con emulsiones de aceite, de aspecto lechoso. Al mezclar una pequea cantidad de aceite emulsionado con un fluido de corte sinttico, se obtiene un fluido semisinttico, donde las ventajas de los fluidos sintticos se combinan con las propiedades lubricantes considerablemente mejores de la emulsin de aceite. En ciertos casos tambin se utiliza gas como medio de enfriamiento y lubricacin. El gas se aplica a cierta presin y elimina virutas y otras partculas; el aire es el gas ms comn que se utiliza, pero tambin se encuentran el bixido de carbono, argn y nitrgeno lquidos.


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3.3.4 ACEITES DE CORTE SOLUBLES EN AGUA Los aceites de corte solubles en agua se suministran como concentrados y el usuario debe preparar la emulsin de aceite al mezclar el concentrado en agua. Cuando se utilicen emulsiones de aceite, las propiedades lubricantes y protectoras de corrosin del aceite se combinan con la propiedad de enfriamiento del agua. El concentrado soluble en agua a tambin contiene aditivos para mejorar diversas propiedades, por ejemplo: Emulsificantes para evitar separacin. Lubricacin para evitar ataque de corrosin Medio de conservacin para evitar el crecimiento de bacterias. Grasa para mejorar las propiedades lubricantes. Aditivos de presin extrema para mejorar la resistencia de apoyo. Es extremadamente importante que la preparacin de la emulsin de aceite se haga conectamente para que el fluido de corte sea estable: El concentrado de aceite debe agregarse al agua, no al contrario. La mezcla debe agitarse continuamente al preparar la emulsin. La proporcin de mezcla entre aceite y agua debe medirse con precisin. Deben utilizarse recipientes y tanque limpios. El agua debe ser de un valor del pH y dureza apropiados. El concentrado de aceite no debe agregarse con ms rapidez de la precisa para convertirse en emulsin. La cantidad de sales no disueltas, principalmente calcio, magnesio y Heno, afecta la dureza del agua; para obtener agua ms suave se agrega sosa. usualmente la Meza del agua se expresa en el nmero de panes por milln (ppm) de carbonato de sodio libre de agua necesarios para que el agua se suavice por completo. Las sales sin disolverse pueden reaccionar con emulsificantes y, adems de la emulsin que se descompone rpidamente, se forma una espuma que puede bloquear el filtro, tuberas y bombas del sistema del fluido de corte. Adems, el agua dura que contiene ms de 200 ppm puede reducir las propiedades de proteccin a la corrosin. La tabla 3.1 muestra una clasificacin apropiada del valor de dureza del agua expresada en ppm. Demasiada adicin de sosa aumenta el valor del pH del agua; bajos valores del pH aumentan la tendencia a la corrosin y la formacin de bacterias, pero, por otra parte, altos valores del pH traen consigo el riesgo de irritar la piel. El valor del pH para emulsiones de aceite debe estar entre 8.5 y 9.3.


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3.3.5 FLUIDOS DE CORTE SINTTICOS Y SEMISINTTICOS Los fluidos de corte sintticos no contienen aceite mineral y se utilizaron primero slo para operaciones de esmerilado. El perfeccionamiento de los fluidos sintticos con mejores propiedades de lubricacin y mejor proteccin coma la corrosin ha aumentado de manera considerable su campo de aplicacin en aos recientes. El uso de fluidos de corte sintticos tiene ventajas econmicas comparados con los fluidos con base en aceite y ofrece una rpida disipacin de calor, propiedades de limpieza, preparacin sencilla y tiene buena proteccin contra la corrosin. Adems son transparentes, lo cual ayuda a que el operador vigile mejor el trabajo. Es posible que con operaciones difciles las propiedades de lubricacin puedan ser insuficientes, lo cual puede ocasionar que las superficies deslizantes se peguen o desgasten. Debido a que los fluidos de corte totalmente sintticos forman una verdadera solucin con agua, la concentracin ms bien crece con el uso debido a que el agua se evapora. Como los fluidos sintticos tienen fuertes propiedades de limpieza y alcalinas (pH de 9 a 9.5), la concentracin debe verificarse con ms frecuencia para que un mayor valor de pH no ocasione alergias al operador en forma de irritacin de la piel. Como el aceite se disuelve en fluidos sintticos, se obtiene lo que se conoce como semisintticos; stos tienen, en conjunto, las mismas propiedades que los fluidos de corte totalmente sintticos, pero ofrecen propiedades de lubricacin mucho mejores. Los semisintticos son ms adecuados que las emulsiones de aceite para operaciones de esmerilado porque contienen menos aceite. Es frecuente que el aceite tienda a ocasionar sobrecarga de la rueda de esmeril. En los semisintticos, Es partculas de aceite son ms pequeas que en las emulsiones de aceite. El alto contenido de emulsificantes proporciona mayor capacidad para emulsionar el aceite que gotee (figura 3.12 A) de la mquina; esta forma de absorber aceite que gotea no puede continuar de manera indefinida. Sin embargo, cuando se haya utilizado un exceso de emulsificantes en el fluido de corte para emulsionar el aceite que gotea, el aceite flota y forma una capa en la superficie (figura 3.12 B) mientras que las partculas de aceite del fluido aumentan de tamao (figura 3.12-C). Esta capa de aceite en la superficie puede entonces aumentar el crecimiento de bacterias.

Tabla 3.1 Dureza en ppm Suave Moderadamente suave Ligeramente duro Moderadamente duro Duro Muy duro 0-50 50-100 100-150 150-200 200-300 300-


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Fig 3.12 3.4.FLUIDOS DE CORTE Y EL AMBIENTE Bsicamente, un fluido de corte debe dar buena lubricacin Y enfriamiento, pero hay otras caractersticas que deben tomarse en cuenta cuando se seleccione un fluido de corte (vase 3.13): 1. El fluido de corte no debe producir efectos secundarios desagradables, como mal olor o reacciones alrgicas (A). 2. Debe trabajar, sin problemas, con equipo de alta presin como son centrifugadoras, sin formar espuma (B). 3. El fluido de corte no debe disolver pintura porque afectara la pintura de la mquina (C); tampoco debe corroer sellos. 4. El fluido de corte no debe ser causa de corrosin que ataque la pieza de trabajo (D). Debido a que por lo general se maquinan varios materiales, el fluido de corte debe ser apropiado para stos, o la mayora de stos, sin que haya necesidad de cambiar fluidos de corte. De particular importancia es el riesgo de ataque por corrosin con materiales no ferrosos, por ejemplo: cobre, latn y aluminio. 5. El fluido de corte no debe adherirse o pegarse, lo que ocasionara que virutas y partculas se adhieran y hara ms difcil la limpieza del tanque o echara a perder la superficie de la pieza de trabajo (E). 6. La mayora de las mquinas tienen fugas de aceite y, en mquinas modernas, esto puede ser alrededor de un litro por da. Por lo tanto, es preferible si el fluido de corte puede disolver aceite de fuga sin que se altere su operacin (F). 3.5 ALMACENAMIENTO, CONSERVACIN Y ELIMINACIN DE DESECHOS DE FLUIDOS DE CORTE Los fluidos de corte con base de apa no deben exponerse a temperaturas extremas en ninguna direccin. Las altas temperaturas pueden ocasionar que se evapore agua, y las bajas pueder ocasionar separacin de ciertos aditivos. Usualmente, los concentrados Capitulo 3 Fluidos de corte 13 de 23

homogneos contienen una pequea cantidad de agua, y en caso que sta se congele, ser muy difcil que el aceite se mezcle cuando la temperatura aumente otra ven Los barriles de aceite deben almacenarse bajo

Fig 3.13

techo para que no se expongan a la humedad. Cuando el aceite se almacena a la intemperie, la! variaciones de temperatura pueden ocasionar que el recipiente deje entrar agua que se acumula en la tapa; para evitar esto, los barriles de aceite deben almacenarse sobre sus costados. Los fluidos de corte solubles en agua necesitan ms conservacin que los aceites de corte. Esto se aplica sobre todo al limitar el nmero de microorganismos en el agua, porque stos acortan la vida de servicio del fluido de corte y pueden ocasionar problemas de corrosin, tapan as tuberas de abastecimiento y vlvulas y producen un olor desagradable. Existen tres tipos de microorganismos: bacterias, hongos y algas. Cuando se utilicen fluidos de corte con base de agua, donde las acumulaciones de bacterias se presentan en lugares de difcil acceso, al hacer la limpieza debe agregarse una sustancia que las extermine, conocida como "biocida". Si persisten contaminantes y un poco de fluido de corte contaminado, el lquido de corte nuevo que se agregue contamina rpidamente. La concentracin y composicin del fluido de corte cambia con el uso. Esto ocurre por evaporacin de agua, prdidas de fluido de corte, reaccin cuando el aceite de fuga se mezcla con el fluido de corte, etc. Por lo tanto, es importante verificar peridicamente la concentracin en la mezcla. Cuando sea necesario cambiar la concentracin, se agregan fluidos de corte mezclados; el agua que se agregue no debe ser demasiado dura porque


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el fluido puede separarse, debido a lo cual aparece una pelcula de aceite en la superficie; por otra parte, el agua demasiado suave ocasiona espuma. Los modernos sistemas para recuperar fluidos de corte deben tener un equipo automtico para medir, llenar y mezclar fluido de corte complementario, Ni el aceite de corte rechazado ni la emulsin de aceite deben verterse en el sistema de drenaje pblico. Las emulsiones se tratan de modo que el aceite y agua sean separados. Para descomponer la emulsin se utilizan sulfato ferroso, sales y, en ciertos casos, cidos fuertes. Si se emplean estos ltimos e1 agua se neutraliza antes de vertirse en el sistema de drenaje pblico. El aceite que se separa est sumamente contaminado por las sustancias que se utilizan en el tratamiento. El aceite puede quemarse en hornos especiales, al igual que los aceites de corte puros rechazados. Para la mayora de talleres no es econmicamente viable disponer de fluidos de corte rechazados en s, por lo cual gran nmero de e empresas contratan servicios especializados en este tipo de eliminacin de desechos. La sedimentacin de partculas no disueltas que utilizan la fuerza de gravedad es la manera ms fcil de eliminar contaminantes del fluido de corte, pero como la sedimentacin toma un tiempo relativamente largo, la formacin de bacterias puede crear un problema y, adems, no se evita la fuga de aceite. Si se emplea aceite puro de corte, no es seguro que partculas muy finas caigan al fondo del recipiente. En lugar de ello, debido a la alta viscosidad del aceite, pueden envolverse partculas y acompaar al aceite. Esto puede daar la bomba de circulacin y/o deteriorar el acabado superficial al maquinar. El fluido de corte debe filtrarse siempre (figura 3.14-4) antes de circularse con una bomba (figura 3.14-5). Para obtener una separacin ms rpida de los contaminantes, se utilizan tanques de sedimentacin mediante los cuales el fluido de corte se separa en capas. As se reduce la distancia a la que las partculas deben caer. Al mismo tiempo el aceite de fuga tiene una distancia ms corta por recorrer hacia la superficie, en donde es desnatado. El tratamiento trmico del fluido de corte puede acelerar la separacin. Puede ser difcil utilizar este mtodo con fluidos de corte solubles en agua, donde el aceite de fuga se puede emulsionar. Es ms apropiado para limpiar fluidos sintticos, donde el aceite flota a la superficie de manera libre. Para eliminar adecuadamente el aceite de fuga emulsionado, se utilizan centrifugadoras de alta velocidad. En sistemas centrales, el fluido de corte circula continuamente y el mtodo de sedimentacin no funciona. En lugar de esto, se utilizan diversos tipos de filtros. Con fluidos de alta viscosidad, el filtrado es un proceso lento porque la velocidad de circulacin por el filtro se reduce. El filtrado de aceite de ala viscosidad se facilita porque el aceite se calienta y, por lo tanto, adelgaza. Para eliminar las partculas ms pequeas con un filtro, el tamao o nmero de malla debe ser pequeo; esto significa que de manera no intencional tambin se filtran ciertos aditivos del fluido de corte. Otra desventaja es que el aceite de fuga puede tapar el filtro, por lo cual el uso de centrifugadoras tambin es comn en sistemas centrales. El sistema de fluido de corte debe garantizar que el fluido mantenga una temperatura de trabajo de aproximadamente 20 C. Si el volumen del tanque no permite suficiente enfriamiento, se pueden instalar diversos tipos de intercambiadores de calor o unidades de enfriamiento.


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3.6 REUTILIZACIN DE FLUIDOS DE CORTE La tcnica actual para hacer circular fluido de corte para su reutilizacin exige una continua inspeccin y mantenimiento La contaminacin, microorganismos y cambios de la concentracin se vigilan continuamente para mantener la descomposicin del fluido de corte bajo control y prolongar su vida de servicio. Cuando se utiliza un sistema central, varias mquinas utilizan el mismo fluido de corte. La ventaja de esto es que el mantenimiento y la inspeccin se pueden realizar en un solo recipiente, aun cuando los sistemas centrales exigen que sea apropiado el mismo tipo de fluido de corte para todas las mquinas. Cualquier contaminacin que ocasione que el fluido de corte se cambie mucho antes que termine su vida esperada de servicio es muy costosa, ya que puede tratarse de cantidades muy grandes de fluido de corte cuando se utilicen sistemas centrales. Las plantas especiales para recuperacin de fluidos de corte de las virutas no son econmicamente factibles cuando se utilicen fluidos de corte con base en agua, pero cuando se utilice aceite de corte, se pueden recuperar hasta 300 litros de aceite de corte por tonelada de viruta (figura 3.14). Para hacer posible que las virutas voluminosas se manejen ms fcilmente se utilizan trituradoras (1), despus de las cuales la masa de metal triturado pasa a una centrifugadora (2) para que el aceite se separe perfectamente El aceite que se recupera pasa a limpieza junto con el fluido de corte de la mquina.


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Los sistemas de limpieza varan desde simples tanques de sedimentacin hasta plantas de diseo avanzado que pueden estar formadas de: Trituradora de viruta (1) Centrifugadora (2). Sedimentacin (3). Filtro (4). Bomba (5). Tratamiento trmico (6) Filtrado/centrifugacin (7) Regulacin de temperatura (8). Inspeccin y llenado automticos (9).

7.3 ANEXOS Para complementar el capitulo adjuntamos los siguiente diagramas de bloque y tablas:


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4 DESGASTE DE LA HERRAMIENTA4.1 INTRODUCCIN La naturaleza fundamental del mecanismo de desgaste puede ser muy diferente para diversas condiciones. En el corte de metales, el desgaste puede ocurrir en las tres formas siguientes: por adhesin, por abrasin y por difusin. En el desgaste por adhesin, el desgaste es ocasionado por la fractura de las asperezas de los dos metales soldados entre s. En el corte de metales, las uniones de los materiales de la viruta y de la herramienta se forman como parte del mecanismo de la friccin; cuando estas uniones se fracturan pequeos fragmentos del material de la herramienta pueden ser arrancados y arrastrados por la viruta o por la superficie nueva de la pieza. La forma de desgaste conocido como desgaste por abrasin ocurre cuando partculas endurecidas localizadas en la viruta pasan sobre la cara de la herramienta y remueven su material mecnicamente. Estas partculas endurecidas pueden ser fragmentos de un filo recrecido inestable y endurecidos por deformacin; fragmentos endurecidos del material de la herramienta y removidos por el desgaste por adhesin, o constituyentes duros del material de trabajo. La difusin en el estado slido ocurre cuando los tomos de una red cristalina metlica se desplazan de una regin de concentracin atmica alta a una de concentracin baja. Este proceso depende de la temperatura existente, y la difusin por unidad de tiempo aumenta exponencialmente con el aumento de la temperatura. En el corte de metales, en el que existe un contacto ntimo entre los materiales de la herramienta y de la pieza y adems existen temperaturas elevadas, la difusin puede ocurrir en aquellos puntos en donde los tomos se desplazan desde el material de la herramienta hacia el material de trabajo. Este proceso, que tiene lugar en una zona muy estrecha de la superficie de contacto entre los dos materiales y debilita la estructura superficial de la herramienta, es conocido como desgaste por difusin. 4.2 FORMAS DE DESGASTE EN EL CORTE DE METALES El desgaste progresivo de una herramienta tiene lugar en dos formas distintas (f ig. 4. 1): 1. Desgaste en la cara, caracterizado por la formacin de un crter, el cual es el resultado de la accin de la viruta al fluir o deslizarse a lo largo de la cara. 2. Desgaste en el flanco, en donde se forma una zona de desgaste a causa del rozamiento entre la herramienta y la superficie generada en la pieza. 4.2.1 DESGASTE DE LA CARA DE LA HERRAMIENTA El crter formado en la cara de la herramienta se ajusta a la forma de la viruta y est limitado al rea de contacto entre la viruta y la herramienta (fig. 4.1). Adems, la zona

Captulo 4 - Desgaste de Herramientas

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adyacente al filo, en donde se presentan la friccin adhesiva o el recrecimiento del filo, se desgasta poco.

En el captulo 3 se estableci que, en el corte de metales, las temperaturas ms elevadas se presentan a alguna distancia del filo a lo largo de la cara de la herramienta; a velocidades altas de corte estas temperaturas fcilmente pueden ser del orden de los 1000 C En condiciones de temperaturas elevadas, las herramientas de acero rpido se desgastarn muy rpidamente en razn del ablandamiento trmico del material. Aunque los materiales de las herramientas de carburo retienen su dureza a temperaturas elevadas, la difusin en el estado slido puede ocasionar su rpido desgaste. En el trabajo experimental, la profundidad mxima del crter es generalmente una medida de la cantidad de desgaste y puede ser determinada mediante un instrumento de medicin superficial. En condiciones de velocidad de corte muy alta, el crecimiento del crter es el factor que determina la vida o duracin de la herramienta porque su crecimiento debilita el filo hasta que con el tiempo este se fractura. Sin embargo, cuando las herramientas son usadas con criterios de duracin econmica, el desgaste de su flanco, conocido como desgaste del flanco, generalmente es el factor de control. 4.2.2 DESGASTE DEL FLANCO El desgaste del flanco de una herramienta de corte es ocasionado por la friccin entre la superficie producida en la pieza y el rea del flanco en contacto con ella. En razn de la rigidez de la pieza, el rea desgastada, conocida como la zona de desgaste del flanco, Captulo 4 - Desgaste de Herramientas 2 de 14

debe ser paralela a la direccin de corte resultante. El ancho de la zona de desgaste generalmente se considera como una medida del desgaste y puede ser determinado fcilmente por medio de un microscopio, La fig. 4.2 ilustra el progreso (con el tiempo) del ancho VB de la zona de desgaste del flanco o la longitud cortada. La curva se puede dividir en tres regiones: 1. La regin AB en donde el filo agudo se desportilla rpidamente y aparece una zona de desgaste de dimensiones finitas.

2. La regin BC en la cual el desgaste progresa uniformemente. 3. La regin CD en la cual el desgaste progresa a una tasa creciente. Se cree que la regin CD indica cundo el desgaste de la herramienta de corte se ha vuelto sensible a las temperaturas elevadas, ocasionadas por la presencia de una zona de desgaste de grandes proporciones. En la prctica, es recomendable reafilar la herramienta antes de que el desgaste del flanco alcance la ltima regin (regin CD en la fig. 4.2) en la cual el material se fractura rpidamente. 4.2.3 CRITERIOS DE DURACIN DE UNA HERRAMIENTA Como criterio de duracin de una herramienta se define un valor mnimo predeterminado del desgaste o la ocurrencia de un fenmeno. En las operaciones prcticas de mecanizado el desgaste de la cara y el flanco de la herramienta de corte no es uniforme a lo largo del filo principal; por lo tanto, es indispensable especificar las localizaciones y el grado de desgaste permisible antes de reafilar la herramienta. La fig. 4.3 ilustra una herramienta de filo nico ya desgastada. Como se aprecia en la figura, la profundidad del crter vara a lo largo del filo principal, y la profundidad KT del crter es medida en el punto ms profundo del mismo (seccin A-A). Puede apreciarse que el desgaste del flanco generalmente es mayor en los extremos del filo principal. Las condiciones en la punta de la herramienta tiende a ser ms severas que en la parte


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Fig 4.3

central del filo en razn de la forma complicada como fluye la viruta en esa regin. El ancho de la zona de desgaste en la punta de la herramienta (zona C) se denomina VC. En el extremo opuesto del filo principal (zona N) se forma a menudo una ranura o muesca de desgaste, porque en esta regin el material de la pieza tiende a endurecerse a causa del procesamiento previo. El ancho de la zona de desgaste en la muesca se denomina VN. En la porcin central del filo principal (zona B), la zona de desgaste es aproximadamente uniforme. No obstante, para considerar variaciones que puedan ocurrir, el ancho promedio de, la zona de desgaste en esta regin se denomina VB, y su valor mximo, VBmax . A continuacin se presentan los criterios normalizados recientemente por la ISO, referentes a la duracin de las herramientas. 4.2.4 CRITERIOS USUALES PARA HERRAMIENTAS DE ACERO RPIDO O CERMICAS Los criterios recomendados por la ISO para definir la duracin efectiva de la herramientas de acero rpido o cermicas son:

1. Falla catastrfica, 2. VB = 0.3 mm si el flanco est desgastado regularmente en la zona B, 3. VBmax = 0.6mm, si el flanco est desgastado irregularmente, rayado, astillado o demasiado ranurado en la zona B.


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4.2.5 CRITERIOS USUALES PARA HERRAMIENTAS DE CARBURO SINTERIZADO Para herramientas de carburo sinterizado, se recomienda uno de los criterio siguientes: VB = 0.3 mm VB= 0.6 mm si el flanco est desgastado irregularmente KT=0.06+0.3*f, donde f es el avance 4.3 A CONTINUACIN PODEMOS RESUMIR LO VISTO HASTA AHORA EN LA FIGURA QUE HA CONTINUACIN INSERTAMOS 1-Filo aportacin

2- Desgaste por abrasin (flanco + crater)

3- Desgaste por difusin (crter)


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4- Desgaste por oxidacin

5- Deformacin plstica

Para aclaracin de lo visto a continuacin graficamos las relaciones existentes entre: Desgaste (W) y velocidad de corte (Vc) Velocidad de corte y avance Profundidad de pasada y avance Temperatura y velocidad de corte

Donde como referencia en los grficos: 1 - Filo aportacin (BUE) 2 - Desgaste por abrasin (Flanco + Crter) 3 - Desgaste por difusin (Crter) 4 - Desgaste por oxidacin 5 - Deformacin plstica 6 - Fractura


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Desgaste (W) y velocidad de corte (Vc)

Velocidad de corte (Vc) y avance (f)

Profundidad de pasada (ap) y avance (f)


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Temperatura (Tc) y velocidad de corte (Vc)


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4.4 INVESTIGACIN Y ELIMINACIN DE DESGASTE Y DEFECTOS

El ingeniero es responsable de velar por el buen funcionamiento de las herramientas y optimizar sus rendimientos tiene que basar fundamentalmente en su experiencia personal y criterios para actuar en produccin a diario A continuacin adjuntamos esquemas que pueden guiarlo en primera aproximacin para resolver estas dificultades

Con el mismo fin extractamos del libro El mecanizado moderno editado por SANDVIK las siguientes recomendaciones


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Por ultimo incluimos de la firma Valenite recomendaciones del mismo tenor


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5. VELOCIDAD DE CORTE5.1 INTRODUCCIN

La seleccin de una velocidad de corte depende de varios factores los cuales son: La resistencia del material a mecanizar Seccin de la viruta y su forma Tipo de herramienta y forma geomtrica Tipo de elaboracin y grado de terminacin superficial de la pieza mecanizada Clase y rigidez de la mquina Condiciones de refrigeracin Forma geomtrica de la pieza mecanizada (rigidez y estabilidad)

La prctica recomienda que la velocidad de corte sea tal que el tiempo de duracin del filo sea aproximadamente de 3 a 10 veces el tiempo de sustitucin de la herramienta embotada por una herramienta re-afilada. Ver diagrama de bloques en la siguiente pagina

Captulo 5 -Velocidad de corte

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5.2 DURACIN DE LA HERRAMIENTA Los tipos y mecanismos de falla de la herramienta han sido descritos previamente. Se mostr que velocidades de corte excesivas causan una rpida falla del borde cortante; en tal forma, puede declararse que la herramienta tiene una duracin corta. Algunas veces se emplean otros criterios para evaluar la duracin de la herramienta, Estos son: 1. Cambio de la calidad de la superficie maquinada. 2. Cambio en la magnitud del esfuerzo de corte resultando en cambios en las flexiones de la mquina y de la pieza de trabajo causando el cambio en las dimensiones de la pieza. 5.3 VELOCIDAD DE CORTE SEGN TAYLOR La seleccin de la velocidad de corte correcta tiene un valor importante sobre los factores econmicos de todas las operaciones del corte de los metales. Afortunadamente, la velocidad de corte correcta puede ser estimada con exactitud razonable de las grficas de duracin de la herramienta o de la relacin sobre la duracin de la herramienta, de Taylor", siempre que sean obtenibles los datos necesarios. En la fig. 5.1 se muestra una grfica sobre duracin de la herramienta. El logaritmo de la duracin de la herramienta, en minutos, se grfica contra el logaritmo de la velocidad de corte, en pies por minuto. La curva resultante es casi una lnea recta en la mayor

Fig 5.1


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parte de los casos. Para todos los propsitos prcticos se la puede considerar una lnea recta. Esta curva se expresa por la ecuacin siguiente:

V T n = Cdonde: V = velocidad de corte, pies por minuto T = duracin de la herramienta, minutos C = una constante igual a la interseccin de la curva y de la ordenada o de la velocidad de corte - en realidad es la velocidad de corte para un minuto de duracin de la herramienta

n = tan =

log V1 log V 2 log T2 log T1

Pendiente de la curva

Los valores de n y C para diferentes materiales de trabajo y de herramientas se muestran en la Tabla 5.1 (vase tambin la Fig. 5.2). Estos valores son para el avance particular, profundidad de corte y geometra de la herramienta mostrados.

Fig 5.2


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ECUACIONES MOSTRANDO LA RELACIN ENTRE LA VELOCIDAD DE CORTE Y LA DURACIN DE LA HERRAMIENTA PARA VARIOS MATERIALES Y CONDICIONES DE LA HERRAMIENTA (tabla 5.1) n exponente C constante Profundida Fluido de Material de la Material de la pieza de formula de formula de d de corte Avance (plg) corte Herramienta trabajo Taylor Taylor (plg) Acero de alto Latn amarillo (0.60 Cu, 0.05 0.0255 En seco 0.081 242 carbono 0.40 Zn, 0.85 Ni, 0.006 Pb) 0.1 0,0127 En seco 0.096 299 Acero de alto Bronce (0.90 Cu, 0.10 Sn) carbono Hierro fundido, ndB** 160 Hierro fundido, nquel, ndB 164 0.05 0.1 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0,050 0.1 0.1 0.05 0.1 0.0125 0.0125 0.025 0. 100 0.1 0.05 0.05 0.05 0.1 0.15 0.1 0.1 0.187 0.125 0.062 0.031 0.062 0.062 0.125 0.187 0.25 0.062 0.062 0.062 0.062 0.0255 0.0127 0.0255 0.0255 0.0255 0.0127 0.0127 0.0127 0.0127 0.0127 0.0127 0.0127 0.0125 0.0255 0.0125 0.0127 0.0255 0,0255 0.0127 0.0255 0.0127 0.0127 0.0127 0.0127 0.0255 0.0127 0.0127 0.031 0.031 0.031 0.031 0.031 0.025 0.025 0,025 0.025 0.021 0.042 0.062 0.025 En seco En seco En seco En seco En seco En seco En seco En seco En seco En seco En seco En seco En seco En seco En seco En seco En seco En seco En seco En seco En seco En seco En seco En seco En seco Em SMO En seco En seco En seco En seco En seco En seco En seco En seco En seco En seco En seco En seco En seco 0.086 0.111 0.101 0.111 0.088 0.08 0.105 0.1 0.06 0.11 0.11 0.11 0.147 0.105 0.16 0.08 0.125 0.125 0.11 0.11 0.18 0.18 0.15 0.08 0.074 0.08 0.105 0.19 0.19 0.19 0.19 0.15 0.156 0.167 0.167 0.167 0.167 0.164 0.162 0.162 190 232 172 186 102 260 225 270 290 130 147 192 143 126 178 181 146 95 78 46 190 159 197 170 127 185 189 215 240 270 310 205 800 660 615 560 880 510 400 630

ACR 18-4-1*

Hierro fundido, NI-Cr, ndB 207 Acero, SAE B1113 E.F.*** Acero, SAE B1112 E.F. Acero, SAE B 1120 E.F. ACR-18-4-1 Acero, SAE B 1120 + Pb E.F. Acero, SAE 1035 E.F. Acero, SAE 1035 + Pb E.F. Acero, SAE 1045 E.F. Acero, SAE 2340 ndB 185 ACR-18-4-1 Acero, SAE 2345 ndB 198 Acero, SAE 3140 ndB 190 Acero, SAE 4350 ndB 363 Acero, SAE 4350 ndB 363 ACR-18-4-1 Acero, SAE 4350 ndB 363 Acero, SAE 4350 ndB 363 Acero, SAE 4350 ndB 363 Acero, SAE 4140 ndB 230 ACR-18-4-1 Acero, SAE 4140 ndB 271 Acero, SAE 6140 ndB 240 Metal monel ndB 215 ACR-18-4-1 Acero, SAE 3240 recocido Estelita 2400 Estelita No. 3 Hierro fundido, ndB 200 Acero, SAE 1040 recocido Acero, SAE 1060 recocido Acero, SAE 1060 recocido Acero, SAE 1060 recocido Carburo (T 64) Acero, SAE 1060 recocido Acero, SAE 1060 recocido Acero, SAE 1060 recocido Acero, SAE 2340 recocido

*ACR = Acero rapido en frio

** ndB = (numero de dureza Brinel)

*** E.F= Estirado


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Cambios importantes en la geometra de la herramienta, profundidad de corte, y avance cambiarn el valor de la constante C y pueden causar un ligero cambio en el exponente n. En general, n es ms una funcin del material de la herramienta de corte. El valor de n para los materiales comunes de las herramientas de corte es como sigue: ACR (H.S.S.): n = 0.1 a 0.15 Carburos: n = 0.2 a 0.25 Cermica: n = 0.6 a 1.0

5.4 DIMENSIONES DEL CORTE La vida til Obtenida en funcin de la velocidad de corte tambin es influenciada por la dimensin del corte. La relacin emprica entre la velocidad de corte para una vida til del filo de la herramienta de 60 minutos el avance y profundidad de pasada nos da esta formula:

Vt =Donde

Ca dx fy

Vt = equivale a la velocidad de corte ( V60 ) en fpm. Ca = es una constante que depende del material de la herramienta y pieza sus valores se ven en la tabla siguiente f = avance por revolucin o por diente en pulgadas d = profundidad de corte en pulgadas x; y = exponente que de acuerdo a mecanizar acero o fundicin nos da la sigiente frmula.

Para acero

Vt =

Ca d 0.14 f0.42

[fpm]

Para fundicion gris

Vt =

Ca d 0.1 f0.3

[fpm]


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Valores de la constante Ca usada en las ecuaciones (60 minutos de vida de herramientas) Brinel Maquinado de acero con herramientas de carburo Alto Grado 161 120 95 81 67 56 50 43 39 Medio 122 91 72 61 50 43 37 33 29 Otros 65 48 38 32 27 23 20 17 16 Maquinado de fundicin con herramientas de carburo Nodular Graftica .... 18.3 .... 15.4 .... 12.2 17 9.6 9.6 7.7 6.9 6.1 5.4 4.6 5 3.5 5

100 125 150 175 200 225 250 275 300

De estas ecuaciones se obtienen dos conclusiones:

1. Cuando se aumenta el avance de corte la velocidad debe decrecer para mantener la misma vida til de la herramienta 2. Sin embargo, cuando esto sucede la cantidad de material cortado por la herramienta durante el mismo tiempo se incrementa considerablemente esto es especialmente cuando aumenta la profundidad de corte porque el exponente 0.14 y 0.10 son relativamente bajos.

Por ltimo para dar un valor orientativo de las velocidades prcticas usadas en manufactura trabajando con distintos tipos de herramientas y mecanizando materiales de distintas resistencias a la traccin adjuntamos el siguiente grfico


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5.5 VELOCIDADES OPTIMAS DE CORTE Generalmente las velocidades de corte en los distintos procesos de mecanizado se determinan sin tener en cuenta las operaciones de carga y descarga de pieza puesta a punto de maquinas, control de medidas, afilado de herramientas, etc. Sin embargo la productividad de las plantas son afectadas por estos factores que estn vinculados directa o indirectamente con la velocidad de corte A tal fin se debe determinar la velocidad optimas que presenta dos alternativas a a) Velocidad de corte a mnimo costo b) Velocidad de corte a mxima produccin

Estos don limites determinan la, zona de alta eficiencia de trabajo "High efficiency" que no puede apreciar en la figura 5.3

5.5.1 VELOCIDAD DE CORTE ECONOMICA Es la velocidad de corte que permite Obtener el costo mnimo de una operacin de mecanizado en las condiciones de trabajo impuestas. Este valor depende del costo total por pieza que a su vez, es la suma de los siguientes factores a) Costo de mecanizado decrece con el aumento de la velocidad de corte b) costo de carga descarga y pasivos: se considera constante solo cambia con nuevos mtodos de trabajo. c) Costos la cambio de herramientas aumenta con la velocidad de corte pues las filos de las herramientas se embotan con mayor frecuencia a mayor velocidad de trabajo a) Coste de reafilados y de herramientas con igual argumentacin se incrementa con el aumente de la velocidad

La relacin entre los distintos factores econmicos enumerados se grficamente en la figura 5.4 En este grfico se tienen los costos por pieza y las velocidades de corte en valores relativos. Las distintas curvas guardan relacin de magnitud entre el si y son valores representativos de una operacin tipo de mediana importancia En el grfico es ve que el costo disminuye cuando aumenta la velocidad hasta que empiezan a ser sensibles los aumentos de costos de reafilados, de cambios de herramientas Terminando finalmente, elevando los costos con el aumento de la velocidad.


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El costo total mnimo es obtiene a una velocidad relativa 100. A una velocidad relativa 50, el costo es aproximadamente 1/3 mas elevado que el valor mnimo y a una velocidad relativa 150, el costo se aproximadamente al 40 % mas alto que el costo mnimo. Se observa que a +/- 20 % de la velocidad de corte econmica, el incrementando de costos es inferior al 5 %. Por lo tanto, puede adecuarse la velocidad de corte con la gama normal que presenta la mayora de las mquinas herramientas sin afectar por esto la economa del proceso 5.5.2 VELOCIDAD DE CORTE DE MXIMA PRODUCCIN Es la velocidad de corte que permito obtener el mnimo tiempo en una operacin de mecanizado en las condiciones de trabajo impuestas. Este valor depende del tiempo total por pieza que a su vez es la suma de los siguientes factores: Tiempo de carga descarga y pasivos: es constante y solo cambia con nuevos mtodos de trabajo. Tiempo de mecanizado decrece con el aumento de la velocidad de corte Tiempo de cambio de herramientas aumenta con la velocidad de corte La relacin entre los distintos factores enumerados se representa grficamente en la figura 5.5. En este grfico se tienen los tiempos por pieza y las velocidades de corte en valores relativos. De este grfico se desprenden condiciones similares ya analizadas para el grfico de la figura 5.4. Se aprecia que el tiempo total por pieza disminuye a medida que aumenta la velocidad de corte hasta que el tiempo de cambio de herramientas hace gravitar sus efectos provocando el incremento del tiempo total, a medida que prosigue el aumento de la velocidad En este caso el tiempo mnimo de produccin por pieza se provoca a una velocidad de corte de aproximadamente 30 % mayor que la que corresponde a la velocidad de corte econmica Es interesante resaltar que la velocidad econmica requiere solo un aumento del 5 % del tiempo de produccin correspondiente a la velocidad de corte para mxima produccin Mientras que la velocidad de mxima produccin provoca en la relacin con la velocidad econmica un aumento de costo del 15 % Analticamente se determina la velocidad de corte econmica (Vc econ.) y la velocidad de corte de mxima produccin (Vc max.. prod.)


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Vc econ =

C 1 k 4 1 + t s n k 2n

Velocidad de corte de mnimo costo

Vc max Pr od =

C 1 n 1 ts n

Velocidad de corte de mxima produccin

Estas velocidades pueden ser convertidas a tiempos de til de herramientas tomando la relacin de TAYLOR

catedra tecnologia de fabricacion

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