Gerardo aguilar termodinamica en arranque de viruta

1. REPÚBLICA BOLIVARIA DE VENEZUELA
MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN SUPERIOR
INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITECNICO “SANTIAGO MARIÑO”
CÁTEDRA: PROCESOS DE MANUFACTURAS
Zulia/Maracaibo
BACHILLER:
Gerardo Aguilar 20.661.852

2. La termodinámica en el corte de metales, mediante el uso de herramientas
de corte, donde existe desprendimiento de viruta.
En la actualidad, los procesos de fabricación mediante el mecanizado de
piezas constituyen uno de los procedimientos más comunes en la industria
metalmecánica para la obtención de elementos y estructuras con diversidad de
formas, materiales y geometrías con elevado 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 herramienta-viruta y herramienta-material de
trabajo.
La predicción de la temperatura de corte para el proceso de mecanizado es de
reconocida importancia debido a sus efectos en el desgaste de la herramienta y
su influencia sobre la productividad, el costo de la herramienta y el acabado
superficial de la pieza mecanizada. Por otra parte, el costo del mecanizado se
encuentra altamente relacionado con el porcentaje de metal removido y este
costo se puede reducir mediante el incremento de los parámetros de corte, los
que a su vez, son limitados por la temperatura de corte.
El objetivo principal de este trabajo es el de analizar la influencia de las
variables de corte, propiedades térmicas y mecánicas del material de trabajo en
la temperatura de corte generada durante el fresado frontal de materiales
ferrosos como el acero AISI 1020, AISI 1045 Y AISI 4140 y de materiales no
ferrosos como el cobre UNS C14500, latón UNS C35600 y bronce UNS
C83800.
Para la medición de la temperatura de corte se diseñó y se construyó un equipo
de medición de temperatura para operaciones de fresado frontal, basado en el
método de termopar pieza-herramienta. Se realizaron una serie de ensayos
experimentales aplicando el método de Taguchi el cual emplea un arreglo
ortogonal de forma tal de recolectar toda la data significativa de forma
estadística, con el menor número de repeticiones posibles, de esta forma se
logra una disminución de los costos y del tiempo de ejecución de los
experimentos. Así mismo, a través de la Señal Ruido (SIR) se obtuvo la
combinación óptima de parámetros para alcanzar la mínima temperatura de
corte durante el proceso de fresado frontal. Posteriormente se desarrollaron
expresiones matemáticas, mediante regresiones lineales múltiples, para la
predicción de la temperatura de corte de cada material, en función de las
variables de corte, velocidad de corte (V), profundidad de pasada (d), velocidad
de avance de la herramienta (F),dureza (HBN ó HRB) y conductividad térmica
del material (K).
Los resultados de los ensayos reflejan, tal como era de esperarse, que al
aumentar las variables de corte, V, F Y d la temperatura de corte se
incrementa. Adicionalmente se observó que la velocidad de corte tiene una

3. influencia mayor al 70% sobre la temperatura de corte, la velocidad de avance
y la profundidad de corte poseen una influencia entre el 10%-12%.
Mecanizado sin arranque de viruta
Todas las piezas metálicas, excepto las fundidas, en algún momento de su
fabricación han estado sometidas a una operación al menos de conformado de
metales, y con frecuencia se necesitan varias operaciones diferentes. Así, el
acero que se utiliza en la fabricación de tubos para la construcción de sillas se
forja, se lamina en caliente varias veces, se lamina en frío hasta transformarlo
en chapa, se corta en tiras, se le da en frío la forma tubular, se suelda, se
maquina en soldadura y, a veces, también se estira en frío. Esto, aparte de
todos los tratamientos subsidiarios. La teoría del conformado de metales puede
ayudar a determinar la forma de utilizar las máquinas de la manera más
eficiente posible, así como a mejorar la productividad.
Mecanizado por abrasión
La abrasión es la eliminación de material desgastando la pieza en pequeñas
cantidades, desprendiendo partículas de material, en muchos casos,
incandescente. Este proceso se realiza por la acción de una herramienta
característica, la muela abrasiva. En este caso, la herramienta (muela) está
formada por partículas de material abrasivo muy duro unidas por
un aglutinante. Esta forma de eliminar material rayando la superficie de la
pieza, necesita menos fuerza para eliminar material apretando la herramienta
contra la pieza, por lo que permite que se puedan dar pasadas de mucho
menor espesor. La precisión que se puede obtener por abrasión y el acabado
superficial pueden ser muy buenos pero los tiempos productivos son muy
prolongados.
Mecanizado por arranque de viruta
El material es arrancado o cortado con una herramienta dando lugar a un
desperdicio o viruta. La herramienta consta, generalmente, de uno o varios filos
o cuchillas que separan la viruta de la pieza en cada pasada. En el mecanizado
por arranque de viruta se dan procesos de desbaste (eliminación de mucho
material con poca precisión; proceso intermedio) y de acabado (eliminación de
poco material con mucha precisión; proceso final cuyo objetivo es el de dar el
acabado superficial que se requiera a las distintas superficies de la pieza). Sin
embargo, tiene una limitación física: no se puede eliminar todo el material que
se quiera porque llega un momento en que el esfuerzo para apretar la
herramienta contra la pieza es tan liviano que la herramienta no penetra y no se
llega a extraer viruta.

4. Movimientos de corte
En el proceso de mecanizado por arranque de material intervienen dos
movimientos:
1. Movimiento principal: es el responsable de la eliminación del material.
2. Movimiento de avance: es el responsable del arranque continuo del
material, marcando la trayectoria que debe seguir la herramienta en tal
fin.
Cada uno de estos dos movimientos lo puede tener la pieza o la herramienta
según el tipo de mecanizado.
Mecanizado manual
Es el realizado por una persona con herramientas exclusivamente
manuales: sierra, lima, cincel, buril; en estos casos el operario maquina la pieza
utilizando alguna de estas herramientas, empleando para ello su destreza y
fuerza.
Medida de las temperaturas de corte
Diferentes técnicas para la medida de la temperatura de corte
-Medidas de termopares
-Medidas con elementos sensibles a las radiaciones
-Medidas con sustancias reactivas
Velocidad de corte
Se define como velocidad de corte la velocidad lineal de la periferia de la pieza
que está en contacto con la herramienta. La velocidad de corte, que se expresa
en metros por minuto (m/min), tiene que ser elegida antes de iniciar el
mecanizado y su valor adecuado depende de muchos factores, especialmente
de la calidad y tipo de herramienta que se utilice, de la profundidad de pasada,
de la dureza y la maquinabilidad que tenga el material que se mecanice y de la
velocidad de avance empleada. Las limitaciones principales de la máquina son
su gama de velocidades, la potencia de los motores y de la rigidez de la fijación
de la pieza y de la herramienta.

5. A partir de la determinación de la velocidad de corte se puede determinar las
revoluciones por minuto que tendrá el cabezal del torno, según la siguiente
fórmula:
Donde Vc es la velocidad de corte, n es la velocidad de rotación de la pieza a
maquinar y Dc es el diámetro de la pieza.
La velocidad de corte es el factor principal que determina la duración de la
herramienta. Una alta velocidad de corte permite realizar el mecanizado en
menos tiempo pero acelera el desgaste de la herramienta. Los fabricantes de
herramientas y prontuarios de mecanizado, ofrecen datos orientativos sobre la
velocidad de corte adecuada de las herramientas para una duración
determinada de la herramienta, por ejemplo, 15 minutos. En ocasiones, es
deseable ajustar la velocidad de corte para una duración diferente de la
herramienta, para lo cual, los valores de la velocidad de corte se multiplican por
un factor de corrección. La relación entre este factor de corrección y la duración
de la herramienta en operación de corte no es lineal.8
La velocidad de corte excesiva puede dar lugar a:
Desgaste muy rápido del filo de corte de la herramienta.
Deformación plástica del filo de corte con pérdida de tolerancia del
mecanizado.
Calidad del mecanizado deficiente; acabado superficial ineficiente.
La velocidad de corte demasiado baja puede dar lugar a:
Formación de filo de aportación en la herramienta.
Efecto negativo sobre la evacuación de viruta.
Baja productividad.
Coste elevado del mecanizado.
Velocidad de rotación de la pieza
La velocidad de rotación del cabezal del torno se expresa habitualmente en
revoluciones por minuto (rpm). En los tornos convencionales hay una gama
limitada de velocidades, que dependen de la velocidad de giro del motor
principal y del número de velocidades de la caja de cambios de la máquina. En
los tornos de control numérico, esta velocidad es controlada con un sistema de
realimentación que habitualmente utiliza un variador de frecuencia y puede

6. seleccionarse una velocidad cualquiera dentro de un rango de velocidades,
hasta una velocidad máxima.
La velocidad de rotación de la herramienta es directamente proporcional a la
velocidad de corte e inversamente proporcional al diámetro de la pieza.
Velocidad de avance
El avance o velocidad de avance en el torneado es la velocidad relativa entre la
pieza y la herramienta, es decir, la velocidad con la que progresa el corte. El
avance de la herramienta de corte es un factor muy importante en el proceso
de torneado.
Cada herramienta puede cortar adecuadamente en un rango de velocidades de
avance por cada revolución de la pieza , denominado avance por revolución
(fz). Este rango depende fundamentalmente del diámetro de la pieza , de la
profundidad de pasada , y de la calidad de la herramienta . Este rango de
velocidades se determina experimentalmente y se encuentra en los catálogos
de los fabricantes de herramientas. Además esta velocidad está limitada por las
rigideces de las sujeciones de la pieza y de la herramienta y por la potencia del
motor de avance de la máquina. El grosor máximo de viruta en mm es el
indicador de limitación más importante para una herramienta. El filo de corte de
las herramientas se prueba para que tenga un valor determinado entre un
mínimo y un máximo de grosor de la viruta.
La velocidad de avance es el producto del avance por revolución por la
velocidad de rotación de la pieza.
Al igual que con la velocidad de rotación de la herramienta, en los tornos
convencionales la velocidad de avance se selecciona de una gama de
velocidades disponibles, mientras que los tornos de control numérico pueden
trabajar con cualquier velocidad de avance hasta la máxima velocidad de
avance de la máquina.
Efectos de la velocidad de avance
Decisiva para la formación de viruta
Afecta al consumo de potencia
Contribuye a la tensión mecánica y térmica
La elevada velocidad de avance da lugar a:

7. Buen control de viruta
Menor tiempo de corte
Menor desgaste de la herramienta
Riesgo más alto de rotura de la herramienta
Elevada rugosidad superficial del mecanizado.
La velocidad de avance baja da lugar a:
Viruta más larga
Mejora de la calidad del mecanizado
Desgaste acelerado de la herramienta
Mayor duración del tiempo de mecanizado
Mayor coste del mecanizado
Tiempo de torneado
Fuerza específica de corte
La fuerza de corte es un parámetro necesario para poder calcular la potencia
necesaria para efectuar un determinado mecanizado. Este parámetro está en
función del avance de la herramienta, de la profundidad de pasada, de la
velocidad de corte, de la maquinabilidad del material, de la dureza del material,
de las características de la herramienta y del espesor medio de la viruta. Todos
estos factores se engloban en un coeficiente denominado Kx. La fuerza
específica de corte se expresa en N/mm2.9
Potencia de corte
La potencia de corte Pc necesaria para efectuar un determinado mecanizado
se calcula a partir del valor del volumen de arranque de viruta, la fuerza
específica de corte y del rendimiento que tenga la máquina . Se expresa en
kilovatios (kW).
Esta fuerza específica de corte Fc, es una constante que se determina por el
tipo de material que se está mecanizando, geometría de la herramienta,
espesor de viruta, etc.
Para poder obtener el valor de potencia correcto, el valor obtenido tiene que
dividirse por un determinado valor (ρ) que tiene en cuenta la eficiencia de la

8. máquina. Este valor es el porcentaje de la potencia del motor que está
disponible en la herramienta puesta en el husillo.
donde
Pc es la potencia de corte (kW)
Ac es el diámetro de la pieza (mm)
f es la velocidad de avance (mm/min)
Fc es la fuerza específica de corte (N/mm2)
ρ es el rendimiento o la eficiencia de el máquina
[editar]Factores que influyen en las condiciones tecnológicas del torneado
Diseño y limitaciones de la pieza: tamaño, tolerancias del torneado, tendencia a
vibraciones, sistemas de sujeción, acabado superficial, etc.
Operaciones de torneado a realizar: cilindrados exteriores o interiores,
refrentados, ranurados, desbaste, acabados, optimización para realizar varias
operaciones de forma simultánea, etc.
Estabilidad y condiciones de mecanizado: cortes intermitentes, voladizo de la
pieza, forma y estado de la pieza, estado, potencia y accionamiento de la
máquina, etc.
Disponibilidad y selección del tipo de torno: posibilidad de automatizar el
mecanizado, poder realizar varias operaciones de forma simultánea, serie de
piezas a mecanizar, calidad y cantidad del refrigerante, etc.
Material de la pieza: dureza, estado, resistencia, maquinabilidad, barra,
fundición, forja, mecanizado en seco o con refrigerante, etc.
Disponibilidad de herramientas: calidad de las herramientas, sistema de
sujeción de la herramienta, acceso al distribuidor de herramientas, servicio
técnico de herramientas, asesoramiento técnico.
Aspectos económicos del mecanizado: optimización del mecanizado, duración
de la herramienta, precio de la herramienta, precio del tiempo de mecanizado.
Aspectos especiales de las herramientas para mandrinar: se debe seleccionar
el mayor diámetro de la barra posible y asegurarse una buena evacuación de la
viruta. Seleccionar el menor voladizo posible de la barra. Seleccionar
herramientas de la mayor tenacidad posible.

9. Formación de viruta
El torneado ha evolucionado tanto que ya no se trata tan solo de arrancar
material a gran velocidad, sino que los parámetros que componen el proceso
tienen que estar estrechamente controlados para asegurar los resultados
finales de economía calidad y precisión. En particular, la forma de tratar la
viruta se ha convertido en un proceso complejo, donde intervienen todos los
componentes tecnológicos del mecanizado, para que pueda tener el tamaño y
la forma que no perturbe el proceso de trabajo. Si no fuera así se acumularían
rápidamente masas de virutas largas y fibrosas en el área de mecanizado que
formarían madejas enmarañadas e incontrolables.
La forma que toma la viruta se debe principalmente al material que se está
cortando y puede ser tanto dúctil como quebradiza y frágil.
El avance con el que se trabaje y la profundidad de pasada suelen determinar
en gran medida la forma de viruta. Cuando no bastan estas variables para
controlar la forma de la viruta hay que recurrir a elegir una herramienta que
lleve incorporado un rompevirutas eficaz.
Mecanizado en seco y con refrigerante
Hoy en día el torneado en seco es completamente viable. Hay una tendencia
reciente a efectuar los mecanizados en seco siempre que la calidad de la
herramienta lo permita.
La inquietud se despertó durante los años 90,cuando estudios realizados en
empresas de fabricación de componentes para automoción en Alemania
pusieron de relieve el coste elevado de la refrigeración y sobre todo de su
reciclado.
Sin embargo, el mecanizado en seco no es adecuado para todas las
aplicaciones, especialmente para taladrados, roscados y mandrinados para
garantizar la evacuación de las virutas.
Tampoco es recomendable tornear en seco materiales pastosos o demasiado
blandos como el aluminio o el acero de bajo contenido en carbono ya que es
muy probable que los filos de corte se embocen con el material que cortan,
produciendo mal acabado superficial, dispersiones en las medidas de la pieza e
incluso rotura de los filos de corte.
En el caso de mecanizar materiales de viruta corta como la fundición gris la
taladrina es beneficiosa como agente limpiador, evitando la formación de nubes
de polvo tóxicas.

10. La taladrina es imprescindible torneando materiales abrasivos tales como
inoxidables, inconells, etc
En el torneado en seco la maquinaria debe estar preparada para absorber sin
problemas el calor producido en la acción de corte.
Para evitar sobrecalentamientos de husillos, etc suelen incorporarse circuitos
internos de refrigeración por aceite o aire.
Salvo excepciones y a diferencia del fresado el torneado en seco no se ha
generalizado pero ha servido para que las empresas se hayan cuestionado
usar taladrina solo en las operaciones necesarias y con el caudal necesario.
Es necesario evaluar con cuidado operaciones, materiales, piezas, exigencias
de calidad y maquinaria para identificar los beneficios de eliminar el aporte de
refrigerante.
Condiciones de corte
Para realizar una operación de maquinado es necesario que se de un
movimiento relativo de la herramienta y la pieza de trabajo. El movimiento
primario se realiza a una cierta VELOCIDAD DE CORTE; además, la
herramienta debe moverse lateralmente a través del trabajo. Este es un
movimiento mucho mas lento, llamado AVANCE, la dimensión restante del
corte es la penetración de la herramienta de corte dentro de la superficie
original de trabajo, llamada PROFUNDIDAD DE CORTE. Al conjunto de
velocidad, avance y profundidad de corte son llamadas: condiciones de corte.
Para herramientas de punta simple, podemos obtener la velocidad de remoción
del material con la siguiente fórmula:
Q = vL fR d
Donde Q = velocidad de remoción de material (mm³/seg); vL = velocidad de
corte (mm/seg); fR = avance (mm) y d = profundidad de corte (mm).
Las unidades pueden cambiar dependiendo del tipo de operación, por ejemplo
en el proceso de TALADRADO, la profundidad viene dada por la profundidad
del agujero, además la profundidad va medida en la misma dirección que el
avance, al igual que el proceso de TRONZADO.

11. Teoría de la formación de viruta en el maquinado
Para poder explicar el proceso de la formación de la viruta en el maquinado de
metales, se hace uso del modelo de CORTE ORTOGONAL. Aunque el proceso
de maquinado es tridimensional, este modelo solo considera dos dimensiones
para su análisis.
El modelo de corte ortogonal asume que la herramienta de corte tiene forma de
cuña, y el borde cortante es perpendicular a la velocidad de corte, cuando esta
herramienta se presiona contra la pieza de trabajo se forma por deformación
cortante la viruta a lo largo del plano de corte (ver figura) y es así como se
desprende la viruta de la pieza. La herramienta para corte ortogonal tiene dos
elementos geométricos, el ángulo de ataque (a) y el ángulo del claro o de
incidencia que es el que provee un claro entre la herramienta y la superficie
recién generada.
La distancia a la que la herramienta se coloca por debajo de la superficie
original de trabajo es to Y luego que la viruta sale con un espesor mayor tc; y la
relación de to a tc se llama: relación del grueso de la viruta. r = to / tc.
La geometría del modelo de corte nos permite establecer una relación
importante entre el espesor de la viruta, el ángulo de ataque y el ángulo del
plano de corte.
PARTES DE LA HERRAMIENTA
LA CARA. Es la parte superior de la cuchilla. Es la superficie sobre la que se
efectúa el ataque de la viruta (enrolla) según depende de la pieza de trabajo.
EL BORDE CORTANTE. Es la parte de la herramienta que hace el corte
realmente.
LA NARIZ. Se refiere a la esquina o arco formado por las partes lateral y frontal
del borde cortante.
EL FLANCO. Es la superficie lateral del borde cortante.
LA PUNTA. Es la parte de la herramienta que se esmerila para formar la cara y
el borde cortante.

12. ÁNGULOS DE LA HERRAMIENTA
El ángulo de incidencia lateral, es el formado por la superficie esmerilada
(flanco) y el lado vertical de la herramienta antes de afilarla, este ángulo es el
que nos proporciona un espacio libre entre la superficie cortada de la pieza y el
flanco de la herramienta.
El ángulo de salida lateral se refiere al ángulo entre la cara de la herramienta y
una línea que representa la parte superior de la cuchilla sin esmerilar vista
desde el extremo, este ángulo es el que controla el tipo de viruta producida
durante el maquinado.
El ángulo de incidencia frontal, es el formado entre el extremo del borde
cortante y una línea vertical. Este ángulo proporciona espacio libre entre la
superficie terminada de la pieza y la herramienta.
El ángulo de salida posterior separa la viruta de la pieza acabada y proporciona
a la herramienta una acción rebanadora.
El ángulo de corte frontal proporciona espacio libre entre el cortador y la
superficie acabada de la pieza.
El ángulo de corte lateral separa la viruta de la superficie acabada.
El radio de la nariz elimina la esquina frágil de la herramienta, prolonga la
duración de la misma y mejora el acabado.