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TECNOLOGÍA MECÁNICA I

TEORIA DEL CORTE Y MATERIALES PARA LAS HERRAMIENTAS DE CORTE

2009

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UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL “FRANCISCO DE MIRANDA” ÁREA DE TECNOLOGÍA COMPLEJO ACADÉMICO “PUNTO FIJO” PROGRAMA DE INGENIERÍA MECÁNICA TECNOLOGÍA MECANICA I PROF. ING. ERIKA GAMBOA

TEMA Nº 3 TEORÍA DEL CORTE Maquinado es un proceso de manufactura en el que una Herramienta de Corte se utiliza para remover el exceso de material de una pieza de forma que el material que quede tenga la forma deseada. La acción principal de corte consiste en aplicar deformación en corte para formar la viruta y exponer la nueva superficie. Tipos de Herramientas

Clasificación de las Herramientas de Corte -

Según el Numero de Filos - De Un Filo - De Doble Filo O En Hélice - De Filos Múltiples

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Según el Tipo de Material que están Fabricadas - Acero De Herramientas (Ws) - Aceros De Herramientas Aleados (Ss)

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- Metales Duros Aleados (Hs) - Diamantes - Cerámicos -

Por el Tipo de Movimiento de Corte - Fijo - Contra El Material - En Contra Direccion

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Por el Tipo de Viruta que Genera - Viruta Continua - En Forma De Coma - Polvo Sin Forma Definida

Los conceptos principales que intervienen en el proceso son los siguientes: metal sobrante, profundidad de corte, velocidad de avance y velocidad de corte. 1.- METAL SOBRANTE (SOBRE ESPESOR): Es la cantidad de material que debe ser arrancado de la pieza en bruto, hasta conseguir la configuración geométrica y dimensiones, precisión y acabados requeridos. La elaboración de piezas es importante, si se tiene una cantidad excesiva del material sobrante, originará un mayor tiempo de maquinado, un mayor desperdicio de material y como consecuencia aumentará el costo de fabricación. 2.- PROFUNDIDAD DE CORTE: Se denomina profundidad de corte a la profundidad de la capa arrancada de la superficie de la pieza en una pasada de la herramienta; generalmente se designa con la letra" t" Y se mide en milímetros en sentido perpendicular; En las maquillas donde el movimiento de la pieza es giratorio (Torneado y Rectificado) o de la herramienta (Mandrinado), la profundidad de corte se determina según la fórmula:

En donde: Di = Diámetro inicial de la pieza (mm). Df = Diámetro final de la pieza (mm).

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En el caso de trabajar superficies planas (Fresado, Cepillado y Rectificado de superficies planas), la profundidad de corte se obtiene de la siguiente forma: T = E - e (mm) En donde: E = espesor inicial de la pieza e = espesor final de la pieza (mm). . 3.- VELOCIDAD DE AVANCE: Se entiende por Avance al movimiento de la herramienta respecto a la pieza o de esta última respecto a la herramienta en un periodo de tiempo determinado. El Avance se designa generalmente por la letra" s" y se mide en milímetros por una revolución del eje del cabezal o porta-herramienta, y en algunos casos en milímetros por minuto. 4.- VELOCIDAD DE CORTE: Es la distancia que recorre el "filo de corte de la herramienta al pasar en dirección del movimiento principal (Movimiento de Corte) respecto a la superficie que se trabaja: El movimiento que se origina, la velocidad de corte puede ser rotativo o alternativo; en el primer caso, la velocidad de, corte o velocidad lineal relativa entre pieza y herramienta corresponde a la velocidad tangencial en la zona que se esta efectuando el desprendimiento de la viruta, es decir, donde entran en contacto herramienta y, pieza y debe irse en el punto desfavorable. En el segundo caso, la velocidad relativa en un instante dado es la misma en cualquier punto de la pieza o la herramienta. "En el caso de maquinas con movimiento giratorio (Tomo, Taladro, Fresadora, etc.), la velocidad de corte esta dada por: (m/min) ó (ft/min) En donde: D = diámetro correspondiente al punto más desfavorable (m). n = número de revoluciones por minuto a que gira la pieza o la herramienta.

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

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

TIPOS DE VIRUTAS: A partir de la apariencia de la viruta se puede obtener mucha información valiosa acerca del proceso de corte, ya que algunos tipos de viruta indican un corte más eficiente que otros. El tipo de viruta está determinado primordialmente por: a) Propiedades del material a trabajar. b) Geometría de la herramienta de corte. c) Condiciones del maquinado (profundidad de corte, velocidad de avance y velocidad de corte). En general, es posible diferenciar inicialmente tres tipos de viruta: a) Viruta discontinua. Este caso representa el corte de la mayoría de los materiales frágiles tales como el hierro fundido y el latón fundido; para estos casos, los esfuerzos' que se producen delante del filo de corte de la herramienta provocan fractura. Por lo común se produce un acabado superficial bastante aceptable en estos materiales frágiles, puesto que el filo tiende a reducir las irregularidades. Las virutas discontinuas también se pueden producir en ciertas condiciones con materiales más dúctiles, causando superficies rugosas. b) Viruta Continua. Este tipo de viruta, el cual representa el corte de la mayoría de materiales dúctiles que permiten al corte tener lugar sin fractura, es producido por velocidades de corte relativamente altas, grandes ángulos de ataque (entre 10º y 30º) y poca fricción entre la viruta y la cara de la herramienta.

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Las virutas continuas y largas pueden ser difíciles de manejar y en consecuencia la herramienta debe contar con un rompevirutas que retuerce la viruta y la quiebra en tramos cortos. c) Viruta Continua con protuberancias. Este tipo de viruta representa el corte de materiales dúctiles a bajas velocidades en donde existe' una alta fricción sobre la cara de la herramienta. Esta alta fricción es causa de que una delgada capa de viruta quede cortada de la parte inferior y se adhiera a la cara de la herramienta. La viruta es similar a la viruta continua, pero la produce una herramienta que tiene una saliente de metal aglutinado soldada a su cara. Periódicamente se separan porciones de la saliente y quedan depositadas en la superficie del material, dando como resultado una superficie rugosa; el resto de la saliente queda como protuberancia en la parte trasera de la viruta,

 = ángulo de devastado

 = ángulo del plano de corte h = profundidad de corte tc = espesor de la viruta rc = razón de espesor de viruta y profundidad de corte α: Angulo de incidencia. β: Angulo de ataque. γ: Angulo de inclinación del filo con respecto al eje.

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Fluidos de Corte (REFRIGERANTES): 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. Para mejorar las condiciones durante el proceso de maquinado, se utiliza un fluido que baña el área en donde se está efectuando el corte. Los objetivos principales de éste fluido son: a) Ayudar a la disipación del calor generado. b) Lubricar los elementos que intervienen, en el corte para evitar la pérdida la herramienta. c) Reducir la energía necesaria para efectuar el corte d) Proteger a la pieza contra la oxidación, y la corrosión. e) Arrastrar las partículas del material (medio de limpieza). f) Mejorar el acabado superficial. Con la aplicación adecuada de los fluidos de corte se disminuye la fricción y la temperatura de corte con lo que se logran las siguientes Ventajas Económicas 1. 2. 3. 4. 5.

Reducción de costos Aumento de velocidad de producción Reducción de costos de mano de obra Reducción de costos de potencia y energía Aumento en la calidad de acabado de las piezas producidas

Características de los Líquidos para Corte 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Buena capacidad de enfriamiento Buena capacidad lubricante Resistencia a la herrumbre Estabilidad (larga duración sin descomponerse) Resistencia al enranciamiento No tóxico Transparente (permite al operario ver lo que está haciendo) Viscosidad relativa baja (permite que los cuerpos extraños la sedimentación) No inflamable

Las propiedades esenciales que los líquidos de corte deben poseer son los siguientes: 1. Poder refrigerante 2. Poder lubrificante

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Dentro de los fluidos de corte más utilizados se citan los siguientes: 1. Aceites minerales 2. Aceites vegetales 3. Aceites animales 4. Aceites mixtos 5. Aceites al bisulfuro de molibdeno ELECCIÓN DEL FLUIDO DE CORTE Esta elección se basa en criterios que depender de los siguientes factores: a) Del material de la pieza en fabricar. Para las aleaciones ligeras se utiliza petróleo; para la fundición, en seco. Para el latón, bronce y cobre, el trabajo se realiza en seco o con cualquier tipo de aceite que este exento de azufre; para el níquel y sus aleaciones se emplean las emulsiones. Para los aceros al carbono se emplea cualquier aceite; para los aceros inoxidables auténticos emplean los lubrificadores al bisulfuro de molibdeno. b) Del material que constituye la herramienta. Para los aceros al carbono dado que interesa esencialmente el enfriamiento, se emplean las emulsiones; para los aceros rápidos se orienta la elección de acuerdo con el material a trabajar. Para las aleaciones duras, se trabaja en seco o se emplean las emulsiones. c) Según el método de trabajo. Para los tornos automáticos se usan los aceites puros exentos de sustancias nocivas, dado que el operario se impregna las manos durante la puesta a punto de la máquina; para las operaciones de rectificado se emplean las emulsiones. Para el taladrado se utilizan los 'afeites puros de baja viscosidad; para el fresado se emplean las emulsiones y para el brochado los aceites para altas presiones de corte o emulsiones.

TEMA Nº 4 MATERIALES PARA LAS HERRAMIENTAS DE CORTE Por herramientas se entiende a aquel instrumento que por su forma especial y por su modo de empleo, modifica paulatinamente el aspecto de un cuerpo hasta conseguir el objeto deseado, empleando el mínimo de tiempo y gastando la mínima energía. Los materiales duros se han usado para cortar o deformar otros metales durante miles de años. Si embargo, en los últimos 150 años se han inventado o desarrollado mejores 8

materiales. Por lo general, a medida de que se descubrieron mejores materiales, se construyeron máquinas herramientas más grandes y potentes con las que se pudo producir piezas con mayor rapidez y economía. La Selección de Material para la construcción de una Herramienta depende de distintos factores de carácter técnico y económico, tales como: ' 1. Calidad del material a trabajar y su dureza. 2. Tipo de producción (pequeña, mediana y en serie). 3. Tipo de máquina a utilizar. 4. Velocidad de Corte. Algunos Materiales con los que se Fabrican las Herramientas de Corte: 1. Aceros al Alto Carbón Los aceros al alto carbón o carbono, se han usado desde hace mucho tiempo y se siguen usando para operaciones de maquinado de baja velocidad o para algunas herramientas de corte para madera y plásticos. Son relativamente baratos y de fácil tratamiento térmico, pero no resisten usos rudos o temperaturas mayores de 350 a 400 °C. Con acero al alto carbono se hacen machuelos, terrajas, rimas de mano y otras herramientas semejantes. Los aceros de esta categoría se endurecen calentándolos arriba de la temperatura crítica, enfriándolos en agua o aceite, y templándolos según se necesite. Nótese que las herramientas de corte de acero al alto carbón endurecido deben mantenerse frías mientras se afilan. Si aparece un color azul en la parte que se afila, es probable que se haya reblandecido la herramienta y el filo no soporte la fuerza que se genera en el corte. 2. Acero de Alta Velocidad La adición de grandes cantidades de Tungsteno hasta del 18%, a los aceros al carbono les permite conservar su dureza a mayores temperaturas que los aceros simples al carbón, a estos aceros con aleación de menor del 20% de Tungsteno se les conocen como aceros de alta velocidad. Estas herramientas mantienen su filo a temperaturas hasta de 1000 a 1100 °F (540-590°C), lo que permite duplicar, en algunos casos, su velocidad de corte. 9

También aumenta la duración y los tiempos de afilado, con todas estas ventajas se lograron el desarrollo de máquinas herramientas más poderosas y rápidas, lo que generó mayor productividad. Se han desarrollado variantes de esta aleación, las cuales tienen cobalto y de 0.7 a 0.8 % de molibdeno. Al aumentar el contenido de vanadio al 5%, se mejora la resistencia al desgaste. Los aceros de alta velocidad al tungsteno tienen hasta 12%, 10% de cobalto, en ese caso se llaman aceros de súper alta velocidad o aceros de alta velocidad al cobalto, porque aumenta la resistencia al calor. Los aceros de alta velocidad al molibdeno contienen tan solo de 1.5 a 6.5 % de tungsteno, pero tienen de 8 a 9 % de molibdeno, 4 % de cromo y 1.1 % de vanadio, junto con 0.3% de silicio e igual cantidad de manganeso, y 0.8% de carbón. Los aceros de alta velocidad al molibdeno - tungsteno, que también se conocen como aceros 55-2, 86-3 y 66-4, contienen aproximadamente 6 % de molibdeno, 6 % de tungsteno y vanadio en proporciones que van del 2 al 4 %, aproximadamente. Los aceros de alta velocidad se usan para herramientas de corte de aplicación a materiales tanto metálicos como no metálicos. 3. Aleaciones Coladas El término aleación colada o fundida se refiere a materiales constituidos por un 50% de cobalto, 30% de cromo, 18% de tungsteno y 2% de carbono. Las proporciones de esos metales no ferrosos varía, pero el cobalto es el material dominante y las herramientas hechas de estas aleaciones, con frecuencia se les llama "Stellite", permanecen duras hasta 1500 °F. Su dureza aproximada es 60 a 62 grados de dureza Rockwell C. Estas herramientas se funden y moldean a su forma. Por su capacidad de resistir calor y abrasión, las aleaciones coladas se usan para ciertas partes de motores y turbinas de gas, y para herramientas de corte. También son muy resistentes a la corrosión y permanecen tenaces hasta 1500 °F (815 °C), pero son más frágiles que los aceros de alta velocidad. También se les conoce como herramientas de carburo sintetizado, son capaces de trabajar a velocidades de corte hasta tres veces las del acero de alta velocidad.

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El ingrediente principal es el polvo de carburo de tungsteno, que se compone del 95 % de tungsteno y 55% de carbono finamente pulverizados. Estos dos materiales se calientan y se combinan, formando partículas extremadamente duras de carbono y tungsteno. Este carburo se mezcla con un 5 a 10 % de cobalto en polvo, que funciona como aglomerante, y una pequeña cantidad de parafina. 4. Herramientas de Cerámica Las herramientas de cerámica para corte se fabrican con polvo de óxido de aluminio, compactado y sintetizado en formas de insertos triangulares, cuadrados o rectangulares. Se pueden sintetizar sin aglomerante o con pequeñas cantidades de algún vidrio. Se necesitan máquinas muy rígidas y de gran potencia para aprovechar la resistencia al calor dureza de estos materiales. Las herramientas de cerámica son muy duras, y son químicamente Inertes, pero son más frágiles o quebradizas que los carburos u otros materiales. Los Insertos de cerámica para herramienta se pueden fabricar con los métodos de prensado en frío o prensado en caliente. Como son bastante frágiles, deben estar muy bien soportadas en portaherramientas, porque se pueden romper o dañar con facilidad si la máquina vibra. Las herramientas de cerámica son muy resistentes al desgaste, y en la máquina adecuada se pueden trabajar al doble de la velocidad de corte que las en las máquinas con herramientas de carburo. En algunos casos, hasta se pueden trabajar a mayores velocidades. Las herramientas de cerámica no se deben utilizar para cortes interrumpidos. En los últimos años los diamantes se han usado más como herramientas de corte de punta, son particularmente eficaces cuando se usan con alto contenido de silicio. Un ejemplo de la utilización eficaz de los diamantes es la producción en masa de los pistones para automotores, con ello se ha logrado aumentar notablemente la cantidad de piezas fabricadas con grandes tolerancias de control. Aunque los diamantes como herramientas son caros la producción masiva y su alto grado de precisión los justifica. Una condición grave es cuando se provoca el choque térmico al introducir bruscamente la herramienta en líquidos enfriados después de elevar su temperatura durante el afilado.

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