República bolivariana de Venezuela

Ministerio del Poder Popular para la educación universitaria

Instituto universitario Politécnico “Santiago Mariño”

Catedra: Proceso de Manufactura

Escuela: 45 – S

Facilitador: Br:

ING. Alcides Cadiz Karyangel Reyes

Noviembre del 2014

ÍNDICE

LA TERMODINÁMICA EN

EL CORTE

DE METALE

S

Portada ------------------------------------------------------------------ Pág. 1

Índice --------------------------------------------------------------------- Pág. 2

Introducción ------------------------------------------------------------ Pág. 3

Herramientas de corte, Termodinámica, Termodinámica en el corte de metales --------------------------------------------------------------- Pág. 4 - 5

Mecanizado de piezas, Mecanizado de piezas por arranque de viruta

---------------------------------------------------------------------------- Pág. 5 - 6

Importancia de las variables de corte, calor, energía y temperatura en el proceso de manufactura ----------------------------------------- Pág. 6 - 11

Uso de las tablas físicas y químicas asociadas a la termodinámica de corte de materiales --------------------------------------------------- Pág. 11 - 12

Seguridad industrial y el desprendimiento de viruta en el proceso de manufactura --------------------------------------------------------- Pág. 12 – 13

Conclusión -------------------------------------------------------------- Pág. 14

Bibliografía -------------------------------------------------------------- Pág. 15

INTRODUCCIÓN

Todo proceso de manufactura esta expone a cambios de temperaturas, en el espacio y tiempo según la naturaleza del compuesto trabajado. La obtención de un producto terminado puede en su mayoría generar desechos utilizables por medio del método reciclable garantizando el uso adecuado. Cortar metales involucra la remoción de metal mediante las operaciones de maquinado. Tradicionalmente, el maquinado se realiza en tornos, taladradoras de columna, y fresadoras con el uso de varias herramientas cortantes. El maquinado de éxito requiere el conocimiento sobre el material cortante. Mediante la presente investigación se adquirirá el conocimiento, En el desarrollo del trabajo nos toparemos con diferentes puntos relacionados a este tema como lo son los tipos de virutas, sus características, sobre el proceso de corte, variables entre otros.. El contenido de este trabajo es para los individuos que necesitan entender los procesos y los productos que hacen posibles el cortar metales. El contenido aplica a los sistemas comunes de las herramientas y las operaciones así como las aplicaciones especializadas para los usuarios más experimentados.

Herramientas de corte

Se conoce como herramientas de corte a todas aquellas herramientas que funcionan a través de arranque de viruta, esto quiere decir que las herramientas de corte son todas aquellas herramientas que permitan arrancar, cortar o dividir algo a través de una navaja filosa. Estas herramientas de corte son de mucha utilidad, sobre todo en la industria, como lo son la maderera, la textil, en la construcción, entre otros.

Termodinámica

En la Termodinámica se encuentra la explicación racional del funcionamiento de la mayor parte de los mecanismos que posee el hombre actual. La Termodinámica aporta los fundamentos científicos básicos que han permitido la invención del motor de automóvil, de la turbina de gas de un avión y de una larga serie de dispositivos tecnológicos de cuyos efectos nos beneficiamos a diario y de cuyo funcionamiento al menos en su aspecto fundamental se responsabiliza plenamente esta ciencia. La Termodinámica estudia, interpreta y explica las interacciones energéticas que surgen entre los sistemas materiales formulando las leyes que rigen dichas interacciones.

La termodinámica en el corte de metales

Mediante el uso de herramientas de corte, donde existe desprendimiento de viruta. El crecimiento de los procesos ha podido sobrellevar una evolución hasta llegar a la maquina herramientas de control numérico de nuestros días que son capaces de llevar a cabo operaciones de corte complicadas mediante la ejecución de un programa. El empleo de los procesos de arranque de material para la fabricación de componentes se remota la prehistoria los primeros materiales que fueron conformados por arranque de material fueron la piedra y madera existen evidencias arqueólogas de que los Egipto emplearon mecanismos rotatorias formadas por palos y cuerdas para realizar taladros. En la actualidad los procesos de fabricación mediante el mecanizado de piezas constituyen uno de los procedimientos más comunes en la industria metal mecánica para la obtención de elementos y estructura con diversidad de formas,

materiales y geometrías con elevado de 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 herramientas- viruta y herramientas- material de trabajo. La predicción de la temperatura de corte para el proceso de mecanizado es de reconocida importancia debido a sus efecto en el desgaste de las herramientas y su influencia sobre la productividad, el costo de herramientas y el acabado superficial de la pieza mecanizada el costo del mecanizado se encuentra altamente relacionado con el porcentaje del metal removido y este costo se reducir mediante el incremento de los parámetros de corte a los que a su vez, son limitados por la temperatura de corte.

Mecanizado de piezas

Se refiere a procesos de fabricación, un conjunto de operaciones donde se forman las piezas a través de la separación de material. A partir de productos semielaborados, como tochos o lingotes (u otras piezas previamente formadas por otros procesos como moldeo o forja), se realiza la remoción de material, principalmente, de tres formas.

1. Por arranque de viruta.2. Por abrasión. 3. Sin arranque de viruta (piezas metálicas no fundidas).

Mecanizado de piezas por arranque de viruta

En el mecanizado con arranque de virutas, el metal de la pieza a mecanizar se fuerza de modo intenso exactamente delante del extremo cortante de la herramienta y del metal arrancado se rompe de modo aproximadamente perpendicular a la cara de la herramienta con formación de virutas. El tipo de viruta discontinua o continua depende de la tenacidad del metal de la pieza a mecanizar.

Los metales frágiles como la fundición y el broce desprende virutas arrancada. Si el metal es tenaz el tipo de viruta depende la velocidad de aplicación de la herramienta la velocidad de corte reducida producen virutas cortadas, mientras que las velocidades de corte elevadas origina

virutas plásticas. Los principales procedimientos de mecanizado con arranque de virutas son: el aserrado, el taladrado, el torneado, el cepillado y el fresado.

1. Proceso de desbaste: Eliminación de mucho material con poca precisión.

2. Proceso de acabado: Eliminación de poco material con mucha precisión.

Ventaja: Los tiempos de mecanizado son menos prolongados que el mecanizado por abrasión.

Desventaja: Física en relación a la pieza. No se puede remover todo el material o viruta que se desea ya que llegará un momento en que el esfuerzo para apretar la herramienta contra la pieza será tan liviano que la primera no penetrará por lo que no se llegará a extraer la viruta Todas la piezas metálicas, excepto la fundidas en algún momento en su fabricación ha estado sometidas a una operación al menos de formado de metales y con frecuencia se necesitan varias operaciones diferentes.

Importancia de las variables de corte, calor, energía y temperaturas en el proceso de manufactura

Las podríamos clasificar en dos categorías:

1. Herramienta hecha de un único material (generalmente acero)2. Herramienta con plaquetas de corte industrial

Durante el proceso normal de mecanizado la mayor parte de trabajo se consume en la formación de viruta en el corte de plano, la temperatura y el calor dependen de la fuerza de corte la energía mecánica introducida en el sistema produce un aumento de temperatura.

Algunas características importantes son:

1. Una temperatura excesiva afecta adversamente a la resistencia y dureza.

2. El calor puede inducir daños térmicos a las superficies de la máquina y está causando daño al material.

3. La energía térmica es trasmitida parcialmente a la viruta y la pieza.

4. El calor se propaga desde la zona de origen hasta la herramienta a través de la conducción.

Si bien cierto los procesos de manufactura se puede definir como la forma en que transformar la materia prima que hallamos, para darle un uso práctico en nuestra sociedad y así disfrutar la vida con mayor comodidad. La manufactura es el proceso de coordinación de personal, herramientas y máquinas para convertir materia prima en productos útiles.

Ahora para convertir materia prima en diferentes productos se requiere de variables que ayuden y la finalización de proceso que se esté radicalizando

Calor: El calor está definido como la forma de energía que se transfiere entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas, sin embargo en termodinámica generalmente el término calor significa simplemente transferencia de energía el calor dentro de un proceso de manufactura es de gran importancia, puesto que se requieren para realizar diferentes procesos por ejemplo si tenemos piezas metálicas , o termoplásticas que puedan soldarse para construir una estructura mediante la unión de piezas, se aplica calor en la cual las piezas son soldadas fundiendo ambas y pudiendo agregar un material de relleno fundido (metal o plástico), para conseguir un baño de material fundido (el baño de soldadura) que, al enfriarse, se convierte en una unión fija. Existe otro proceso muy común en las áreas de producción donde se usa trasferencia de calor, este proceso se conoce como radiación, que consiste en la trasferencia de calor a través de las ondas electromagnéticas, y se aplican en la iniciación de productos quimios. Otro proceso de manufactura que se define como el arte de elaborar productos comerciales a partir de polvos metálicos se conoce como pulvimetalurgia En este proceso no siempre se utiliza el calor, pero cuando se utiliza este debe mantenerse debajo de la temperatura de fusión de los metales a trabajar. Cuando se aplica calor en el proceso subsecuente de la metalurgia de los polvos se le conoce como sinterizado, este proceso genera la unión de partículas finas con lo que se mejora la resistencia de los productos y otras de sus propiedades. Las piezas metálicas producto de los procesos de la metalurgia de los polvos son producto de la mezcla de diversos polvos de metales que se complementan en sus características. Así se pueden obtener metales con cobalto, tungsteno o grafito según para qué va a ser utilizado el material que se fabrica. El

metal en forma de polvo es más caro que en forma sólida y el proceso es sólo recomendable para la producción en masa de los productos, en general el costo de producción de piezas producto de polvo metálico es más alto que el de la fundición, sin embargo es justificable y rentable por las propiedades excepcionales que se obtienen con este procedimiento. Existen productos que no pueden ser fabricados y otros no compiten por las tolerancias que se logran con este método de fabricación. Al estudiar este los diferentes procesos de manufactura donde se usa calor podemos decir que esta variable proporciona una utilidad para poder completar el proceso que se está realizando.

Corte: Durante el proceso de maquinado se genera fricción y con ello calor, lo que puede dañar a los materiales de las herramientas de corte por lo que es recomendable utilizar fluidos que disminuyan la temperatura de las herramientas. Con la aplicación adecuada de los fluidos de corte se disminuye la fricción y la temperatura de corte con lo que se logra lo siguiente:

Ventajas económicas: 1. Reducción de costos2. Aumento de velocidad de producción3. Reducción de costos de mano de obra 4. Reducción de costos de potencia y energía5. Aumento en la calidad de acabado de las piezas producidas

Características de los líquidos para corte:

1. Buena capacidad de enfriamiento2. Buena capacidad lubricante3. Resistencia a la herrumbre4. Estabilidad (larga duración sin descomponerse) 5. Resistencia al enranciamiento 6. No tóxico Transparente (permite al operario ver lo que está

haciendo)7. Viscosidad relativa baja (permite que los cuerpos extraños la

sedimentación) 8. No inflamable

Temperatura y energía: estas variables se pueden relación de manera muy significativa puesto que la temperatura es considerada como una fuente de energía en diferentes procesos de manufactura, esta se emplea en las acerías donde se requiere de una fuerte concentración de energía

calórica que permita realizar diferentes tipos de aleaciones, y la temperatura aplicada será conforma a las característica de los materiales que se requiera fundir.

Procesos de corte

Se pueden cortar:

Metales Madera Plásticos Compuestos Cerámicas

Ejemplos de algunos procesos de corte:

Torneado cilíndrico Corte en fresadora Taladrado

Variables

Independientes

Material, condición y geometría de la cuchilla Material, condición y temperatura de la pieza de trabajo Uso de fluidos de corte Características de la máquina Condiciones de corte

Dependientes

Tipo de viruta Fuerza y energía disipada Aumento en temperatura Desgaste en la cuchilla Terminado de superficie

Temperaturas de corte

Casi toda la energía de corte se disipa en forma de calor. El calor provoca altas temperaturas en la interface de la viruta y la

cuchilla. La temperatura del corte dependerá del material de fabricación de

la pieza.

Material de la

herramientaPropiedades

Acero no aleado

Es un acero con entre 0,5 a 1,5% de concentración de carbono. Para temperaturas de unos 250 º C pierde su dureza, por lo tanto es inapropiado para grandes velocidades de corte y no se utiliza, salvo casos excepcionales, para la fabricación de herramientas de turno. Estos aceros se denominan usualmente aceros al carbono aceros para hacer herramientas (WS)

Acero aleado

Contiene como elementos aleatorios, además del carbono, adiciones de volframio, cromo, vanadio, molibdeno y otros. Hay aceros débilmente aleados y aceros fuertemente aleados. El acero rápido (SS) es un acero fuertemente aleado. Tiene una elevada resistencia al desgaste. No pierde la dureza hasta llegar a los 600º C. Esta resistencia en caliente, que es debida sobre todo al alto contenido de volframio, hace posible el torneado con velocidades de corte elevadas. Como el acero rápido es un material caro, la herramienta usualmente sólo lleva la parte cortante hecha de este material. La parte cortante o placa van soldadas a un mango de acero de las máquinas.

Metal duro

Los metales duros hacen posible un gran aumento de la capacidad de corte de la herramienta. Los componentes principales de un metal duro son el volframio y el molibdeno, además del cobalto y el carbono. El metal duro es caro y se suelda en forma de plaquetas normalizadas sobre los mangos dela herramienta que pueden ser de acero barato. Con temperaturas de corte de 900 º aunque tienen buenas propiedades de corte y se puede trabajar a grandes velocidades. Con ello se reduce el tiempo de trabajo y además la gran velocidad de corte ayuda a8. que la pieza con la que se trabaja resulte lisa. Es necesario escoger siempre para el trabajo de los diferentes materiales la clase de metal duro que sea más adecuada.

Cerámicos Estable. Moderadamente barato. Químicamente inerte, muy resistente al calor y se fijan convenientemente en soportes adecuados. Las cerámicas son generalmente deseables en aplicaciones de alta velocidad, el único inconveniente es su alta fragilidad. Las cerámicas se consideran impredecibles en condiciones desfavorables. Los materiales cerámicos más comunes se basan en alúmina (óxido de aluminio), nitruro de silicio y carburo de silicio. Se utiliza casi exclusivamente en plaquetas de

corte. Con dureza de hasta aproximadamente 93HRC. Se deben evitar los bordes afilados de corte y ángulos de desprendimiento positivo.

Cermet

Estable. Moderadamente caro. Otro material cementado basado en carburo de titanio (TiC). El aglutinante es usualmente níquel. Proporciona una mayor resistencia a la abrasión en comparación con carburo de tungsteno, a expensas de alguna resistencia. También es mucho más químicamente inerte de lo que. Altísima resistencia a la abrasión. Se utiliza principalmente en convertirlos bits de la herramienta, aunque se está investigando en la producción de otras herramientas de corte. Dureza de hasta aproximadamente 93 HRC. No se recomiendan los bordes afilados generalmente.

Diamante

Estable. Muy Caro. La sustancia más dura conocida hasta la fecha. Superior resistencia a la abrasión, pero también alta afinidad química con el hierro que da como resultado no ser apropiado para el mecanizado de acero. Se utiliza en materiales abrasivos usaría cualquier otra cosa. Extremadamente frágil. Sutiliza casi exclusivamente en convertir los bits de la herramienta, aunque puede ser usado como un revestimiento sobre muchos tipos de herramientas. Se utilizan sobre todo para trabajos muy finos en máquinas especiales. Los bordes afilados generalmente no se recomiendan. El diamante es muy duro y no se desgasta.

Uso de las 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:

1. Determinación a que grado de temperatura se pueden trabajar los cortes de una pieza

2. Si son sólidos maleables y dúctiles3. Si son buenos conductores del calor y la electricidad4. Si casi todos los óxidos metálicos son sólidos iónicos básicos.5. Tienden a formar cationes en solución acuosa.6. Determinaran Las capas externas si contienen poco electrones

habitualmente tres o menos.

Las características de cualquier material pueden ser de naturaleza muy variada tales como la forma, la densidad, la resistencia, el tamaño o la estética. Las cuales se realizan en el ámbito de la industria Es difícil establecer relaciones que definan cuantitativamente la maquinabilidad de

un material, pues las operaciones de mecanizado tienen una naturaleza compleja. Una operación de proceso utiliza energía para alterar la forma, propiedades físicas o el aspecto de una pieza de trabajo y agregar valor al material. Se distinguen 3 categorías de operaciones de proceso; Formado, para mejorar propiedades y de tratamiento de superficies. A veces, sobre todo para los no metales, estos factores auxiliares son más importantes. Por ejemplo, los materiales blandos como los plásticos pueden ser difíciles de mecanizar a causa de su mala conductividad térmica

Seguridad industrial y el desprendimiento de virutas en el proceso de manufactura

Es todo aquel conjunto de normas, reglamentos, principios, legislación que se establecen a objeto de evitar los accidentes laborales y enfermedades profesionales en un ambiente de trabajo. Por ende en todo proceso de manufactura donde exista desprendimiento de viruta no se está exento de sufrir algún accidente ocupacional. Uno de los equipos comunes en los procesos de manufactura es el torno y al este ser utilizados se debe tomar en cuenta las siguientes generalidades.

1. Los interruptores y las palancas de embrague de los tornos, se han de asegurar para que no sean accionados involuntariamente; las arrancadas involuntarias han producido muchos accidentes.

2. Las ruedas dentadas, correas de transmisión, acoplamientos, e incluso los ejes lisos, deben ser protegidos por cubiertas.

3. El circuito eléctrico del torno debe estar conectado a tierra. El cuadro eléctrico al que esté conectado el torno debe estar provisto de un interruptor diferencial de sensibilidad adecuada. Es conveniente que las carcasas de protección de los engranes y transmisiones vayan provistas de interruptores instalados en serie, que impidan la puesta en marcha del torno cuando las protecciones no están cerradas.

4. Las comprobaciones, mediciones, correcciones, sustitución de piezas, herramientas, deben ser realizadas con el torno completamente parado.

Protección personal

1. Para el torneado se utilizarán gafas de protección contra impactos, sobre todo cuando se mecanizan metales duros, frágiles o quebradizos.

2. Asimismo, para realizar operaciones de afilado de cuchillas se deberá utilizar protección ocular. Para evitar en contacto con la viruta

3. Las virutas producidas durante el mecanizado, nunca deben retirarse con la mano.

4. Para retirar las virutas largas se utilizará un gancho provisto de una cazoleta que proteja la mano. Las cuchillas con romper virutas impiden formación de virutas largas y peligrosas, y facilita el trabajo de retirarlas.

5. Las virutas menudas se retirarán con un cepillo o rastrillo adecuado.

6. La persona que vaya a tornear deberá llevar ropa bien ajustada, sin bolsillos en el pecho y sin cinturón. Las mangas deben ceñirse a las muñecas, con elásticos en vez de botones, o llevarse arremangadas hacia adentro.

7. Se usará calzado de seguridad que proteja contra los pinchazos y cortes por virutas y contra la caída de piezas pesadas.

8. Es muy peligroso trabajar en el torno con anillos, relojes, pulseras, cadenas al cuello, corbatas, bufandas o cualquier prenda que cuelgue.

9. Asimismo es peligroso llevar cabellos largos y sueltos, que deben recogerse bajo un gorro o prenda similar. Lo mismo puede decirse de la barba larga, que debe recogerse con una redecilla.

CONCLUSIÓN

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 herramienta-viruta y herramienta-material de trabajo, es decir poder trasformar algún material, este primero deberá pasar por el un proceso térmico , para poder deformarlo obteniendo así el resultado del proceso

En todas las actividades actuales del ser humano civilizado, están presentes en toda clase de subproductos y productos manufacturados, esto es, productos que han sido obtenidos a partir de materias primas y mediante procesos específicos son modificados para crear un artículo de uso o bien satisfactor. Es prioridad de nuestros tiempos, dar impulso a la mejora de los procesos manufactura que permita un aprovechamiento máximo de todos y cada uno de los recursos que intervienen en la fabricación de los productos, y con ello buscar mejorar las calidades y costos de los mismos,

BIBLIOGRAFÍA

Ing. Montes de Oca Morán; Ricardo, Ing. Pérez López; Isaac, "Manual de Prácticas para la asignatura MANUFACTURA INDUSTRIAL II" Ingeniería Industrial, Editorial: UPIICSA – IPN, Enero del 2002

(maquina-herramientas, 2006) (Gómez, 2012) (Sola, 1991)

Referencias y Vínculos Web:

archivo.uc3m.es/bitstream/10016/9982/1/PFC_Alfonso_Ynigo_Rivera.pdf

www.metalurgia.uda.cl/Academicos/chamorro/Termodinamica

Trabajo Publicados de Ingeniería Industrial (UPIICSA - IPN)

Ingeniería de Métodos del Trabajo

Ingeniería de Medición del Trabajo

Control de Calidad - Sus Orígenes

Investigación de Mercados