La termodinámica en el corte de materiales

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República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para la Educación Universitaria
Instituto Universitario Politécnico
“Santiago Mariño”
Extensión Puerto Ordaz
Cátedra: Procesos de manufactura
La termodinámica
en el corte de los metales
Profesor: Integrantes:
Cádiz Alcides Gutiérrez Rosdeylis
Ramírez Elsimar
Sánchez María G.
Enero, 2017

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Índice
Pág:
Introducción:…………………………………………………………………….......3
Desarrollo:
1- Virutas:………………………………………………………………………4
- Tipos de virutas en el corte de metales:……………………………..6
- Fuerza y potencia en el corte:………………………………………...7
2- Fluidos de corte:……………………………………………………………8
- Tipos de fluidos en el corte de metales:……………………………..9
3- Seguridad industrial en el desprendimiento de virutas:……………...12
- Protección personal:………………………………………………….13
- Golpes producidos por:……………………………………………….15
- Heridas y quemaduras producidas por manipulación de virutas:.15
Conclusión:………………………………………………………………………..17
Bibliografía:………………………………………………………………………..18

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Introducción
La termodinámica hasta ahora, se ha entendido como aquella que
tiene que ver con la temperatura, pues estudia calor y su proceso
mecanizado para explicarlo de manera profunda. La termodinámica es
importante en el corte de materiales, puesto que se basa sobre la circulación
de la energía y como ésta es capaz de infundir movimiento.
El trabajo presentado, abarca el estudio de corte de metales, por lo
que se desarrolla el tema de fuerza, potencia, fluidos y otros. Puesto que
para esta oportunidad el estudio de corte de metales ha llevado a explicar los
residuos que se generan cuando se produce un corte, tal es el caso de las
virutas, de tal manera es posible apreciar que los residuos son útiles en los
procesos de manufactura. Dichas virutas, se desprenden del cepillado y
forman una lámina curva la cual puede ser reciclada en un nuevo material.
En los cortes, es tradicional la aplicación de fluidos generalmente
líquidos. Los fluidos de corte se utilizan en la mayoría de las operaciones de
mecanizado por arranque de viruta. Estos fluidos, se aplican sobre la zona
de formación de la viruta, para lo que se utilizan aceites, emulsiones y
soluciones.
Todos estos procesos, requieren protección de la mano de quien los
ejecuta, puesto que se está enfrentado no solo a residuos generados por los
metales y los fluidos, sino que se está enfrente de cambios de temperatura, o
en su defecto se está trabajando con calor. En palabras resumidas, el
desprendimiento de virutas requiere de un plan de seguridad industrial. Todo
lo planteado, se ha extendido en las siguientes páginas.

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La termodinámica en el corte de materiales
1- Virutas y tipos de virutas en el corte de metales
La viruta es una parte o pedazo irregular de residuos, siendo una lámina
en forma de espiral, la cual es posible obtener mediante procesos de
cepillados, desbastado o perforación. Pues claramente como se ha dicho al
inicio, es un material creado de residuos y al realizar un cepillado es posible
que se vayan generando dichos residuos y así obtener este fragmento. En lo
físico, la viruta tiene dos superficies: una en contacto con la cara de la
herramienta, la cual es cara de ataque y la otra de la superficie original de la
pieza. La cara que va hacia la herramienta es brillante debido al frotamiento
de la viruta al subir por la cara de la herramienta y la otra tiene un aspecto
rasgado y áspero.
Estos pueden darse tanto en las empresas generadoras de madera,
como en las de metal, cumpliendo aplicaciones según sea su tipo, en el caso
de las virutas de madera, se emplean en la elaboración de madera
elaboración de tablas de madera aglomerada, embalaje y protección de
paquetes, material de aislamiento, compost en jardinería, lecho para
mascotas o ganado. En el caso de las virutas de metal, son mayormente
recicladas en nuevo material.
En fin, es un concepto poco amplio y que lo que resalta en él es que las
virutas son residuos, ya que cuando se hace el cepillado labrando el material
esta va saliendo en espiral formando una lámina delgada. Si bien, esto es un
proceso mecanizado el cual es desarrollado de la siguiente manera, según la
siguiente referencia:
https://www.ucursos.cl/usuario/60a9bfeb0c721f171093788d3f007555/mi_blo
g/r/Capitulo_20.pdf

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En donde se expresa que las virutas son producidas por el cizallamiento,
el cual a su vez se produce sobre una zona especial para este proceso
denominado plano cortante, el cual genera un ángulo con la pieza y este
lleva por nombre ángulo cortante. Todo esto matemáticamente es expresado
de la siguiente manera:
Relación de corte: r=to/tc=sinφ/cos(φ-α)
tc: espesor de la viruta
to: profundidad de corte
α: ángulo de ataque. El espesor de la viruta siempre es mayor que la
profundidad de corte
Deformación cortante: gamma=cot(φ)+tan(φ-α)
Ángulo del cortante: φ=45°+α/2-β/2, donde β es el ángulo de fricción y está
relacionado con el coeficiente de fricción µ=tan(β).
- Al disminuir el ángulo de ataque y/o aumentar la fricción en la cara de
contacto entre herramienta y viruta, el ángulo del plano cortante
disminuye y la viruta se hace más gruesa (indican más disipación de
energía, porque la energía de deformación es mayor).

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V/cos(φ-α)=Vs/cos(α)=Vc/sin(φ), Vc: velocidad de flujo de la viruta, V:
velocidad de corte, Vs: velocidad de cizallamiento en el plano cortante.
r=to/tc=Vc/V
- Tipos de virutas en el corte de metales
El corte de metales es remover el metal mediante las operaciones de
maquinado y el proceso va desprendiendo metal en forma de virutas. Lo que
se quiere lograr con los cortes es eliminar en forma de viruta ciertas
porciones de la pieza a trabajar para que así se obtengan las características
deseadas. Obtener las virutas es importante ya que como se explicó en el
punto anterior es posible reusarlo. Para hablar de los distintos tipos se
considera la forma de la viruta y su deformación y se clasifican de la
siguiente manera:
-Virutas continuas: se suelen formar con materiales dúctiles, es decir
aquellos que se deforman sin romperse, a grandes velocidades de corte y/o
a grandes ángulos de ataque. Estas producen un buen acabado superficial,
pero no son siempre deseables, en especial en máquinas controladas por
computadoras; tienden a enredarse en el portaherramientas, los soportes y la
pieza, así como en los sistemas de eliminación de viruta. Se cree que esto
sucede porque como son provenientes de la ductilidad, no se rompen sino
que se van extendiendo y por ende puede ocurrir el enredo.
-Virutas de borde acumulado o recrecido: consiste en capas de material
de la pieza maquinada que se deposita en forma gradual, es decir continua,
sobre la herramienta.Cuando se va agradando, se convierte en inestable
hasta que finalmente se rompe, entonces es uno de los factores que afecta
el acabado superficial en el corte. Para que esta viruta no se forme o se
pueda reducir su proceso se debe tener en cuenta el siguiente proceso:

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disminuir la profundidad de corte, aumentando el ángulo de ataque, usando
una herramienta aguda y usando un buen fluido de corte. Mientras más
afinidad exista en los materiales de la herramienta y la pieza, este tipo de
virutas es mayor.
-Virutas discontinuas: representan una condición en la que el metal se
fractura en partes considerablemente pequeñas, delante de la herramienta
cortante.Este tipo de virutas se obtiene por maquinado de la mayoría de
metales frágiles, tales como el hierro fundido y el bronce. En tanto se
producen estas virutas, el filo cortante corrige las irregularidades y se obtiene
un acabado bastante bueno. La duración de la herramienta es
considerablemente alta y la falla ocurre usualmente por desgaste de la
superficie de contacto de la herramienta. También se pueden formar virutas
discontinuas en algunos materiales dúctiles si el coeficiente de fricción es
alto.
En fin, tales virutas son una indicación de malas condiciones de corte
porque al utilizar las herramientas erróneas o simplemente realizar un corte
no adecuado el material por ende se va a romper.
 Fuerza y potencia de corte
Se ha reflexionado que para el estudio de cortes de metales es
importante conocer las fuerzas y la potencia en las operaciones de corte, por
las siguientes razones: para poder seleccionar una máquina herramienta de
potencia suficiente, para poder diseñar en forma correcta las maquinas
herramientas y evitar distorsiones excesivas de sus elementos, manteniendo
las tolerancias dimensionales necesarias en la parte acabada, las
herramientas y sus sujetadores, así como los soportes de pieza y poder
determinar antes de la producción real, si la pieza es capaz de resistir las
fuerzas de corte sin deformarse demasiado.

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Matemáticamente las fuerzas de corte son denotadas de la siguiente
manera:
- Fc: fuerza de corte, la cual genera la energía necesaria para hacer el
corte.
- Ft: fuerza de empuje, quien es perpendicular a la velocidad de corte.
- F: fuerza de fricción.
- Fs: fuerza de cizallamiento.
- Fn: fuerza normal
Y las ecuaciones convencionales son las siguientes:
Fs=Fc cos(φ)-Ft sen(φ)
Fn=Fc sen(φ)+Ft cos(φ)
2- Fluidos de corte
Los fluidos de corte son líquidos o gases que se utilizan aplicándolos
directamente en operaciones de mecanizado por arranque de viruta para
mejorar el desempeño del corte. Los fluidos de corte presentan dos
propiedades esenciales para su utilización en el mecanizado, estas son, su
poder refrigerante y lubricante.
Cuando nos referimos a su poder refrigerante, hablamos de la
capacidad de este, de almacenar energía calórica, también conocida como
calor específico. Un líquido que posee una baja viscosidad, posibilita el baño
completo del objeto y maximiza el contacto térmico, así, mientras mayor sea
el contacto con la herramienta y su calor específico sea alto, mayor será su
poder refrigerante. Es decir ayuda a mantener en temperaturas bajas la pieza
de trabajo para un manejo más fácil y a tener un mejor acabado a las piezas
maquinadas.

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El poder lubricante del fluido reduce el coeficiente de roce, permitiendo
el deslizamiento de la viruta sobre la cara anterior de la herramienta y del
mismo modo el fácil desplazamiento de la caja de herramientas, cojinetes, u
otro elemento que se deslice por la herramienta y que involucre un desgaste
su trabajo en contacto directo con la máquina.
Además cabe destacar que estos refrigerantes cubren las piezas de
corte y las piezas a maquinar contra la corrosión y oxidación, eliminan
bacterias al ser almacenado, disminuyen la energía utilizada por la
herramienta de corte para realizar el trabajo de maquinado, y limpian el área
de corte de virutas, polvo y escoria que se pueda juntar.
Para realizar un correcto uso de una máquina herramienta, debemos
tener en cuenta estas dos variables (refrigerante y lubricante), que si bien
implican un costo, ayudaran enormemente al correcto funcionamiento y a un
aumento de la vida útil de nuestro equipo.
- Tipos de fluidos usados para corte de metales
Los principales tipos de fluidos de corte de metales son:
 Aceites puros: los aceites puros se dividen en tres tipos.
Aceites Minerales: Los aceites minerales son obtenidos de la destilación del
petróleo crudo y, desde un punto de vista químico, es parecido a la vaselina.
Está compuesto por hidrocarburos de cadena larga y existen diferentes tipos
en cuanto a densidad y viscosidad.
Aceites Vegetales: Son obtenidos de plantas y semillas, como el aceite de
colza. Tienen mejor poder lubricante, pero menos refrigeración.

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Aceites al bisulfuro de molibdeno: Mejoran la lubricación a elevadas
presiones, no son utilizables en aleaciones no ferrosas, ya que originan
corrosión.
 Aceites Mixtos: Se originan de las mezclas de aceites vegetales o
animales y minerales; los primeros entran en la proporción de 10% a
30%, tiene un buen poder lubrificante y refrigerante. Son más
económicos que los vegetales.
 Aceites Emulsionables: Se obtienen mezclando aceite mineral con
agua en distintas proporciones: para trabajos ligeros, de 3 a 8% son
emulsiones diluidas, para mecanizado de mediana dureza, 8 a15%
son emulsiones medias, para trabajo con metales duros, de 15 a 30%
son emulsiones densas.
 Fluidos Sintéticos y Semisintéticos: disoluciones en agua de
compuestos de azufre, cloro, fósforo, y agentes humectantes. Tienen
buenas propiedades refrigerantes, pero malas propiedades
lubricantes.
Después de conocer los lubricante, refrigerantes existentes, para elegir el
que se va a utilizar nos basamos en criterios que dependen de los siguientes
factores:
Del material de la pieza a fabricar
Aleaciones ligeras Se utiliza petróleo, es decir aceites minerales.
Latón, Bronce y Cobre El trabajo se realiza en seco o con cualquier tipo
de aceite que esté exento de azufre.
Níquel y sus aleaciones Se emplean los Aceites emulsionables.
Aceros al carbono Se pueden utilizar cualquier aceite.

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Aceros Inoxidables
auténticos
Se utilizan los Aceites al bisulfuro de molibdeno.
Del material que constituye la herramienta
Aceros al Carbono Se emplean las emulsiones.
Aceros Rápidos Se orienta la elección de acuerdo con el material
a trabajar.
Aleaciones Duras Se trabaja en seco o se emplean los Aceites
Emulsionables.
Según el método de trabajo
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.
Operaciones de
Rectificado
Se emplean las emulsiones.
Taladrado Se utilizan los aceites puros de baja viscosidad.
Fresado Se emplean las emulsiones.
Brochado Se utilizan los aceites para altas presiones de
corte o emulsiones.

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3- Seguridad industrial en el desprendimiento de virutas en el
proceso de manufactura
Todas las actividades industriales llevan consigo una exposición peligrosa
a una tecnología cambiante, que a su vez nos proporciona conocimientos
para poder crear los medios de protección más eficientes, para el trabajador
y el medio ambiente. No obstante, la evolución tecnológica ha dado origen a
otros riesgos como son el mantenimiento, ajuste, montaje y manipulación de
piezas fuera del conjunto de máquina. Si nos centramos en la problemática
de la seguridad de la maquinaria en procesos industriales, quizás sea la
máquina-herramienta la que mayores dificultades nos proporcione.
Toda máquina-herramienta se encuentra formada por un conjunto de
elementos, hidráulicos, neumáticos, eléctricos, mecánicos o combinación de
los mismos, capaces de transmitir la potencia desde un órgano energético
denominado motor, a un órgano operador denominado herramienta. Y a su
vez estas máquina-herramienta se tienden a clasifican en dos q son
automáticas y manuales. Aunque las máquinas manuales se puede decir que
son las que mayores dificultades presentan para su protección, por el motivo
de que el operario necesita acceder al punto de peligro, o bien, debe de tener
posibilidad de observar el mismo.
Por ello, los principios fundamentales de protección de las máquinas,
están basados en el hecho de que el operario, necesite o no, acceder a la
zona de peligro. Por ende la seguridad industrial en el desprendimiento de
virutas de las maquinas se refiere a una serie de normas, reglamentos y
principios de legislación que se establece a objeto de evitar los accidentes
laborales y enfermedades.
En todo proceso de manufactura donde exista desprendimiento de viruta
no se está exento de sufrir algún accidente ocupacional. Uno de los equipos

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más comunes empleado en los procesos de manufactura es el torno y al este
ser utilizado se debe tomar en cuenta las siguientes prevenciones:
 Los interruptores y las palancas de embrague de los tornos, se han de
asegurar para que no sean accionados involuntariamente; las
arrancadas involuntarias han producido muchos accidentes.
 Las poleas y correas de transmisión acoplamientos, e incluso los ejes
lisos de la máquina deben estar protegidas por cubiertas.
 Conectar el torno a tableros eléctricos que cuente con interruptor
diferencial de sensibilidad adecuada y la puesta a tierra
correspondiente. Es conveniente que las carcasas de protección de
los engranes y transmisiones vayan provistas de interruptores
instalados en serie, que impidan la puesta en marcha del torno cuando
las protecciones no están cerradas.
 Todas las operaciones que se hagan para la comprobación,
medición, ajuste, etc., deben realizarse con la máquina (torno)
totalmente parada para que no valla ocurrir un accidente.
 Se debe instalar un interruptor o dispositivo de parada de emergencia,
al alcance inmediato del operario.
- Protección Personal
 Primero que todo antes de hacer funcionar la máquina, el personal
debe vestir: braga con mangas cortas, lentes, zapatos de seguridad.

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 Para el torneado los trabajadores deben utilizar anteojos de seguridad
contra impactos (transparentes), sobre todo cuando se mecanizan
metales duros, frágiles o quebradizos.
 El trabajador que vaya a tornear deberá llevar la ropa de trabajo bien
ajustada, esto implica que no debe llevar bolsillos en el pecho y ni
cinturón. De igual forma las mangas deben llevarse ceñidas a la
muñeca.
 Se debe emplear en la zona de trabajo calzado de seguridad que
proteja contra cortes y pinchazos de virutas, así como contra caídas
de piezas pesadas.
 Es muy peligroso trabajar en la maquina (Torno) llevando anillos,
relojes, pulseras, cadenas en el cuello, bufandas, corbatas o cualquier
prenda que cuelgue.
 Así mismo es peligroso llevar cabellos largos y sueltos, deben
recogerse bajo gorro o prenda similar que sujeten bien el cabello a la
hora de tornear. Lo mismo sucede con la barba larga que debe
recogerse.
 Las virutas deben ser retiradas con regularidad, utilizando un cepillo o
brocha para las virutas secas y una escobilla de goma para las
húmedas y aceitosas.
 Las virutas producidas durante el mecanizado (torneado), nunca
deben retirarse o tocar con la mano.
 Para retirar una pieza, eliminar las virutas, comprobar medidas, etc. se
debe parar la máquina.

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Los riesgos más característicos de este tipo de máquinas (torno), están
engendrados por los diferentes elementos móviles que en sus
desplazamientos crean zonas de atrapamiento, cizallamiento o proyectan
elementos tales como virutas, fragmentos del útil, llaves, etc. Las causas más
frecuentes de los accidentes producidos en estas máquinas, junto a las
medidas a adoptar en cada caso son las siguientes:
Golpes producidos por:
— Proyección de virutas.
— Proyección de útiles o trozos de los mismos.
— Proyección de llaves de apriete.
En estos casos, las medidas a adoptar serían las siguientes:
— Colocación de resguardos protectores o pantallas
— Resguardo regulable en una fresadora.
— Utilización de gafas en caso de eliminar por razón justificable el resguardo
correspondiente.
— Utilizar llaves con dispositivo expulsor.
— Con el fin de evitar posibles proyecciones de la pieza o herramienta, se
recomienda efectuar correctamente los amarres, dotar a los circuitos de
alimentación de una válvula de retención.
Heridas y quemaduras producidas por manipulación de virutas:
Las medidas a adoptar serán las siguientes:
— Utilizar útiles rompe virutas.
— Si se han de manipular las virutas, se emplearán útiles adecuados.

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— Utilizar guantes de seguridad, pero solamente durante la manipulación de
las virutas. No utilizarlos durante el mecanizado.
— Si es posible, utilizar elementos automáticos de evacuación de virutas
(cintas transportadoras, aspiración, etc.).

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Conclusión:
Una vez desarrollado todo el tema del trabajo de forma detallada se
pudo adquirir el conocimiento de que las virutas son residuos que salen de
procesos de cepillados, desbastados o perforaciones, con el fin de dejar que
la pieza mediante el mecanizado adquiera una mejor forma. Todo esto
sucede con la ayuda de fluidos de corte que llegando a una conclusión
podemos decir que son de gran ayuda para el proceso de mecanizado ya
que hacen más fácil el trabajo de corte de la pieza enfriando tanto la maquina
como la herramienta y a su vez limpiando el área del corte de las virutas.
Cabe destacar que para utilizar los fluidos de corte de mecanizado no
pueden utilizarse cualquiera sino, se debe hacer una elección de cuál sería el
más apropiado mediante tres factores fundamentales los cuales son: del
material de la pieza a fabricar, del material que constituye la herramienta y
según el método de trabajo.
Finalmente se conoció que no solo se necesitan de unos buenos
fluidos para el corte de metales sino que también hay un aspecto que lo
complementa el cual es la seguridad industrial en los equipos tanto como el
de la maquinaria como del hombre ya que se deben tomar precauciones de
cualquier accidente laboral.

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Bibliografía
DominguezAniuska (sin fecha). Tecnología de los metales. Habana, Cuba.
Recuperado de https://www.ecured.cu/Viruta
Véliz Jonathan (sin fecha). Desprendimiento de virutas. México. Recuperado
de http://html.rincondelvago.com/desprendimiento-de-virutas.html
Sifontes Marcos (18/09/16). Tipos de viruta. México. Recuperado de
http://ferrepro.mx/tipos-de-viruta/
M. Fernanda Duarte Cáceres (2009). Fluidos de corte. Recuperado de
http://fluidosdecorte.blogspot.com/
David Ramírez (2011) .Fluidos en el corte. Recuperado de
http://datateca.unad.edu.co/contenidos/332571/PROCMANUF/132fluidosenel
corte.html
Ramón Duran (Sin fecha).PROYECTO Fittema – Antena de transferencia de
tecnología – Fluidos de corte. Recuperado de
http://www.istas.net/risctox/gestion/estructuras/_3087.pdf
Quiminet (2016).¿Qué son los aceites de corte?. Recuperado de
https://www.quiminet.com/articulos/que-son-los-aceites-de-corte-4035.htm
Luis Miguel Hernández/ (sin fecha) /Desprendimiento de viruta por
maquinado, convencional y cnc. Recuperado de:
https://todoingenieriaindustrial.wordpress.com/procesos-de-fabricacion/3-3-
desprendimiento-de-viruta-por-maquinado-convencional-y-cnc

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