FACULTAD DE FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA, INGENIERIA MECANICA,

ELECTRICA Y ELECTRICA Y ELECTRONICAELECTRONICA

LOZANO MENDEZ JUAN CARLOSLOZANO MENDEZ JUAN CARLOSPEREZ MOTA JOSE EDUARDOPEREZ MOTA JOSE EDUARDO

DURACION Y DURACION Y DESGASTE DE LAS DESGASTE DE LAS

HERRAMIENTASHERRAMIENTAS

INTRODUCCION INTRODUCCION

La duración o vida de la herramienta de corte es un factor La duración o vida de la herramienta de corte es un factor económico muy Importante en el corte de metales. Las económico muy Importante en el corte de metales. Las condiciones para las cuales se obtiene una vida relativamente condiciones para las cuales se obtiene una vida relativamente corta de la herramienta son antieconómicas porque los costos corta de la herramienta son antieconómicas porque los costos de reafilado o de reemplazo de la herramienta son de reafilado o de reemplazo de la herramienta son comparativamente altos. La vida de una herramienta de corte comparativamente altos. La vida de una herramienta de corte puede llegar a su fin por varias causas. pero éstas pueden puede llegar a su fin por varias causas. pero éstas pueden ser separadas en dos grandes grupos:ser separadas en dos grandes grupos:

1. El desgaste gradual o progresivo de ciertas regiones en la 1. El desgaste gradual o progresivo de ciertas regiones en la cara y en et flanco de la herramienta.cara y en et flanco de la herramienta.

2.2. Fallas mecánicas que Ileven la vida de la herramienta hacia Fallas mecánicas que Ileven la vida de la herramienta hacia un final prematuro.un final prematuro.

DESGASTE PROGRESIVO DE LA DESGASTE PROGRESIVO DE LA HERRAMIENTAHERRAMIENTA

En el corte de metales, el desgaste puede En el corte de metales, el desgaste puede ocurrir en las tres formas siguientes: ocurrir en las tres formas siguientes:

El desgaste por adhesiónEl desgaste por adhesión.. El desgaste por abrasión. El desgaste por abrasión. La difusión.La difusión.

FORMAS DE DESGASTE EN EL FORMAS DE DESGASTE EN EL CORTE DE METALESCORTE DE METALES

El desgaste progresivo de una herramienta El desgaste progresivo de una herramienta tiene lugar en dos formas distintas:tiene lugar en dos formas distintas:

1.1. Desgaste en la cara. Desgaste en la cara.

2.2. Desgaste en el flanco.Desgaste en el flanco.

DESGASTE DE LA CARA DE LA DESGASTE DE LA CARA DE LA HERRAMIENTAHERRAMIENTA

El cráter formado en la cara de la herramienta se ajusta a la El cráter formado en la cara de la herramienta se ajusta a la forma de la viruta y esta limitado al área de contacto entre la forma de la viruta y esta limitado al área de contacto entre la viruta y la herramienta. viruta y la herramienta.

Además, la zona adyacente al filo. En donde se presentan la Además, la zona adyacente al filo. En donde se presentan la fricción adhesiva o el recrecimiento del filo, se desgasta poco.fricción adhesiva o el recrecimiento del filo, se desgasta poco.

En condiciones de temperaturas elevadas, las herramientas de En condiciones de temperaturas elevadas, las herramientas de acero rápido se desgastarán muy rápidamente en razón del acero rápido se desgastarán muy rápidamente en razón del

ablandamiento térmico del material.ablandamiento térmico del material. En el trabajo experimental, la profundidad máxima del cráter es En el trabajo experimental, la profundidad máxima del cráter es

generalmente una medida de la cantidad de desgaste y generalmente una medida de la cantidad de desgaste y puede ser determinada mediante un instrumento de medición puede ser determinada mediante un instrumento de medición superficial.superficial.

DESGASTE DEL FLANCODESGASTE DEL FLANCO

El desgaste del flanco de una herramienta de El desgaste del flanco de una herramienta de corte es ocasionado por la fricción entre la corte es ocasionado por la fricción entre la superficie producida en la pieza y el área del superficie producida en la pieza y el área del flanco en contacto con ella. flanco en contacto con ella.

1. La región 1. La región ABAB en donde el filo agudo se en donde el filo agudo se desportilla rápidamente y aparece una zona de desportilla rápidamente y aparece una zona de desgaste de dimensiones finitas.desgaste de dimensiones finitas.

2. La región 2. La región BCBC en la cual el desgaste progresa en la cual el desgaste progresa uniformemente.uniformemente.

3. La región 3. La región CDCD en la cual el desgaste progresa a en la cual el desgaste progresa a una lasa creciente. una lasa creciente.

Fig.4.4

CRITERIOS DE DURACION DE UNA CRITERIOS DE DURACION DE UNA HERRAMIENTAHERRAMIENTA

Como criterio de duración de una Como criterio de duración de una herramienta se define un valor mínimo herramienta se define un valor mínimo predeterminado del desgaste o la predeterminado del desgaste o la ocurrencia de un fenómeno.ocurrencia de un fenómeno.

La fig. 4.3 ilustra una herramienta de filo La fig. 4.3 ilustra una herramienta de filo único ya desgastada.único ya desgastada.

Criterios usuales para Criterios usuales para herramientas de carburo herramientas de carburo

sinterizadosinterizado

Se recomiendan uno de los siguientes Se recomiendan uno de los siguientes criterios:criterios:

VB = 0.3 mmVB = 0.3 mmVB VB max max = 0.6 mm si el flanco esta = 0.6 mm si el flanco esta

desgatado irregularmentedesgatado irregularmenteKT = 0.06 + 0.3f, en donde f es el KT = 0.06 + 0.3f, en donde f es el

avance.avance.

Duración de la herramientaDuración de la herramienta

Es el tiempo de corte requerido para Es el tiempo de corte requerido para alcanzar un criterio de duración de la alcanzar un criterio de duración de la herramienta. herramienta.

La velocidad de corte es el factor que mas La velocidad de corte es el factor que mas afecta la vida de una herramienta.afecta la vida de una herramienta.

Taylor planteo una relación empírica que puede Taylor planteo una relación empírica que puede escribirse como:escribirse como:

n

r

r tt

VV

ConstanteVelocidad de corte

Duración de la herramienta

Velocidad de corte de referencia, para la cual se conoce la duración de la herramienta tr

Fig.4.2

Falla prematura de la herramientaFalla prematura de la herramienta

Muchas herramientas de corte están provistas de Muchas herramientas de corte están provistas de pastillas de carburo, estas son demasiado frágiles, pastillas de carburo, estas son demasiado frágiles, y las herramientas deben ser manejadas y las herramientas deben ser manejadas cuidadosamente, por que las cargas súbitas cuidadosamente, por que las cargas súbitas pueden fracturar la pastilla.pueden fracturar la pastilla.

Estas herramientas también son susceptibles de Estas herramientas también son susceptibles de fractura por esfuerzos térmicos transitorios.fractura por esfuerzos térmicos transitorios.

Efecto del filo recrecidoEfecto del filo recrecido

La presencia de un filo recrecido sobre la La presencia de un filo recrecido sobre la cara de la herramienta puede disminuir o cara de la herramienta puede disminuir o aumentar la vida de la herramientaaumentar la vida de la herramienta

Efectos de los ángulos de la Efectos de los ángulos de la herramientaherramienta

En condiciones de corte deficientes En condiciones de corte deficientes caracterizadas por energías especificas de caracterizadas por energías especificas de corte y temperaturas elevadas el desgaste corte y temperaturas elevadas el desgaste de la herramienta es grande.de la herramienta es grande.

Para un conjunto de condiciones de corte, Para un conjunto de condiciones de corte, existe un valor optimo en el Angulo de existe un valor optimo en el Angulo de inclinación que aumenta la duración de la inclinación que aumenta la duración de la herramienta.herramienta.

Efecto de la holgura normal sobre Efecto de la holgura normal sobre el desgaste del flancoel desgaste del flanco

El ancho de la zona de desgaste es por lo El ancho de la zona de desgaste es por lo común el factor limitante que determina la común el factor limitante que determina la duración de la herramienta de corte.duración de la herramienta de corte.

La siguiente figura demuestra que el La siguiente figura demuestra que el aumento por unida de tiempo del ancho de aumento por unida de tiempo del ancho de la zona de desgaste del flanco es la zona de desgaste del flanco es dependiente de la holgura del flancodependiente de la holgura del flanco

neBNBV

NBVB cot

Aumento por unidad de tiempo de la longitud de la zona de desgaste del flanco

Remoción por unidad de tiempo del material de la herramienta normal a la dirección de corte

Holgura normal efectiva

EFECTO DE LA VELOCIDAD Y EL AVANCE SOBRE EL EFECTO DE LA VELOCIDAD Y EL AVANCE SOBRE EL CRECIMIENTO DEL CRATER Y LA FORMACION DEL FILO DE CRECIMIENTO DEL CRATER Y LA FORMACION DEL FILO DE

RECRECIDORECRECIDO

En el corte de metales, un aumento en la En el corte de metales, un aumento en la velocidad o en el avance implica un aumento en velocidad o en el avance implica un aumento en las temperaturas de la cara de la herramienta A las temperaturas de la cara de la herramienta A velocidades bajas, un aumento en las velocidades bajas, un aumento en las temperaturas de la cara de la herramienta temperaturas de la cara de la herramienta tiende a reducir la fricción en la superficie de tiende a reducir la fricción en la superficie de contacto entre la viruta y la herramienta y desde contacto entre la viruta y la herramienta y desde luego tiende a prevenir la formación de un filo luego tiende a prevenir la formación de un filo recrecido: a velocidades altas, un au mento en recrecido: a velocidades altas, un au mento en las temperaturas de la cara de la herramienta las temperaturas de la cara de la herramienta tiende a aumentar el crecimiento por unidad de tiende a aumentar el crecimiento por unidad de tiempo del Cráter. tiempo del Cráter.

MATERIAL DE LA HERRAMIENTAMATERIAL DE LA HERRAMIENTA

Uno de los grandes avances en el mecanizado lo Uno de los grandes avances en el mecanizado lo constituyo el descubrimiento del tratamiento constituyo el descubrimiento del tratamiento térmico usado en le producción de herramienta térmico usado en le producción de herramienta de corte de acero rápido, realizado por Taylor.de corte de acero rápido, realizado por Taylor.

Los desarrollos de la metalurgia y de la tecnología Los desarrollos de la metalurgia y de la tecnología han contribuido a la han contribuido a la introducciónintroducción de nuevos de nuevos materiales para herramientas, tales como materiales para herramientas, tales como aleaciones tundidas, carburos cementados y. aleaciones tundidas, carburos cementados y. más recientemente, óxidos sinterizados o más recientemente, óxidos sinterizados o cerámicas.cerámicas.

La experiencia práctica ha demostrado cuáles son La experiencia práctica ha demostrado cuáles son los materiales más apropiados para las los materiales más apropiados para las diferentes operaciones; es deseable que el diferentes operaciones; es deseable que el material posea dureza elevada y que ésta sea material posea dureza elevada y que ésta sea mantenida a temperaturas altas.mantenida a temperaturas altas.

Se ha encontrado que los materiales más Se ha encontrado que los materiales más apropiados para el corte continuo con apropiados para el corte continuo con herramientas de filo principal único rara vez herramientas de filo principal único rara vez pueden ser usados en herramientas de filos pueden ser usados en herramientas de filos múltiplas Como las herramientas de filo principal múltiplas Como las herramientas de filo principal único constituyen una pequeña parte de las que único constituyen una pequeña parte de las que se usan en la práctica. se usan en la práctica.

Los aceros rápidos son aceros aleados Los aceros rápidos son aceros aleados principalmente con tungsteno (aproxi principalmente con tungsteno (aproxi madamente 18% y cromo madamente 18% y cromo (aproximadamente 4%) también pueden (aproximadamente 4%) también pueden contener cobalto, vanadio o molibdeno.contener cobalto, vanadio o molibdeno.

Las herramientas de aleaciones fundidas no Las herramientas de aleaciones fundidas no contienen hierro y son fundidas en su contienen hierro y son fundidas en su forma final. forma final.

Generalmente, los carburos cementados se Generalmente, los carburos cementados se obtienen mezclando tungsteno obtienen mezclando tungsteno pulverizado y carbono a temperaturas pulverizado y carbono a temperaturas elevadas en la proporción de 94 y 6 por elevadas en la proporción de 94 y 6 por ciento en peso, respectivamente. ciento en peso, respectivamente.

Se fabrican generalmente en forma de Se fabrican generalmente en forma de pastillas, que pueden ser soldadas o pastillas, que pueden ser soldadas o fijadas mecánicamente a un soporte o fijadas mecánicamente a un soporte o vástago (fig. 4.10) vástago (fig. 4.10)

Más recientemente, se ha producido carburo de Más recientemente, se ha producido carburo de titanio cementado en la forma de pastillas titanio cementado en la forma de pastillas desechables Este material es más resistente al desechables Este material es más resistente al desgaste que el carburo de tungsteno pero tiene desgaste que el carburo de tungsteno pero tiene la desventaja de poseer una resistencia menor.la desventaja de poseer una resistencia menor.

El requisito básico para material de herramientas El requisito básico para material de herramientas que desbasten eficientemente el acero es que desbasten eficientemente el acero es poseer la tenacidad del carburo de tungsteno y poseer la tenacidad del carburo de tungsteno y una resistencia al desgaste superior a la del una resistencia al desgaste superior a la del carburo de titanio. carburo de titanio.

MATERIAL DE TRABAJOMATERIAL DE TRABAJO

El término El término maquinabilidadmaquinabilidad se aplica a menudo a se aplica a menudo a los materiales de trabajo para describir sus los materiales de trabajo para describir sus propiedades de mecanización; puede tener propiedades de mecanización; puede tener varios significados según el proceso que esté varios significados según el proceso que esté bajo consideración.bajo consideración.

Debe observarse que cualquier declaración con Debe observarse que cualquier declaración con respecto a la maquinabilidad puede aplicarse respecto a la maquinabilidad puede aplicarse únicamente bajo el conjunto particular de únicamente bajo el conjunto particular de circunstancias existentes cuando se hizo la circunstancias existentes cuando se hizo la observación. observación.

Aunque "maquinabilidad" es significativo Aunque "maquinabilidad" es significativo solamente en un sentido cualitativamente solamente en un sentido cualitativamente amplio, se han realizado muchos intentos por amplio, se han realizado muchos intentos por obtener una medida cuantitativo un índice o obtener una medida cuantitativo un índice o número de maquinabilidad.número de maquinabilidad.

Se han propuesto muchas métodos ingeniosos Se han propuesto muchas métodos ingeniosos para obtener datos acerca de la maquinabilidad para obtener datos acerca de la maquinabilidad y algunos de ellos aún son usados. Aunque y algunos de ellos aún son usados. Aunque estos métodos son de significación dudosa, estos métodos son de significación dudosa, pueden Ser usados para medir la variación en pueden Ser usados para medir la variación en alguna propiedad de mecanización de alguna propiedad de mecanización de materiales de la misma especificación. materiales de la misma especificación.

Desgaste de la herramienta y Desgaste de la herramienta y ensayo de maquinabilidadensayo de maquinabilidad

La obtención de datos de desgaste de La obtención de datos de desgaste de herramientas es supremamente tediosa e herramientas es supremamente tediosa e involucra una serie de mediciones tomadas involucra una serie de mediciones tomadas cuidadosamente durante largos períodos de cuidadosamente durante largos períodos de tiempo. tiempo.

Éstos ensayos consumen una gran cantidad de Éstos ensayos consumen una gran cantidad de material de trabajo y varias herramientas material de trabajo y varias herramientas experimentales. Las propiedades de la experimentales. Las propiedades de la herramienta y el material de trabajo pueden variar herramienta y el material de trabajo pueden variar de tal forma que se pueden presentar de tal forma que se pueden presentar discrepancias considerables en el desgaste de la discrepancias considerables en el desgaste de la herramienta por unidad de tiempo. herramienta por unidad de tiempo.

Es de deseable contar con un método que Es de deseable contar con un método que permita la realización rápida y económicapermita la realización rápida y económica

Un método de ensayo rápido es el conocido como Un método de ensayo rápido es el conocido como ensayo de desgaste acelerado, ensayo de desgaste acelerado, y un ejemplo y un ejemplo involucra el refrentado en el torno. En este involucra el refrentado en el torno. En este ensayo, la velocidad de rotación de la pieza es ensayo, la velocidad de rotación de la pieza es elevada, y la herramienta es desplazada elevada, y la herramienta es desplazada radialmente desde el eje de la pieza hacia afuera. radialmente desde el eje de la pieza hacia afuera. Las condiciones se escogen de tal forma que Las condiciones se escogen de tal forma que la herramienta falle totalmente antes de alcanzar la herramienta falle totalmente antes de alcanzar el diámetro exterior de la pieza. el diámetro exterior de la pieza.

Otro tipo de ensayo involucra una técnica Otro tipo de ensayo involucra una técnica especial de medición de pequeñas especial de medición de pequeñas cantidades de desgaste. En este método tas cantidades de desgaste. En este método tas superficies de trabajo de la herramienta son superficies de trabajo de la herramienta son preparadas y pulidas cuidadosamente; preparadas y pulidas cuidadosamente; luego, la herramienta es usada para cortar luego, la herramienta es usada para cortar el material de la pieza de muestra durante el material de la pieza de muestra durante un periodo de tiempo corto, y se mide el un periodo de tiempo corto, y se mide el desgaste ocurrido en el flanco de la desgaste ocurrido en el flanco de la herramienta.herramienta.

Un ensayo de desgaste rápido propuesto Un ensayo de desgaste rápido propuesto más recientemente requiere que la más recientemente requiere que la herramienta sea preparada esmerilando una herramienta sea preparada esmerilando una zona de desgaste artificial en su flanco. Se zona de desgaste artificial en su flanco. Se miden las variaciones en la magnitud de miden las variaciones en la magnitud de esta zona de desgaste ocasionadas por una esta zona de desgaste ocasionadas por una pequeña cantidad de mecanización, y se pequeña cantidad de mecanización, y se obtiene así el desgaste por unidad de obtiene así el desgaste por unidad de tiempo de la herramienta en fa región lineal tiempo de la herramienta en fa región lineal de la curva de desgaste de la curva de desgaste

Factores que afectan la Factores que afectan la maquinabilidadmaquinabilidad

En general, puede decirse que una dureza En general, puede decirse que una dureza elevada implica una maquinabilidad baja a causa elevada implica una maquinabilidad baja a causa del consumo de potencia y de las temperaturas y del consumo de potencia y de las temperaturas y por consiguiente el desgaste de la herramienta por por consiguiente el desgaste de la herramienta por unidad de tiempo será alto. unidad de tiempo será alto.

También puede afirmarse que, en general, los También puede afirmarse que, en general, los metales puros tienden a adherirse a las superficies metales puros tienden a adherirse a las superficies de trabajo de la herramienta de corte, dando lugar de trabajo de la herramienta de corte, dando lugar a la aparición de la fricción y desgaste de la a la aparición de la fricción y desgaste de la herramienta por unidad de tiempo.herramienta por unidad de tiempo.

La adición deliberada de azufre, plomo o La adición deliberada de azufre, plomo o telurio tanto a los metales no ferrosos como telurio tanto a los metales no ferrosos como a los aceros aumenta la productividad y a los aceros aumenta la productividad y mejora el acabado superficial.mejora el acabado superficial.

Parece que los aditivos mencionados Parece que los aditivos mencionados reducen el contacto metálico entre la reducen el contacto metálico entre la herramienta y el material de trabajo reducen herramienta y el material de trabajo reducen la fricción y el desgaste de la herramienta la fricción y el desgaste de la herramienta por unidad de tiempo.por unidad de tiempo.