Tema 2 Maquinabilidad 2011

8/3/2019 Tema 2 Maquinabilidad 2011

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1Procesos de Manufactura II Ing. Mara A. Noguera G.

Tema No. 2. Maquinabilidad

Objetivo general:Introducir al participante en los factores principales que afectan la maquinabilidad de losmetales.

Contenido programtico: Generalidades. Diseo de herramientas. Geometra de la herramienta e influencia de los ngulos. Formacin y Tipos de Viruta. Desgaste de herramientas. Influencia del material de trabajo. Influencia de las Condiciones de Corte (Velocidad, Avance y Profundidad). Relacin entre: Desgaste de Herramienta, Calidad de la Superficie y Energa

Consumida.

Generalidades:

La maquinabilidad, que es una propiedad de los materiales que permite comparar lafacilidad con que pueden ser mecanizados por arranque de viruta. Los materiales conmejor maquinabilidad requieren potencias y fuerzas de corte reducidas, menor desgastede la herramienta de corte y mejor acabado. Adems, otro factor que indica una buenamaquinabilidad de un material es la posibilidad de poder controlar fcilmente la longitudde la viruta resultante.

Los factores que suelen mejorar la resistencia de los materiales a menudo degradan sumaquinabilidad. Por lo tanto, para una mecanizacin econmica, los ingenieros seenfrentan al reto de mejorar la maquinabilidad sin perjudicar la resistencia del material.

En algunos casos, la dureza y la resistencia del material se consideran como losprincipales factores a evaluar. Los materiales duros son generalmente ms difciles demecanizar pues requieren una fuerza mayor para cortarlos. Sobre estos factores influyenpropiedades del material como su composicin qumica, conductividad trmica y suestructura microscpica.

Condiciones de corte:

Velocidad de corte: Es el que permite que el filo de la herramienta entre en contacto conel material, produciendo viruta. Este movimiento es el que consume la mayor potencia enel proceso de mecanizado. La velocidad de corte se expresa en metros/minuto. La

velocidad adecuada de corte depende de varios factores y en ningn caso se debesuperar la que aconsejan los fabricantes de las herramientas. Vc se considera alta si Vces mayor a 30 m/min.

En el caso de maquinas con movimiento giratorio (Tomo, Taladro, Fresadora, etc.), lavelocidad de corte est dada por:
http://es.wikipedia.org/wiki/Materialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Mecanizadohttp://es.wikipedia.org/wiki/Virutahttp://es.wikipedia.org/wiki/Acabadohttp://es.wikipedia.org/wiki/Composici%C3%B3n_qu%C3%ADmicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Conductividad_t%C3%A9rmicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Conductividad_t%C3%A9rmicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Composici%C3%B3n_qu%C3%ADmicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Acabadohttp://es.wikipedia.org/wiki/Virutahttp://es.wikipedia.org/wiki/Mecanizadohttp://es.wikipedia.org/wiki/Material


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m

mm

revnmmDVc

1000

min)/(*)(*(m/min)

En donde:D = dimetro de la pieza (mm)

n = nmero de revoluciones por minuto a que gira la pieza o la herramienta (rev/min).Vc = m/min

La velocidad de corte es un parmetro directamente relacionado con la economa demecanizado.

Para mquinas con movimiento alternativo (Cepillos, Escoplos, Brochadoras, etc.), lavelocidad de corte corresponde a la velocidad media y est dada por:

T

LVc

en donde:L = distancia recorrida por la herramienta o la pieza (m).T = tiempo necesario para recorrer la distancia L (min).

Avance: Es el desplazamiento que permite junto con la Vc la remocin de material. Seconsidera alto si f es mayor a 0.5 mm/rev.

Profundidad: Es la distancia que penetra el filo de la herramienta en el material. En elcaso de piezas circulares se calcula a travs de:

2

DiDfp

en donde:

Di = Dimetro inicial de la pieza (mm). Df = Dimetro final de la pieza (mm).En el caso de trabajar superficies planas (Fresado, Cepillado y Rectificado de superficiesplanas), la profundidad de corte se obtiene de la siguiente forma:

eEp en donde:E = espesor inicial de la pieza (mm).e = espesor final de la pieza (mm).

Se considera una p alta si supera los 3 mm.
http://www.monografias.com/trabajos6/auti/auti.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos6/auti/auti.shtml


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Tipos de mecanizado.

Segn el acabado superficial con el que se ha de obtener la pieza terminada, sedistinguen tres tipos de mecanizado:

Desbastado: El material eliminado es del orden de milmetros o dcimas de milmetros,cuya finalidad es aproximar las dimensiones de la pieza a la medida final, en el menortiempo posible desplazando la cuchilla de corte con altos avances.

Acabado: Con el objetivo de obtener, no solo las medidas finales de la pieza, sino tambinpoca rugosidad en la superficie, el material eliminado es del orden de centsimas demilmetro utilizando cuchillas de corte que trabajaran con bajos avances y altasvelocidades de corte.

Superacabado o rectificado: Con la finalidad de alcanzar medidas muy precisas y buenacabado superficial, el material rebajado es del orden de milsimas de milmetro y lasvelocidades de corte, con que se trabaja son muy altas, desprendindose partculas de

material por abrasin.

Diseo de herramientas.

Las operaciones de maquinado se realizan usando herramientas de corte. Las altasfuerzas y temperaturas durante el maquinado crean un ambiente muy agresivo para laherramienta. Las fuerzas de corte demasiado grandes fracturan la herramienta. Si latemperatura de corte se eleva demasiado, el material de la herramienta se ablanda y falla.Y si ninguna de estas condiciones ocasionan falla de la herramienta, de cualquier manerahay una accin continua de desgaste de la herramienta de corte que la conducefinalmente a la falla.

El diseo de las herramientas de corte tiene 2 aspectos principales: 1) el material de laherramienta y 2) la geometra de la herramienta. La primera se refiere al desarrollo demateriales que puedan soportar las fuerzas, las temperaturas y la accin de desgaste enel proceso de maquinado. La segunda se ocupa de optimizar la geometra de laherramienta de corte para el material de la cual est hecha y para una operacin dada.

En relacin a lo planteado es necesario que la herramienta de corte cumpla las siguientesfunciones:

Garantizar la obtencin de medidas precisas y superficies bien acabadas. Mecanizar cualquier tipo de material. Ofrecer mximo rendimiento con el mnimo desgaste. Disponer de una larga duracin del filo de corte, ya que se ahorran afilados. Lograr que la viruta salga fcilmente. Capaz de absorber elevadas temperaturas. Soportar grandes esfuerzos de corte sin deformarse. Resistentes al desgaste.

Estas caractersticas se alcanzan haciendo un diseo adecuado de la herramienta(seleccin adecuada del material y de la geometra), basndose en los siguientesaspectos:


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Tipo de operacin a realizar. Tipo de material de la pieza. Tipo de mquina-herramienta a utilizar.

Clasificacin de las herramientas

Las herramientas de corte se pueden clasificar en funcin del nmero de filos en: Monofilo: un filo (buril). Las herramientas monofilo poseen una geometra que

consta bsicamente de cuatro (04) partes principales:1. Cara o superficie de desprendimiento: Es la superficie sobre la cual fluye la

viruta.2. Flanco o superficie de incidencia: Es la superficie de la herramienta que

enfrenta a la superficie recin generada en la pieza.3. Filo: Es la parte que realiza el corte.4. Vstago: es la superficie por la cual se sujeta la herramienta

En relacin a los ngulos, se distinguen tres (03) ngulos principales:

Angulo de incidencia : Evita el rozamiento entre la superficie de incidencia y la superficiemecanizada de la pieza. Afecta bsicamente la vida de la herramienta y el acabadosuperficial. Si el ngulo tiene un valor muy bajo disminuye la vida de la herramienta yaque posiblemente se genere roce. Si el ngulo tiene un valor muy elevado genera unaseccin de filo dbil que produce la fractura del filo, y lo por lo tanto la calidad superficialde la pieza disminuye. Si la dureza pieza aumenta el ngulo de incidencia debe disminuir.

Angulo de filo : Determina que tan punzante es la herramienta y al mismo tiempo que tandbil es. Define la resistencia de la herramienta y su capacidad para conducir calor,


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depende de los valores de y . Para valores pequeos la herramienta penetra mejor enla pieza pero corre el riesgo de romperse el filo (menor capacidad para conducir calor yresistir esfuerzos de corte). Su valor debe aumentar al aumentar la resistencia de la pieza,siendo mayores para materiales duros y menores para materiales blandos. Suele tenerredondeo o chafln.

Angulo de desprendimiento : afecta la capacidad de la herramienta para cortar elmaterial de trabajo y formar viruta. Garantiza el desalojo de la viruta, por lo que tambindisminuye el roce de esta con la herramienta. Al aumentar el ngulo de desprendimiento,disminuyen los esfuerzos de corte y por tanto el consumo de potencia, pero hace que laseccin del filo sea dbil.

Multifilo: doble filo en hlice (broca), filos mltiples (fresas y seguetas), filosindefinidos (esmeril).

La fresa presenta una geometra como la que se muestra a continuacin. En relacin asus partes:

En relacin a sus ngulos, son los mismos 3 ngulos presentes en la herramienta deltorneado (buril).

La forma bsica de un filo de fresa es la cua, que en cuanto a sus ngulos secorresponde con los de la herramienta del torno.

Tambin en el fresado, el material a trabajar y el tipo del trabajo, determinan los ngulosde filo. Estos dependen adems del procedimiento de fresado. En el fresado paralelo elngulo de filo es ms puntiagudo; el ngulo de desprendimiento tiene que ser msempinado (20 a 22). El ngulo de incidencia se elige de 6. Las fresas para metales


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ligeros van provistas, con objeto de conseguir un buen arranque de viruta, de huecosentre dientes especialmente grandes y redondeados. Para materiales duros se empleanfresas con muchos dientes, lo cual lleva consigo la existencia de huecos pequeos entrediente y diente: arrancan slo virutas pequeas.

En el taladrado la herramienta se llama broca. Las partes principales de una broca

helicoidal son:

El torneado:

Los principales procesos que se pueden realizar en un torno son:

Cilindrado: es una operacin realizada en el torno mediante la cual se reduce eldimetro de la barra de material que se est trabajando.

Refrentado: es una operacin mediante la cual se reduce la longitud de la barra dematerial que se est trabajando, generando una superficie plana en uno de losextremos de la pieza.
http://es.wikipedia.org/wiki/Tornohttp://es.wikipedia.org/wiki/Torno


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Ranurado: es una operacin realizada en el torno mediante la cual se realiza unaranura o canal sobre la pieza.

Roscado: consiste en mecanizar unas ranuras cilndricas de anchura y profundidadvariable en las piezas que se tornean, las cuales tienen muchas utilidadesdiferentes. En este caso la herramienta tiene ya conformado el ancho de la ranuray actuando con el carro transversal se le da la profundidad deseada.

Las condiciones de corte en el torneado son:

Velocidad de rotacin (N):

Do

vN

*

Donde:N= velocidad de rotacin (rev/min)v= velocidad de corte (ft/min m/min)Do= dimetro inicial de la pieza (ft m)

Profundidad de corte (d):

dDfDo 2 Donde:Df= dimetro inicial de la pieza (ft m)
http://es.wikipedia.org/wiki/Tornohttp://es.wikipedia.org/wiki/Torno


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Do= dimetro inicial de la pieza (ft m)d= profundidad de corte (ft m)

Velocidad de avance (fr):

fNfr * Donde:N= velocidad de rotacin (rev/min)fr= velocidad de avance (plg/min mm/min)f= avance (plg/rev mm/rev)

Tiempo de maquinado (Tm):

fr

LTm

Donde:Tm= tiempo de maquinado (min)fr= velocidad de avance (plg/min mm/min)L= longitud de la pieza (plg mm)

Velocidad de remocin de material (MRR):

dfvMRR ** Donde:f= avance (plg/rev mm/rev)d= profundidad de corte (ft m)v= velocidad de corte (ft/min m/min)MRR= velocidad de remocin de material (plg3/min mm3/min)

El fresado:

La operacin de maquinado realizada se llama fresado, y en ella se hace pasar una piezade trabajo en frente de una herramienta cilndrica rotatoria con mltiples filos cortantes(llamada fresa). Existen fundamentalmente dos tipos de fresado:

Fresado perifrico o plano: en el cual el eje de la herramienta es paralelo a la superficieque se est maquinando.

En el fresado perifrico hay dos direcciones opuestas de rotacin que puede tener la fresacon respecto al trabajo:

Fresado ascendente (convencional): la direccin de movimiento de la fresa esopuesto a la direccin de avance.


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Fresado descendente (escalamiento): la direccin de movimiento de la fresa es lamisma que la direccin de avance.

Fresado frontal: en el cual el eje de la herramienta es perpendicular a la superficie que seest maquinando.

Las condiciones de corte en el fresado son:


D

vN

*

Donde:N= velocidad de rotacin (rev/min)v= velocidad de corte (ft/min m/min)D= dimetro exterior de la fresa (ft m)

Velocidad de carga de viruta (avance) (fr):

fntNfr ** Donde:N= velocidad de rotacin (rev/min)fr= velocidad de avance (plg/min mm/min)nt= numero de dientes de la fresaf= carga de viruta (plg/diente mm/diente)

Velocidad de remocin de material (MRR):

frdwMRR ** Donde:w= ancho de la pieza de trabajo (ft m)d= profundidad de corte (ft m)fr= velocidad de carga de viruta (plg/min mm/min)


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MRR= velocidad de remocin de material (plg3/min mm3/min)

Distancia de aproximacin para alcanzar la velocidad de corte completa (A):

)(* dDdA

Donde:A= distancia de aproximacin para alcanzar la velocidad de corte completad= profundidad de corte (ft m)D= dimetro exterior de la fresa (ft m)


fr

ALTm

Donde:Tm= tiempo de maquinado (min)

fr= velocidad de carga de viruta (plg/min mm/min)A= distancia de aproximacin para alcanzar la velocidad de corte completaL= longitud de la pieza (plg mm)

Para el fresado frontal:

1. cuando el fresador est centrado sobre la pieza de trabajo rectangular

2

DOA

Donde:D= dimetro exterior de la fresa (ft m)

2. cuando el fresador est desplazado a un lado de la pieza de trabajo rectangular

)(* wDwOA

Donde:w= ancho de la pieza de trabajo (ft m)

El taladrado:

De todos los procesos de mecanizado, el taladrado es considerado como uno de losprocesos ms importantes debido a su amplio uso y facilidad de realizacin, puesto que

es una de las operaciones de mecanizado ms sencillas de realizar y que se hacenecesario en la mayora de componentes que se fabrican.

Las condiciones de corte en el taladrado son:



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D

vN

*

Donde:N= velocidad de rotacin (rev/min)v= velocidad de corte (plg/min mm/min)D= dimetro de la broca (plg mm)

Velocidad de avance (fr):

fNfr * Donde:N= velocidad de rotacin (rev/min)fr= velocidad de avance (plg/min mm/min)f= avance (plg/rev mm/rev)


Los agujeros taladrados pueden ser agujeros completos o agujeros ciegos. En los

agujeros completos la broca sale en el lado opuesto del trabajo. En los agujeros ciegos noes as. El tiempo de maquinado para un agujero completo se puede determinar de lasiguiente manera:

fr

AtTm

Donde:Tm= tiempo de maquinado (min)t= espesor de la pieza (plg mm)fr= velocidad de avance (plg/min mm/min)A= tolerancia de aproximacin que toma en consideracin la punta de la broca.

2

90*5.0

tgDA

= ngulo de la punta de la broca

Para un agujero ciego: en un agujero ciego la profundidad d se define como la distanciaentre la superficie de trabajo y el punto ms profundo del agujero.

fr

dTm

Tipos de Viruta:

A partir de la apariencia de la viruta se puede obtener mucha informacin valiosa acercadel proceso de corte, ya que algunos tipos de viruta indican un corte ms eficiente queotros. El tipo de viruta est determinado primordialmente por:

Propiedades del material a trabajar. Geometra de la herramienta de corte.


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Condiciones del maquinado (profundidad de corte, velocidad de avance yvelocidad de corte).

En general, es posible diferenciar inicialmente tres tipos de viruta:

Viruta discontinua: cuando se maquinan materiales relativamente frgiles (por ejemplo

hierro fundido) a bajas velocidades de corte, altas profundidades y avances materialesdctiles a bajas velocidades de corte y altos avances, la viruta se forma frecuentementeen segmentos separados. Esto tiende a impartir una textura irregular a la superficiemaquinada. Una alta friccin herramienta viruta y los avances y profundidades grandes,promueven la formacin de este tipo de viruta.

Viruta Continua: se suelen formar con materiales dctiles a grandes velocidades de cortey/o grandes ngulos de desprendimiento. Aunque en general producen buen acabadosuperficial, las virutas continuas no siempre son deseables, en especial en las mquinasherramientas controladas por computadora. Tienden a enredarse en el portaherramientas,los soportes y la pieza, as como en los sistemas de eliminacin de viruta, pueden serdifciles de manejar y en consecuencia la herramienta debe contar con un rompevirutasque retuerce la viruta y la quiebra en tramos cortos.

Rompevirutas: La eliminacin de la viruta es un problema que se encuentrafrecuentemente en torneado y otras operaciones continuas. Frecuentemente se generanlargas tiras de viruta, especialmente cuando se mecanizan materiales dctiles a altasvelocidades. Estas virutas representan un peligro para el operador de la maquina y para elacabado de la parte de trabajo, e interfieren con la operacin del proceso de torneado.Con frecuencia se usa rompevirutas con las herramientas de punta sencilla de esta formase fuerza a la viruta a enrollarse mas cerradamente de lo normal causando su fractura.


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Hay dos diseos comunes del rompevirutas para herramientas de torneado de puntasencilla: a) rompevirutas tipo muesca, diseado dentro de la misma herramienta de corte;y b) rompevirutas tipo obstruccin, diseado como un dispositivo adicional sobre la cara osuperficie de desprendimiento de la herramienta. Este ltimo se puede ajustar a diferentescondiciones de corte.

Viruta con filo recrecido: cuando se maquinan materiales dctiles a velocidades bajas omedias, la friccin entre la herramienta y la viruta tiende a causar la adhesin deporciones de material de trabajo en la cara inclinada de la herramienta. La formacin deesta acumulacin es de naturaleza cclica, se forma y crece, luego se vuelve inestable yse rompe.

Influencia del material trabajado en la formacin de viruta:

En funcin del tipo de materia de la pieza (frgil o dctil) y de las condiciones de corteaunadas al proceso de mecanizado, se obtendr un tipo de viruta distinta:

Materiales dctiles mecanizados a altas velocidades de corte producen virutascontinuas.

Materiales dctiles mecanizados a bajas o medias velocidades de corte producenvirutas con filo de aportacin. Materiales frgiles mecanizados a bajas velocidades de corte producen virutas

discontinuas.

Influencia de los ngulos en el desgaste de la herramienta:

En general puede decirse que en condiciones de corte deficientes, las que se caracterizanpor energa de corte y temperaturas elevadas, el desgaste de las herramientas es grande.


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Un aumento en el ngulo de desprendimiento generalmente conduce a un mejoramientoen las condiciones de corte en las condiciones de corte, por lo que se esperara unaumento en la duracin de la herramienta. Sin embargo, cuando el ngulo dedesprendimiento es grande, el filo es mecnicamente dbil, lo que resulta en un desgastemayor por unidad de tiempo y una duracin ms corta de la herramienta. Encompensacin, para un conjunto fijo de condiciones de corte, existe un valor ptimo de

ngulo de desprendimiento que aumenta la duracin de la herramienta.

Influencia de los ngulos en la formacin de viruta:

Bsicamente el ngulo que define el tipo de viruta que se produce el de desprendimiento.La viruta discontinua y con acumulacin de borde generalmente se produce cuando losngulos de desprendimiento son pequeos. Este tipo de virutas puede ser controladoempleando ngulos de desprendimiento, velocidades de corte y avances mayores, asicomo tambin con una buena lubricacin.

Desgaste de la herramienta:

Las herramientas durante el trabajo estn sometidas a las acciones siguientes: Grandes esfuerzos localizados Altas temperaturas Deslizamiento de la viruta por la superficie de ataque Deslizamiento de la herramienta de trabajo por la superficie mecanizada

Estas condiciones inducen el desgaste de la herramienta que, a su vez, afecta en formanegativa la vida de la herramienta, la calidad de la superficie mecanizada y su exactituddimensional, y en consecuencia la economa de las herramientas de corte.

En general, el desgaste de la herramienta es un proceso gradual, muy parecido al

desgaste de la punta de un lpiz ordinario.

Bsicamente hay tres regiones: Periodo de rompimiento: el borde cortante se desgasta rpidamente al entrar en

uso. Regin de desgaste estable: desgaste a una velocidad mas o menos gradual. Regin de falla: debido al desgaste del filo la eficiencia general del proceso de

maquinado se reduce.


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La rapidez del desgaste depende de los materiales de la herramienta y de la pieza, laforma de la herramienta, el fluido de corte, los parmetros del proceso (como la velocidadde corte, avance y profundidad de corte) y las caractersticas de la mquina herramienta.

Formas de falla en una herramienta de corte:

Hay tres formas posibles de falla en una herramienta de corte en maquinado: Falla por fractura: ocurre cuando la fuerza de corte se hace excesiva en la punta

de la herramienta, causando repentinamente la fractura. Falla por temperatura: ocurre cuando la temperatura de corte es demasiado alta

para el material de la herramienta, causando ablandamiento en la punta,deformacin plstica y prdida del filo

Desgaste gradual: por el uso de la herramienta se produce la prdida del filo quetrae como consecuencia la reduccin de la eficiencia de corte y el aumento de latemperatura de corte.

Las fallas por fractura y temperatura dan como resultado una perdida prematura de laherramienta de corte. Estas dos formas de falla son por tanto indeseables. De las tres

posibles formas de falla, es preferible el desgaste gradual, debido a que este permite unamayor utilizacin de la herramienta con la ventaja econmica asociada a un uso msprolongado.

La calidad del producto tambin debe considerarse cuando se intenta controlar las formasde falla de la herramienta. La falla repentina de la punta de la herramienta durante uncorte causa frecuentemente daos a la superficie del trabajo. Este dao requiere volver atrabajar la superficie o posiblemente desechar la parte. El dao se puede evitar si laseleccin de las condiciones de corte favorece el desgaste gradual de la herramienta yevitan la fractura o la falla por temperatura, o si la herramienta se cambia antes queocurra una falla grave del filo de corte.

Tipos de desgate gradual:

El desgaste gradual ocurre en dos lugares principales de la herramienta de corte: en lacara o superficie de desprendimiento y en el flanco o superficie de incidencia. Por tanto sepueden distinguir dos tipos de desgaste gradual:

Desgaste en crter: es una seccin cncava que se produce en la superficie dedesprendimiento, producida los altos esfuerzo y altas temperaturas que segeneran por la accin del deslizamiento de la viruta por la superficie. Este tipo dedesgaste se mide por su profundidad o por su rea.


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Desgaste del flanco: se produce en el flanco por el rozamiento entre la recincreada superficie de trabajo y la cara de la superficie de incidencia adyacente alfilo. Este tipo de desgaste se mide por el ancho de la banda de desgaste.

Mecanismos de desgaste

El mecanismo especfico que ocasiona el desgaste de la herramienta se puede resumircomo:

Abrasin: generada por la friccin producida entre el material de trabajo y laherramienta. Es producto de una accin mecnica. Adhesin: pequeas partculas de la viruta se desprenden, y debido a alta

temperatura se adhieren a la herramienta. Difusin: intercambio de tomos en lmite herramienta-viruta, que hace que la

herramienta quede agotada de los tomos que le imparten su dureza, por lo que lasuperficie se vuelve ms susceptible a la abrasin y adhesin. Este es el principalmecanismo de desgaste del crter.

Deformacin plstica: las fuerzas de corte que actan en el filo a altastemperaturas, hacen que este se deforme plsticamente. La deformacin plsticacontribuyen principalmente al desgaste del flanco.

Ecuacin de Taylor (relacin entre la velocidad de corte y la vida de la herramienta)

La vida de la herramienta se define con el tiempo en el cual es posible usar la herramientapara efectuar corte. Una forma de definir la vida de la herramienta consiste en permitir suoperacin hasta que ocurra una falla catastrfica, sin embargo esto genera unainconveniente debido a las dificultades para el reafilado y afecta negativamente elacabado superficial.

Como alternativa se puede seleccionar un nivel de desgaste como criterio de vida de laherramienta y reemplazarla cuando el desgate alcance ese nivel.

La velocidad de corte es el factor que ms significativamente afecta la duracin o vida de

la herramienta para una combinacin dada de material de trabajo, material de laherramienta y condiciones de corte para una operacin particular.

En el estudio de la optimizacin de los procesos de corte es necesario conocer la relacinentre la duracin de la herramienta y la velocidad de corte para las condiciones de trabajo.El trabajo inicial acerca de este tema fue realizado por Taylor, quien planteo una relacinemprica denominada ecuacin de Taylor que puede escribirse como:


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Ctv n * Donde:n= constante que depende del material de la herramientaC= constante que depende del material de la pieza y de las condiciones de cortet= vida de la herramienta (min)v= velocidad de corte (ft/min m/min)

La ecuacin anteriormente especificada trae consigo el problema de la inconsistencia deunidades, por ello se debe expresar de la siguiente forma:

nrefn tCtv ** De donde:

n= constante que depende del material de la herramientaC= constante que depende del material de la pieza y de las condiciones de cortet= vida de la herramienta (min)v= velocidad de corte (ft/min m/min)tref= valor de referencia / si v (ft/min o m/min) y t (min) = tref = 1 min / si v (m/seg) y t

(seg) = tref = 60 segTeora de Kronenberg (relacin entre la velocidad de corte y la vida de laherramienta)

En este caso se utiliza seccin S = bh y la esbeltez E = b/h para el clculo de laexpresin de Taylor y sus coeficientes.

El criterio adoptado para la vida de la herramientaes el adoptado por Taylor, es decir, elde cada del filo, por lo tanto permanecer constante para cada par material de laherramienta-material de la pieza, geometra de la herramienta, tipo de operacin,etc.Sin embargo, para el clculo de las constantes en las cuales Taylor adoptaba una vida de

la herramientade 1 min., Kronenberg adopta una vidade 60 min.

nVB

yx

yxn

TS

EVBkv

2/

2/

4

La ecuacin anterior es la ecuacin de Kronenbergy si en ella se hace:

5/60

2/

2/

4

nnKKVB

Fyx

gyx

Se obtiene finalmente:

nF

g

TS

EKv

60/

5/

La ecuacin anterior est calculada para trabajos de torneado y anlogos. K es lavelocidad de corte en m./min.; los valores de K y las potencias de S, E y T estn


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calculados y tabulados para el mecanizado de aceros y fundiciones, medianteherramientas de acero rpidoy metal duro. Tambin se encuentran tabulados los valorescorrespondientes a materiales no frreos. Adems, tambin se encuentra tabulada lageometra de la herramienta de corte. A modo de ejemplo, damos algunos de los valores:

S = 1 mm2.

E = 5.T = 60 min.

g = 0.14 para aceros.0.10 para fundiciones.

F = 0.28 para aceros.0.20 para fundiciones.

n = 0.15 para aceros rpidos.0.30 para carburos metlicos.0.7 para herramientas de cermica.

Criterios de duracin de una herramienta:

Este concepto est referido a los aspectos que deben considerarse para evaluar eldesgaste. En las operaciones de mecanizado el desgaste del crter y el flanco no esuniforme a lo largo del filo, por lo que es necesario especificar las localizaciones y elgrado de desgaste antes de reafilar la herramienta.

La norma ISO establece unos criterios estndares para determinar el nivel de desgaste deuna herramienta de filo nico en el torneado. Estos criterios se establecen segn elmaterial de la herramienta:

Para herramientas de acero rpido o cermica: si el ancho promedio de la zona de

desgaste en el flanco en encuentra entre 0.3 mm y 0.6 mm como mximo. Para herramientas de carburo sinterizado: si el ancho promedio de la zona de

desgaste en el flanco en encuentra entre 0.3 mm y 0.6 mm como mximo; o si laprofundidad de crter (KT) cumple con la relacin KT=0.06 + 0.3f (donde f =avance).

Criterios para la vida de la herramienta en produccin:

La falla completa del borde cortante La inspeccin visual que realiza el operador al degaste del flanco. La prueba al tacto del filo de corte. Los cambios de sonio emitidos por la operacin. Produccin de viruta larga y enmaraada. Degradacin del acabado superficial. Mayor consumo de potencia. Mayor tiempo de corte.

Falla prematura de una herramienta:

La falla prematura est asociada a aspectos como:


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Rotura del filo al dejar caer la herramienta. Rotura del filo por suministrar sbitamente una gran profundidad de corte que

pueda fracturar la pastilla. Variaciones de temperatura de corte bruscas (por ejemplo cuando se aplica un

refrigerante localizado). Afilado inadecuado. Tcnicas de soldadura no adecuadas (en el caso que por el tipo de herramienta

aplique).

Efecto del filo recrecido:

La presencia de filo recrecido en la cara de la herramienta puede afectar el desgaste deforma positiva o negativa. Al romperse el filo recrecido inestable los fragmentos seadhieren a la viruta y a la superficie generada en la pieza, lo cual hace que aumente lafriccin y haya ms desgaste. Sin embargo, cuando se cortan metales muy duros el filorecrecido estable protege del desgaste la herramienta.

En el caso de herramientas de carburo, es posible que la presencia del filo recrecido

genere una falla sbita al desprenderse llevndose consigo una porcin de laherramienta.

Influencia del material de trabajo

El material de trabajo es quien va a definir el material y geometra de la herramienta aemplear, seccin de la viruta y su forma, tipo de operacin, tipo de elaboracin y grado determinacin superficial de la pieza mecanizada, clase y rigidez de la mquina-herramientaque se debe utilizar, as como tambin las condiciones de corte (velocidad de corte,avance y profundidad).

Cuanto ms duro sea el material de trabajo, mayores sern las fuerzas de corte y, por

tanto, tendr que ser mayor la seccin de la herramienta capaz de resistir estosesfuerzos. Tambin estar presente el factor de la elevada temperatura, por lo cual podrser necesario el empleo de un fluido de corte adecuado al proceso de mecanizado quedes est desarrollando.

Influencia de las Condiciones de Corte (Velocidad, Avance y Profundidad).

Profundidad

Qu sucede si la profundidad de corte es muy grande? (Mayor a 3 milmetros)

En la cara desgaste por abrasin, y en el flanco no existe mucho efecto de

desgaste. No genera alta temperatura al principio del corte pero aumenta exponencialmente

en muy poco tiempo por el efecto de la abrasin, produciendo ablandamientotrmico del material de la herramienta acelerando el desgaste.

Incremento de la energa consumida por operacin por tener una seccin de virutamayor.

En los materiales muy dctiles se genera un filo recargado.


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Se genera un calentamiento alto por conduccin en la pieza que la afecta con larelacin a la rectitud para piezas largas

Incremento del coeficiente y de la fuerza de friccin por tener una seccin mayorde la viruta

Produce rayas superficiales y mal acabado a bajas velocidades. Se presenta en la superficie terminada zonas de desgarro de material Desajuste y reduccin de la vida en la mquina herramienta. Desgaste de guas por alta fuerza de empuje requerida en el corte. Menor tiempo de produccin por pieza Mayores costos de reacondicionamiento Menor vida de la herramienta

Qu sucede si la profundidad de corte es muy pequea? (menor a 3 milmetros)

En la cara no presenta mucho efecto de desgaste, mientras en el flanco eldesgaste se da por abrasin.

Se genera alta temperatura al principio del corte concentrada en el filo

Produce ablandamiento trmico del material de la herramienta acelerando en elflanco. Incremento de la energa consumida por operacin por tener una vida til de la

herramienta muy pobre con incremento dimensional y cambio de tolerancias En los materiales muy dctiles se genera un filo recargado a baja velocidad Incremento del coeficiente de friccin y de la fuerza de avance por tener una

herramienta con efecto aplastante. Produce rayas superficiales y mal acabado a altas y bajas velocidades. En la superficie terminada se presenta zonas de incrustacin de material. Mayor tiempo de produccin por pieza Mayores costos de reacondicionamiento Menor vida de la herramienta Malos acabados.

Avance:

Qu sucede si el avance de corte es muy grande? (mayor a 0.5 milmetros porrevolucin)

Mayor ser la seccin o rea de viruta que se produce. Generacin de mayor temperatura. Aumenta el desgaste de la cara. Disminuye el desgaste del flanco. En materiales dctiles produce el filo recargado. Origina fuerzas mayores Mayor deformacin de la viruta. No se produce perdida de tolerancias ya que el desgaste es de cara. Facilita la evaluacin de virutas en materiales dctiles. Genera una superficie trabajada irregular en los materiales frgiles.

Qu sucede si el avance de corte es muy pequeo? (menor a 0.5 milmetros porrevolucin)

Menor ser la seccin o rea de viruta que se produce.


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Generacin de menor temperatura en la cara. Mayor temperatura en el flanco. Menor consumo energtico. Disminuye el desgaste de la cara. Aumenta el desgaste de flanco. En materiales dctiles no produce el filo recargado. Origina fuerzas pequeas. Mayor deformacin de la viruta, como en el caso de muy grande. Perdida de tolerancias ms rpida ya que el desgaste es de flanco. Produce embotamiento en la evacuacin de virutas en materiales dctiles. Genera una superficie trabajada irregular en los materiales frgiles y dctiles.

Velocidad de corte:

Qu sucede si la velocidad de corte es muy grande? (mayor a 30 metros por minuto) Desgaste muy rpido del filo de corte de la herramienta Deformacin plstica del filo de corte con prdida de tolerancia del mecanizado

Calidad del mecanizado deficienteQu sucede si la velocidad de corte es muy pequea? (mayor a 30 metros por minuto)

Tiempo de entrega de los trabajos Formacin de filo de aportacin en la herramienta. Efecto negativo sobre la evacuacin de viruta Baja productividad Coste elevado del mecanizado

Relacin entre: Desgaste de Herramienta, Calidad de la Superficie y EnergaConsumida.

Si la herramienta de corte se encuentra desgastada, la calidad superficial no va a serbuena, en vista que producir un acabado rugoso. Al perder el filo de la herramienta, serequiere una fuerza de corte mayor por lo cual el consumo de potencia de la mquinaherramienta se incrementa

Materiales para la herramienta de corte:

La eleccin del material es uno de los problemas ms delicados ya que los factores queintervienen son tanto de ndole tcnica como econmica. Como el tipo de material estestrechamente ligado a la velocidad de corte a adoptar y sta a su vez depende de latemperatura a la que se someter a la herramienta, ello determina una correspondenciaentre materiales y tiempo de mecanizado. Por otra parte, los materiales para herramientas

que permiten velocidades mayores y, por tanto, tiempos menores tiene un coste superior.

Los requisitos a considerar para las herramientas de corte son las siguientes: Dureza a elevada temperatura:Un material para cortar a otro debe ser ms duro

que ste, y debe ser capaz de mantener esa dureza con las elevadastemperaturas del proceso de corte.

Resistencia al desgaste: para resistir el desgaste abrasivo, el material debe poseeruna elevada dureza.


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Tenacidad: el material debe ser capaz de absorber energa para evitar las fallaspor fractura.

Entre los principales materiales se encuentran:

Aceros al carbono: En la actualidad se usan espordicamente en las aplicaciones

industriales del maquinado de metales. Poseen un alto contenido de carbono (de 0,9 al1,4%), por lo que si estn correctamente tratadas trmicamente estas herramientasposeen gran dureza, buena tenacidad y resistencia al desgaste. Tienen una dureza encaliente muy pobre lo cual los hace intiles en el corte de metales, excepto a velocidadesdemasiado baja segn los estndares actuales, ya que no pueden emplearse cuandotrabajen a temperaturas superiores a 250C.

Aceros aleados: Adems del carbono contienen elementos como cromo, wolframio,molibdeno y vanadio. En su mayora se ablandan y desafilan a temperaturas superiores alos 250C. Existen tres tipos principales:

Indeformables. Se emplean para la conformacin de piezas de precisin. Al wolframio. Se emplean para fabricacin de brocas. Semirpidos. Las herramientas que contienen un 9 a 11% de wolframio y 3,5 a 4,5

de cromo se emplean en la fabricacin de cuchillas con rendimiento y velocidad decorte muy poco inferiores a las de los aceros rpidos.

Aceros rpidos: Trabajan a temperaturas hasta de 600C manteniendo su dureza, lo cualpermite disponer de velocidades de trabajo mayores que las de los dems aceros. Sedividen en dos grupos:

Tipo tungsteno, designado como grado T: Contienen tungsteno como principalingrediente de aleacin (12 20%).

Tipo molibdeno, designado como grado M: Contienen combinaciones de tungstenoy molibdeno en una combinacin tpica de 6% y 5% respectivamente.

Ambos elementos contribuyen a incrementar la dureza en caliente y la resistencia al

desgaste.

Carburos metlicos: Estn compuestos por carburos de wolframio y un metal auxiliargeneralmente cobalto que sirve de aglomerante. Las herramientas fabricadas solamentecon WC-Co no se pueden usar de manera efectiva para maquinar acero, ya que existeuna fuerte afinidad qumica entre los materiales que provoca un desgaste acelerado poradhesin y difusin, por lo que hay otros tipos que adems de carburo de wolframiocontienen otros carburos de titanio, de tntalo, etc. y el metal auxiliar.


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Diamantes: dentro de sus aplicaciones se incluyen el maquinado a alta velocidad(operaciones de acabado) de metales no ferrosos. No es prctico maquinar el acero yotros metales ferrosos, debido a la afinidad qumica que existe entre estos metales y elcarbono. Tienen el inconveniente de la fragilidad del diamante, de ah que su empleoquede limitado a pasadas continuas y en mquinas carentes de vibraciones.

Materiales cermicos: Bajo la denominacin de materiales cermicos o cermicas decorte, se pueden considerar: Cermets: Son materiales sinterizados constituidos por un componente no metlico

(xidos, silicatos, carburos de silicio y de cromo) y por componentes metlicos deelevado punto de fusin, como molibdeno, cromo o vanadio. Las aplicacionesincluyen acabados a altas velocidades y semiterminados de aceros, acerosinoxidables y fundiciones de hierro.

xidos sinterizados (cermicos):Se presentan en forma de plaquitas que seemplean soldadas a sus mangos con resinas epoxi o bien sujetas por mediosmecnicos. Se emplean en el torneado de fundiciones y aceros. Tambin paramecanizar el cobre, sus aleaciones y metales ligeros. Se pueden usar paraoperaciones de acabado en el torno, donde las velocidades de corte son altas y

tanto el avance como la profundidad de corte son bajos

Nitruros de boro cbico: La plaquita est constituida por un soporte de carburo con unafina capa de nitruro de boro cbico. La dureza de este material es superada slo por eldiamante. Es frgil pero poco reactivo con la pieza. Su elevada estabilidad trmica lepermite trabajar durante largos periodos de tiempo a temperaturas de 1000 a 11000. Coneste material se pueden mecanizar ventajosamente las aleaciones de nquel a granvelocidad.

Tratamientos trmicos de las herramientas:

Uno de los grandes avances en el mecanizado de los metales lo constituyo el

descubrimiento del tratamiento trmico usado en la produccin de la herramienta de cortede acero rpido, realizado por Taylor. Dichas herramientas presentan una mejorresistencia al desgaste, lo cual posibilito el aumento en la remocin de metal por unidadde tiempo.

El HSS fue descubierto en 1897 por Frederik Winslow Taylor, Ingeniero americanocreador del taylorismo. Descubri tras muchos experimentos, que aadiendo Wolframio aun acero aleado en una proporcin 18-8 aumentaba su punto de fusin desde 500 Chasta 800 C. Pensado como acero de herramienta pudo aumentar la velocidad de cortehabitual de 10 m/min hasta 40 m/min

Los Acero Rpidos (HSS) tienen altos niveles de dureza y muy buena resistencia aldesgaste a altas temperaturas de laminacin. Esta calidad se produce por el mtodo deDoble Colada Centrifugada (CC Duplex) y el material del ncleo es hierro de GrafitoEsferoidal (SG) Perltico.

Su composicin y subsecuente tratamiento trmico aseguran una dureza uniforme a lolargo de su vida til, mientras que la estructura de carburos complejos de Vanadio,


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Tungsteno, Niobio y Molibdeno en una matriz martenstica garantizan un desgasteuniforme as como una alta resistencia al desgaste.

Las herramientas de acero se templan siempre y revienen para darles la dureza ytenacidad adecuadas. Algunas veces las herramientas de aceros rpidos una vez

templadas y revenidas, se someten a tratamientos superficiales como son la nitruracin osulfinizacin para darles mayor dureza y resistencia al desgaste.Existe otro tratamiento superficial, el cromado duro el cual aumenta la resistencia aldesgaste y disminuye el coeficiente de rozamiento. Pero se utiliza ms para larestauracin de herramientas desgastadas.Temple: Este es un proceso de calentamiento seguido de un enfriamiento generalmenterpido para conseguir dureza y resistencia mecnica del acero. Se realiza a temperaturasmuy elevadas, de unos 1,250 C cercanas a la del punto de fusin. El medio deenfriamiento ms adecuado son: aire aceite, agua, bao de plomo, bao de mercurio ybao de sales fundidas.

Revenido: Es un tratamiento complementario del temple, que generalmente sigue a ste.El tratamiento de revenido consiste en calentar al acero despus de normalizado otemplado, a una temperatura inferior al punto crtico, seguido de un enfriamientocontrolado para reducir al mximo las tensiones trmicas que pueden generardeformaciones. El acero templado se vuelve frgil, siendo intil en estas condiciones, poreso se aplica el revenido. Esta operacin viene es para que las tiranteces y tensionesgeneradas en el acero no tengan tiempo de actuar provocando deformaciones o grietas.

Caractersticas del proceso de corte:

Herramienta de corte: material y geometra. Fluido de corte: tipo y cantidad Pieza de trabajo: material, geometra, rigidez, entre otros. Fijacin de la herramienta y de la pieza: rigidez, fuerzas, entre otros. Condiciones de corte: avance, velocidad de corte y profundidad. Maquina-herramienta: potencia, rigidez, entre otros.

Los factores bsicos en la formacin de la viruta son: la herramienta (material ygeometra), el material de trabajo (material, geometra, rigidez) y las condiciones de corte.

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Tema 2 Maquinabilidad 2011