Tema 7
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Procesos de manufactura con remoción de material
Contenido:
1. Definición
2. Variables controlables del proceso: a) Velocidad de corte b)avance y c) profundidad
3. Material de herramientas de corte y material de trabajo
4. Variables resultantes del proceso: a) ángulo de corte b)fuerzas de corte c)temperatura d)vida útil de la herramienta
5. Clasificación de los procesos de mecanizado de acuerdo al número de filos de corte
6. Mecanizado con Múltiples Filos de Corte.
Definición de Mecanizado:
Es un término general que describe un grupo de procesos cuyo propósito es la remoción del material y la modificación de las superficies de una pieza de trabajo,después de haber sido producid por diversos métodos.
El mecanizado comprende operaciones secundarias y de acabado
La gran cantidad de formas fabricadas por mecanizado lo hacen un proceso muy importante en la manufactura y puede resultar más económico.
El mecanizado consiste en varios tipos de procesos de remoción de material:
1. -Corte: Comprende herramientas de corte de un solo filo o de filos múltiples, cada una con forma claramente definida.
2. Procesos Abrasivos: como el rectificado y los procesos relacionados con este
3. Procesos Avanzados de Mecanizado: Que utilizan métodos eléctricos, químicos térmicos, hidrodinámicos y laser para cumplir su tarea.
Las operaciones de corte de metales forman la base de los procesos de manufactura.
Los principios del corte de metales son muy útiles para aumentar la capacidad de producción en todos los procesos. En la mayoría de las operaciones e obliga a una herramienta con forma de cuña a moverse contra la pieza de trabajo.
OBJETIVO DEL MECANIZADO:
El mecanizado tiene como objetivo generar la forma de una pieza partiendo de un cuerpo sólido, o mejorar las coniciones de tolerancia o acabado superficial de una pieza previamente formada, al retirar el exceso de material en forma de virutas.
Si es absolutamente esencial, se puede encontrar un proceso de mecanizado para cualquier material de ingeniería, incluso si sólo puede ser mecanizado o pulido. No obstante, la economía exige que una pieza de trabajo sea maquinable hasta un grado razonable.
El mecanizado es un término para cualquier proceso de remoción de material, mientras que el corte de metal se refiere a los procesos en los cuales el exceso de metal se elimina por medio de una herramienta más dura a través de un proceso de deformación plástica extensa o por fractura controlada
Para lograr el corte de un metal con HC se necesita un filo en la herramienta , una penetración del filo en la pieza de trabajo y una velocidad relativa entre la herramienta y la pieza de trabajo.
Mecánica de corte:
En el mecanizado el producto que se retira se denomina viruta. El espesor de la viruta será siempre mayor que la capa de material retirado. La separación de la viruta tiene lugar por cizallamiento y las fuerzas de fricción que se desarrollan en la arista de corte producen calor y desaste de la herramienta de corte el corte puede ser ortogonal u oblicuo
Ortogonal:
La arista de corte de la herramienta se encuentra perpendicular al movimiento relativo entre la herramienta y la pieza de trabajo.
Oblicuo:
También se le conoce como tridimensional. Una herramienta de corte consta principalmente de superficies de corte de cuña en la arista de corte : por donde fluye la viruta se le conoce como superficie de incidencia. A la liberada para despejar la nueva superficie maquinada se le llama flanco.
Las características del corte oblicuo son:
1. La viruta fluye sobre la cara de la herramienta.
2. La herramienta puede o no generar una superficie paralela a la superficie de la cara de trabajo.
3. El espesor de la viruta puede o no ser máximo a la mitad.
4. Más de una arista de corte se encuentra en acción, es decir más de dos aristas de corte de la herramienta cortan el material al mismo tiempo.
Formación de Viruta: La remoción del material mediante la acción de cizallamiento y deformación de la viruta consume el 95% de la potencia que se emplea en la operación de corte, el 5% restante se consume en energía elástica almacenada o esfuerzos residuales.
La forma y el tamaño de la viruta indican el tipo y calidad del proceso. Las formas básicas son:
Segmentadas o Discontinuas, Continua, Continua con
Aristas Agregadas, Heterogénea.
Segmentadas. Consiste en segmentos deformados separados (materiales quebradizos). Se asocian con buen acabado, bajo consumo de potencia y buena vida útil de la herramienta. Continua. Se generan en el mecanizado de materiales dúctiles, produce virutas continuas. Se
asocian con una alta velocidad de corte y una baja fricción entre ella y la cara de la herramienta.
Continua con Aristas Agregadas. Similar a la continua, pero se forma debido a la acción soldado de la viruta sobre la de cara de la herramienta. Es indeseable consume mas potencia, mayor desgaste y acabado superficial deficiente.
Heterogénea. Se produce debido a la deformación no uniforme del material, de debido a variaciones térmicas o al desarrollo de nuevos planos de cizallamientos.
Factores que influyen en las Operaciones de Mecanizado.
Factores que influyen en las Operaciones de Mecanizado.
Variables Independientes.
Esenciales en un proceso de corte.
a) Forma Acabado Superficial y Filo de la HC
b) Material y Condiciones de la Pieza de Trabajo
c) Avance , Velocidad y Profundidad de Corte.
d) Fluidos de Corte.
e) Material y Recubrimiento de la HC
f) Características de la Maquina Herramienta
g) Sujeciones y soportes de la pieza de trabajo.
Variables Dependientes.
Son aquellas que afectan los cambios en las variables independientes e incluyen:
a) Tipo de viruta Producida.
b) Fuerza y Energía disipada en el corte
c) Elevación de Temperatura en la pieza de trabajo, la HC y l viruta.
d) Desgaste y Falla de la HC.
e) Acabado Superficial e Integridad de la superficie de la pieza de trabajo.
CONDICIONES DE CORTE.
En el mecanizado se requiere de un movimiento relativo de la herramienta de corte y la pieza, este se realiza a una velocidad de corte vc, además la herramienta debe moverse a lo largo de la pieza mediante un avance f, y con una profundidad de corte d.
Al conjunto de vc, f, y d se le denominan condiciones de corte, estos tres parámetros se relacionan directamente con la Velocidad de Remoción de Material MRR=(vc)(f)(d).
MATERIALES a CORTAR.Debido al desarrollo constante de nuevas aleaciones y materiales de ingeniería, que por lo general son abrasivos y químicamente reactivos con las HC. Esta diversidad en las materiales y la dificultad de mecanizar estos materiales eficientemente y la necesidad de mejorar continuamente el desempeño en el mecanizado de los materiales de ingeniería más comunes a llevado a importantes desarrollos en HC.
MATERIAL de la HERRAMIENTA de CORTE.
Debido a que la herramienta de corte debe someterse a:
• Temperaturas Elevadas.
• Esfuerzos de contacto Elevados.
• Rozamiento de la interfaz herramienta-viruta.
Entonces el material de la herramienta de corte debe poseer las siguientes características:
• Dureza en Caliente.
• Tenacidad y Resistencia al Impacto.
• Resistencia al Desgaste.
• Estabilidad Química y Neutralidad.
Dureza en Caliente. Para que conserve la dureza, resistencia y resistencia al desgaste de la HC a las temperaturas de operación del mecanizado.
Tenacidad y Resistencia al Impacto. Para que las fuerzas de impacto sobre la HC en las operaciones normales, vibraciones o traqueteo no astillen o fracturen la HC.
Resistencia al Desgaste. Para obtener una vida útil aceptable de la HC antes de reemplazarla.
Estabilidad Química y Neutralidad. Para evitar cualquier reacción adversa, adhesión y difusión en la HC que pudiera acelerar el desgaste de la HC.
Clasificación de las Herramientas de Corte.
1. Aceros al carbono.
2. Aceros de Alta Velocidad.
3. Aleaciones de Cobalto Fundido.
4. Carburos.
5. Herramientas Recubiertas.
6. Cerámicas con Base Alumina.
7. Nitruro de Boro Cúbico.
8. Cerámicas con Base de Nitruro de Silicio.
9. Diamante.
10. Materiales Reforzados con Triquitas y Nanomateriales.
Aceros al carbono. Son los mas antiguos para herramientas de corte (1880), no tienen dureza en caliente, ni la resistencia al desgaste a altas velocidades, su uso se limita a baja velocidad de corte.
Aceros de Alta Velocidad. tiene mayor aleación de todos los aceros para HC, se pueden endurecer a diferentes profundidades, poseen buena resistencia al desgaste, limitado por su baja resistencia en caliente.
Serie M: 10% Mo, Cr, V, W y Co (aleantes)
Serie T: 12-18% W, Cr, V y Co (aleantes)
M: mayor resistencia a la Abrasión, menos distorsión térmica, menor costo. (95% Uso).
Aleaciones de Cobalto Fundido. Tienen la siguiente composición: 38-53% Co, 30-33% Cr, 10- 25% W, (54-64 HRC). Buena resistencia al desgaste y a altas temperaturas, sensibles a las fuerzas de impacto. (Estelitas, pequeñas placas fundidas).
Carburos. Aleaciones en forma de pequeñas placas obtenidas por sinterizado, tienen la tenacidad y resistencia al impacto y limitaciones respecto a la resistencia y dureza en caliente. Carburo de Tungsteno, Titanio e Insertos. Se clasifican P, M, y K ISO (Organización Internacional para la Estandarización) y la ANSI (Instituto Nacional Americano de Estandarización) desde los Grados C1 a C8.
Herramientas Recubiertas. Estas tienen propiedades únicas: Menor Fricción; Mayor adhesión; Mayor Resistencia al Desgaste y al Agrietamiento; Actúan como una barrera para la Difusión; Mayor Dureza en Caliente y Resistencia al
Impacto.
Vida útil 10 veces mayor, soportan altas velocidades de corte disminuyendo el tiempo, entre 40-80 % ahorro grandes compañías.
Recubrimientos: Nitruro de Titanio; Carburo de Titanio; Cerámicos; Fases Múltiples; Diamantes e Implante de Iones.
Cerámicas con Base Alúmina. [Al2 O3+TiC+ZrO2 (Sinterizado)]. Alta resistencia a la abrasión y alta dureza en caliente. Mínima adherencia (filo recrecido ). Permite altas Velocidades en corte Ininterrumpido. Existe insertos con base de alúmina.
Cermets. Material cerámico en una matriz metálica, materiales cerámicos o prensados en caliente (carbóxidos) [70% Al2O3 30% TiC y otros tienen Molibdeno, Carburo de Niobio y Carburo de
Nitruro de Boro Cúbico. Se produce uniendo una capa de cBN policristalino (0,5-1.0 mm) aun sustrato de carburo mediante un sinterizado de alta presión y temperatura (el carburo: resistencia al impacto y el cBN: elevada resistencia al desgaste y al filo de corte)
Cerámicas con Base de Nitruro de Silicio. Consisten en Nitruro de Silicio con Oxido de Itrio, Carburo de Titanio. Tienen Tenacidad, dureza en Caliente, Buena Resistencia al impacto Térmico, por ejemplo Sialon (Si+Al+O+N). Por su afinidad
química con el hierro alta Temp. No adecuado
Diamante. Consiste en cristales sintéticos muy pequeños fundidos a alta presión y temperatura (0,5-1mm) aglutinado en un sustrato de carburo, es frágil, usado a cualquier velocidad, el desgate puede ocurrir por micro astillado. Por su afinidad a alta temperaturas no recomendado para aceros simples al carbono, aleaciones de titanio, níquel y cobalto.
Materiales Reforzados con Triquitas y Nanomateriales. Para mejorar el desempeño y la resistencia al desgaste de la HC, en particular cuando se mecanizan nuevos materiales o compósitos.
Propiedades:
Altas Tenacidad a la Fractura; Resistencia al Choque Térmico; Resistencia en el Filo de Corte; Resistencia de Deslizamiento; Dureza en Caliente.
Los avances incluyen el uso triquitas (l=5-100ìm y Ö=0,1-1 ìm ) como fibras de refuerzo, por ejemplo.
a) Herramienta con base de nitruro de silicio reforzadas con triquitas de carburo de silicio.
b) Herramienta con base Al2 O3 reforzadas con 25-40% triquitas de SiC, en ocasiones con ZrO2 por su reactividad son inadecuados para los aceros.
CLASIFICACION de los PROCESOS de MECANIZADO.Una forma útil es por el número de bordes de cortes, dentro de la cual se puede emplear dos aproximaciones básicamente diferentes. Formado y Generación.Formado. La HC posee el contorno de la pieza terminada, lo que se requiere además del movimiento relativo para producir la viruta es introducir la profundidad adecuada de la HC.
Generación. Se genera la superficie combinando el movimiento primario (formación de viruta) con el desplazamiento a largo de la superficie (Avance f)
PROCESO DE TORNEADO.
El torneado es un proceso de maquinado en el cual una herramienta de punta sencilla remueve material de la superficie de una pieza de trabajo cilíndrica en rotación. La herramienta avanza linealmente y en una dirección paralela al eje de rotación. El torneado se lleva a cabo tradicionalmente en una máquina herramienta llamada torno, la cual suministra la potencia para tornear la parte a una velocidad de rotación determinada con avance de la herramienta y
El torno es una la máquina giratoria que sujeta una pieza de metal o de madera y la hace girar mientras una HC da forma al objeto.
El carro donde se fijan herramientas puede moverse paralela o perpendicularmente a la dirección de giro, para obtener piezas con partes cilíndricas o cónicas, o para cortar acanaladuras. Empleando útiles o herramientas especiales un torno puede utilizarse también para obtener superficies lisas, como las producidas por una fresadora, o para taladrar orificios en la pieza. Existen diferentes tipos de tornos, entre ellos, el más común es el torno paralelo o de puntas.
El torno mecánico es una máquina-herramienta para mecanizar piezas por revolución arrancando material en forma de viruta mediante una herramienta de corte. Ésta será apropiada al material a mecanizar pudiendo estar hecha de acero al carbono, acero rápido, acero rápido al cobalto, widia, cerámica, diamante, etc. Y que siempre será más dura y resistente que el material mecanizado.
El tamaño del torno se puede representar por estas características: lo largo de la bancada, el radio de giro o de volteo, como se puede ver en la Figura.
OPERACIONES de TORNEADO.
PROCESO DE TORNEADO.Los tornos se clasifican de acuerdo a su construcción en diferentes tipos:
ü Tornos de Puntas (Paralelo).
ü Torno Vertical.
ü Torno Horizontal.
ü Torno Revolver.
ü Torno Controlados Numéricamente (CNC).
PROCESO DE TORNEADO
GEOMETRIA de una HC.Las partes más importantes de una herramienta monofilo donde se pueden destacar:
ü La cara, que es la superficie o superficies sobre las cuales fluye la viruta (superficie de desprendimiento)
ü El flanco, que es la superficie de la herramienta frente a la cual pasa la superficie generada en la pieza (superficie de incidencia).
ü El filo es la parte que realiza el corte, siendo el filo principal la parte que ataca directamente a la pieza y el filo secundario la parte restante.
ü La punta de la herramienta es el lugar donde se interceptan el filo principal y secundario.
GEOMETRIA de una HC.
VARIABLES CONTROLABLES.Existe una gran variedad de procesos de mecanizado, pero en todos ellos existen, básicamente, tres variables controlables. Para poder remover material de una pieza de trabajo y darle una forma deseada (mecanizar), es preciso contar con una máquina donde se puedan fijar la pieza de trabajo y una herramienta de corte que permita remover el material de la siguiente manera:
PARAMETROS de CORTE. Para una operación en específico habrá que ajustar en la máquina una velocidad de giro, un avance y una profundidad de corte. Se puede tomar como referencia los valores dados en la tabla, como la mayoría de las máquinas herramientas posee un número limitado de velocidades de giro y avance, es recomendable mecanizar utilizando parámetros lo más próximos a los referenciales, tratando siempre de no excederse para no comprometer la vida útil de la herramienta.
Se debe lograr una velocidad relativa entre la herramienta y la pieza de trabajo, Velocidad de corte (V), lo cual se logra con el movimiento principal de corte de la máquina herramienta. Se puede mover la pieza de trabajo o la herramienta de corte.
Se debe lograr una penetración de la herramienta en la pieza de trabajo para lograr que la herramienta de corte remueva el material. Esta variable se conoce con el nombre Profundidad de Corte (d).
Se debe proporcionar un movimiento de avance (f), para que la herramienta se mueva sobre toda la superficie de la pieza que se quiere mecanizar.
En principio, puede avanzar la herramienta o la pieza de trabajo. Es de hacer notar que la velocidad relativa entre la herramienta de corte y la pieza de trabajo estará compuesta por la velocidad de corte y por la velocidad de avance.
Las variables V, f y d son también conocidas como parámetros de corte.
VARIABLES RESULTANTES. 1. Fuerzas y requerimientos de energía.
2. Temperatura durante el corte.
3. Vida útil de las herramientas.
ENERGIA REQUERIDA.
Temperatura durante el corte.
Por medio del análisis dimensional, suponiendo que toda la energía E se convierte en calor. Entonces, la Temperatura media de la cara de la herramienta Tt es:
Donde
E : energía específica de corte del material de trabajo (W.s/m3).v: la velocidad de corte (m/s).
h: el espesor de viruta sin deformar (m).
K: la conductividad eléctrica del material de trabajo (W/m.K).
VIDA UTIL
El desgaste de la herramienta es normal, ya que la herramienta de masa relativamente pequeña se somete a presiones y temperaturas altas y con frecuencia también a cargas de impacto. Es común que la vida de las herramientas sea del orden de decenas de minutos, y sólo duran horas en líneas para producción en masa. Por lo tanto, la economía del proceso es controlada en gran medida por la vida de la herramienta.
PARAMETROS de CORTE.
ECUACIONES para TORNEADO. Velocidad de Corte.
Vc: Velocidad de Corte (m/min.)
N: Velocidad Angular (RPM)D: Diámetro (mm)
Para Cilindrado y Torneado Cónico.
Numero de Pasadas.
Di: Diámetro Inicial (mm)
Df: Diámetro Inicial (mm)
d: Profundidad de Corte
NP: Numero de Pasadas
Área de Corte (Sección de Viruta)
f: Avance (mm)
d: Profundidad de Corte (mm)
A: Área de Contacto
Tasa de Remoción de Material.
f: Avance (mm)
Velocidad de Avance Lineal.
f: Avance (mm)
N: Velocidad de Rotación (RPM)
fr: Velocidad de Avance Lineal (mm/min)
Tiempo de Mecanizado. (Cilindrado y Torneado Cónico)
Tiempo de Mecanizado. (Refrentado y Tronzado)
Di: Diámetro Inicial (mm)
f: Avance Radial de la Herramienta (mm/rev)
N: Velocidad de Rotación (RPM.)
tc: tiempo de Corte (min.)
Potencia.
Existen varios Modelos Teóricos para el Calculo de la Fuerza de Corte, se utilizara el Método de la Presión Especifica de Corte.
Fuerza de Corte.
Ks: Presión Especifica de Corte (Kg/mm2)
f: Avance (mm/rev)
Potencia Consumida.
Ks: Presión Especifica de Corte (Kg/mm2)
f: Avance (mm/rev)
d: Profundidad de Corte (mm)
Fc: Fuerza de Corte (Kgf)
ç: Eficiencia Mecánica y Eléctrica.
Contenido:
1. Definición
2. Variables controlables del proceso: a) Velocidad de corte b)avance y c) profundidad
3. Material de herramientas de corte y material de trabajo
4. Variables resultantes del proceso: a) ángulo de corte b)fuerzas de corte c)temperatura d)vida útil de la herramienta
5. Clasificación de los procesos de mecanizado de acuerdo al número de filos de corte
6. Mecanizado con Múltiples Filos de Corte.
Definición de Mecanizado:
Es un término general que describe un grupo de procesos cuyo propósito es la remoción del material y la modificación de las superficies de una pieza de trabajo,después de haber sido producid por diversos métodos.
El mecanizado comprende operaciones secundarias y de acabado
La gran cantidad de formas fabricadas por mecanizado lo hacen un proceso muy importante en la manufactura y puede resultar más económico.
El mecanizado consiste en varios tipos de procesos de remoción de material:
1. -Corte: Comprende herramientas de corte de un solo filo o de filos múltiples, cada una con forma claramente definida.
2. Procesos Abrasivos: como el rectificado y los procesos relacionados con este
3. Procesos Avanzados de Mecanizado: Que utilizan métodos eléctricos, químicos térmicos, hidrodinámicos y laser para cumplir su tarea.
Las operaciones de corte de metales forman la base de los procesos de manufactura.
Los principios del corte de metales son muy útiles para aumentar la capacidad de producción en todos los procesos. En la mayoría de las operaciones e obliga a una herramienta con forma de cuña a moverse contra la pieza de trabajo.
OBJETIVO DEL MECANIZADO:
El mecanizado tiene como objetivo generar la forma de una pieza partiendo de un cuerpo sólido, o mejorar las coniciones de tolerancia o acabado superficial de una pieza previamente formada, al retirar el exceso de material en forma de virutas.
Si es absolutamente esencial, se puede encontrar un proceso de mecanizado para cualquier material de ingeniería, incluso si sólo puede ser mecanizado o pulido. No obstante, la economía exige que una pieza de trabajo sea maquinable hasta un grado razonable.
El mecanizado es un término para cualquier proceso de remoción de material, mientras que el corte de metal se refiere a los procesos en los cuales el exceso de metal se elimina por medio de una herramienta más dura a través de un proceso de deformación plástica extensa o por fractura controlada
Para lograr el corte de un metal con HC se necesita un filo en la herramienta , una penetración del filo en la pieza de trabajo y una velocidad relativa entre la herramienta y la pieza de trabajo.
Mecánica de corte:
En el mecanizado el producto que se retira se denomina viruta. El espesor de la viruta será siempre mayor que la capa de material retirado. La separación de la viruta tiene lugar por cizallamiento y las fuerzas de fricción que se desarrollan en la arista de corte producen calor y desaste de la herramienta de corte el corte puede ser ortogonal u oblicuo
Ortogonal:
La arista de corte de la herramienta se encuentra perpendicular al movimiento relativo entre la herramienta y la pieza de trabajo.
Oblicuo:
También se le conoce como tridimensional. Una herramienta de corte consta principalmente de superficies de corte de cuña en la arista de corte : por donde fluye la viruta se le conoce como superficie de incidencia. A la liberada para despejar la nueva superficie maquinada se le llama flanco.
Las características del corte oblicuo son:
1. La viruta fluye sobre la cara de la herramienta.
2. La herramienta puede o no generar una superficie paralela a la superficie de la cara de trabajo.
3. El espesor de la viruta puede o no ser máximo a la mitad.
4. Más de una arista de corte se encuentra en acción, es decir más de dos aristas de corte de la herramienta cortan el material al mismo tiempo.
Formación de Viruta: La remoción del material mediante la acción de cizallamiento y deformación de la viruta consume el 95% de la potencia que se emplea en la operación de corte, el 5% restante se consume en energía elástica almacenada o esfuerzos residuales.
La forma y el tamaño de la viruta indican el tipo y calidad del proceso. Las formas básicas son:
Segmentadas o Discontinuas, Continua, Continua con
Aristas Agregadas, Heterogénea.
Segmentadas. Consiste en segmentos deformados separados (materiales quebradizos). Se asocian con buen acabado, bajo consumo de potencia y buena vida útil de la herramienta. Continua. Se generan en el mecanizado de materiales dúctiles, produce virutas continuas. Se
asocian con una alta velocidad de corte y una baja fricción entre ella y la cara de la herramienta.
Continua con Aristas Agregadas. Similar a la continua, pero se forma debido a la acción soldado de la viruta sobre la de cara de la herramienta. Es indeseable consume mas potencia, mayor desgaste y acabado superficial deficiente.
Heterogénea. Se produce debido a la deformación no uniforme del material, de debido a variaciones térmicas o al desarrollo de nuevos planos de cizallamientos.
Factores que influyen en las Operaciones de Mecanizado.
Factores que influyen en las Operaciones de Mecanizado.
Variables Independientes.
Esenciales en un proceso de corte.
a) Forma Acabado Superficial y Filo de la HC
b) Material y Condiciones de la Pieza de Trabajo
c) Avance , Velocidad y Profundidad de Corte.
d) Fluidos de Corte.
e) Material y Recubrimiento de la HC
f) Características de la Maquina Herramienta
g) Sujeciones y soportes de la pieza de trabajo.
Variables Dependientes.
Son aquellas que afectan los cambios en las variables independientes e incluyen:
a) Tipo de viruta Producida.
b) Fuerza y Energía disipada en el corte
c) Elevación de Temperatura en la pieza de trabajo, la HC y l viruta.
d) Desgaste y Falla de la HC.
e) Acabado Superficial e Integridad de la superficie de la pieza de trabajo.
CONDICIONES DE CORTE.
En el mecanizado se requiere de un movimiento relativo de la herramienta de corte y la pieza, este se realiza a una velocidad de corte vc, además la herramienta debe moverse a lo largo de la pieza mediante un avance f, y con una profundidad de corte d.
Al conjunto de vc, f, y d se le denominan condiciones de corte, estos tres parámetros se relacionan directamente con la Velocidad de Remoción de Material MRR=(vc)(f)(d).
MATERIALES a CORTAR.Debido al desarrollo constante de nuevas aleaciones y materiales de ingeniería, que por lo general son abrasivos y químicamente reactivos con las HC. Esta diversidad en las materiales y la dificultad de mecanizar estos materiales eficientemente y la necesidad de mejorar continuamente el desempeño en el mecanizado de los materiales de ingeniería más comunes a llevado a importantes desarrollos en HC.
MATERIAL de la HERRAMIENTA de CORTE.
Debido a que la herramienta de corte debe someterse a:
• Temperaturas Elevadas.
• Esfuerzos de contacto Elevados.
• Rozamiento de la interfaz herramienta-viruta.
Entonces el material de la herramienta de corte debe poseer las siguientes características:
• Dureza en Caliente.
• Tenacidad y Resistencia al Impacto.
• Resistencia al Desgaste.
• Estabilidad Química y Neutralidad.
Dureza en Caliente. Para que conserve la dureza, resistencia y resistencia al desgaste de la HC a las temperaturas de operación del mecanizado.
Tenacidad y Resistencia al Impacto. Para que las fuerzas de impacto sobre la HC en las operaciones normales, vibraciones o traqueteo no astillen o fracturen la HC.
Resistencia al Desgaste. Para obtener una vida útil aceptable de la HC antes de reemplazarla.
Estabilidad Química y Neutralidad. Para evitar cualquier reacción adversa, adhesión y difusión en la HC que pudiera acelerar el desgaste de la HC.
Clasificación de las Herramientas de Corte.
1. Aceros al carbono.
2. Aceros de Alta Velocidad.
3. Aleaciones de Cobalto Fundido.
4. Carburos.
5. Herramientas Recubiertas.
6. Cerámicas con Base Alumina.
7. Nitruro de Boro Cúbico.
8. Cerámicas con Base de Nitruro de Silicio.
9. Diamante.
10. Materiales Reforzados con Triquitas y Nanomateriales.
Aceros al carbono. Son los mas antiguos para herramientas de corte (1880), no tienen dureza en caliente, ni la resistencia al desgaste a altas velocidades, su uso se limita a baja velocidad de corte.
Aceros de Alta Velocidad. tiene mayor aleación de todos los aceros para HC, se pueden endurecer a diferentes profundidades, poseen buena resistencia al desgaste, limitado por su baja resistencia en caliente.
Serie M: 10% Mo, Cr, V, W y Co (aleantes)
Serie T: 12-18% W, Cr, V y Co (aleantes)
M: mayor resistencia a la Abrasión, menos distorsión térmica, menor costo. (95% Uso).
Aleaciones de Cobalto Fundido. Tienen la siguiente composición: 38-53% Co, 30-33% Cr, 10- 25% W, (54-64 HRC). Buena resistencia al desgaste y a altas temperaturas, sensibles a las fuerzas de impacto. (Estelitas, pequeñas placas fundidas).
Carburos. Aleaciones en forma de pequeñas placas obtenidas por sinterizado, tienen la tenacidad y resistencia al impacto y limitaciones respecto a la resistencia y dureza en caliente. Carburo de Tungsteno, Titanio e Insertos. Se clasifican P, M, y K ISO (Organización Internacional para la Estandarización) y la ANSI (Instituto Nacional Americano de Estandarización) desde los Grados C1 a C8.
Herramientas Recubiertas. Estas tienen propiedades únicas: Menor Fricción; Mayor adhesión; Mayor Resistencia al Desgaste y al Agrietamiento; Actúan como una barrera para la Difusión; Mayor Dureza en Caliente y Resistencia al
Impacto.
Vida útil 10 veces mayor, soportan altas velocidades de corte disminuyendo el tiempo, entre 40-80 % ahorro grandes compañías.
Recubrimientos: Nitruro de Titanio; Carburo de Titanio; Cerámicos; Fases Múltiples; Diamantes e Implante de Iones.
Cerámicas con Base Alúmina. [Al2 O3+TiC+ZrO2 (Sinterizado)]. Alta resistencia a la abrasión y alta dureza en caliente. Mínima adherencia (filo recrecido ). Permite altas Velocidades en corte Ininterrumpido. Existe insertos con base de alúmina.
Cermets. Material cerámico en una matriz metálica, materiales cerámicos o prensados en caliente (carbóxidos) [70% Al2O3 30% TiC y otros tienen Molibdeno, Carburo de Niobio y Carburo de
Nitruro de Boro Cúbico. Se produce uniendo una capa de cBN policristalino (0,5-1.0 mm) aun sustrato de carburo mediante un sinterizado de alta presión y temperatura (el carburo: resistencia al impacto y el cBN: elevada resistencia al desgaste y al filo de corte)
Cerámicas con Base de Nitruro de Silicio. Consisten en Nitruro de Silicio con Oxido de Itrio, Carburo de Titanio. Tienen Tenacidad, dureza en Caliente, Buena Resistencia al impacto Térmico, por ejemplo Sialon (Si+Al+O+N). Por su afinidad
química con el hierro alta Temp. No adecuado
Diamante. Consiste en cristales sintéticos muy pequeños fundidos a alta presión y temperatura (0,5-1mm) aglutinado en un sustrato de carburo, es frágil, usado a cualquier velocidad, el desgate puede ocurrir por micro astillado. Por su afinidad a alta temperaturas no recomendado para aceros simples al carbono, aleaciones de titanio, níquel y cobalto.
Materiales Reforzados con Triquitas y Nanomateriales. Para mejorar el desempeño y la resistencia al desgaste de la HC, en particular cuando se mecanizan nuevos materiales o compósitos.
Propiedades:
Altas Tenacidad a la Fractura; Resistencia al Choque Térmico; Resistencia en el Filo de Corte; Resistencia de Deslizamiento; Dureza en Caliente.
Los avances incluyen el uso triquitas (l=5-100ìm y Ö=0,1-1 ìm ) como fibras de refuerzo, por ejemplo.
a) Herramienta con base de nitruro de silicio reforzadas con triquitas de carburo de silicio.
b) Herramienta con base Al2 O3 reforzadas con 25-40% triquitas de SiC, en ocasiones con ZrO2 por su reactividad son inadecuados para los aceros.
CLASIFICACION de los PROCESOS de MECANIZADO.Una forma útil es por el número de bordes de cortes, dentro de la cual se puede emplear dos aproximaciones básicamente diferentes. Formado y Generación.Formado. La HC posee el contorno de la pieza terminada, lo que se requiere además del movimiento relativo para producir la viruta es introducir la profundidad adecuada de la HC.
Generación. Se genera la superficie combinando el movimiento primario (formación de viruta) con el desplazamiento a largo de la superficie (Avance f)
PROCESO DE TORNEADO.
El torneado es un proceso de maquinado en el cual una herramienta de punta sencilla remueve material de la superficie de una pieza de trabajo cilíndrica en rotación. La herramienta avanza linealmente y en una dirección paralela al eje de rotación. El torneado se lleva a cabo tradicionalmente en una máquina herramienta llamada torno, la cual suministra la potencia para tornear la parte a una velocidad de rotación determinada con avance de la herramienta y
El torno es una la máquina giratoria que sujeta una pieza de metal o de madera y la hace girar mientras una HC da forma al objeto.
El carro donde se fijan herramientas puede moverse paralela o perpendicularmente a la dirección de giro, para obtener piezas con partes cilíndricas o cónicas, o para cortar acanaladuras. Empleando útiles o herramientas especiales un torno puede utilizarse también para obtener superficies lisas, como las producidas por una fresadora, o para taladrar orificios en la pieza. Existen diferentes tipos de tornos, entre ellos, el más común es el torno paralelo o de puntas.
El torno mecánico es una máquina-herramienta para mecanizar piezas por revolución arrancando material en forma de viruta mediante una herramienta de corte. Ésta será apropiada al material a mecanizar pudiendo estar hecha de acero al carbono, acero rápido, acero rápido al cobalto, widia, cerámica, diamante, etc. Y que siempre será más dura y resistente que el material mecanizado.
El tamaño del torno se puede representar por estas características: lo largo de la bancada, el radio de giro o de volteo, como se puede ver en la Figura.
OPERACIONES de TORNEADO.
PROCESO DE TORNEADO.Los tornos se clasifican de acuerdo a su construcción en diferentes tipos:
ü Tornos de Puntas (Paralelo).
ü Torno Vertical.
ü Torno Horizontal.
ü Torno Revolver.
ü Torno Controlados Numéricamente (CNC).
PROCESO DE TORNEADO
GEOMETRIA de una HC.Las partes más importantes de una herramienta monofilo donde se pueden destacar:
ü La cara, que es la superficie o superficies sobre las cuales fluye la viruta (superficie de desprendimiento)
ü El flanco, que es la superficie de la herramienta frente a la cual pasa la superficie generada en la pieza (superficie de incidencia).
ü El filo es la parte que realiza el corte, siendo el filo principal la parte que ataca directamente a la pieza y el filo secundario la parte restante.
ü La punta de la herramienta es el lugar donde se interceptan el filo principal y secundario.
GEOMETRIA de una HC.
VARIABLES CONTROLABLES.Existe una gran variedad de procesos de mecanizado, pero en todos ellos existen, básicamente, tres variables controlables. Para poder remover material de una pieza de trabajo y darle una forma deseada (mecanizar), es preciso contar con una máquina donde se puedan fijar la pieza de trabajo y una herramienta de corte que permita remover el material de la siguiente manera:
PARAMETROS de CORTE. Para una operación en específico habrá que ajustar en la máquina una velocidad de giro, un avance y una profundidad de corte. Se puede tomar como referencia los valores dados en la tabla, como la mayoría de las máquinas herramientas posee un número limitado de velocidades de giro y avance, es recomendable mecanizar utilizando parámetros lo más próximos a los referenciales, tratando siempre de no excederse para no comprometer la vida útil de la herramienta.
Se debe lograr una velocidad relativa entre la herramienta y la pieza de trabajo, Velocidad de corte (V), lo cual se logra con el movimiento principal de corte de la máquina herramienta. Se puede mover la pieza de trabajo o la herramienta de corte.
Se debe lograr una penetración de la herramienta en la pieza de trabajo para lograr que la herramienta de corte remueva el material. Esta variable se conoce con el nombre Profundidad de Corte (d).
Se debe proporcionar un movimiento de avance (f), para que la herramienta se mueva sobre toda la superficie de la pieza que se quiere mecanizar.
En principio, puede avanzar la herramienta o la pieza de trabajo. Es de hacer notar que la velocidad relativa entre la herramienta de corte y la pieza de trabajo estará compuesta por la velocidad de corte y por la velocidad de avance.
Las variables V, f y d son también conocidas como parámetros de corte.
VARIABLES RESULTANTES. 1. Fuerzas y requerimientos de energía.
2. Temperatura durante el corte.
3. Vida útil de las herramientas.
ENERGIA REQUERIDA.
Temperatura durante el corte.
Por medio del análisis dimensional, suponiendo que toda la energía E se convierte en calor. Entonces, la Temperatura media de la cara de la herramienta Tt es:
Donde
E : energía específica de corte del material de trabajo (W.s/m3).v: la velocidad de corte (m/s).
h: el espesor de viruta sin deformar (m).
K: la conductividad eléctrica del material de trabajo (W/m.K).
VIDA UTIL
El desgaste de la herramienta es normal, ya que la herramienta de masa relativamente pequeña se somete a presiones y temperaturas altas y con frecuencia también a cargas de impacto. Es común que la vida de las herramientas sea del orden de decenas de minutos, y sólo duran horas en líneas para producción en masa. Por lo tanto, la economía del proceso es controlada en gran medida por la vida de la herramienta.
PARAMETROS de CORTE.
ECUACIONES para TORNEADO. Velocidad de Corte.
Vc: Velocidad de Corte (m/min.)
N: Velocidad Angular (RPM)D: Diámetro (mm)
Para Cilindrado y Torneado Cónico.
Numero de Pasadas.
Di: Diámetro Inicial (mm)
Df: Diámetro Inicial (mm)
d: Profundidad de Corte
NP: Numero de Pasadas
Área de Corte (Sección de Viruta)
f: Avance (mm)
d: Profundidad de Corte (mm)
A: Área de Contacto
Tasa de Remoción de Material.
f: Avance (mm)
Velocidad de Avance Lineal.
f: Avance (mm)
N: Velocidad de Rotación (RPM)
fr: Velocidad de Avance Lineal (mm/min)
Tiempo de Mecanizado. (Cilindrado y Torneado Cónico)
Tiempo de Mecanizado. (Refrentado y Tronzado)
Di: Diámetro Inicial (mm)
f: Avance Radial de la Herramienta (mm/rev)
N: Velocidad de Rotación (RPM.)
tc: tiempo de Corte (min.)
Potencia.
Existen varios Modelos Teóricos para el Calculo de la Fuerza de Corte, se utilizara el Método de la Presión Especifica de Corte.
Fuerza de Corte.
Ks: Presión Especifica de Corte (Kg/mm2)
f: Avance (mm/rev)
Potencia Consumida.
Ks: Presión Especifica de Corte (Kg/mm2)
f: Avance (mm/rev)
d: Profundidad de Corte (mm)
Fc: Fuerza de Corte (Kgf)
ç: Eficiencia Mecánica y Eléctrica.