Termodinámica

1. REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
INSTITUTO UNIVERSITARIO
“ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”
EXTENSIÓN PUERTO ORDAZ
.
La termodinámica en el corte de metales,
mediante el uso de herramientas de corte, donde
existe desprendimiento de viruta.
Puerto Ordaz Junio, 2016
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Bachiller:
Jorge Hernández C.I.: 23.501.519
Profesor:
Ing. Alcides j. Cádiz

2. ÍNDICE
Pág.
Introducción…………………………………………………………………… 03
La termodinámica en el corte de metales, mediante el uso de
herramientas de corte, donde existe desprendimiento de viruta……….. 04
Importancia de las variables de corte, calor, energía y temperatura en
los procesos de manufactura……………………………………………….. 10
Uso de las tablas físicas y químicas asociadas a la termodinámica de
corte de metales……………………………………………………………… 12
Seguridad industrial y el desprendimiento de viruta en el proceso de
manufactura…………………………………………………………………... 13
Conclusión…………………………………………………………………… 16
Referencias Bibliográficas………………………………………………… 17
INTRODUCCIÓN
En todos los procesos de manufacturas esta expenso a cambios de
temperaturas, en el espacio y tiempo según la naturaleza del compuesto
trabajado. La obtención de un producto terminado puede en su mayoría
generar desechos utilizables por un medio del método de reciclable
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3. garantizando el uso adecuado. Los residuos de metales que deja la fricción
de herramientas contra estos recursos dan paso a las existencias de las
llamadas Virutas, estas tienen varias aplicaciones para la vida urbana e
industrial el cual da pie al proceso de arranque. En la Termodinámica se
encuentra la explicación racional del funcionamiento de la mayor parte
de los mecanismos que posee el hombre actual, La termodinámica
en el corte de metales, mediante el uso de herramientas de corte, donde
existe desprendimiento de viruta; es importante describir lo que es el corte de
metales, esta es Tradicionalmente, un corte que se realiza en torno,
taladradoras, y fresadoras en otros procesos ejecutados por máquinas
herramientas con el uso de varias herramientas cortantes.
Este proceso de arranque de viruta es de gran precisión, la cual se
logra en la forma y su calidad superficial de acabados. Siendo el principio
básico utilizado para las maquinas-herramientas, es generar superficies por
medio de movimientos relativos entre las herramientas y la pieza. En el
avance del siguiente trabajo estaremos tocando puntos fundamentales
referidos a la termodinámica y el proceso de arranque aplicados en el corte
de metales en el proceso de fabricación y terminación de piezas
configuradas geométricamente que requieren un acabado de parte del
fabricante como para el consumidor final cual le invito adquirir .
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
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4. 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 viruta es un fragmento de material residual con forma de lámina
curvada o espiral que es extraído mediante un cepillo u otras herramientas,
tales como brocas, al realizar trabajos de cepillado, desbastado o
perforación, sobre madera o metales. Se suele considerar un residuo de las
industrias madereras o del metal; no obstante tiene variadas aplicaciones. En
el estudio de la formación de viruta se va a suponer que la herramienta es un
diedro que desliza sobre la superficie que está generando.
El desprendimiento de viruta 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 formarla viruta y exponer la nueva superficie. Una herramienta de
corte es el elemento utilizado para extraer material de una pieza cuando se
quiere llevar a cabo un proceso de mecanizado. Hay muchos tipos para
cada máquina, pero todas se basan en un proceso de arranque de
viruta. Es decir, al haber una elevada diferencia de velocidades entre la
herramienta y la pieza, al entrar en contacto la arista de corte con la pieza, se
arranca el material y se desprende la viruta. Esta superficie está un poco por
debajo de la superficie de la pieza original, de forma que su movimiento
provoca el desprendimiento de la viruta del material base. La intersección de
los dos planos del diedro es una recta que es el filo S de la herramienta. Las
dos caras de este diedro son:
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5.  Cara de incidencia o flanco de la herramienta Aα, que es el plano más
cercano a la superficie generada
 Cara de desprendimiento Aγ que es el plano por el que desliza la
viruta
Esta herramienta desliza sobre la superficie con una velocidad ~vc que
es la velocidad de corte, se puede definir como la velocidad instantánea del
movimiento de corte respecto la pieza y suele medirse en m/min. Si esta
velocidad es perpendicular al filo, se dice que el corte es ortogonal, en otro
caso se dice que el corte es oblicuo. El corte ortogonal es más sencillo de
estudiar que el corte oblicuo ya que se presenta un estado de deformación
plana. La superficie generada por encima de la cual se elimina el material por
la cara de desprendimiento es el plano de filo Ps y viene definido por el filo S
y la velocidad de corte.
Existen tres tipos de virutas básicas las cuales son las siguientes:
 Viruta discontinua: se produce cuando se mecanizan materiales
frágiles, y con materiales dúctiles a velocidades muy bajas de corte. El
corte se produce a base de pequeñas fracturas del material base.
 Viruta con protuberancias o corte con recrecimiento de filo: se
produce en materiales muy dúctiles, o a velocidades de corte bajas.
Cuando la fricción entre la viruta y la herramienta es muy alta, se
produce una adhesión muy fuerte entre el material de la viruta y la
superficie de la herramienta, con lo que la viruta empieza a deslizar,
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6. no directamente sobre la cara de desprendimiento sino sobre material
adherido sobre ella. Este filo recrecido puede llegar a un tamaño en el
cual se desprenda el material adherido sobre la pieza o sobre la viruta
dejando en todo caso un acabado superficial muy deficiente.
 Viruta continua: Es el régimen normal de corte y es el que mejor
acabado superficial deja.
Los usos de esas virutas son muchos los cuales tenemos los
siguientes: para embalaje y protección de paquetes, para elaborar tablas de
madera, material de aislamientos y muchos otros. En cuanto a las
herramientas de corte generadoras de la viruta son todas aquellas
herramientas que permites arrancar, cortar o dividir algo a través de una
navaja filosa; y este tipo de herramientas debe contar con ciertas
características para poder ser utilizables y realmente eficaces en su
desempeño.
 Las herramientas de corte deben ser altamente resistentes a
desgastarse.
 Las herramientas de corte deben conservar su filo aun en
temperaturas muy elevadas.
 Deben tener buenas propiedades de tenacidad.
 Deben tener un bajo coeficiente de fricción.
 Debe ser una herramienta que no necesite volverse a afilar
constantemente.
 Alta resistencia a los choques térmicos.
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7. 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/mm
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).
Calor: El calor está definido como la forma de energía que se transfiere
entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se
encuentran a distintas temperaturas, sin embargo en termodinámica
generalmente el término calor significa simplemente transferencia de energía
el calor dentro de un proceso de manufactura es de gran importancia, puesto
que se requieren para realizar diferentes procesos por ejemplo si tenemos
piezas metálicas , o termoplásticas que puedan soldarse para construir una
estructura mediante la unión de piezas, se aplica calor en la cual las piezas
son soldadas fundiendo ambas y pudiendo agregar un material de relleno
fundido (metal o plástico), para conseguir un baño de material fundido (el
baño de soldadura) que, al enfriarse, se convierte en una unión fija.
Existe otro proceso muy común en las áreas de producción donde se
usa trasferencia de calor, este proceso se conoce como radiación, que
consiste en la trasferencia de calor a través de las ondas electromagnéticas,
y se aplican en la iniciación de productos quimios. Otro proceso de
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8. manufactura que se define como el arte de elaborar productos comerciales a
partir de polvos metálicos se conoce como pulvimetalurgia
En este proceso no siempre se utiliza el calor, pero cuando se utiliza
este debe mantenerse debajo de la temperatura de fusión de los metales a
trabajar. Cuando se aplica calor en el proceso subsecuente de la metalurgia
de los polvos se le conoce como sinterizado, este proceso genera la unión de
partículas finas con lo que se mejora la resistencia de los productos y otras
de sus propiedades. Las piezas metálicas producto de los procesos de la
metalurgia de los polvos son producto de la mezcla de diversos polvos de
metales que se complementan en sus características. Así se pueden obtener
metales con cobalto, tungsteno o grafito según para qué va a ser utilizado el
material que se fabrica.
El metal en forma de polvo es más caro que en forma sólida y el
proceso es sólo recomendable para la producción en masa de los productos,
en general el costo de producción de piezas producto de polvo metálico es
más alto que el de la fundición, sin embargo es justificable y rentable por las
propiedades excepcionales que se obtienen con este procedimiento. Existen
productos que no pueden ser fabricados y otros no compiten por las
tolerancias que se logran con este método de fabricación. Al estudiar este los
diferentes procesos de manufactura donde se usa calor podemos decir que
esta variable proporciona una utilidad para poder completar el proceso que
se está realizando
Corte: 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. Con la aplicación adecuada de los fluidos de corte se
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9. disminuye la fricción y la temperatura de corte con lo que se logran las
siguientes Ventajas económicas:
 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
 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
Temperatura y energía: estas variables se pueden relación de manera
muy significativa puesto que la temperatura es considerada como una fuente
de energía en diferentes procesos de manufactura, esta se emplea en las
acerías donde se requiere de una fuerte concentración de energía calórica
que permita realizar diferentes tipos de aleaciones, y la temperatura aplicada
será conforma a las característica de los materiales que se requiera fundir.
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10. IMPORTANCIA DE LAS VARIABLES DE CORTE, CALOR, ENERGÍA Y
TEMPERATURA EN LOS PROCESOS DE MANUFACTURA
Las variables importantes del proceso de maquinado son la forma y el
material de la herramienta, las condiciones de corte, como velocidad, avance
y profundidad de corte; uso de fluidos de corte y las características de la
máquina herramienta y del material de la pieza. Los parámetros influidos por
estas variables son las fuerzas y el consumo de potencia, desgaste de la
herramienta, el acabado y la integridad superficial, la temperatura y la
exactitud dimensional de la pieza. El aumento de temperatura es
consideración importante, porque puede tener efectos adversos sobre la vida
de la herramienta, y también sobre la exactitud dimensional y la integridad
superficial de la parte maquinada; la temperatura es una de las limitaciones
de los procesos de corte, la temperatura alcanzada durante el mecanizado.
Estos trabajos se convierten en calor que se invierte en aumentar las
temperaturas de la viruta, herramienta y la pieza de trabajo.
Durante el proceso normal de mecanizado la mayor parte de trabajo se
consume en la formación de viruta en el corte de plano, la temperatura y el
calor dependen de la fuerza de corte la energía mecánica introducida en el
sistema produce un aumento de temperatura.
Algunas características importantes son:
 Una temperatura excesiva afecta adversamente a la resistencia y
dureza.
 El calor puede inducir daños térmicos a las superficies de la maquina y
está causando daño al material.
 La energía térmica es trasmitida parcialmente a la viruta y la pieza.
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11.  El calor se propaga desde la zona de origen hasta la herramienta a
través de la conducción.
Si bien cierto los procesos de manufactura se puede definir como la
forma en que transformar la materia prima que hallamos, para darle un uso
práctico en nuestra sociedad y así disfrutar la vida con mayor comodidad. La
manufactura es el proceso de coordinación de personal, herramientas y
máquinas para convertir materia prima en productos útiles. Ahora para
convertir materia prima en diferentes productos se requiere de variables que
ayuden y la finalización de proceso que se esté radicalizando.
La energía la necesaria para remover una unidad de volumen es por
ello su importancia.
Las variables pueden ser:
Dependientes:
 Fuerza y energía disipada
 Aumento en temperatura
 Desgaste en la cuchilla
 Terminado de superficie.
Independientes:
 Material, condición y geometría de la cuchilla
 Material, condición y temperatura de la pieza de trabajo
 Uso de fluidos de corte
 Características de la máquina
 Condiciones de corte
USO DE LAS TABLAS FÍSICAS Y QUÍMICAS ASOCIADAS A LA
TERMODINÁMICA DE CORTE DE METALES
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12. Las características de cualquier material pueden ser de naturaleza
muy variada tales como la forma, la densidad, la resistencia, el tamaño o la
estética. El cual se realizan en el ámbito industrial; es difícil establecer
relaciones que definan cuantitativamente la maquinibilidad de un material,
pues las operaciones de mecanizado tienen una naturaleza compleja. Una
operación de proceso utiliza energía para alertar la forma, propiedades
físicas o el aspecto de una pieza de trabajo y agregar valor al material;
formado para mejorar propiedades y de tratamiento de superficies. Los
fluidos de cortes se utilizan en la mayoría de las operaciones de mecanizado
por arranque de viruta se aplica sobre la zona de formación de viruta, para lo
que se utilizan aceites, emulsiones y soluciones. La mayoría de ellos se
encuentran formulados en base de aceites minerales, vegetales o sintéticos.
Los procesos productivos son muy variados y en los mas aplicados
son:
 Rectificados (plano, cilíndricos, sin centros y lento),
 Torneado/Fresado,
 Roscado/Escariado,
 Taladrado (profundo), Corte (con sierra)
 otros (Troquelados, enderezado).
SEGURIDAD INDUSTRIAL Y EL DESPRENDIMIENTO DE VIRUTA EN EL
PROCESO DE MANUFACTURA
La seguridad adecuada que se debe considerar tomar encontramos:
 Uso de gafas o anteojos de seguridad.
 Uso del calzado adecuado.
 No usar anillos, relojes o pulseras.
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13.  No usas cabello largo.
 No jugar en el taller.
 No usar aire comprimido para limpiar la ropa, herramientas o las
máquinas.
 Mantener el piso libre de grasa o aceite.
 Barrer con frecuencia las virutas del material que caen al piso.
 Mantener limpia siempre las máquinas.
 No manejar herramientas de corte con la mano desnuda.
 Recomendaciones de seguridad para la prevención de riesgos
laborales en máquinas herramientas.
 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 ruedas dentadas, correas de transmisión, acoplamientos, e
incluso los ejes lisos, deben ser protegidos por cubiertas. El circuito
eléctrico del torno debe estar conectado a tierra. El cuadro
eléctrico al que esté conectado el torno debe estar provisto de un
interruptor diferencial de sensibilidad adecuada. Es conveniente
que las carcasas de protección de los engranes y transmisiones
vayan provistas de interruptor es instalados en serie, que impidan la
puesta en marcha del torno cuando las protecciones no están
cerradas
 Las comprobaciones, mediciones, correcciones, sustitución de
piezas, herramientas, etc. deben ser realizadas con el torno
completamente parado.
 Proteger los elementos de transmisión mediante resguardos fijos o
móviles asociados a dispositivos de enclavamiento.
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14.  Comprobar que las protecciones se encuentran en buen estado y en
su sitio cuando se usa la herramienta.
Las virutas herramientas se han calcificado en tres tipos.
El tipo 1 una viruta discontinua o fragmentada, representa una
conducción en el que el metal se fractura en partes considerablemente
pequeñas de las herramientas cortantes. Este tipo de viruta se obtiene por
maquina la mayoría de los materiales frágiles, tales como el hierro fundido.
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 como
resultado de la acción del desgaste de la superficie de contacto de la
herramienta.
También puede formar virutas discontinuas en algunos materiales
dúctiles y el coeficiente de ficción es alto. Sin embargo, tales virutas de
materiales dúctiles son una inducción de malas condiciones de corte:
Un tipo ideal de viruta desde el punto de vista de la duración de la
herramienta y el acabado, es la del tipo B continua simple, que se obtiene en
el corte de todos los materiales dúctiles que tienen un bajo coeficiente de
fricción. En este caso el metal se forma continuamente y se desliza sobre la
cara de la herramienta sin fracturarse. Las virutas de este tipo se obtienen a
altas velocidades de corte y son muy comunes cuando en corte se hace con
herramientas de carburo. Debido a su simplicidad se puede analizar
fácilmente desde el punto de vista de las fuerzas involucradas.
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15. La viruta del tipo C es característica de aquellos maquinados de
materiales dúctiles que tienen un coeficiente de fricción considerablemente
alto. En cuanto la herramienta inicia el corte se aglutina algo de material por
delante del filo cortante a causa del alto coeficiente de fricción. En tanto el
corte prosigue, la viruta fluyen sobre este filo y hacia arriba a lo largo de la
cara de la herramienta. Periódicamente una pequeña cantidad de este filo
recrecido se separa y sale con la viruta y se incrusta en la superficie
torneada. Debido a esta acción el acabado de la superficie no es tan bueno
como el tipo de viruta B. El filo recrecido permanece considerablemente
constante durante el corte y tiene el efecto de alterar ligeramente el ángulo
de inclinación. Sin embargo, en tanto se aumenta la velocidad del corte, el
tamaño del filo decrecido disminuye y el acabado de la superficie mejora.
Este fenómeno también disminuye, ya sea reduciendo el espesor de la viruta
o aumentando el ángulo de inclinación, aunque en mucho de los materiales
dúctiles no se puede eliminar completamente. La elección de herramientas
adecuadas, velocidades avances es un compromiso, ya que entre más
rápido se opere una maquina es la eficiencia tanto del operador como de la
máquina. sin embargo afortunadamente, tal uso acelerado acorta
grandemente la duración de la herramienta
CONCLUSIÓN
El corte de los metales se logra por medio de herramientas con la
forma adecuada. Una herramienta sin los filos o ángulos bien seleccionados
ocasionará gastos excesivos y pérdida de tiempo. En casi todas las
herramientas de corte existen de manera definida: superficies, ángulos y
filos. Las herramientas de corte deben poseer ciertas características
específicas, entre las que se destacan: resistencia mecánica, dureza,
tenacidad, resistencia al impacto, resistencia al desgaste y resistencia a la
temperatura. Los materiales para las herramientas de corte incluyen aceros
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16. al carbono, aceros de mediana aleación, aceros de alta velocidad, aleaciones
fundidas, carburos cementados, cerámicas u óxidos y diamantes. Para
conocer las aleaciones de aceros para herramientas hay que saber las
funciones que cumplen cada uno de los elementos que forman la aleación.
Es obvio que todas las actividades del ser humano civilizado están
presentes están presentes los productos manufacturados, es decir productos
que sido obtenidos a partir de la materia prima y mediante procesos
específicos que se modifican para crear el articulo requerido para satisfacer
las necesidades. Es necesario dar impulso a las mejoras de los proceso de
manufacturas que permitan el aprovechamiento máximo de toso y cada uno
de los recursos que intervienen en la fabricación de los productos, y con ello
buscar las mejoras de calidad y costos, para así obtener los volúmenes
demandados en los tiempos requeridos. Los procesos de virutas componen
un sistema universal y que bajo el debido tratamiento dado se obtiene el
producto terminado a la perfección
BIBLIOGRAFÍA
Clases de corte, (en línea), consultado en noviembre de 2013, disponible en:
http://academic.uprm.edu/lrosario/page/4055_clases/corte1.htm
Herramientas de corte, (en línea), consultado en noviembre 2013, disponible
en: http://www.herramientas-decorte.com/
Herramientas de corte, (en línea), en noviembre 2013, disponible en:
http://es.wikipedia.org/wiki/Herramienta_de_corte
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17. Higiene y seguridad, (en línea), consultado en noviembre de 2013, disponible
en: http://todoingenieriaindustrial.wordpress.com/higiene-y-seguridad-
industrial/
Viruta, (en línea), consultado en noviembre de 2013, disponible en:
http://es.wikipedia.org/wiki/Viruta
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