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PROCESOS DE MANUFACTURA “Termodinámica en el Proceso de
Mecanizado de Metales”
INDICE
Realizado por: TSU. William Socorro CI: 9.767.181
1. La Termodinámica en el proceso de mecanizado o corte de metales por arranque o desprendimiento de virutas, mediante el uso de herramientas de corte.
2. Importancia de las variables de corte, calor, energía y temperaturas en el proceso.
3. Uso de tablas físicas y químicas asociadas a la termodinámica del corte de metales por arranque de virutas.
1. La Termodinámica en el proceso de mecanizado o corte de metales por arranque o desprendimiento de virutas, mediante el uso de herramientas de corte.
En la actualidad, los procesos de fabricación mediante el mecanizado de
piezas constituyen uno de los procedimientos más comunes en la industria
metalmecánica para la obtención de elementos y estructuras con diversidad
deformas, materiales y geometrías con elevado nivel de precisión y calidad.
El corte de metales es un proceso termo-mecánico, durante el cual, la
generación de calor ocurre como resultado de la deformación plástica y la
fricción a través de las interfaces herramienta-viruta y herramienta-material de
trabajo.
La predicción de la temperatura de corte para el proceso de mecanizado es de
reconocida importancia debido a sus efectos en el desgaste de la herramienta y
su influencia sobre la productividad, el costo de la herramienta y el acabado
superficial de la pieza mecanizada. Por otra parte, el costo del mecanizado se
encuentra altamente relacionado con el porcentaje de metal removido y este
costo se puede reducir mediante el incremento de los parámetros de corte, los
que a su vez, son limitados por la temperatura de corte.
Mecanizado sin arranque de viruta
Todas las piezas metálicas, excepto las fundidas, en algún momento de su
fabricación han estado sometidas a una operación al menos de conformado de
metales, y con frecuencia se necesitan varias operaciones diferentes.
Así, el acero que se utiliza en la fabricación de tubos para la construcción de
sillas se forja, se lamina en caliente varias veces, se lamina en frío hasta
transformarlo en chapa, se corta en tiras, se le da en frío la forma tubular, se
suelda, se maquina en soldadura y, a veces, también se estira en frío.
Esto, aparte de todos los tratamientos subsidiarios. La teoría del conformado
de metales puede ayudar a determinar la forma de utilizar las máquinas de la
manera más eficiente posible, así como a mejorar la productividad.
Mecanizado por abrasión
La abrasión es la eliminación de material desgastando la pieza en pequeñas
cantidades, desprendiendo partículas de material, en muchos casos,
incandescente.
Este proceso se realiza por la acción de una herramienta característica, la
muela abrasiva.
En este caso, la herramienta (muela) está formada por partículas de material
abrasivo muy duro unidas por un aglutinante.
Esta forma de eliminar material rayando la superficie de la pieza, necesita
menos fuerza para eliminar material apretando la herramienta contra la pieza,
por lo que permite que se puedan dar pasadas de mucho menor espesor.
La precisión que se puede obtener por abrasión y el acabado superficial puede
ser muy buena pero los tiempos productivos son muy prolongados.
Mecanizado por arranque de viruta
El material es arrancado o cortado con una herramienta dando lugar a un
desperdicio o viruta. La herramienta consta, generalmente, de uno o varias
filosas cuchillas que separan la viruta de la pieza en cada pasada.
En el mecanizado por arranque de viruta se dan procesos de desbaste
(eliminación de mucho material con poca precisión; proceso intermedio) y de
acabado (eliminación de poco material con mucha precisión; proceso final cuyo
objetivo es el de dar el acabado superficial que se requiera a las distintas
superficies de la pieza).
Sin embargo, tiene una limitación física: no se puede eliminar todo el material
que se quiera porque llega un momento en que el esfuerzo para apretar la
herramienta contra la pieza es tan liviano que la herramienta no penetra y no se
llega a extraer viruta.
2. Importancia de las variables de corte, calor, energía y temperaturas en el proceso.
Movimientos de corte
En el proceso de mecanizado por arranque de material intervienen dos
movimientos:
Movimiento principal: es el responsable de la eliminación del material.
Movimiento de avance: es el responsable del arranque continuo del
material, marcando la trayectoria que debe seguir la herramienta en tal fin.
Cada uno de estos dos movimientos lo puede tener la pieza o la
herramienta según el tipo de mecanizado.
Mecanizado manual
Es el realizado por una persona con herramientas exclusivamente
manuales: sierra, lima, cincel, buril; en estos casos el operario maquina la
pieza utilizando alguna de estas herramientas, empleando para ello su
destreza y fuerza.
Medida de las temperaturas de corte
Diferentes técnicas para la medida de la temperatura de corte-Medidas de
termopares-Medidas con elementos sensibles a las radiaciones-Medidas
con sustancias reactivas.
Velocidad de corte.
Se define como velocidad de corte la velocidad lineal de la periferia de la
pieza que está en contacto con la herramienta.
La velocidad de corte, que se expresa en metros por minuto (m/min), tiene
que ser elegida antes de iniciar el mecanizado y su valor adecuado
depende de muchos factores, especialmente de la calidad y tipo de
herramienta que se utilice, de la profundidad de pasada, de la dureza y la
maquinabilidad que tenga el material que se mecanice y de la velocidad de
avance empleada.
Las limitaciones principales de la máquina son su gama de velocidades, la
potencia de los motores y de la rigidez de la fijación de la pieza y de la
herramienta.
La velocidad de corte es el factor principal que determina la duración de la
herramienta.
Una alta velocidad de corte permite realizar el mecanizado en menos
tiempo pero acelera el desgaste de la herramienta.
Los fabricantes de herramientas y prontuarios de mecanizado, ofrecen
datos orientativos sobre la velocidad de corte adecuada de las herramientas
para una duración determinada de la herramienta, por ejemplo, 15 minutos.
En ocasiones, es deseable ajustar la velocidad de corte para una duración
diferente de la herramienta, para lo cual, los valores de la velocidad de corte
se multiplican por un factor de corrección. La relación entre este factor de
corrección y la duración de la herramienta en operación de corte no es
lineal.8La velocidad de corte excesiva puede dar lugar a: Desgaste muy
rápido del filo de corte de la herramienta. Deformación plástica del filo de
corte con pérdida de tolerancia del mecanizado.
Calidad del mecanizado deficiente; acabado superficial ineficiente.
La velocidad de corte demasiado baja puede dar lugar a:
Formación de filo de aportación en la herramienta.
Efecto negativo sobre la evacuación de viruta
.Baja productividad.
.Costo elevado del mecanizado.
Velocidad de rotación de la pieza La velocidad de rotación del cabezal del
torno se expresa habitualmente en revoluciones por minuto (rpm).
En los tornos convencionales hay una gama limitada de velocidades, que
dependen de la velocidad de giro del motor principal y del número de
velocidades de la caja de cambios de la máquina.
En los tornos de control numérico, esta velocidad es controlada con un
sistema de realimentación que habitualmente utiliza un variador de
frecuencia y puede seleccionarse una velocidad cualquiera dentro de un
rango de velocidades, hasta una velocidad máxima.
La velocidad de rotación de la herramienta es directamente proporcional a
la velocidad de corte e inversamente proporcional al diámetro de la pieza.
Velocidad de avance
El avance o velocidad de avance en el torneado es la velocidad relativa
entre la pieza y la herramienta, es decir, la velocidad con la que progresa el
corte. El avance de la herramienta de corte es un factor muy importante en
el proceso de torneado.
Cada herramienta puede cortar adecuadamente en un rango de velocidades
de avance por cada revolución de la pieza , denominado avance por
revolución (fz). Este rango depende fundamentalmente del diámetro de la
pieza, de la profundidad de pasada, y de la calidad de la herramienta.
Este rango de velocidades se determina experimentalmente y se encuentra
en los catálogos de los fabricantes de herramientas. Además esta velocidad
está limitada por las rigideces de las sujeciones de la pieza y de la
herramienta y por la potencia del motor de avance de la máquina.
El grosor máximo de viruta en mm es el indicador de limitación más
importante para una herramienta.
El filo de corte delas herramientas se prueba para que tenga un valor
determinado entre un mínimo y un máximo de grosor de la viruta.
La velocidad de avance es el producto del avance por revolución por la
velocidad de rotación de la pieza.
Al igual que con la velocidad de rotación de la herramienta, en los tornos
convencionales la velocidad de avance se selecciona de una gama de
velocidades disponibles, mientras que los tornos de control numérico
pueden trabajar con cualquier velocidad de avance hasta la máxima
velocidad de avance de la máquina.
3. Uso de tablas físicas y químicas asociadas a la termodinámica del corte de metales por arranque de virutas.
Las características de cualquier material pueden ser de naturaleza muy
variada tales como la forma, la densidad, la resistencia, el tamaño o la
estática.
Las cuales se realizan en el ámbito de la industria.
Es difícil establecer relaciones que definan cuantitativamente la
maquinabialidad de un material, pues las operaciones de mecanizado tienen
una naturaleza compleja. Una operación de proceso utiliza energía para
alterarla forma, propiedades físicas o el aspecto de una pieza de trabajo y
agregar valor al materia.
Uso de tablas físicas y químicas asociadas a la termodinámica de corte de
metales
El uso de las tablas es de vital importancia ya que en ellas podemos
observar:
Determinación a que grado de temperatura se pueden trabajar los
cortesde una pieza
Si son sólidos maleables y dúctiles
Si son buenos conductores del calor y la electricidad
Si Casi todos los óxidos metálicos son sólidos iónicos básicos.
Tienden a formar cationes en solución acuosa.
Determinaran Las capas externas si contienen poco electrones
habitualmente trss o menos.