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• Crescencio Rodríguez

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Universidad Autónoma de Zacatecas Unidad Académica de Ingeniería

Programa de Ingeniería Mecánica Tecnología Mecánica II

Presenta: M en C. Enrique Alejandro López Baltazar

Programa 1.

Fluidos de corte y acabado superficial. 1.1 Tipos de fluidos de corte. 1.2 Acción refrigerante. 1.3 Acción de lubricantes. 1.5 Aspereza ideal. 1.6 Aspereza natural. 1.7 Medición de la rugosidad superficial.

2.

Control de la viruta. 2.1 Rompe virutas. 2.2 Predicción del radio de curvatura de la viruta. 2.3 Desgaste de la herramienta durante la fragmentación de la viruta.

3.

Fresado

4.

Rectificado. 3.1 La muela 3.2 Efecto de las condiciones de rectificado sobre el comportamiento de la muela. 3.3 Determinación de la densidad de granos activos 3.4 Ensayo de muelas 3.5 Análisis del proceso de rectificado 3.6 Desgaste de la muelas Proceso Especiales. CNC.

4. 5.

I. Fluidos de corte y acabado superficial

Breve Historia • Hace siglos, se descubrió que el agua evitaba que la piedra de esmeril se vitrificara y producía un mejor acabado superficial en la pieza, pero la pieza se oxidaba. • Se utilizaba sebo para lubricaba pero no enfriaba (piezas precisas y tersas). • Los aceites de manteca, lubricaban bien y tenían ciertas propiedades de enfriamiento, pero estos se volvían rancios. • 1936 se desarrollo los aceites solubles, combinaban alta capacidad de enfriamiento del agua con la lubricidad del aceite de petróleo. • 1944 aparecieron los líquidos de corte de origen químico, con un contenido de aceite muy bajo, dependía de agentes químicos para la lubricación y fricción.

1.1 FLUIDO DE CORTE Los fluidos de corte, se aplican a la zona de formación de virutas con el propósito de mejorar las condiciones de corte (en comparación con el corte en seco). El carácter de los fluidos puede tomar varias formas que dependen: Materiales de la herramienta Pieza Fundamentalmente de las condiciones de corte.

1.1 FLUIDO DE CORTE Actúa principalmente de dos maneras:

Refrigerante: Tienen como base aceites minerales o vegetales, estos aceites se aplican en forma de emulsión con agua (aceites solubles) y el resto sin disolución en agua, puros o con aditivos.

Lubricante: Las emulsiones con agua se utilizan en un 90% de las operaciones de máquinas herramientas debido a su capacidad de conducción de calor. El roscado, brochado y fresado de engranes se utilizan aceites no disueltos cuando la consideración más importante es la lubricación.

1.1 FLUIDO DE CORTE

Son esenciales en la operaciones de cortado de metales para reducir calor y la fricción provocados por la deformación plástica del metal, y la viruta que se desliza por la intercara de la viruta herramienta.

Metal se adhiere al filo cortante nos genera un acabado deficiente.

El calor que se genera en la intercara viruta herramienta debe ser transmitido a uno de los tres objetos: • Pieza de trabajo • Herramienta de corte • Viruta

Pieza de trabajo

Herramienta de corte

Calor

Calor

•Su tamaño cambia y se automáticamente una conicidad. •Daño térmico en la pieza.

genera

•El filo se rompe de la herramienta. •Se podría usar una herramienta con una transferencia de calor alta.

Viruta

Calor

•La viruta actúan como absorbente de calor desechable. •Se manifiesta por el cambio de color de la viruta, alta temperatura se oxidan. •Si no se elimina material suficiente para que la viruta tenga masa necesaria (avances, profundidades y corte ligera), la viruta pequeña no puede absorber ese calor.

Aplicación de alguna clase de líquido de corte o sistema de enfriamiento disipa al menos el 50% del calor.

Características de un buen líquido de corte Buena capacidad de enfriamiento: reduce la temperatura de corte, aumenta la vida de la herramienta y mejora la precisión dimensional. Buenas cualidades de lubricación: evita que el metal se adhiera al borde del filo. Resistencia ala oxidación: evitar manchas o corrosión en la pieza.

Estabilidad (larga vida): Almacenado. Resistencia a que se haga rancio. Carencia de toxicidad: no provoque irritación en la piel.

Transparencia. Viscosidad relativamente baja: que permita que la virutas o suciedad se asienten rápidamente. No inflamabilidad.

Características de los fluidos

Dependen

Material de la herramienta

Material de la pieza Condiciones de corte (fundamentalmente)

Tipos de líquidos de corte Los líquidos de corte de uso mas común son las soluciones de base acuosa (con agua) o aceites para corte.

Aceites de corte

Categorías

Aceites emulsificables

Origen químico

Aceites de Corte Activos Oscurecerán 3h, 100ºC, placa inmersa Cu Aceites minerales sulfurados •Contienen 0.5-0.8% azufre.

•Color claro y transparente •Corte de aceros bajo C

Inertes No oscurecerán 3h, 100ºC, Cu

Aceites minerales simples •Se utiliza para maquinado Al, latón y Mg. Aceites grasos •Se utiliza para corte severo.

•Manchan el Cu. Aceites minerales sulfoclorados •Contienen 3% azufre y 1% cloro. •Evitan filos acumulados •Corte de aceros bajo C y Cr-Ni

Aceites grasos y minerales •Mejores acabados superficiales en ferrosos y no ferrosos. Mezclas sulfuradas de aceites grasos-minerales

Mezclas de aceites grasos sulfoclorados

•Cuado las presiones de corte son altas y la vibración de la herramienta es excesiva.

Contiene mas azufres que otras clases

•Buen acabado

Maquinado pesado

•Aplicación para ferrosos y no ferrosos

Tarea 2 Tipos de aceites emulsificables (solubles) y origen químico

Aceites emulsificables (solubles) Son aceites minerales que contienen un material parecido al jabón (emulsificante) que los hace solubles al agua y se adhieran a la pieza de trabajo durante el maquinado. Aceites minerales emulsificables. •Costo bajo

•Buenas cualidades de enfriamiento y lubricación Aceites emulsificables supergrasos.

•Agregado cierta cantidad de aceite graso. •Mejores cualidades de lubricación

•Se usan cuando se maquina Al Aceites emulsificables para presión extrema.

•Contienen Azufre Cloro y Fósforo •Se mezcla 1 parte de aceite por 20 de agua (1:20)

Líquido de corte químico (sintético) Aparecieron por primera vez alrededor de 1945. Contiene lubricantes para presión extrema EP (extreme-presure).

Se fabrican tres clases de líquidos de corte químicos: Líquidos de solución verdadera (1:20, 250) Líquidos con agentes humidificador (disipación mas uniforme del calor) Líquidos con agente humidificador y lubricantes EP (maquinado severo)

El fluido de corte actúa principalmente de dos maneras

Refrigerante

Lubricante

1) Refrigerante: tiene como base aceites minerales o vegetales

Forma de aplicación Algunos con emulsión con agua (aceites solubles) y el resto sin disolución en agua, puros o con algunos aditivos. La emulsiones de agua- aceite son las mas utilizadas debido a su mayor capacidad de conducción de calor. Los aceites no disueltos cuando es de mayor importancia la lubricación; su uso se restringe a las operaciones de corte de baja velocidad como roscado y fresado de engranes.

1.2 Acción de los refrigerantes Ventajas: Incremento en la vida de la herramienta por la reducción de la temperatura en la zona de filo. Manejo mas fácil de la pieza terminada. Reducción en la distorsión térmica debida a los gradientes de temperatura generados dentro de la pieza durante el mecanizado.

Holmes describe las características generales de los fluidos de corte solubles en agua.

Guía para la selección de fluidos de corte solubles en agua.

Distribución de temperaturas en el corte de metales

1.3 Acción de los lubricantes La función lubricante de un líquido de corte es tan importante como su función de enfriamiento. Se genera calor por la deformación plástica del metal y por la fricción entre la viruta y la cara cortante de la herramienta. La deformación plástica ocurre a lo largo del plano de corte. Cualquier procedimiento para reducir la longitud de plano de cizallamiento resulta en una reducción de cantidad de calor generado.

Las irregularidades en la cara de la herramienta crea áreas de fricción y tiende a formar filos acumulados. Debido a la fricción hay un plano de corte largo y uno pequeño. Un plano de cizallamiento largo resulta en una gran cantidad de calor.

Se reduce la fricción, el plano de cizalleo se vuelve mas corto, y el área donde ocurre la deformación resulta pequeña.

1.4 Lubricación límite

Bowden y Tabor, demostraron que la resistencia al movimiento debido a la fricción bajo condiciones de alta temperatura, presión y baja deslizamiento surge una combinación de corte de rugosidades y corte viscoso del fluido (lubricación límite) y es afectada grandemente por la capa del fluido entre las superficies de los metales.

La capa límite de lubricación funciona como una reducción del área de contacto metálico intimo entre las dos superficies. Ar.- Área real de contacto γm=Proporción de esa área donde ocurre el contacto. Ff =Fuerza de fricción requerida para el corte continuo de las uniones entre asperezas superficiales.

Ff

Ar

m 1

1

m

2

Si la temperatura en la interfase aumenta hasta que el lubricante se funde, la capa pierde rigidez y ocurre un gran incremento en el contacto metálico: si τ1 > τ2, Ff aumenta. Capa de lubricante movediza

Lubricación en el corte de metales

Ventajas con la aplicación de los fluidos de corte: Reducción de los costos de la herramienta Reduce el desgaste de la herramienta, menos tiempo dándoles nueva forma y reajustándolas. Mayor velocidad de producción Se reduce la fricción y calor mayores velocidades de corte Reducción de costos de mano de obra Menos afilado en la herramienta y menos paros de máquinas, reduciendo el costo por pieza. Reducción de costos de energía

Menos potencia para operaciones de maquinado y ahorro en energía

Control de la herrumbre Los líquidos de corte utilizados en las máquinas herramientas debe evitar que se forman oxidación; de lo contrario, las paredes de la maquina y las piezas de trabajo serán dañadas. Por lo tanto, los líquidos de corte deben contener inhibidores de herrumbre o corrosión que lo eviten. Algunas clases de líquidos de corte forman una película polar y pasivación. Carga negativa

Moléculas largas delgadas de carga negativa, que son atraídas y se unen firmemente al metal evitando la oxidación Carga positiva

Control de rancidez o ranciedad Esta rancidez es provocada por bacterias y otros organismos microscópicos, que crecen y se multiplican, y eventualmente provocan que generen malos olores, Actualmente, cualquier líquido de corte que tenga mal olor se dice que esta rancio, aunque algunos tienen bactericidas que controlan el desarrollo de bacterias y los hacen mas resistentes.

Aplicación de los fluidos de corte La aplicación correcta del fluido de corte entre la herramienta y la pieza se tiene que realizar correctamente: no solo es lubricar y enfriar si no también remover la viruta.

Reciclar y limpieza del fluido de corte

1.5 ASPEREZA SUPERFICIAL La aspereza superficial obtenida al final de una operación de mecanizado puede considerarse como la suma de dos efectos independientes: 1.- La aspereza superficial “ideal” que es un resultado de la geometría de la herramienta y del avance o velocidad de avance. 2.- La aspereza superficial “natural” depende de la irregularidades en la operación.

Aspereza superficial ideal Representa el mejor acabado que se puede obtener de una forma de herramienta y avance y sólo puede alcanzarse si se eliminan el filo recrecido, la vibración, las imprecisiones en los movimientos de la máquina-herramienta. Para efecto de análisis y comparaciones cuantitativas es de utilidad expresar la rugosidad en términos de un factor o índice. Promedio aritmético: Ra

Ra

áreaabc

áreacde f

f es el avance

Dado que las áreas abc y cde son iguales

Ra

2 (áreaabc) f

R max 4

Donde Rmax/2 es la altura del triángulo abc. Para una superficie que tenga irregularidades triangulares uniformes Ra es igual a la cuarta parte de las alturas máximas de la irregularidades.

Rm ax

f cot k re

cot k 're

Donde kre y k’re son los ángulos efectivos de los filos principal y secundario.

Ra

f 4(cot k re

cot k 're )

Para una superficie de ese tipo es directamente proporcional al avance.

Efecto del ángulo efectivo de filo secundario. Ra (promedio aritmético) es influido por K’re

Ra

f 4(cot k re

cot k 're )

Las herramientas de corte están generalmente dotadas de una punta redondeada.

Cu como material de trabajo, prueba en torno y antes de cada prueba se afilaron las herramientas con el radio de la puna correcto

Problema 1 y 2

Tarea 2: Realizar gráficas para herramienta con punta aguda y punta redonda.

Aspereza superficial natural En la practica generalmente no es posible obtener condiciones como las descritas anteriormente y normalmente la aspereza natural contribuye en gran parte a la aspereza real. Uno de los principales causantes es el filo recrecido. (puede crecer y romperse continuamente introduciendo las partículas fracturadas en la viruta o en la nueva superficie)

Mayor filo recrecido

Mayor aspereza en la superficie producida.

Factores tendientes a reducir la fricción herramienta-viruta eliminar o reducir el filo recrecido mejorarán el acabado superficial.

Incremento en la velocidad de corte

Cambio de herramienta de acero rápido por carburos

Aplicación del lubricante correcto

Efecto de la velocidad de corte, donde para una pieza torneada es mejor el acabado superficial con velocidades de corte altas, aproximándose a la aspereza ideal.

Otros factores que contribuyen comúnmente a la aspereza natural son: 1. La presencia de vibraciones en la máquina herramienta.

2. Imprecisiones en los movimientos de la máquina como por ejemplo en el carro longitudinal del torno. 3. Irregularidades en el mecanismo de avance. 4. Defectos en la estructura del mecanismo de avance. 5. Formación discontinua de viruta cuando se mecanizan materiales frágiles. 6. Ruptura del material de trabajo cuando se cortan materiales dúctiles a bajas velocidades de corte. 7. Daños superficiales causados por el flujo de la viruta, etc.

Cuando se consideran las herramientas multifilo ha de tenerse en cuenta que debido a las ligeras imprecisiones en la construcción de las mismas o a las imprecisiones del movimiento principal de la máquina herramienta, un diente es el que desempeña un papel dominante en la generación de la superficie mecanizada. Así, en el fresado circular o tangencial, por ejemplo la aspereza superficial obtenida bajo condiciones ideales puede calcularse suponiendo que la herramienta tiene un solo diente.

Ra

0.0642 V f dt nt

2

Vf.-Velocidad de avance dt.- diámetro de la herramienta nt.- Frecuencia rotacional de la herramienta

Los procesos de rectificado dan asperezas de 0.05-2.5μm. Torneado con diamante 0.1-1.0 μm. Fresado y torneado darán asperezas mayores 1 μm.

Medición de la rugosidad superficial El instrumento más comúnmente utilizado en la medición acabados es el indicador de superficies Este dispositivo consiste en un cabezal rastreador y un amplificador. El cabezal contiene un estilete de diamante, de una punta con un radio de .0005 pulg (0.013mm) que se apoya contra la superficie de la pieza. Puede ser movido a mano a lo largo de la superficie de la pieza, o ser impulsado por un motor. Todos los movimientos del estilete son provocados por irregularidades de la superficie son convertidos a fluctuaciones eléctricas por el rastreador. Estas señales son aumentadas por la unidad amplificadora y registradas en el medidor mediante una manecilla o aguja indicadora.

Las lecturas pueden aparecer como de altura de rugosidad media aritmética (Ra) o media cuadrática (Rq).

Total:

237

5179

Rq

5179 13

19.9 pu lg

Para una determinación precisa del acabado superficial, el indicador debe calibrarse primero, ajustándolo con una superficie de referencia de precisión, sobre un bloque patrón calibrado según estándares ASA (American Standards Association )

Desviaciones de la Forma

Falta de: a.Planitud b.Curvatura c.Conicidad

Sistemas de Referencia I La medición del acabado superficial se puede realizar por procedimientos ópticos, neumáticos y electromecánicos. El palpador sigue el perfil real y el transductor convierte sus desplazamientos en señales eléctricas que tras ser procesadas proporcionan el perfil efectivo y otros parámetros de acabado superficial.

Sistemas de Referencia II

El movimiento del palpador se recoge en el eje X, mientras que el movimiento del palpador en dirección perpendicular registra las desviaciones existentes en el perfil efectivo. En el sistema M, adoptado por UNE e ISO, se considera como línea de referencia la línea media o promedio.

Sistemas de Referencia III La línea media se define sobre una cierta longitud l de la proyección horizontal del perfil y se calcula de manera que la suma de los cuadrados de las distancias de los puntos del perfil efectivo a dicha línea sea mínimo.

Definición de línea media sobre el perfil completo (P)

Sistemas de Referencia IV La línea central (LC) se define sobre una cierta longitud l de la proyección horizontal del perfil y se calcula de manera que la suma de las áreas encerradas por arriba de la línea central y por debajo del perfil efectivo sea igual a la suma de las áreas encerradas por encima del perfil efectivo y por debajo de la línea central. Además, la línea central debe ser paralela a la dirección general del perfil.

Definición de línea central (LC)

Parámetros de rugosidad: Parámetros no promediados en altura (PNY) Rti, profundidad del perfil en una longitud básica ISO 4287/1: Es la máxima distancia entre pico y valle en una longitud básica. Ry, profundidad máxima del perfil ISO 4287/1: Es la mayor distancia picovalle de todas las longitudes básicas.

Parámetros de rugosidad: Parámetros no promediados en altura (PNY)

Rv, profundidad de picos ISO 4287/1: Es la profundidad máxima del perfil por debajo de la línea media dentro de la longitud de evaluación.

Parámetros de rugosidad: Parámetros no promediados en altura (PNY)

Rv, altura de picos ISO 4287/1: Es la altura máxima del perfil por encima de la línea media dentro de la longitud de evaluación.

Rt, irregularidad máxima DIN 4768: Es la máxima altura pico-valle dentro de la longitud de evaluación.

Parámetros de rugosidad: Parámetros no promediados en altura (PNY)

Rmáx, profundidad máxima de rugosidad DIN 4768: Es la mayor desviación de rugosidad de las cinco obtenidas en cada longitud básica.

Parámetros de rugosidad: Parámetros de baja promedio en altura (PBY)

Rz, amplitud media ISO 4287/1 DIN 4768: Rz(DIN) representa la media de las distancias máximas pico-valle obtenidas en cada una de las longitudes básicas en las que se divide la longitud de medida.

Parámetros de rugosidad: Parámetros de baja promedio en altura (PBY)

Rz, amplitud media ISO 4287/1 DIN 4768: Rz(ISO) representa la media de las distancias entre los 5 picos más elevados y los 5 valles más profundos.

Parámetros de rugosidad: Parámetros debajo promedio en altura (PBY) Rpm, profundidad de nivelación ISO 4287/1: Es la medida de 5 profundidades de nivelación (distancia entre el pico más elevado hasta la línea media), determinadas en cada una de las longitudes básicas.

Parámetros de rugosidad: Parámetros de promedio alto en altura (PAY) Ra, rugosidad Media Aritmética ISO 4287/1 DIN 4768: Es el promedio aritmético de las desviaciones del perfil de rugosidad desde la línea central a lo largo de la longitud de evaluación lm. Se define mediante la expresión:

Es el parámetro que incorporan prácticamente la totalidad de instrumentos de medida actuales. En nomenclatura anglosajona: CLA (Center Line Average) o AA (Arithmetic Average) y se expresa en μin. Como no es posible alcanzar un grado de rugosidad en la mecanización y basta con una aproximación suficiente se definen las clases de rugosidad con base en los valores de Ra.

Parámetros de rugosidad: Parámetros de promedio alto en altura (PAY)

Ejemplo: N7: 1.6 ≤ Ra ≤ 3.2 μm Rq, rugosidad media cuadrática DIN 4761/1 Es el promedio cuadrático de las desviaciones del perfil de rugosidad desde la línea media a lo largo de la longitud de evaluación lm.

En la literatura anglosajona se suele designar como RMS (Root Mean Square) y se expresa en μin.

Calidad de una Superficie

Calidad de una Superficie

Calidad de una Superficie

Control de la Rugosidad Superficial

• • • • •

Procedimientos mecánicos. Procedimientos ópticos Por reflexión. Por interferencia. Procedimientos eléctricos.

Control de la Rugosidad Superficial Verificaciones elementales: •A simple vista o palpando con la yema del dedo. Máxima precisión 1 μm. •Probetas testigo.

Para ejes o agujeros: patrones con esas formas dotados de palpadores de Cu. Se aprecian rugosidades inferiores a 0,1 μm. Superficies planas: lupa esteresocópica o microscopio.

Medida de la rugosidad

Comparadores visotáctiles

Elementos para evaluar el acabado superficial de piezas por comparación visual y táctil con superficies de diferentes acabados obtenidas por el mismo proceso de fabricación.

Rugosímetro de palpador mecánico

Instrumento para la medida de la calidad superficial basado en la amplificación eléctrica de la señal generada por un palpador que traduce las irregularidades del perfil de la sección de la pieza.

Tarea 3: Simbología de la rugosidad y significado

Rugosímetro de palpador mecánico

Simbología para el acabado superficial

Definiciones de acabado superficial •

Desviación en la superficie — toda desviación de la superficie nominal bajo la forma de ondulaciones, defectos, trazas y perfil.

•

Ondulación — irregularidades de la superficie que se desvían de la superficie principal con la forma de ondas; pueden ser provocadas por vibraciones en la máquina o en la pieza, y generalmente están ampliamente espaciadas

•

Altura de ondulación — distancia entre pico y valle en decimales de pulgada o milímetros.

•

Amplitud de ondulación — distancia entre picos o valles de ondas sucesivas, en pulgadas o milímetros.

•

Rugosidad — irregularidades relativamente poco espacfiadas entre sí, sobrepuestas en el patrón de ondulaciones y provocadas por la herramienta de corte, o la acción del material abrasivo y el avance de la máquina. Estas irregularidades son mucho más angostas que el patrón de ondulación.

•

Altura de rugosidad — la desviación Ra medida perpendicularmente a la línea central, en micropulgadas o micrómetros.

•

Amplitud de rugosidad — la distancia entre picos de la rugosidad sucesivos paralelos a la superficie nominal,en pulgadas o milímetros.

•

Corte de la amplitud de rugosidad — el mayor espaciamiento de irregularidades superficiales repetitivas a incluir en la medición de altura de rugosidad. Siempre debe ser mayor que la amplitud de rugosidad. Los valores está .003, .010, .030, .100, .300 y 1 pulg (0.075, 0.25, 0.76,2.54, 7.62 y 25.4 mm).

Características y símbolos de superficie

Simbología para el acabado superficial

El significado de cada número y símbolo es el siguiente: 1, 6 es el valor Ra de la rugosidad en μm.

2 es el valor de la altura de la ondulación (no necesario). = es la orientación de la rugosidad (en este caso paralela a la línea). 0, 13 es el paso de la rugosidad en μm (no necesario) 6 es el valor del paso de la ondulación en mm (no necesario).

Simbología para el acabado superficial